[原创] 韩国半导体野心全盘解读

2019-05-23
14:00:24
来源: 半导体行业观察

编者按: 在日前,韩国政府和宣布将大举增加对非存储半导体的投入,力求将韩国半导体产业朝存储芯片一边倒的发展现状,转变为存储芯片与非存储半导体共同发展。他们在系统芯片和晶圆代工方面也展现出了其野心。在这里半导体行业将其翻译整理如下。

以下为正文:

系统半导体由8000多种负责信息处理的产品组成。系统半导体起着高数据运算和控制等信息处理的作用。存储器半导体则起着存储/记忆数据(DRAM临时存储,NAND永久存储)的作用。

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图1 与人脑相比存储器半导体与系统半导体的作用

在如CPU和AP等多品种定制行业的系统半导体领域,需要优秀的设计人才和技术,它需要高价设计和验证工具以及半导体设计资产(IP)等技术基础设施,但这对低资本的中小型企业来说是一个障碍。

经过了几十年的发展,虽然集成半导体企业(IDM:三星电子,英特尔等)还存在,他们也进行生产,但现在芯片产业的主流是设计(无晶圆厂,Fabless)和生产(晶圆代工,Foundry)相分离的的产业构造:

  • 无晶圆厂(Fabless) :无半导体制造工厂(Fab)的设计和开发公司(高通等)

  • 晶圆代工:无晶圆厂所设计的半导体委托生产(TSMC等)

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图2  半导体价值链和公司类型

我们细看现在的系统半导体行业现状,其中无晶圆厂(Fabless)美国公司占市场主导地位,数据显示,2018年全球的无晶圆厂市场规模约为850亿美元,其中高通和NVIDIA等美国公司占有压倒性领先地位,通过 M&A (并购)等手段,美国在不断扩大规模,增强在全球市场的主导地位。而中国大陆正在紧急追赶中

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图三:无晶圆厂(Fabless)世界市场规模(单位:亿美元,IHS,'18)

如果以销售收入为基准,10个无晶圆厂公司中,美国公司有6家,中国公司有4家。其中韩国排名最高的fabless知识位于第19,大幅度落后于其他竞争对手。而联发科(MediaTek)和海思 (HiSilicon)等中国企业正在基于中国庞大的内需市场和政府的支持下,正在大举进入相关市场。

排名

公司

国家/地区

销售(单位:亿美元)

1

Qualcomm

美国

163.9

2

nVidia

美国

103.9

3

MediaTek

中国台湾

78.8

4

AMD

美国

60.4

5

HiSilicon

中国大陆

54.9

6

Apple

美国

54.2

19

Silicone Works

韩国

7.0

表格:无晶圆厂(Fabless)企业排名】(1亿美元,IHS,'18)

再看晶圆代工方面,中国台湾的台积电是全球第一的领导者,韩国的三星电子则紧追其后。数据现实,全世界的晶圆代工市场约为710亿美元('18),而台积电(TSMC,台湾)占48%

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图4晶圆代工全球市场规模(亿美元,IC Insights,'18)]

排名

厂商

国家/地区

韩国(单位:亿美元)

1

台积电

中国台湾

342.1

2

三星

韩国

104

3

格芯

美国

62.1

4

联电

中国台湾

50.2

5

中芯国际

中国大陆

32

11

DB Hitech

韩国

6.2

晶圆代工公司排名(亿美元,IC Insights,'18)

由于各种芯片(如多品种·小批量生产)的需求增加,晶圆代工市场需求正在增长。这也就是我们看好这个市场的主要原因。

另一方面,我们也看到,系统半导体的市场约为存储器半导体的1.5倍,且这是一个受经济波动影响较小的行业。从下图我们可以看到,系统半导体占据全球半导体市场一直徘徊在50%~60%之间。到2022年,整体市场规模约为2460亿美元,其中无晶圆厂的总销售额约合850亿美元,IDM的总销售额约为1610亿美元。

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系统半导体的营收变化

我们认为,系统半导体之所以拥有不受行业衰退影响的稳健的市场结构,这主要以他们根据客户要求生产产品的原因有关,因为不存在因供需不匹配而剧烈变动的市场状况,但存储器半导体是“先生产后销售”方法 ,在供需不匹配时会发生剧烈的价格变动。且作为第四次工业革命(如人工智能·物联网·无人驾驶汽车)的关键。

