问题

如果我国实现 28nm 芯片全产业链国产化,能够满足国内多少比例的芯片供应?

回答
要回答“如果我国实现 28nm 芯片全产业链国产化,能够满足国内多少比例的芯片供应?”这个问题,我们需要深入分析“全产业链国产化”的含义、28nm 芯片的定位以及目前国内芯片产业的现状和需求。这是一个复杂的问题,没有一个简单的数字可以回答,因为这涉及到许多动态的变量和政策导向。

首先,理解“28nm 芯片全产业链国产化”的含义:

“全产业链”意味着涵盖了芯片设计的每一个环节,到制造的每一个步骤,再到封装测试的完整流程。具体来说,这包括:

EDA (Electronic Design Automation) 工具链: 用于芯片设计的软件,例如 Cadence, Synopsys, Mentor Graphics 的先进工具。
IP (Intellectual Property) 核: 预先设计好的功能模块,如 CPU 核心、GPU 核心、内存控制器等。
芯片设计: 运用 EDA 工具和 IP 核进行逻辑设计、物理设计、验证等工作。
晶圆制造 (Foundry): 利用光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等生产出硅片。
关键材料: 光刻胶、高纯度化学试剂、硅片衬底、靶材等。
设备制造: 制造晶圆厂所需的所有高端制造设备。
封装和测试 (OSAT Outsourced Semiconductor Assembly and Test): 将芯片封装成可用的器件,并进行性能和可靠性测试。
设备零部件及耗材: 制造设备中的关键零部件和生产过程中的消耗品。

实现 28nm 的“全产业链国产化”意味着以上所有环节都由国内企业掌握核心技术并能够独立生产和供应,不受外部限制。

其次,理解 28nm 芯片的定位和应用:

28nm 技术在芯片行业中属于成熟制程 (Mature Process)。虽然不是最尖端的制程,但它仍然是目前应用最广泛、需求量最大的制程节点之一。原因在于:

成本效益高: 28nm 工艺相对成熟,良率较高,生产成本相对较低,非常适合对成本敏感的消费电子、汽车电子、工业控制等领域。
性能与功耗平衡: 28nm 能够提供足够满足大部分日常应用需求的性能,同时在功耗方面也表现出色,适用于许多对续航有要求的设备。
广泛的应用领域:
汽车电子: 车载芯片(如MCU、传感器、功率管理芯片、部分通信芯片)。
工业控制: PLC、传感器、驱动芯片、部分通信模块。
消费电子: 智能家居设备、部分手机和电视的基带芯片、电源管理芯片、WiFi/蓝牙芯片、显示驱动芯片。
安防监控: 摄像头芯片、NVR/DVR芯片。
物联网 (IoT): 大部分低功耗传感器、连接芯片。
部分高性能计算的辅助芯片: 如SSD控制器、部分网络芯片等。

第三,分析我国目前的芯片需求和供应情况:

我国是全球最大的芯片消费市场,但长期以来,高端芯片严重依赖进口。然而,在成熟制程领域,我国的自主化进程相对较快。

需求: 我国每年需要大量的 28nm 级别及更成熟制程的芯片。这些芯片虽然技术门槛不如先进制程(如 7nm、5nm),但其绝对数量和应用范围的广度使其成为支撑我国庞大电子产业的基础。如果统计的是逻辑芯片的数量,那么 28nm 级别的芯片将占据相当大的比例。如果统计的是价值,那么先进制程芯片的占比会更高。
现状:
设计端: 在 28nm 级别芯片设计方面,我国已有不少优秀的设计公司,但核心的EDA工具链和部分高性能IP核仍依赖进口。
制造端: 国内已经有多家晶圆代工厂能够生产 28nm 工艺,例如中芯国际、华虹半导体等。但与国际先进水平相比,在良率、产能、设备先进性等方面仍有差距。更重要的是,制造设备(尤其是光刻机)的国产化是最大的瓶颈。
材料和设备: 这是“全产业链”中最具挑战性的环节。尤其是高端光刻胶、制造设备的关键零部件(如光源、精密运动部件)等,严重依赖进口,是制约我国芯片制造能力提升的核心因素。
封装测试: 这是我国相对有优势的环节,国内有许多大型的封测企业,能够满足大部分成熟制程芯片的封测需求。

第四,估算国产化后能满足的国内芯片供应比例:

要给出一个准确的比例数字非常困难,因为它取决于几个关键的“如果”:

