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自2000年中芯國際集成電路制造有限公司（Semiconductor Manufacturing International Corp，中芯國際）成立開始，硅代工便立即成了大陸半導體產業的發展主力。通過學習象征著臺灣半導體產業發展的臺灣積體電路制造有限公司（Taiwan Semiconductor Manufacturing，TSMC）的硅代工業務模式，大陸半導體產業鏈的構筑以及上下游產業集群效果的提升備受期待。 大陸的半導體產業隨著國內最大型硅代工企業中芯國際等半導體廠商的積極投資，一躍成為僅次于臺灣的全球第二大硅代工生產基地。大陸硅代工產業的全球市場份額2006年達到了13.3％。但之后逐年衰退，到2010年，全球市場份額降到了10％。IEK預測，2011年將降至9％以下。而臺灣的硅代工產業方面，2010年TSMC的全球市場份額超過50％達到了50.3％。臺灣整體的硅代工產業市場份額高達68％。IEK預測，在絕對的的競爭力優勢下，2011年TSMC的市場份額將進一步提高到50.8％。 2011年，中芯國際出現了給公司運營造成巨大影響的經營權之爭，導致公司整體陷入不穩定局面。在此之前，中芯國際的發展可以說是大陸硅代工產業的榜樣。中芯國際現在遭遇的難題也可以說是很多其他大陸硅代工企業今后會面臨的課題。大陸硅代工無法取得成功的原因在哪來？競爭力低下的原因又在哪里？更重要的是，大陸的硅代工企業今后是否能抓住東山再起的機會。本文將對大陸硅代工產業過去10年間的興衰進行分析，并展望未來的發展趨勢。 大陸硅代工產業的全球市場份額持續低迷 在2004～2010年的大陸硅代工產業中，中芯國際的市場份額超過了5成（圖1）。因此，中芯國際的業績變動給大陸硅代工產業整體帶來了巨大影響。2004年對大陸硅代工產業來說是一個重要的分水嶺。從2004年起，大陸硅代工產業在全球市場上的份額上升速度開始減緩。而到了2008年以后，競爭力和市場份額開始下降。 
圖1：2004～2010年大陸廠商在全球硅代工市場上的份額 出處：工研院IEK（2011年11月） 大陸主要硅代工企業的銷售額增長率如表1所示。表1列出了大陸硅代工產業全球市場份額迎來峰值的2006年至2010年間的銷售額年均增長率（CAGR）。除了在大陸硅代工企業中排名第五的中國上華半導體（Central Semiconductor Manufacturing Corp，CSMC）實現了18.5％的高增長外，其他企業的增長率均低于全球硅代工企業的年均增長率6.7％。最大型的中芯國際的增長率只有1.5％。大陸硅代工產業在過去10年里發生了巨大變化，追根溯源分析原因至關重要。
表1：大陸硅代工廠商的銷售額 出處：工研院IEK（2011年11月）（點擊放大） 硅代工產業成功的關鍵——產能、技術、資金對硅代工而言，銷售額增長和產能擴大之間有直接相關性。因此，增加資本支出意味著將來會擴大產能，從而關系到潛在的銷售額增長。2004～2010年間，臺灣TSMC和UMC（United Microelectronics Corp.：聯華電子有限公司）以及大陸中芯國際三家硅代工企業的產能走勢如圖2所示。 2004年以后，全球硅代工市場上300mm晶圓工廠的產能需求大幅增加。因此，在制造技術及300mm工廠硅代工產能方面領先的公司得以較其他競爭公司實現了大幅增長。2010年底TSMC的產能比2004年擴大127％。UMC擴大34％。但中芯國際的產能自2007年迎來峰值以后便開始縮小。 主要原因是，中芯國際的300mm工廠當初因重視營業收入，推進了DRAM量產。而將硅代工生產業務轉移到了200mm工廠中。雖然DRAM的總銷售額比例一舉達到了中芯國際整體銷售額的3成以上，但DRAM的產能與全球其他主要競爭公司相比很小，未能發揮“規模經濟”的效應。 因此，中芯國際為擴大DRAM產能絞盡了腦汁。但就中芯國際當時的資金和財務狀況而言，難以負擔經濟形勢變動給DRAM業務造成的潛在風險。2007年以后DRAM市況急轉直下，局面對中芯國際十分不利。最終，中芯國際退出了DRAM業務，開始調整300mm工廠用來承接邏輯IC的代工業務。 現在來看，當時中芯國際退出DRAM市場并非上策。經過這么一折騰，300mm工廠的硅代工產能出現空白，影響了公司的營業利潤。中芯國際在這種“東奔西跑”的過程中，延誤了發展。
