半导体巨头并购提速,大硅片寡头垄断加剧,国产替代亟需突围

半导体巨头并购提速,大硅片寡头垄断加剧,国产替代亟需突围,第1张

硅片是生产芯片、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料,目前90%以上的半导体产品均使用硅基材料制造,硅片占半导体材料市场规模比重约为37%,位居半导体三大核心材料之首,因此,半导体硅片被誉为半导体行业的“粮食”,虽然全球市场总规模不大,但至关重要。

近20年以来,半导体硅片长期被日本信越、日本胜高(SUMCO)、环球晶圆、德国Siltronic、韩国SK Siltron等少数寡头企业垄断。2019年,行业前五大企业合计销售额占全球半导体硅片行业销售额比重高达92%,我国90%以上的硅片需求依赖进口,基本不在国内生产,目前,硅片垄断局面还在加剧。

11月30日,德国硅片制造商Siltronic AG表示,正与环球晶圆开展深入谈判,后者拟以37.5亿欧元(约合45亿美元)将其收购,双方预期在12月第二周,取得Siltronic监事会及环球晶圆董事会核准后,进行BCA签署。

环球晶董事长徐秀兰指出,双方都认为结合后的事业体会有很好的成效,将更能互补地有效投资,进而扩充产能。

并购前,德国Siltronic为全球第四大硅晶圆厂,市占率约为7%,环球晶则为全球第三大厂,市占率达18%,收购完成后,环球晶在全球硅晶圆市场占有率有望一举跃升至25%,逼近日本胜高的28%,同时意味着全球晶圆市场将呈现日本信越、胜高、环球晶圆、SK Siltron四强争霸的格局,进一步垄断市场。

根据IC Insights的报告,今年仅ADI收购Maxim、英伟达收购ARM、SK海力士收购英特尔存储业务、AMD收购赛灵思四起收购案的交易额就高达1050亿美元,外加Marvell100亿美元收购Inphi、环球晶45亿美元收购德国Siltronic,2020年半导体并购金额已经创下 历史 新高。

去年,韩国SK Siltron为防止日本出口限制,收购杜邦碳化硅晶圆事业部,在区域全球化抬头的当下,各巨头抱团取暖,通过并购来加强各自的优势,以应对快速变化和复杂的局面。

以半导体设备巨头应用材料为例,在2018年之前的几十年内,应用材料长期稳坐全球半导体设备第一供应商的位置,凭借的就是全面且强大的产品线,特别是在具有高技术含量的半导体制造前道设备,该公司具有相当深厚的技术功底。

但从 历史 来看,应用材料正是通过一系列的并购,来加强自己实力的,虽然从1967年-1996年的30年间,应用材料只有一次核心业务相关的并购,但在1997年-2007年十年间,先后发起了14起并购案,不断完善自己的产品构成。

截至目前,应用材料的产品线涵盖了半导体制造的数十种设备,包括原子沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入机、刻蚀机、化学抛光及晶圆检测设备等,预计2020年,应用材料半导体设备的市场份额将从去年的15.9%提高至18.8%。

查阅了近几年的国内半导体海外并购案例,主要有五起:

2013年紫光集团17.8亿美元收购展讯,2014年9.07亿美元收购锐迪科,后合并成为紫光展锐;2015年合肥瑞成18亿美元收购高性能射频功率放大器厂商AMPLEON;2016年中信资本、北京清芯华创投资与金石投资19亿美元收购CMOS传感器厂商豪威 科技 ;

2016年长电 科技 以7.8亿美元收购新加坡封测厂金科星朋;2017年建广资产27.5亿美元收购恩智浦标准件业务,今年6月安世半导体正式注入闻泰 科技 。

其他的海外收购基本都在5亿美元以下,特别是国产替代加速的最近三年,鲜有海外并购的大案例,想着国内半导体厂不差钱,但为何还是买不来?

