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【半导体/IC】上海:中国集成电路产业的一面旗帜

来源:全球半导体观察    原作者:张明花    

近两年,厦门、合肥、南京、武汉等成为国内新兴集成电路城市,一时间风头无两、万众瞩目,但在国内集成电路产业地图上,上海才是最璀璨的那颗明星。

作为中国大陆三大集成电路龙头城市之一,上海市见证了中国大陆第一条8英寸生产线、第一条完全由国资控股的12英寸生产线、国内第一家集成电路上市公司的诞生,在中国大陆集成电路产业中的地位举足轻重。

一.发展历程

上海市集成电路的发展历程可追溯至60年前。

1958年10月,上海市开始筹建上海半导体厂,1959年初正式成立上海半导体厂,成为国内最早从事半导体器件研制和生产的专业工厂之一,1960年更名为上海元件五厂,并于1965年1月试制成功硅平面小功率三极管2G200,1966年底召开产品鉴定会,鉴定了一种采用国际上通用的PN结隔离技术的TTL型数字电路。

60年代~70年代间,上海市相继建起了一批集成电路工厂,包括上海无线电十九厂、上海无线电十四厂、上海无线电七厂等,70年代时期上海无线电十九厂与北京八七八厂并称“南北两霸”,上海市集成电路工业生产初步形成,自力更生地生产各种小规模集成电路。

国家改革开放后,80年代我国集成电路从自力更生走向技术引进、中外合资阶段。

1988年上海市仪表局与上海贝尔公司合资设立上海贝岭微电子制造有限公司,这是国内集成电路产业的第一家中外合资企业,建成中国大陆第一条4英寸芯片生产线;同一年,中荷合资成立上海飞利浦半导体公司,即后来的上海先进半导体制造股份有限公司。

1995年电子工业部向国务院提出了《关于“九五”期间加快集成电路产业发展的报告》,国家决定实施“909工程”——在上海浦东建设一条8英寸、0.5微米技术起步、月加工2万片的超大规模集成电路生产线。

1996年11月,上海华虹微电子有限公司超大规模集成电路芯片生产线奠基仪式举行,随后与日本电气公司(NEC)于1997年7月合资成立“909工程”的项目主体上海华虹NEC电子有限公司,建立起中国大陆第一条8英寸生产线、并于1999年2月正式投片。
1998年,上海贝岭股份有限公司在国内A股上市,成为国内集成电路产业领域第一家上市公司。

接下来,2000年~2010年被称为上海市集成电路产业发展的“黄金十年”。

2000年4月,中芯国际集成电路制造(上海)有限公司成立,接着上海新进半导体制造有限公司(2001年)、展讯通信有限公司(2001年)、上海宏力半导体制造有限公司(2003年)、锐迪科微电子有限公司(2004年)等纷纷成立,一时间掀起在上海掀起集成电路产业发展浪潮。

2007年12月,中芯国际的12英寸生产线建成投产,上海进入12英寸生产线建设时代;2008年中芯国际90纳米CMOS工艺研发成功,随后于2009年、2010年分别开发成功65纳米、55纳米工艺。

2010年1月,“909工程”升级项目的建设运营主体上海华力微电子有限公司成立,开工建设了中国大陆第一条完全由国资控股的12英寸生产线。

在这十年间,上海市构建起相对完整的集成电路产业链条,成为全国集成电路产业重要聚集区。近两年,随着晶圆制造相关重大项目频频落地,上海市集成电路产业迈上新的发展阶段。

2016年10月,中芯国际新建“12英寸集成电路先进工艺生产线”项目启动,两个月后,总投资387亿元的“909工程”二次升级改造项目——由上海华力微建设运营的“12英寸先进工艺集成电路生产线”也正式开工。

