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大陆存储业如何才能避免重蹈台湾覆辙? 2019-08-12


2018年,全球DRAM市场规模为1000亿美元,其中三星、SK海力士、美光三大巨头市场占有率超过90%,呈现寡头垄断态势。我国大陆DRAM产业发展之路布满荆棘。纵观台湾DRAM产业30年的发展,投入500亿美元却血本无归,其留下的经验和教训值得我们深思。


2018年,全球DRAM市场规模为1000亿美元,其中三星、SK海力士、美光三大巨头市场占有率超过90%,呈现寡头垄断态势。近年来,在关键核心技术国产替代浪潮的推动下,中国大陆迎难而上,开启对DRAM的战略布局,力争在这一高端产业上有所作为。


2016年立项的合肥长鑫已累计投入25亿美元研发费用,建成了第一座12英寸DRAM存储器晶圆厂,技术和产品研发有序开展,并已持续投入晶圆超过15000片;紫光集团DRAM事业在2016年拟收购美光未果后,于2019年6月30日宣布重启DRAM计划,组建DRAM事业群。


然而,DRAM产业发展之路必将布满荆棘。纵观台湾DRAM产业30年的发展,投入500亿美元却血本无归,其留下的经验和教训值得我们深思。


一、台湾存储器的三十年,投入500亿血本无归


说到台湾的存储器发展史,可以追溯到1983年,当时台湾政府借助与美国的合作开始了内存的研发。1980年代,台湾通过为美国配套生产电脑周边产品,积累了产业能量,而以个人电脑为基础的信息产业的发展带动了存储产业的发展。台湾开始了存储产业的试水。


1993年美国茂矽电子成立,并在1985年成功开发出了64K和256K的内存,1987年成立台湾茂矽电子,1991年茂矽电子兼并了美国华智。但由于缺乏晶圆制造能力,只能产品外包生产。华智外包给日本索尼和韩国现代进行代工生产256K DRAM,茂矽则将16K SRAM外包富士通生产,64K SRAM外包韩国现代电子生产,其后开发的256K SRAM外包日本夏普生产。茂矽电子开始积极追求独立发展存储产品的可能,并于1993年建成6英寸生产线生产DRAM。


1989年,宏碁和德州仪器合资建立了合资制造公司德碁半导体,投资新台币31亿元建设6英寸晶圆厂,生产1M DRAM产品。这是台湾第一家专业DRAM生产厂,标志着台湾DRAM产业的真正起航。然而1990年前后,内存市场不景气,逼迫德碁咬牙苦熬三年,直到1992年DRAM价格谷底翻升,德碁才扭亏为盈。随后又建设了一座8英寸晶圆厂。但是由于景气周期影响,1997至19898年德碁累计亏损超过新台币50亿元,随着德州仪器放弃DRAM业务并甩卖给美光,跟台湾宏碁的技术合作自然也就终止了。失去技术合作的德碁半导体于1999年被台积电收购并改造为纯逻辑晶圆代工厂。但宏碁账面获利超过200亿元新台币。


当时,茂矽和宏碁被看作是台湾内存行业的起步标杆。


面对日韩日新月异的DRAM技术能力,1990年,台湾官方在美国顾问建议下,启动了“次微米制程技术发展五年计划”,目标是攻克8英寸0.5微米制程技术,获得4M SRAM和16M DRAM的生产能力。1994年12月,台湾投资新台币180亿元,由台积电占股30%,联合华新丽华、矽统等13家公司成立世界先进(VIS),建设台湾第一座8英寸晶圆厂,主攻DRAM芯片业务。然而,世界先进经营不善,2001年至2003年亏损新台币200亿元,被迫退出DRAM行业,2004年在台积电的帮助下转型为晶圆代工厂。世界先进是台湾唯一一家能够进行DRAM产业技术研发的企业,它的退出标志着台湾自主之路的夭折。此后,台湾DRAM全部企业都需要花费巨额资本从美、日获得制程技术授权。


1994年,力晶半导体依靠从日本三菱电机获得的技术授权,开始筹建DRAM生产线。然而,由于市场不景气,投产后的力晶半导体亏损严重,直到直至2004年,力晶的12寸晶圆厂,成为全球唯一将256M SDRAM生产成本,降至3美元以下的厂商,当年实现盈利高达新台币165(约5亿美元),并在2004年完成转型为存储晶圆代工厂。


1995年,台塑集团依靠日本冲电气提供的技术授权成立南亚科技,设立8英寸DRAM厂。同时,台塑集团投资新台币42亿元与日本小松合资成立了硅片生产工厂,大大提高了南亚科技的成本优势,2002年,南亚科技凭借DDR内存的成本优势盈利100亿元。2003年,南亚科技与德国英飞凌合资成立华亚科技,建立12英寸晶圆厂。