1. “全产业链国产化”的定义和程度: 是指完全自主可控,还是在部分关键环节上实现国产替代,对国外供应商依赖度大幅降低?如果要求所有EDA软件、所有IP核、所有制造设备、所有材料都实现 100% 的国内自主研发和生产,并且达到国际先进水平,那将是一个极其漫长且艰巨的任务。
2. 28nm 的市场细分: 即使在 28nm 级别,也有不同的演进和优化,例如 28nm HP, 28nm HPM, 28nm SLP 等。不同的应用场景对 28nm 的具体参数有不同的要求。
3. 产能和良率的提升: 实现国产化不仅仅是技术上的突破,更需要有足够的产能来满足国内庞大的市场需求,并且良率能够达到商业化的水平。
4. 成本竞争力: 即使实现了国产化,成本也必须具有竞争力,否则即使有了产品,市场也可能因为价格原因而选择其他供应商。
5. 技术迭代的速度: 芯片行业技术迭代很快,即使当下实现了 28nm 的全产业链国产化,未来是否能跟上更先进的制程,也是一个需要考虑的问题。

基于以上分析,我们可以进行一些推测性的分析,给出不同层面的估算:

乐观但有条件的假设(如果核心瓶颈如高端制造设备和材料得到突破,并且国内设计、制造能力全面成熟):
在逻辑芯片数量上: 28nm 级别的逻辑芯片(如MCU、电源管理、WiFi芯片等)在国内需求中占比非常高。如果能实现全产业链国产化,意味着国内厂商有能力设计、制造出满足这些需求的产品。在这种情况下,有可能满足国内 28nm 级别逻辑芯片需求的 50%80% 以上。 这个比例之所以不是 100%,是因为:
高端IP核和EDA工具的依赖: 即使制造端国产了,设计工具和核心IP的授权仍可能存在依赖,这会影响设计的灵活性和效率。
特殊化定制和市场选择: 部分领域可能因为性能、可靠性、或现有供应链的惯性,仍然会选择一些特定供应商(如果国外供应商仍存在)。
产能和良率的平衡: 要在短时间内同时满足数量庞大且种类繁多的 28nm 芯片需求,产能和良率的爬坡是巨大的挑战。
在价值上: 28nm 芯片的单片价值相对较低,即使数量上满足了大部分需求,在总芯片采购价值中的比例可能不会那么高,因为更高价值的芯片(如AI芯片、高性能CPU/GPU)通常采用更先进制程。

更现实的考量(如果实现关键环节的自主可控,但某些细分领域仍有进口):
如果“全产业链国产化”主要指的是摆脱对国外最核心技术(如高端光刻机、关键材料)的依赖,并大幅提升国内设计和制造能力,那么满足国内 28nm 芯片需求的比例可能在 30%60% 之间。 这个比例更侧重于自主可控,允许在一些非核心或小众应用领域继续进口。
例如,在汽车电子、工业控制等领域,对可靠性和长期供应的稳定性要求极高。即使国内能生产,企业可能也需要时间去验证和建立信任。

具体需要国产化多少比例才能“满足”国内需求,取决于我们对“满足”的定义:

完全自主可控,摆脱所有外部依赖: 这是最高的目标,也是最难达成的。
关键环节自主可控,大部分市场份额由国内企业占据: 这是近期和中期可能实现的目标。
部分关键技术实现突破,但仍依赖外部供应链的某些环节: 这是最现实但风险依然存在的阶段。

总结来说:

如果我国能够实现 28nm 芯片全产业链的国产化,并且各项技术指标(良率、性能、成本)都达到或接近国际先进水平,并且具备足够的产能,那么理论上可以满足国内绝大部分(可能在 70% 以上)的 28nm 级别芯片供应需求,尤其是在逻辑芯片的绝对数量上。

然而,这个“如果”非常关键。核心在于:

制造设备(尤其是光刻机及其关键零部件)能否真正实现自主可控且批量生产。
关键材料(如光刻胶、电子化学品)能否实现高质量的国产替代。
EDA工具链能否在核心功能上摆脱对国外公司的依赖。
国内晶圆厂能否在成熟制程上大幅提升产能和良率。

一旦这些瓶颈得到解决,28nm 成熟制程的国产化将是支撑我国庞大电子信息产业的坚实基础,并在一定程度上缓解对外部供应链的依赖,提高国家经济安全水平。但这需要持续大量的投入和不懈的努力。