二.产业规模与结构

上海市集成电路产业整体规模仅次于江苏省,位列全国第二。

据上海市经信委数据显示,2016年上海市集成电路产业规模首次突破千亿元大关,达到1053亿元人民币,同比增长10.76%。

今年7月3日,上海市集成电路行业协会发布《2018年上海集成电路产业白皮书》,2017年上海集成电路产业实现销售收入1180.62亿元,同比增长12.2%,这是继2014年以来上海集成电路产业销售规模连续4年实现两位数增长。

同样来自上海市集成电路行业协会的最新数据,根据其对上海市180家集成电路主要企业的跟踪统计,2018年上半年上海集成电路产业销售收入合计519.47亿元,同比增长5%。

产业结构方面,上海市已形成了集设计、制造、封测、材料、装备及其他配套、服务于一体的完整集成电路产业链,是国内集成电路产业链相对最为完整、产业结构最均衡的城市。

近年来,上海市集成电路产业结构更趋优化合理,由曾经以封测业为主导转向以设计业和制造业为主导的产业结构,同时装备材料业也正在高速发展,基本形成设计、制造、装备材料“三足鼎立”之势。

设计业

自2011年开始,上海市集成电路设计业营收呈现逐年攀升,2016年设计业营收首次超过封测业,成为上海市集成电路产业龙头环节。

据《2018年上海集成电路产业白皮书》数据,2017年上海集成电路设计业销售额达437亿元,占产业链比重为37.1%,而上海市集成电路行业协会的最新数据显示,2018年上半年上海市集成电路设计业销售收入为175.2亿元,占产业链比重33.73%

上海市经信委表示,2017年上海市集成电路设计企业共239家,相比2016年增加24家,其中销售收入过亿元的共有50家,超10亿元的共8家。

在中国半导体行业协会发布的2017年中国集成电路设计十大企业名单中,上海市共有3家企业入列,仅次于全国设计业龙头深圳,其中紫光展锐排名第2、华大半导体排名第4、格科微排名第9。

从技术水平上看,上海市逻辑电路主流设计技术为40-28-16/14nm,先进设计技术已进入10nm、7nm设计技术正在研发;数模混合电路、模拟电路等设计技术在国内均处于领先行列。 

如紫光展锐2017年推出14nm8核64位LTESoC智能手机芯片,在5G领域亦率先完成了5G原型机开发,其5G芯片目前进展顺利,预计将于2019年实现商用,基本与国际水平保持同步。

再如上海兆芯,其是国内唯一同时掌握CPU、GPU、Chipset三大技术的国产CPU公司,搭载兆芯国产通用CPU的电脑整机已入围多个省市的政府采购项目。 

制造业

在制造业方面,上海市可谓见证了我国集成电路制造业的一步步艰难突破,在全国具有绝对优势。

上海市集成电路行业协会秘书长蒋守雷在接受媒体采访时表示,2017年上海市集成电路制造业销售额达280亿元,占产业链比重约24%。而该协会的最新数据显示,2018年上半年上海市集成电路制造业销售额达143.14亿元,占产业链比重27.55%,已超越封测业。

上海市聚集了包括中芯国际、华虹宏力、先进半导体、华力微电子等一系列国内集成电路核心制造企业,据全球半导体观察此前统计,包括正在兴建中的晶圆厂,在中国现有的35座主流晶圆厂中,上海就占据了11座,包括4座12英寸厂、7座8英寸厂。

其中,12英寸晶圆厂集中在中芯国际和华力微,这两家企业现有12英寸晶圆厂各一座、在建12英寸晶圆厂各一座,8英寸晶圆厂则集中于中芯国际、华虹宏力、台积电、先进半导体等几家企业。

中芯国际是我国目前第一大晶圆代工厂,代表着中国大陆集成电路制造业最先进水平,目前中芯国际已量产28nm制程,14nm制程工艺预计于2019年量产,同时中芯国际还在同步开展10nm和7nm制程工艺技术研发。