实际上,国内企业海外并购,特别是半导体海外并购还真不是钱多就能解决的问题,早在1996年,西方42国就签署了集团性限制出口控制机制——《瓦森纳协定》,简单来说,就是成员国内技术转让或出口无需上报,但向非成员国转让需要上报,以此达到技术转让监管和控制的目的。

并且这份协定很与时俱进,以大硅片为例,2019年底修订的《瓦森纳协定》,就新增了一条关于12英寸大硅片技术的出口管制内容,直指中国集成电路14纳米制程工艺,以及上游适用于14纳米工艺的大硅片。

封锁的还不止拉高纯度单晶硅锭的设备和材料,更是从切割抛光好的硅片具体参数上进行了限制,专门针对适用于14纳米制程工艺的各种硅片。所以说,小到具体产品参数都能安排的明明白白,更别说直接并购先进企业,基本没有可能。

如果说美国单方面打压华为是凭借自身实力,那么通过《瓦森纳协定》限制技术出口,就相当于是在全球拉圈子,限制圈内技术出口,圈外想用,就只能用廉价劳动换取圈内输出的高附加值成品,《瓦森纳协定》相当于“金钟罩”。所以并购不来的公司,只有自己造。

实际上,光伏用硅片已经被国内的厂家玩出白菜价,半导体用的硅片之所以被国外垄断,难度在于单晶硅的纯度和内部缺陷的控制,我们做的不好。

在纯度上,光伏用的硅片6个9就够了,但半导体硅片需要11个9,也就是99.999999999%,问题就在这个纯度上面,拉出来的单晶硅锭纯度不够,内部缺陷、应力、翘曲度也跟国外有差距,做出来的芯片良品率就比较低。

所以为了良品率,晶圆厂都愿意愿意花高价买更高质量的硅片,而不愿意花低价买低质量的硅圆片,因为会导致最终芯片的良率,我国生产的硅圆片打不开国际市场就是凭证。

对于单晶硅的提纯和晶体缺陷控制,需要基于长期实践经验的积累和现场错误的总结,这是各个厂商的高度保密的技术,因为这方面的因素,国外硅片厂都没有在国内设厂。

目前,沪硅产业打破了我国12英寸(300mm)半导体硅片国产化率几乎为0的局面,推进了我国半导体关键材料生产技术自主可控的进程;中环股份现也已具备3-12英寸全尺寸半导体硅片产品的量产能力。

总的来说,当下全球市场主流的产品是12英寸,使用比例超过70%,主要应用在智能手机、计算机、人工智能、固态硬盘等高端芯片上。目前4-6英寸的硅片已可以满足国内需求,8英寸也日渐成熟,进入大规模国产替代阶段,但12英寸才刚刚进入初级阶段,还面临EPI、位错等诸多难题待解决,替代之路仍任重道远。

美国近期公布的针对华为全球所有子公司的芯片禁售令, 对于华为来说已经不能算是“封杀令”了,而是实打实的“绝杀令” 。因为美国已经完全绝杀了华为此前芯片进口的三大招数—— 向美国企业购买、找亚洲企业代工、从子公司手里转手! 华为芯片进口的“三板斧”可以说是完全被废了。

那么华为在芯片产业这条路上就真的完全没有办法走了吗?其实并不完全是,要知道芯片产业除了芯片制造我国有点落后以外, 在芯片设计和封测两大步骤上 ,我国可是很厉害的。在芯片设计上,美国的高通应该算是全球最顶尖的芯片设计公司了,但是我国的华为海思作为全球知名芯片设计企业也不遑多让。麒麟高端芯片中今年马上要发布的麒麟9000,就被测评为目前最顶尖的芯片,因为采用的是5nm制程设计的,5nm制程的芯片高通都还没有发布,就被华为海思给抢了先, 可见在芯片设计上,华为海思也能算做是世界顶流。

就更别说芯片封测这一环节了,这属于芯片产业中最后一程,也是最简单的但是也很需要人力物力。作为“世界工厂”的我国在这方面有全球所有国家都比不了的优势, 在芯片封测领域,全球十强企业中中国就占了八家,我国在这一领域实力之强横可见一斑。

那么,留给华为或者说留给我国在芯片产业最大的问题就是材料和制造了,那么全世界除了美国和拥有美国技术的公司以外,我们没有别的选择了吗?

还真有,那就是我们的老邻居兼老冤家日本!

日本虽然现在不在世界顶级半导体产业的最高位,但是曾经也是引领了全球半导体产业的昔日王者, 把时间倒回去20多年前,那会全世界半导体产品风头最劲的就是日本 。虽然最后在美国“流氓式”的打击下,日本败了。但是即便如此,日本的半导体底蕴还是在那放着,在当前全球范围内,日本也是稳坐芯片制造领域第二把交椅的。

那么寻求与日本的合作,就是我国半导体突围的一个很好的突破口。

日前,日方有消息传出, 有一家叫做“深圳英唐智控”的中国企业已经获批了收购日本的半导体光刻机设备。

中企收购了日本光刻机?是事实,将给芯片界点亮一盏灯。据了解,被收购半导体设备 的日企是“先锋微技术” ,他们家的设备是用于模拟芯片的光刻机,其设备生产出来的芯片, 主要是用在 汽车 、光电等工业领域 。虽然对于手机等终端的芯片制造暂时不支持, 但是也给我们暗了一段时间的芯片界点亮了一盏明灯

日本的半导体材料和制造在世界范围有极高的影响力,而我国在半导体设计和封测上全球无敌手。那么不管是基于中国市场对日本的吸引,还是基于国际芯片供应链调整的大势所趋, 中日两国携手在芯片产业强强联合,不失为一条半导体进一步发展的康庄大道!