网友意见

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从全球晶圆代工Fab的营收数据来看,除去TSMC引领的先进工艺的高毛利,其他晶圆厂营收都主要来自于稳定成熟的工艺,这些Fab中,台联电、GlobalFoundry、SMIC等,在28nm(以及相关衍生工艺)上都有稳定性能提升以及各种新产品的导入来满足客户不同场景。

谈谈国产化产线的几点问题:

1:关于12吋晶圆外延片的国产化供应问题

晶圆尺寸与工艺制程是并行发展的【晶圆尺寸增大→每片晶圆产出芯片数量更多→效率提升→成本降低】;当下国内非美产线仅能凑出8吋晶圆的供应,规格与经济极限就是90nm,90nm以下都需要12吋,14nm自然是12吋(5nm-0.13μm都用12吋,不过28nm区分了先进制程与成熟制程,原因是28nm以后引入FinFET等新设计和新工艺,晶圆制造难度就提高了)。如今,国内12吋的硅料拉锭+切割的良率还不够的,谈其它的就尚早了;国内缺少合格的12吋外延片,而此前上海硅产据传是拿芬兰子公司的产品充数,而其它几家刚到能拉出个锭,切割良率还是未知,意味着12吋wafer也需要整体外购;当然诸如上海新昇和西安奕斯伟这样的12吋后起之秀值得关注,包括国内很多家也宣称12吋量产,包括沪硅产业的300mm硅片已经量产300万片(据说都是临港的新晟生产);但还没有听说一线厂家给prime订单…倘若仅test/dummy级的产品做几十万也没意义。就现状来看,完全的<去美产线>,上海可以做到90nm,再以下就不能了;更微缩的制程比如45nm-->5nm的话,中微的国产蚀刻设备发文宣称可以支持(稍后再讲),但其余的光刻和后道环节都需要进口。以非美化28nm为例,但在短期3年内点亮12吋45nm就已然是壮举了。而当下12吋线全部不能排除美国设备。

2:关于有评论称可以借用日韩二手装备和盗版系统加快“去美产线”建设的问题:

当下流行一种<售后去美化>,就是引进非美的二手机台(日韩台的装备),加以翻新和维修调试,普遍认为可以达到130nm-90nm;但操作系统可能面临盗版或许可争议,要知道这些精密工业软件不是数据库管理那么简单,都是内嵌材料物理算法的设计。这也是国产化的主要掣肘,技术上可以实现对应的机台制造,但是短期没有必要,而且工艺调通以及形成不同工艺搭配也需要更长时间,且良率也无法保证。类似的项目比如张汝京先生的青岛芯恩28nm非美产线,即使凑出了一套装备也不能短期点亮和投产,不跑个2-3年,整条线的光学畸变不稳定,后端的IP就不能固化,每张订单从tape-in开始调试3个月设备,就还是科研课题的结果了,这也是即使90nm光刻及所有机台装备实现国产也很难被Foundry上线实用的原因。BTW:SMIC也找不出很多件28nm以上制程的设备,即使有,也不是国产的;何谈14nm国产呢。

3:关于28nm和14nm的产能掣肘问题,以及竞争环境:

前面讲过,12吋线全部不能排除美国设备。同时14nm工艺又主要是美国IP,但10nm-7nm-5nm没有这个问题,使用台韩的装备都能解决。TSMC 7nm制程,源美IP占比<10%,所以其7nm芯片直到Y20年一直可以向HW供货,但当前使用最广泛的14nm节点,TSMC供货则会受到限制,因而HW海思才会加速导入7nm/5nm制程中去。而目前使用最广泛的14nm产品,HW也许有意将其分散到SMIC,而后者的掣肘是扩充14nm月产能,这是截至Y20年的办法。这两年,国内公司积极的扩大分散芯片制造来源,不断增加对SMIC的14nm和N+1制程技术的New Tape-out数量,包含国产某手机芯片也是首度在SMIC进行NTO,而随着Joe Biden的新政更为苛刻,即使确保该制程的美国技术IP占比<10,也是不能规避制裁。