目前,中芯国际新建的“12英寸集成电路先进工艺生产线”项目及上海华力微的“12英寸先进工艺集成电路生产线”正在紧锣密鼓建设中,这两大项目将为上海市集成电路制造业再添辉煌。

制造业是整个集成电路产业链的发展中枢,对上服务生产设计企业,对下带动原材料和设备企业,上海市集成电路在制造业领域的优势将进一步带动产业链联动,助力形成良好产业生态。

封测业

上海市集成电路封测业从规模上看并不小,但其占产业链比重正在逐渐降低。

上海市集成电路行业协会数据显示,2018年上半年上海市封测业的销售收入为131.53亿元,低于设计业和制造业,占产业链比重为25.32%。

上海市的封测企业有上海凯虹、晟碟半导体、安靠、星科金朋、松下半导体、日月光等,其中大多为外商投资及国际知名IDM或封测企业的子公司,因此在封测技术发展方面发言权相对较弱。

设备材料业

在设备材料领域,上海市同样在我国集成电路产业写下重要篇章。

《2018年上海集成电路产业白皮书》显示,2017年上海集成电路产业设备材料业也利润增幅高达95.7%,其中设备业2017年实现销售收入82.68亿元,同比增长111.9%。

白皮书指出,上海设备材料制造业已经走出初创阶段的发展路程,成功进入到“产品进入市场,市场引领企业;研发带动创新,创新推进发展”的双边发展新阶段。 

上海市集成电路行业协会的最新数据,2018年上半年上海市集成电路设备材料业的销售收入为69.6亿元,占产业链比重为13.40%。

虽然营收和占比均不及其他三业,但上海市设备材料业在国内的影响力可不小。上海市拥有中微半导体、上海微电子装备、盛美半导体、上海凯世通等国内知名设备厂商,以及上海新阳、上海新昇、上海安集微电子、上海新傲科技等一众材料企业。


其中,中微半导体是国内技术最领先的集成电路设备企业之一,主要深耕刻蚀机领域,研制出中国大陆第一台电介质刻蚀机,目前中微半导体的介质刻蚀设备、硅通孔刻蚀设备、MOCVD设备等均已成功进入海内外重要客户供应体系,如其介质刻蚀设备已打入台积电的7nm、10nm量产线,成功打破了国际巨头的垄断。

目前中微半导体刻蚀设备零部件国产化率已超过35%,已开发了20多个国内的反应器和系统主机加工等供应厂商,加工能力和质量达到了国际先进水平,截至2017年底,已有620多个中微半导体生产的刻蚀反应台运行在海内外39条先进生产线上。

再如上海微电子装备,同样是国内不可忽视的集成电路设备厂商。上海微电子装备是国内少数光刻机生产商之一,其生产的光刻机包括晶圆制造、IC封装、面板、LED等,其中封装光刻机在国内市场已占据不小的份额,是国内技术最先进的光刻机研制生产单位。

上海微电子装备“十五”期间承担了国家863重大科技专项任务扫描投影光刻机的研制任务,“十一五”和“十二五”期间被国家确定为02专项高端扫描投影光刻机研制和先进封装光刻机产业化的承担单位,其首台先进封装光刻机于2009年实现销售,上海微电子目前可生产加工90nm工艺制程芯片的光刻机,这是目前国产光刻机最高水平。

目前,上海微电子装备正在承担国家科技重大专项02专项在“十三五”期间的标志性项目“28nm节点浸没式分步重复投影光刻机研发成功并实现产业化”等。

材料领域,上海新昇是国内首个300mm大硅片项目的承担主体,目前其正片已通过了华力微电子的认证并实现每月2000片的销售,项目计划总产能为60万片每月,预计今年年底将达月产能10万片。

相信业内人士均有所了解,我国在300mm大硅片领域基本空白、完全依赖进口,上海新昇作为300mm大硅片国产化的排头兵,该项目的建设及量产出售等均对于国内集成电路材料业具有较大意义。