如果真的能够达成全面深度合作,或许华为的移动端芯片,还有救!

在6月12日在日本京都召开的2019年度"VLSI和电路技术专题研讨会上,瑞萨展示了业界首款基于65nm SOTB技术的嵌入式2T-MONOS(双晶体管-金属氧化氮氧化硅)闪存的相关测试结果。基于SOTB的新技术已在瑞萨R7F0E嵌入式控制器中所采用,该控制器专门用于能量采集应用。

2003年由日立和三菱电机合并成立了瑞萨电子。

2010年4月1日,NEC电子和瑞萨电子合并,成为了全球第一的MCU供应商,也是SoC系统晶片与各式类比及电源装置等先进半导体解决方案的领导品牌之一。在成立之时一跃成为全球第三大半导体公司,仅次于英特尔和三星。

然而瑞萨电子合并后的几年路走的并不顺,从成立时的全球半导体老三的位置一路挣扎,在2014年跌出了全球前十。

2016年,瑞萨开始下注 汽车 行业,并以32亿美元收购Intersil,引入了模拟与混合信号芯片产品线,盈利才逐渐上来。2017年,瑞萨占据了全球20%的MCU市占率。

去年9月11日,瑞萨宣布以约67亿美元收购美国模拟芯片大厂IDT,这个收购被认为是为了应对 汽车 领域的老对手NXP的威胁。在智能手机市场增长下滑的今天,预计 汽车 市场将是未来半导体厂商最大的细分市场。然而在2018年,意法半导体(STMicroelectronics)、英飞凌(Infineon)和NXP的 汽车 业务收入均出现增长,而瑞萨(Renesas)的 汽车 业务收入却较2017年有所下降。

与最接近的竞争对手相比,瑞萨是唯一一家在2018年 汽车 业务营收出现下滑的供应商,这不仅让人感觉到一丝意外

瑞萨电子中国董事长真冈朋光认为,瑞萨在2018年已经预计到了市场需求疲软的现状,同时也根据需求下滑进行了相对应的措施,如调整工厂产能。此外这不仅仅是瑞萨电子一家企业的事情,还需要跟代理商和销售渠道不断的加强沟通。"我们的客户对市场的未来也比较谨慎。因为不由厂商控制的情况太多了,比如现在的中美贸易摩擦的问题,没有人能预计到,但就是发生了。"真冈朋光认为,中美贸易摩擦这种不可控的事情发生,对瑞萨的客户影响是很明显的,因此瑞萨需要不断调整自己去适应市场的变化。

目前对于瑞萨来说,最重要的事情是尽快适应与IDT的并购,以及实现"1+1大于2"的效果。

据IDT的财报,近些年其毛利率在60%以上,2014—2018年复合增长率更是高达14.8%,而且其技术和产品恰好符合瑞萨电子下注的 汽车 业务,其数据中心与通信基础设施也会为瑞萨开辟更大的市场。2019年瑞萨与IDT的收购案终于达成,瑞萨也一跃成为日本最大的半导体公司。

目前瑞萨全球销售额7600亿日元,全球19000员工。从财报来看,瑞萨电子收入7570亿日元。

"面向 汽车 电子的半导体产品是瑞萨的代表业务。从应用领域来看, 汽车 领域销售额约占总销售额的一半,很难找到一辆完全不使用瑞萨电子产品的 汽车 。"——这是瑞萨电子中国董事长真冈朋光在今年举行的CITE中国信息博览会上的发言。

汽车 市场当然是瑞萨最重要的市场之一。根据srategy Analytics2018提供的数据,瑞萨电子在2017年的 汽车 MCU/SOC市场份额众,包括动力总成、xEV、车身、底盘与安全、信息 娱乐 &仪表相关的车用芯片均排名第一。