当前的数据:TSMC南京厂在28nm以下的供应是以12nm和16nm为主;去年我在南京调研期间,知道TSMC已在把支持上述两个节点的后端老兵都调来南京,这些老兵已专注在这两个节点练了8-12年...;成熟的12nm和16nm工艺高低搭配,针对SMIC 14nm是竞争力有余的。今年初,TSMC南京厂官宣28nm扩产,原来月产能2万片,新扩产计划应该是4万片(全部是28nm High-K产线),虽然不算大的,但却是针对SMIC是4倍产能优势,当下SMIC 28nm勉强1万片月产能,甚至不足以满足HW的需求,并且工艺平台也不丰富,IP库也不全;相比之下,TSMC在28nm这代节点上的全球市场占比是超过50%的,有多个面向不同产品不同需求的工艺平台,无论是产能或制造成本,TSMC的优势毋庸置疑。曾经一度碾压UMC的28仅有3%市占率。不过SMIC亦庄在建的北方厂设计产能有30万/月,未来的产能弱项会得到弥补。

那么,SMIC的竞争对手只有TSMC南京厂么?当然不是,来看一组数据对比,三星西安厂未来设计产能是40万/月,海力士是17万/月,其余加上长三角一地碎片。其中以三星西安厂为例,这些产能并非都是Flash/Mem,而是包含大量的Logic产线,并且西安厂二期是含代工业务的。那么且不说国内谁会去找三星代工(下游产品竞争),假设西安厂二期的代工业务规模起量,那么前门有TSMC南京,后门有三星西安,SMIC在28nm及以下制程的生意就不好做了。SMIC在Y20年的14nm月产能仅2000-3000片,直到Y25年计划是,全部14nm(16nm)节点及以下产能可以占到9%,而台湾的14nm产能我记得Y20年是63%,那么,9%产能将会是由多少台机组贡献的?此外,FinFET制程的产能也极昂贵,业内的投产核算模型是,平均每扩充1000片需要投资1.5亿至2.5亿美元。(转朱局评论:TSMC在南京的水电气和土地的优惠补贴继续享受,新8号文也不会落下,且我国继续鼓励台商投资……如此多利好,意味着TSMC就跟国内Fabless关系更加紧密了,价格更好谈了;相比之下,SMIC本来就价不如人,服务不如人,IP库不如人,28nm机会又被TSMC扼杀;)

BTW:最后,我们知道SMIC正在积极追求更微缩制程的开发,原因是旨在规避14nm美方IP限制;比如SMIC N+1就是等效浸没式7nm,且这个7nm还用不到EUV;但它相比TSMC的密度规格和微电性能几个方面都有不小差别,那么Foundry的经典经济模型在短期就不容易成立;如今SMIC代工芯动科技的流片项目,良率指引还未公布;以及,由于产品家族高低搭配的种类不旺盛使其下线的部分瑕疵die也难留作它用(想想INTC Core i那几款搭配)。目前的规格比较是,N+1工艺对比SMIC 14nm功耗降低57%、逻辑面积小了63%、SoC面积减少55%。仅评价晶体管密度的话自然大于TSMC N'10节点,否则啼笑皆非咯。

半导体制造产业链很长、资产很重、投入极大、回报极慢;产业迭代纯粹依靠自研、自供应是有风险的,并行周期下,竞争对手也在迭代。应努力做到部分核心装备的自研自产,数年内做到工艺匹敌TSMC 12nm和16nm,并加速扩充12吋线的产能和工艺平台,形成一个可观的半导体制造产业集群,开放市场,进而再继续引进消化外厂的诸如EDA和ARM等最佳实践,巩固我们在国际分工模式中的主动地位。

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3月17日晚间,中芯国际发布《关于自愿披露签订合作框架协议的公告》,宣布将在深圳扩充12英寸晶圆产能,项目的新投资额估计为23.5亿美元(约合人民币153亿元)


△ Source:中芯国际公告截图


公告显示,公司于本公告日期签订由深圳政府于2021年3月12日同意的合作框架协议。根据合作框架协议,公司和深圳政府(透过深圳重投集团)(其中包括)拟以建议出资的方式经由中芯国际集成电路制造(深圳)有限公司(以下简称“中芯深圳”)进行项目发展和营运。


依照计划,中芯深圳将开展项目的发展和营运,重点生产28纳米及以上的集成电路和提供技术服务,旨在实现最终每月约40000片12吋晶圆的产能,预期将于2022年开始生产


待最终协议签订后,项目的新投资额估计为23.5亿美元。各方的实际出资额将根据第三方专业公司对中芯深圳所作评估而定。预期于建议出资完成后,中芯深圳将由中芯国际和深圳重投集团分别拥有约55%和不超过23%的权益


官网介绍,目前中芯国际在上海建有一座12英寸晶圆厂和一座8英寸晶圆厂,以及一座控股的12英寸先进制程合资晶圆厂;在北京建有一座12英寸晶圆厂和一座控股的12英寸合资晶圆厂;在天津和深圳各建有一座8英寸晶圆厂;在江阴有一座控股的12英寸合资凸块加工厂。