三.人才建设体系

作为我国较早发展且产业链最完整的集成电路城市,上海已建立了较为完整的集成电路人才教育及培训体系。

上海市拥有复旦大学、上海交通大学、同济大学、华东师范大学、上海大学等一众高等院校,其中复旦大学微电子学院是首批国家集成电路人才培养基地之一、国家集成电路人才国际培训(上海)基地,具有丰富的集成电路人才培养经验和雄厚的产学联合基础;

上海交通大学微电子学院同样是首批国家集成电路人才培养基地之一,承担了国家科技重大专项、国防重点、科技863重点项目等多个科研项目,形成了以系统级芯片设计、模拟与射频芯片设计为主的两个重点学科方向;

其他多个高等院校也设有集成电路相关专业及研究方向,如同济大学有电子科学与技术系、超大规模集成电路研究所、微电子中心等院系与部门;华东师范大学有电子工程系,集中研究集成电路设计、新型半导体器件与材料和微电子机械系统(MEMS);上海大学设有微电子研究与开发中心,专门研究与开发大规模集成电路设计、培养微电子学与固体电子学方向的硕士、博士人才等。

除了高等院校外,上海市还拥有上海集成电路研发中心、上海硅知识产权交易中心、上海集成电路行业协会、上海集成电路技术与产业促进中心、上海集成电路测试专业技术服务平台等公共服务机构。

这些公共服务平台在积极推动集成电路产业人才培训的同时,也与国内外知名院校或企业合作建设人才培训机构。

如上海集成电路研发中心与国际光刻机巨头ASML在上海合作共建国内第一个世界级光刻人才培训基地,今年5月已正式揭牌。上海集成电路行业协会也联手华虹集团、上海硅知识产权交易中心,共同建设上海集成电路行业协会高技能人才培养基地……

四.政策与基金

上海市集成电路产业的健康发展,离不开政府的政策推动及基金支持。

2000年,上海市政府发布《关于本市鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策规定》,政策通过税收优惠、补贴奖励等多种方式鼓励发展软件及集成电路。

随后2012年,上海市政府印发《关于本市进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》,随后浦东新区人民政府也发布了《进一步鼓励产业和集成电路产业发展的若干政策》,进一步扩大产业政策的优惠范围和奖励力度。

2017年,上海市政府再次发布《关于本市进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》,这是在2012年发布的政策基础上,进一步聚焦支持上海集成电路领域重大项目建设、自主创新技术研发、企业培育和专业人才培养及引进等方面。 

上海市政府还编制并发布了《软件和集成电路专项资金管理》、《上海集成电路工程产品首轮流片专项奖励实施细则》等相关配套实施细则。

在相关政策接踵出台的同时,2016年年底上海集成电路产业投资基金成立,基金总规模500亿元,分为100亿元的装备材料基金、100亿元的设计基金、300亿元的制造基金。 

2017年7月,继100亿设计业并购基金和300亿制造业基金之后 ,总规模100亿元的上海集成电路装备材料基金正式签约,这标志着上海500亿元集成电路产业基金工作已全面启动。

五. 小结

整体上看,相较于江苏省的封测先行、深圳的设计为优,上海更注重谋求产业结构的完整均衡,就国内各大城市而言,上海集成电路产业链最为完备,产业链各个环节均有所亮点,且无明显短板,这样的均衡发展助力产业链各环节间的协同联动,形成较好的产业生态。

如今全国范围内掀起集成电路发展热潮,上海市集成电路产业经过十年辉煌及近年来的稳定发展期后,未来的3~5年或将迎来重大发展机遇和转型,有望朝着更大规模、更具创新性、更具引领作用等方向突破。

根据《上海促进电子信息制造业发展“十三五”规划》,上海市的目标是力争2020年集成电路产业规模达到2000亿元,将通过提升产业发展战略,塑造设计、制造、装备材料三大支柱,拓展产业发展模式,打造IDM模式的产业第三极等发展手段,推进集成电路产业发展。

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