1996年,茂矽电子与西门子的半导体部门合资,投资450亿元新台币,在新竹园区成立茂德电子,建设8英寸晶圆厂。采用西门子提供的制程生产DRAM晶圆,产能由两家分配。2001年起,由于DRAM产业不景气,茂矽亏损300亿元新台币,并大量质押茂德股票,引发与英飞凌的矛盾。2002年10月,英飞凌突然与茂矽中断合资关系,终止技术授权合约,并停止采购茂德的晶圆。此后茂德的发展非常艰难,2007年金融危机后,茂德便一直亏损。


2006年,台湾剩下六家DRAM厂商,其中三家为自主品牌,分别是南亚、茂德和力晶,另外三家为DRAM代工厂商,分别是华邦电子、华亚科技和瑞晶。


2007年起,全球金融危机酝酿并爆发,内存产量供过于求,价格全面崩盘,从此彻底摧毁了台湾DRAM产业。最终,南亚科、华邦转型为利基型DRAM,茂德转型为IC设计公司,力晶在2013年成功转型为专业晶圆代工公司,建立营运新模式;2013年瑞晶也并入了美光;2015年,美光以32亿美元收购华亚科技67%的股份。到此,台湾DRAM之路走到尽头。


从2001年到2010年,力晶、茂德、华邦、华亚科、南亚科等五家DRAM厂,共投资9048亿元;五家公司帐上的长期债务相加,金额高达1544亿元。从财务角诺基亚看,只要能赚到更多现金,负债不是问题,但分析台湾五大DRAM厂财务状况发现,2001年到2010年以来的净利总合,是亏损2245亿元,等于10年来,平均一年亏掉200多亿元,投资报酬率为负-25%。


二、急功近利挣“快钱”埋下隐患


有台湾学者统计,过去三十年来,台湾省向DRAM产业投入了超过16000亿元新台币(约合五百亿美元),有超过20000名科技精英参与到DRAM事业中,最后却负债累累,连年巨额亏损。其中原因值得深思。


1、缺乏自主创新能力


其实在1980年代,台湾DRAM厂商的研发能力还是蛮强的,台湾省政府还能在产业政策、产业技术上,对DRAM产业进行扶持。但是在1990年代,由于台积电的代工模式引领了台湾半导体产业的发展,加上台积电的创始人张忠谋先生不看好存储产业的发展,影响到台湾省政府继续扶持DRAM产业的决心,导致台湾DRAM产业自主研发积极性减小。


由于台湾厂商放弃自主研发,通过国外技术转移,从而丧失核心技术研发能力,以至于DRAM相关专利全部掌握在几大存储巨头手中。有台湾学者统计,每年台湾需要向海外合作伙伴支付的技术授权费用超过新台币200亿元(约为6亿美元)。一旦海外合作伙伴出于自身营运窘迫或另有考量决定不再技术授权时,台湾DRAM将立刻面临技术断炊的局面,最终只能将晶圆厂低价卖出。2002年英飞凌终止给茂德授权的惨痛历历在目。


工艺和设备是密不可分的。由于放弃自主研发DRAM技术,同样台湾也不具备自主设备制程能力,台湾DRAM厂商每年需要花费十几亿美元资金购买工艺制程设备。有台湾学者统计,2000至2010年间,台湾整体DRAM产业仅购买制程设备就花掉累计上万亿台币,导致了4000多亿元的借债,其中有3000亿元来自银行借款,与债券、公司债和其他资本融通工具的总和远超过这几家上市公司的总市值。而DRAM产业工艺制程转变快,加上台湾DRAM规模有限,无法承受新设备的不断投入。


2、战略判断严重失误


存储产业是一个面向大批量生产的标准化产品,因而制造商必须依赖成本控制,低价格竞争,技术升级以及提高生产能力在市场上存活。


在早期的6英寸晶圆时代,台湾DRAM依靠技术还在国际市场中获得一席之地。但是到了8英寸晶圆、12英寸晶圆,台湾存储厂商战略出现了失误,其抢占市场最简单的方法就是降低成本,大打价格战。


从2002年开始,台湾DRAM厂商开始12英生产线的大规模投资,因为12寸厂的产能可以达到8英厂的2.25倍,可以使成本降低30%。从财务角度看,当厂商大量投资建厂扩充产能,成本的降低和利润提升可以使整个行业获利。但是,一旦需求不及预期,任何产能的增加都会导致过剩和开工不足,导致成本提高,这影响了整个产业的获利能力和资本积累。


当时,几乎2/3的新建或扩充产能集中在存储器产业中,但需求端并没有快速成长,全球存储器的市场未能达到预期,造成供过于求的局面,最终导致DRAM和NAND闪存价格的持续下跌完全超出市场预期。