同时,系统半导体产业也是世界上领先国家主导发展的产业。其中,美国通过基础研究和技术保护支持私营公司,让他们在世界十大半导体公司中占有六家,全球市场也高达70%。

来到中国大陆方面,基于国内大型内需市场和政府支持,他们也在同步开发存储器/系统半导体业务,且他们在无晶圆厂也市场份额排名全球第三。

至于中国台湾方面,得益于其晶圆厂和晶圆代工的良好合作,他们实现了无晶圆厂多重增长,他们岛上的MediaTek世界排名第3,Novate 第9名,Realtek也去到了11名。

但回看韩国fabless的全球市场份额,从2009年的2.9%到2018年的3.1%,那就意味着我们在过去10年间几乎停滞不前。如果除去大型企业,我们在全球的市场占有率不到1%。全球无晶圆厂公司前50名中只有1个韩国企业。在国内(韩国)无晶圆厂公司中,2018年也仅仅有6家销售额达到1000亿韩元以上。且这些企业拥有依赖特定客户(大公司),规模小,缺乏人力,成长基础较弱,起这些产品竞争力仅限于某些项目(如显示驱动芯片(TDDI)和手机图像传感器(CIS)),但在一些前景领域(如汽车半导体等),韩国缺乏相关技术支撑,其核心部件100%依赖进口,国产率2%。如果与技术最先进的国家(美国:100)相比,我国的技术为80,技术差距为1.8年 。

追究其原因,这主要与韩国缺乏大规模投资,无晶圆厂全球增长受限有关。我们知道,投入到相关的产品设计需要昂贵的设计工具,原型制造,半导体设计资产(IP)版税,这就需要巨额的资金,这就成为了韩国企业的障碍。正是在投资比销售的风险更高的影响下,无晶圆厂创业企业一直在减少。

另一方面,国内主要需求公司的海外转移,国内市场缩小,要求高规格∙参考的国内大企业面临交货困难,而且产品组合有限,缺乏对新市场的战略性和积极响应,未能确保需求,缺乏市场创造。

再者,因为缺乏无晶圆厂(Fabless)与晶圆代工(Foundry)之间的桥梁,有机合作不足。

还有就是由于无晶圆厂(Fabless)的半导体IP短缺,生产过程操作封闭造成对海外晶圆代工厂芯片生产的依赖,这就引致成本和时间的增加。而本土晶圆代工(Foundry)为了实现规模经济和盈利,相对国内无晶圆厂,更偏重于本公司产品和大型国外客户(如高通),因此,国内无晶圆厂公司仅占国内晶圆代工厂客户产能的40%(统计2018年的数据)。

缺乏公司需要的高级设计专业人员,也是韩国在无晶圆厂方面相对落后的原因。

我们理解到,高层设计师应具备核心竞争力,但由于本土人才输出减少(全国四年制大学(‘18,韩国教育开发院 )中半导体专业仅12个(以雇用条件为前提的半导体签约学科仅1个))和他们对于大企业的偏好,造成初创企业招聘难。在政府方面,他们提供的研发(R&D)预算也缩减,这就使得整个国家缺乏有前途的技术。

然而从全球的发展来看,如汽车和手机,5G商业化可以创造新的需求,国内处于世界领先地位的大型需求企业——汽车·电子行业(智能手机,电视等),他们是系统半导体的主需求方。

基于积累的专业知识,我们认为我们可以在短时间内发展晶圆代工领域。

到我们应该看到,由于国内系统半导体行业的企业成长和需求基础不足,无晶圆厂-晶圆代工纽带缺乏,技术和生产力量薄弱,导致产业生态的整体竞争力低;且国内拥有世界一流的存储器半导体生产技术的私营晶圆代工厂虽然有大规模的投资计划等,但依然拥有来头不小的竞争对手,这就需要利用我们的优势准备系统半导体飞跃战略。

为实现这个目标,我们的初步计划是:

  • 通过增强需求行业与无晶圆厂的联系,创造多样化的市场;

  • 无晶圆厂·晶圆代工相互合作与支持,强化产业生态系统。现在措施是以无晶圆厂为核心,通过融资和相互合作,强化竞争力;

  • 通过专业人才养成,研发(R&D)和技术保护来支持产业竞争力;

我们的愿景是成为综合半导体厂强国,我们的目标包括:

1. 无晶圆厂市场份额,到2030年,市场占有率达到10% :(2018)1.6%→(2022)3 .0%→(2030)10%;