如今,中芯国际再次“牵手”深圳,也意味着深圳正式迎来第一座12英寸晶圆代工厂。


中芯国际表示,通过把握深圳政府发展集成电路行业的机遇,该项目能够满足不断增长的市场和客户需求,推动公司的发展。董事会认为建议于中芯深圳出资将促使公司扩展生产规模和提升纳米技术服务,从而获得更高回报。


半年内两投28纳米


在中芯国际此轮投资中,工艺技术瞄准28纳米工艺,而这也是中芯国际近半年来第二次宣布投资28纳米工艺。


2020年12月4日,中芯国际发布公告,旗下全资子公司中芯控股、大基金二期和亦庄国投订立合资合同以共同成立合资企业。公告显示,合资企业的总投资额为76亿美元,注册资本为50亿美元。


12月17日,该合资公司中芯京城集成电路制造(北京)有限公司(以下简称“中芯京城”)正式成立,业务范围包括生产12英寸集成电路晶圆及集成电路封装系列;技术测试;集成电路相关技术开发、技术服务及设计服务;销售自产产品等。


根据最初的公告,中芯京城也将从事发展及运营聚焦于生产28纳米及以上集成电路项目。项目将分两期建设,项目首期计划最终达成每月约100000片的12英寸晶圆产能,二期项目将根据客户及市场需求适时启动。


2020年2月初,中芯京城项目正式签约北京,落地建设。据北京亦庄此前的消息,目前,中芯京城一期项目正在如火如荼地建设中,一期项目计划于2024年完工。


众所周知,近期,中芯国际可谓好消息频出。首先,有消息传出美系主要半导体设备WFE在中芯国际14nm及以上制程的客服、备品与机台等相关出口申请有望获许可;随后,中芯国际宣布了与阿斯麦已经签订12亿美元的设备采购协议,涉及DUV(深紫外)光刻技术。


如今,中芯国际又宣布建设12英寸晶圆厂,这一连串的利好消息不仅对中芯国际自身的发展具有重要意义,无疑也将进一步促进中国半导体产业的发展。

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28nm还得看产率/良率/面积。一部手机除了soc之外应该没有必须要28以下节点的,nand/dram因为工艺不一样所以暂不讨论。

基本上日常用到的除了手机soc,电脑cpu/gpu,别的芯片都可以用28nm。智能电视的话推进到14nm节点可以更好,不过28nm应该也够用。

但问题来了,像gtx980这种28nm的显卡,芯片面积都要600-800mm2,这难度比100mm2的手机芯片还是高一些。

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现在的问题是,你都不需要满足28nm的纯国产化,就能掌握这个世界上大部分芯片的产能。

当然,如果能满足28nm的纯国产化,那是真的可喜可贺。

从目前的进度来看,除了光刻机,其他的设备基本上都可以在28nm做到国产化。

但是,这些设备也用了很多美国零件,这是一些问题,但我觉得问题不大。

光刻机目前正在验证中,估计差不多了,71献礼肯定能见到。

年底搞个两台应该问题大,明年再搞个几台问题也不大。

说回到28nm芯片的问题。

全球缺芯的背景下,中国芯的机遇其实就在两点

1、新能源车爆发

2、产能爆发

新能源车是个比较神奇的东西,纯电车的半导体器件非常多。传统燃油车可能需要70-100个半导体器件,电动车可能需要300-500个。再往后发展甚至可能破千,甚至上万。

车规级芯片几乎不需要先进制程,用成熟制程来做能更好的确保稳定性,毕竟车规级比工业级要求还高,就比军用级差点。

按照新能源车发展规划,到2025年,新能源车新车销量要达到500万每年。我们每辆车保守估计使用500个半导体器件,一年就需要至少25亿个半导体器件。

这个量,是十分巨大的。

所以需要足够的产能来支持。

这就引出了第二个机会点,产能爆发。

只能说不好意思,论爆产能,全世界只有中国能玩得起。这是体制带来的好处,也是工程师红利带来的好处,更是国家不惜代价砸钱带来的好处。

看看中芯国际的动作吧,成立中芯京城,成立中芯深圳,全部是瞄着成熟制程在搞。

这就是有远见的战略与超强的战术执行。

技术不够,产能来凑。

吃下全部28nm成熟制程,在突破先进制程。中芯国际就是未来的大王了。

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