另外一点就是台湾厂商在1990年代和2000年代多采用代工模式。产能对代工厂的运营非常考验,如何规划产能的大小是令DRAM厂商头痛的问题。当产能过小,无法与IDM厂竞争,只有被使唤的份;当你产能足够大时,又引起IDM大厂的担心,害怕双方争夺客户。而重要点的一点就是IDM厂不可能把最先进制程的DRAM产品交给代工厂生产。因此,DRAM代工模式在业界受到质疑,中芯国际于2007年退出存储器代工领域可能也此有关。


三、牢记前车之鉴,走自主研发正道


以铜为镜,可以正衣冠;以史为镜,可以知兴替;以人为镜,可以明得失。


回顾台湾DRAM产业三十年发展之路,从逐步放弃自主研发,到完全依赖外国企业技术授权,再到代工模式遭遇金融危机重创,最终落得满盘皆输。背后的原因和经验教训对正在发展DRAM产业的中国大陆有着借鉴和警示意味。


在自主研发和技术引进两条道路的选择上,大陆也有许多精典案例,比如面板和LED,在半导体行业里也有同样的案例,败者的呜咽之声如犹在耳。


目前,中国存储器产业的发展正在迎来关键的历史机遇期。专家呼吁,在斥巨资打造宏伟产业的起步阶段,必须充分吸取台湾发展DRAM失败的惨痛教训,千万不能因为急功近利而走上依赖外商技术授权的歪路,给产业发展造成无法弥补的损失,这将是任何人都无法承担的重大历史责任。


党的十八大以来,习近平总书记在多个场合反复强调,核心技术受制于人是最大的隐患,而核心技术靠化缘是要不来的,只有自力更生。在国家大力布局存储芯片产业的今天,这些话听起来也非常具有针对性和前瞻性。


我们应该牢记台湾存储产业失败的惨痛历史教训,把握住时代赋予的机会,坚持自主研发、埋头苦干,不要寻找捷径,不能让“命门”落在别人手里,更别迷信“外人”开出的贻害无穷的技术授权的假药方。


只有通过自主研发掌握核心技术,才有制胜法宝,才能把发展的主动权牢牢掌握在自己手中。这点从我国两大晶圆代工公司的发展中得到了极好的证明。


中芯国际在尖端制造工艺研发上,坚持自主研发之路。本着一步一个脚印,掌握核心技术,技术延伸一代,研发一代,成熟一代,产业化一代的宗旨,中芯国际不仅实现了集成电路技术上的追赶,同时也将自己打造成中国集成电路的产业化航母。经过17年的技术积累和沉淀,中芯国际已经构建完成相对完整的代工制造平台,包括28纳米(2014年量产)、40/45纳米(2013年量产)、55纳米(2012年量产)/65纳米(2010年量产)先进逻辑技术和90纳米(2006年量产)、0.13/0.11微米、0.15/0.18微米、0.25微米、0.35微米成熟制程以及非挥发性存储器、模拟/电源管理、LCD驱动IC、CMOS-MEMS等产品线。特别要提到完全自主独立研发的SPOCULL工艺制程该,制程提供了在8寸半导体代工技术中最高的器件库密度和最小的SRAM。同时SPOCULL技术还具有极低的漏电流,低功耗和低寄生电容的优秀的半导体晶体管特性。


华虹宏力从2002年开始自主创“芯”路,成长为全球第一家关注功率器件的8英寸纯晶圆代工厂。2002年到2010年,陆续完成先进的沟槽型中低压MOSFET/SGT/TBO等功率器件技术开发;2010年,高压600V到700V沟槽型、平面型MOSFET工艺进入量产阶段;2011年第一代深沟槽超级结工艺进入量产阶段,同年1200V沟槽型NPT IGBT工艺也完成研发进入量产阶段;2013年,第2代深沟槽超级结工艺推向市场,同时600V到1200V沟槽场截止型IGBT(FDB工艺)也成功量产;2015年,进一步优化,推出2.5代超级结MOSFET工艺;2017年第三代超级结MOSFET工艺试生产。经过多年研发创新和持续积累,华虹宏力得以有节奏地逐步推进自主创芯进程。截至2018年第4季度,作为全球最大的功率芯片纯晶圆代工厂,华虹宏力8英寸MOSFET晶圆出货已超过700万片。值得强调的是,深沟槽型超级结MOSFET是华虹宏力自主独立开发、拥有完全知识产权的创“芯”技术。


而在存储方面,合肥长鑫的自主研发之路也取得阶段性胜利。据公开信息显示(《长鑫存储亮相GSA存储峰会,公开研发成果进展》),长鑫存储技术来源是奇梦达,安全可靠,并建立了严谨合规的研发体系,保障技术和产品研发一直按计划推进,已持续投入晶圆超过15000片,并结合当前先进设备完成了大幅度的工艺改进,开发出独有的技术体系,拉近了与世界先进水平的技术差距。


——转载自:电子工程专辑

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