此外,2017年瑞萨发布了一个ADAS及自动驾驶平台Renesas Autonomy,同时发布的还有R-CarV3M SoC,该芯片配有2颗ARM CortexA53、双CortexR7锁步内核和1个集成ISP,可满足符合ASIL-C级别功能安全的硬件要求,能够在智能摄像头、全景环视系统和雷达等多项ADAS应用中进行扩展。除了R-Car系列产品外,瑞萨也有针对雷达传感器的专业处理器芯片如RH850/V1R-M系列。

应该说R-Car系列是瑞萨进军自动驾驶的切入点。此前推出的第三代产品R-CarH3/M3已经具有L2等级的自动驾驶需求。只不过作为一家日系公司,瑞萨在自动驾驶领域的布局显得异常低调。

作为日本最大的半导体厂商,瑞萨的目标绝不仅仅是 汽车 市场,物联网市场也是瑞萨的布局重点。

5月28日,瑞萨电子2019产品及系统方案研讨会——厦门站正式召开。在此次活动上,瑞萨不仅展示了自己的多款嵌入式解决方案,还首次展示了IDT的多款物联网解决方案,以及融合了瑞萨与IDT双方技术的系统级解决方案。

瑞萨切入物联网领域,在今年重点推广的主要有两大技术:DRP技术和低功耗的SOTB技术。

提到瑞萨在物联网领域的布局,不得不提到瑞萨在今年重点推广的DRP技术和低功耗的SOTB技术。

DRP技术,简单来说就是本地的嵌入式AI解决方案,可以取代以往的云端AI计算能力。

在商汤、旷视等各大AI芯片厂商以及Nvidia、Intel、高通等传统半导体厂商纷纷布局嵌入式AI的今天,瑞萨的DRP有什么亮点呢?

据了解,瑞萨独有的DRP技术,是一种动态可编程的处理器,可以按照不同的时间把动态逻辑编程,这特别适合应用在图像处理等应用上。DRP中有AI -MAC,有大量的计算单元,可以来实现卷积运算。

此外,相比目前市场上的通用的嵌入式AI芯片,如MCU、DSP、FPGA,瑞萨DRP可以做到10~100倍的强大处理能力,而功耗则降低很多。据了解,这个DRP的主频只有60Mhz,而处理能力则比A9 MCU要快13倍。

SOTB技术,则是一种极低功耗技术,可以让MCU的电流消耗降低到传统电流的十分之一。简单来说,这种技术让不需要电池的模式成为可能。

由于采用了无掺杂的晶体管,对比传统的平面式晶体管的淤积特性变化,可以在超低电压下进行稳定的 *** 作,比如0.5伏左右。如果传统的MCU采用3V的纽扣电池供电,可能一个月后就没电了。

如果采用STB技术到MCU,由于本身需要的电流非常低,可能3μA就够了,这个功耗几乎可以忽略不计,可以实现无间断的工作。再配合低功耗的DRP嵌入式AI方案,整个系统就可以做到低时延、安全、低功耗。瑞萨电子也强调,其超低功耗的产品可保证设备10年左右不换电池,这是其技术优势所在。

陈建明部表示,SOTB技术的推广将分三步走,第一步主要是替换需要更换电池的各类MCU应用;第二步预计到2021年在蓝牙BLE中增加带SOTB功能的MCU。比如智能家电、智能楼宇等。第三步则将SOTB和E-AI技术共同加入进来,做成完整的解决方案,在农业、智能交通等领域都可以用到。

在6月12日在日本京都召开的2019年度"VLSI和电路技术专题研讨会上,瑞萨展示了业界首款基于65nm SOTB技术的嵌入式2T-MONOS(双晶体管-金属氧化氮氧化硅)闪存的相关测试结果。基于SOTB的新技术已在瑞萨R7F0E嵌入式控制器中所采用,该控制器专门用于能量采集应用。与非SOTB 2T-MONOS闪存(约需50μA/MHz读取电流)相比,新技术实现的读取电流仅6μA/MHz左右,等效于0.22 pJ/bit的读取能耗,达到MCU嵌入式闪存最低能耗级别。这项新技术还有助于在R7F0E上实现20μA/MHz的低有效读取电流,达到业界最佳。

值得一提的是,能量收集技术的迅猛发展,使智能穿戴设备的自我供能有望成为现实。比如手环、耳机等可穿戴设备目前受限最大的就是功耗问题,而瑞萨下一步将在蓝牙BLE中增加带SOTB功能的MCU,很明显穿戴产品将大大受益。

我们有理由展望不久的未来,采用瑞萨的SOTB技术的能量采集系统将在智能手表等穿戴类设备中大显神威。


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