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广东集成电路产业的主要问题

来源: 芯闻路1号 作者:艾伦星蜥蜴哥
2022-11-24 00:29:59

  全国经济标兵广东,在集成电路产业的赛道落后于京津冀和长三角,能否赶超仍要审时度势。

  如果将集成电路产业划分为设计和制造,设计是广东的强项,在制造方面,随着“广东强芯”工程全面实施,三大产业集团湾区半导体、广大融智、智能传感器加快建设;两大集成电路制造项目建设深圳中芯国际、粤芯二期投产在即,这些动作说明广东正在补足集成电路制造短板。

  广东集成电路产业以广州、深圳、珠海、佛山为主的地区格局正逐步成型。《2022年广东省数字经济工作要点》明确集成电路制造项目的重要性,也更加重视芯片的研发、供应和应用、资金等环节。在芯片研发上,围绕“广东强芯”工程战略部署,布局实施广东省重点领域研发计划“芯片设计与制造”战略专项;在芯片供应和应用上,加快芯片战略储备中心建设,实施汽车芯片应用牵引工程,引导汽车“链主”企业牵头开展关键芯片研发验证和产业化应用;在资金方面则发挥省半导体及集成电路产业投资基金使用效能,引导社会资本投资建设集成电路产业。

  政策助力未必能让广东集成电路制造一蹴而就,这与集成电路制造本身的特点有关:产业链冗长,包含从原材料、设备,到设计制造和封测等多个环节,整体投入庞大,产业落地周期较长,机会和风险并存;同时也需要技术经验的日积月累,这是新的晶圆厂和研发项目的基础,对于批量生产高端芯片至关重要,投入领域的估测失误、成本控制的松懈、市场需求低于预期等因素会降低甚至消除产业和企业的投资回报率。

  对于讲究效率的广东经济,长周期、高风险的集成电路制造要顾及各项经济指标的综合表现、地区的资源和优势、珠三角和东翼西翼地区之间协同平衡发展、资源合理分配等。

  集成电路制造作为一项长期投资,具有风险,但也有机会。首先,长期以来,广东的制造业偏于低端,向高端产业转型过程中,集成电路制造是较好的选择。广东在集成电路制造领域的一个优势是,大部分芯片的需求市场就在广东。其次,先进工艺的集成电路制造是少数玩家的游戏,具有赢者通吃的特征,如果广东能够将现有的集成电路制造项目打造出明星企业,可以形成从芯片设计、制造、应用的闭环。

  在提振集成电路制造发展的同时,保持经济增长,就要清楚当前面临的问题,下面简单讲述。

 

资金投入力度与芯片制造所需的高投入不匹配

  芯片设计制造的成本控制问题突显,在过去十年芯片设计制造费用飙升。

  在制造上,建造和装备5nm生产线的成本目前约为54亿美元,是拥有10nm生产线的晶圆厂所需17亿美元的三倍多。成本增长主要源于制造芯片微型结构所需的更高精度,例如,光刻现在使用极紫外光,增加了工具成本。在研发上,芯片的晶体管密度变得越来越小,研发变得更具挑战性,因为研究人员要处理量子效应、微小的结构变化和其他可能使开发复杂化的因素,从验证到IP认证,设计一个5nm芯片的成本约为5.4亿美元,这远高于设计10nm芯片所需的1.75亿美元和设计7纳米芯片所需的3亿美元。预计研发成本将继续上升,尤其是对于前沿产品。

  图注:以5nm工艺为例,产能利用率不高会导致晶圆厂的盈亏平衡点时间延迟,财政支持可以缩短该时间。图片来源:麦肯锡

 

  从企业角度来看,投入数十亿美元建设新晶圆厂投入,并不会立即看到投资回报,因为安装所需工具大约需要12到24个月,另外还需要12到18个月才能满负荷生产。如果市场需求不如预期,或者成本超出预期,回报或将不容乐观。综合考虑资本支出金额、营收、运营支出等要素,企业可以期望在大约五年内从新晶圆厂获得现金流。然而,如果晶圆厂的产能利用率过低,这个时间可能会大大增加。极端情况下,产能利用率降至满负荷的55%至65%及以下,并保持在该水平,企业可能陷入危机。即使企业获得高额政府补贴,以55%的产能运营时,也需要将近十年的时间才能看到投资回报。企业必须在开始晶圆厂建设之前,彻底调查产品需求,包括可能的长期转变,如果决定继续,还应该尝试通过两种策略来降低每片晶圆的成本,即晶圆厂规模化和产业集群化。

  获得政府的投入支持,将决定企业何时实现盈利,当前出现某些行业的芯片出现库存积压,集成电路制造厂商的产能利用率不高的情况下尤为如此,因为这可能会大大缩短企业达到盈亏平衡点的时间,使企业的投资项目的稳步推进。

  出于差异化发展、错位发展的思路,广东在集成电路产业发展上,重设计,轻制造,这可能成为投入有所侧重的关键因素。因为广东集成电路设计业在国内领先,而长三角等地在先进制程和存储集成电路制造、封装测试等制造环节已形成优势,在这样的情形下,芯片设计有理由成为优先级高的发展方向,是政策方向的现实选择,同时这也是集成电路制造亟需获得支持的原因之一。