圖2：2004～2010年三大硅代工企業（TSMC/UMC/中芯國際）的產能 出處：工研院IEK（2011年11月） 而中芯國際在65nm～40nm產品的營業收入方面，與全球硅代工企業前三強之間相差甚遠。2010年65nm～40nm產品的供貨金額只占全球整體的1％。雖然為應對無廠IC設計公司的訂單，在閑置的300mm工廠導入了尖端制造工藝，但生產線開工率并不高。因此，非但未能通過尖端制造工藝訂單獲得高利潤，反而在高端產品以外引發了訂單價格戰。 這種制造技術的落后及間接接單能力不足導致了銷售額和利潤降低。一旦出現赤字，對以后的制造技術和旨在擴大產能的資本支出能力也將產生影響。這就是中芯國際現在正經歷的惡性循環經營環境。在硅代工行業，產能、技術和資金的三位一體是取得成功的條件，三者缺一不可。
圖3：65nm～45nm產品銷售額中硅代工專業公司的全球份額比較（2010年） 出處：工研院IEK（2011年11月） 中芯國際因2011年發生的新舊股東之間的經營權之爭，導致交貨時間及產品質量的可靠性降低，信賴度受到了客戶質疑。另外，雖然中芯國際最近三年調整了產品線和產品技術，使精細度高于65nm的產能占到整體的約2成，但由于生產線開工率較低，銷售額并沒有增長，未能達到預期效果。其中，大客戶美國德州儀器（TI）及美國博通的訂單被臺灣硅代工企業搶走，結果，中芯國際的300mm工廠的硅代工產能降到了4成以下。 此外，300mm工廠的設備折舊及貸款利息也對中芯國際公司2011年的現金流量造成了巨大負擔。另外還嚴重影響了2012年的資本支出能力。從表2來看，TSMC和GLOBALFOUNDRIES成功維系了與大客戶之間的長期合作關系，在65nm以下尖端制造工藝方面獲得了巨大的超額利潤。而且，針對將來的資本投入也保持了一定程度的水準。TSMC、UMC和GLOBALFOUNDRIES三大巨頭與中芯國際之間的距離進一步擴大。
表2：TSMC、GLOBALFOUNDRIES和中芯國際的制造技術及產能對銷售額造成的影響 出處：工研院IEK（2011年11月）（點擊放大） 中芯國際的45nm制造技術是從美國IBM公司的通用平臺（Common Platform）導入的。另外，目前正通過持續進行的研究開發，向客戶提供40nm制造工藝服務。但中芯國際之前一直依靠IBM的技術轉讓，而且在TSMC提起的專利權侵害訴訟中敗訴，這對市場競爭以及人才和資金的獲得非常不利。 與大陸其他硅代工企業一樣，中芯國際對EUV（超紫外光）制造工藝投入力不足，這意味著中芯國際將來只能向市場提供非主流的多供應商設計服務（second-source service）。 三維LSI帶來服務整合價值變革 包括中芯國際在內，大陸的硅代工企業依然在沿襲SoC（System on a Chip）專業代工服務模式。 而臺灣的兩大硅代工企業TSMC和UMC將企業的運營模式轉換成了垂直整合型部件制造服務供給公司（Integrated Device Manufacturing & Service Provider）的業務模式。目前正積極致力于向IP提供商、設計工具及供應商、設計服務公司（ASIC service provider）供貨。另外，加大三維SiP （System in Package）的研發力度更加重要。其中，三維LSI及TSV （硅通孔）是重中之重。三維LSI的發展將促使臺灣半導體產業上下游專業構造進行重新構筑，將影響目前的半導體產業的價值。 電子產品的功能和規格呈多樣化發展，變得越來越復雜。同時，必須要考慮商品形態和能源消費等要素。在今后的電子產品設計開發中，為實現軟硬件間的最佳組合，能否優化組合重要的半導體部件？另外，在電子系統整體的功能及能源消費方面，如何才能維持最高水平至關重要。在LSI產品中，采用尖端制造工藝的高速運算處理器、媒體處理器以及存儲器的功能和耗電量比較重要。 在不久的將來，電子產品將繼續提高功能，運算速度會進一步加快，信息傳達量將進一步增加。其中，必須將系統整體的能源消耗控制在一定范圍內。而三維LSI技術就是強有力的解決對策。例如，在存儲器方面，三維LSI是實現高速帶寬和低耗電量的關鍵。 今后，下游電子產品廠商需要的，是擁有三維LSI技術，能夠提供定制和綜合服務的半導體廠商。臺灣兩大代工企業TSMC和UMC與電子產品廠商合作的機會今后會陸續增加。這將為半導體產業創造價值。在由SoC廠商、存儲器廠商以及封裝和測試后工序企業構成的生態系統中，兩公司將利用三維LSI，提供系統級的綜合服務。TSMC和UMC將大量投放三維LSI，這與電子產品廠商的期待完全一致。 IEK預測，2013年采用三維LSI和TSV的存儲LSI和邏輯LSI的應用及量產將大幅擴大。高性能云計算服務將得到積極采用，高端智能手機會逐漸普及。這種趨勢將改變TSMC和UMC的業務模式。 包括硅代工企業在內，目前大陸的半導體制造業界基本還未涉足三維LSI業務。現階段只是在追隨臺灣此前構筑的SoC代工業務模式。隨著三維LSI的發展，大陸半導體制造業界與引領全球的的硅代工企業之間的距離將進一步擴大。（特約撰稿人：楊 瑞臨，工研院IEK系統IC與制程研究部經理） |