  从政策中也看出设计的优先级和补足制造短板的迫切性,《广东省培育半导体及集成电路战略性新兴产业集群行动计划(2021-2025年)》指出,充分利用广东终端应用需求市场规模大的优势,做大做强设计业,重点发展高端通用芯片、模拟芯片、功率器件和第三代半导体器件等,大力引进和培育封测、设备、材料等领域龙头企业,加快补齐制造业短板。

  目前,广东在集成电路制造上的投入如何?广东财政对集成电路制造的支持主要体现在政府引导基金方面,根据广东财政厅的信息,政策性基金运作方式的创新,以“市场化”为主导,明确“产业发展基金”“创新创业基金”“农业供给侧基金”“半导体及集成电路基金”等基金定位,突出撬动作用,为广东战略性新兴产业发展和传统产业转型升级等引入增量资金,实现财政资金的杠杆放大效应。截至2021年6月,省财政累计投入政府性投资基金近300亿元,有效引导社会资本约500亿元。

  上述投入获得的收效可以参考2021年广东经济运行情况,2021年,广东规模以上工业增加值3.75万亿元,同比增长9.0%,两年平均增长5.2%,增速基本恢复到疫情前水平。先进制造业增加值同比增长6.5%,占规模以上工业增加值比重54.2%;其中,新能源装备制造增加值增长19.9%。战略性新兴产业产品产量增势良好,其中,工业机器人同比增长56.5%,集成电路增长30.3%,新能源汽车增长155.6%。

  图注:2019年-2021年规模以上先进制造业(集成电路及关键元器件)的主要经济指标。芯查查制图,数据来源:广东统计信息网

 

  根据2019年-2021年“集成电路及关键元器件”的主要经济指标,2021年营业收入增速为24.4%,2020年由于疫情影响出现负增长。如果以“营业成本”/“营业收入”的比值来看,2019年为85.39%,2020年为85.20%,2021年为83.96%,2021年的数据下滑,其中的原因不排除疫情和广东经济出口贸易受到海外形势的影响。

  由于不同数据来源对于行业的划分和统计方法有所不同,作为对比,广东“十四五”规划中提到的目标,也即“到2025年,半导体及集成电路产业营业收入突破4000亿元,打造我国集成电路产业发展第三极,建成具有国际影响力的半导体及集成电路产业聚集区”,如果其中4000亿元主要指的是集成电路制造,那么结合上述广东统计信息网的数据可以揣测,集成电路制造在“集成电路及关键元器件”营收中的占比不到25%。

  图注:2021年规模以上先进制造业主要经济指标-营业收入,单位为亿元人民币。芯查查制表,数据来源:广东统计信息网

 

  单独看2021年规模以上先进制造业主要经济指标中的“营业收入”,包括集成电路及关键元器件在内的高端电子信息制造业占比最高。从营业收入的结构来看,广东在新材料和先进设备制造的营业收入不多,因此在构建产业集群的过程中,晶圆厂加速建设的同时,也要考虑芯片产业链上游厂商的引入。

  总之,从集成电路产业的特点、政策对芯片设计的倾向、营业收入的结构等角度来看,广东的集成电路产业在制造环节的资金投入有不足的迹象。

 

面向芯片前沿技术领域,税收优惠广度和力度可考虑适度提升

  在2022年4月,国家发改委、工信部等五部门《关于做好2022年享受税收优惠政策的集成电路企业或项目、软件企业清单制定工作有关要求的通知》(发改高技〔2022〕390号)提到的企业包括,国家鼓励的重点集成电路设计企业和软件企业,集成电路线宽小于65纳米(含)的逻辑电路、存储器生产企业,线宽小于0.25微米(含)的特色工艺集成电路生产企业,集成电路线宽小于0.5微米(含)的化合物集成电路生产企业和先进封装测试企业,集成电路产业的关键原材料、零配件(靶材、光刻胶、掩模版、封装载板、抛光垫、抛光液、8英寸及以上硅单晶、8英寸及以上硅片)生产企业,集成电路重大项目和承建企业。

  广东在做好与上述《通知》提及的2022年享受税收优惠政策的集成电路企业或项目、软件企业清单制定工作之外,地方也有促进的政策,比如广东财政部、税务总局出台了《关于广州南沙企业所得税优惠政策的通知》明确了广州南沙企业所得税优惠政策内容,享受优惠的条件及优惠目录等。政策的企业所得税优惠目录包括高新技术重点行业、信息技术、先进制造、生物医药、新能源与新材料、航运物流、现代服务业、金融业8大类140条优惠目录,其中“高新技术重点行业”进一步细分为人工智能与集成电路、高端装备、生命健康、节能环保4小类35条产业目录。

  税收优惠政策侧重于对先进工艺芯片的支持,而前文提及,先进工艺的开发难度较高,投入资金和落地周期较长,对于前沿技术,比如涉及到小于7nm芯片的企业,政策扶持的力度可以再制定更加具有激励性的优惠。此外,新基建、大数据、航空航天等核心领域也可以作为扶持评估的维度,加强对这些企业的扶持。

 

小结

  广东是改革开放的前沿,有先行先试的经验,这些有利于使其撑起另一个集成电路产业支点。在统筹粤港澳大湾区内部产业协同,推进产业集群发展的过程中,集成电路产业是一条务实的道路,如何把蛋糕做大,把蛋糕分好,这需要政策扮演更加重要的角色。

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