2. 晶圆代工市场份额2030年达到35% : (2018 ) 16 % → (2022 ) 20 % → (2030 ) 35 %;

3.系统半导体雇佣人数:(2018 ) 3 .3万人 → (2022 ) 4万人 → (2030 ) 6万人;

推进策略包括:

1.无晶圆厂(Fabless)建立长期增长的需求,资金,人力,技术生态系统

2.晶圆代工(Foundry)以存储器半导体竞争力为基础,在短期内跃居世界领先地位

推进课题:

  • [无晶圆厂](Fabless)创造需求,强化阶段性成长援助

    *为5大领域与公共需求的链接,以及创业-设计-原型等阶段建立支持系统

  • [晶圆代工](Foundry)同时进入尖端市场和利基市场,向世界第一跃进

    *通过私人投资支持,增强晶圆代工核心能力等

  • [共赢合作] 构成无晶圆厂- 晶圆代工的共赢合作生态系统

    *扩大晶圆代工工程和技术的开放,设计公司的开发等

  • [人才] 通过民·政联合大规模培养人才(到2030年达到1.7万人)

    *新设签约学科,培养用于研发(R&D)的硕士博士人才

  • [技术] 新一代半导体核心技术保证

    *开发新一代智能半导体,如汽车,生物,人工智能(AI)(1万亿韩元)

首先看无晶圆厂(Fabless)方面,我们的目标是通过创造需求和强化阶段性成长援助,促进发展:

我们的创造需求体现在引领制造业未来的5大领域(汽车、生物·医疗保健、物联网消费电子产品、能源和高级机器人,机器)、公共领域和5G+产业上,全面保证新需求的兴起。

而我们的一站式支持,就是帮助企业解决创业、设计、半导体设计资产(IP)、性能验证和海外推进等核心困难,构建一站式支持系统。

另一方面,我们将加强以5大战略部门(汽车,生物等)为中心的需求联系,在无晶圆厂和需求大企业间构建协作平台(Alliance 2.0),联合推进挖掘需求→规划技术→联合研发(R&D)的过程。

在合作渠道方面,我们将与五个战略领域的半导体需求公司、系统半导体供应公司、研究机构等相关组织建立合作渠道,并签定有关协议。

说明:(汽车)现代摩比斯,Next Chip等/(生物技术,医疗设备)wontek,Optorein等/(物联网消费电子)LG电子,Daeyoo Winiah,Cuchen,Silicon Works等/(能源),KEPCO, Gas Corporation, Silicon Mightas等/(高级机器人/机器)现代机器人,Dongun Anatek等25家机构

而在与需求相关的研发(R&D)方面,我们通过战略联合发现新的前端技术需求,政府则优先投入研发(R&D),我们初步规划2019年将投入35亿韩元,以后每年的投入将会同比增长300亿韩元。

至于信息共享方面,我们以这五个战略领域为中心,实现需求公司的技术路线图共有,加强供需企业间的联合研究和人员交流,召开企业说明会(一年4次),并寻找公共需求(能源,安全,国防,交通等),创造市场。

最后,我们还会构建需求组织与无晶圆厂在能源,安全,国防和交通基础设施方面的合作体系,在国家项目中积极发掘半导体需求,具体做法是发掘需求,然后制定计划任务,之后执行技术开发,最终推进公共采购促进,例如智慧城市,智能工厂,无人驾驶汽车道路基础设施和5G网络等就是这样的需求。

我们的一些建议如下:

1.(能源)系统半导体可利用智能计量基础设施(AMI),应促进其技术开发和普及;

2.(安全-CCTV)智能型CCTV系统半导体技术融合了具有灾害监测,预防犯罪功能的视频,语音和环境信息,应促进其技术开发和普及

3.(安全电子脚镯)采用'基于5G的电子监管系统'预防恶性犯罪

  • (犯人)利用国内5G通信模块,AI精确定位半导体等,预防性侵犯,吸毒,刑事犯罪等恶性犯罪

  • (受害者)扩大了无晶圆厂参与双向电子监管系统的开发,防止受害者遭到二次伤害

4.(国防)开发官民通用的通信系统时,促进无晶圆厂参与

通过国内自主研发并适用的官民通用系统半导体产品的国防领域激活演示,促进可靠性确认和跟踪记录积累

5.(交通基础设施)修建智能公路,无人驾驶汽车道路基础设施等交通基础设施时,利用无晶圆厂半导体系统参与测量

6.5G+核心产业·服务与国内系统半导体业务联动

在晶圆厂支持方面,我们将建立无晶圆厂一站式(One-stop)支持系统:

  • open-lab:建立半导体协会(Pangyo)开放办公空间(open-lab),支援创业初期(7年内)无晶圆厂咨询(consulting)

  • MPW(多项目晶圆):支援无晶圆厂半导体开发·测试所必需的MPW,支援包装等多项目晶圆的制作。

  • 半导体设计资产(IP)平台:构建刺激半导体设计资产(IP)交易的管理和测试平台:

①管理,用于系统管理和共享公司和研究所等机构开发的IP的数据库的建立和运行;

②测试,将已开发的IP制作成实际芯片→识别问题∙改进→增加可靠性(每年10个及以上)

③扩散 为了企业和学校持有IP的交易扩散,召开会议,支援海外营销,产学(企业与高校)的合作项目运作等

在EDA Tool方面,通过打造国内无晶圆厂公司可共享的系统,提供半导体设计必需软件——设计自动化S/W(EDA Tool):

  • EDA(电子设备制造Electronic Design Automation)Tool(工具):半导体设计必需SW,这个领域由Synopsys和Cadence等海外企业主导。

  • 构建可在线下载SW,多数无晶圆厂可轻松共享的使用的环境(2019年追加更正预算46亿韩元)。

我们还将进军海外,进军中国和印度等有潜力的海外市场,加强对市场开拓的支援力度,我们目前位于中国深圳的中韩系统IC合作中心已投入运营:

  • Co-Innovation(共同创新):为提升技术竞争力及开拓新市场,我们应推动建立与海外领先公司的联合研发(R&D)、与客户公司合作等合作体系

  • Global Networking(全球网络):我们将加强全球有需求的公司和国内无晶圆厂之间的技术和采购合作,确保促进国际企业跟踪记录(track-record)(每年两次以上)。

我们还将通过利用出口凭证业务开拓海外买家、参加专业展览等方式支援针对企业需求的出口营销。

除此之外,我们还将为无晶圆厂专用资金、商业化、研发(R&D) 等提供针对性支持:

(1)专用资金:用于支持研发(R&D)、营销、进军海外、并购(M&A)、创业后成长的无晶圆厂专用资金,这个自己数额到2020年合计达1000亿韩元。

(2)运营方式:通过私营主导、最小化投资管理公司的私人投资匹配比率,来引入挑战性、长期性投资;

在基金方面,我们现在已经成立了一个成长支持基金,到2020年基金规模将达到8万亿韩元+(额外)投资基金;我们还有一个扩大资金(Scale-up) ,帮助无晶圆厂发展扩大,这个资金规模到到2022年将达到7万亿韩元;我们同时还有一个第四次工业革命基金,已筹集了1.5万亿韩元,到目前为止,我们已向208家公司投资4,883亿韩元;

由于核心IP的开发具有紧迫性,适用性和发展可能性,为此推动半导体IP研发(R&D)以确保掌握未来有发展潜的核心IP,就显得非常重要,我们也将对中小型无晶圆厂的技术支持(大学和研究人员派遣),召开促进*联合项目进行,讨论中长期趋势和发展计划的论坛。

在晶圆代工方面,我们的目标是同时进入尖端市场和利基市场,向世界第一跃进,为了达成这个目标,我们将做到以下几点:

(1)从税制、金融等方面支援代表企业,让他们能专注于的高科技(High-Tech)工艺技术,而中坚晶圆代工厂专注于利基市场中型(Middle-Tech)技术。

(2)为了促进投资,提升晶圆代工力量,提供税制、金融支持

在金融方面,利用产业结构增强支持计划,进行设施投资融资,以提高中坚晶圆代工企业的生产力。 例如韩国开发银行将会通过贷款(或投资)的方式,对主力产业的设备、技术提供资金支持(每个企业最高25亿韩元,运营资金最高300亿韩元);

在税制方面,我们促使系统半导体设计、制造技术向新增长动力、源头技术(如5G,人工智能,生物,能源等,加入半导体设计·制造技术)更进一步,延长晶圆代工设计投资的税收抵免和纳税期限。

同时我们还将继续探讨:

(1)探讨纳税期限的延长:对包括晶圆代工在内的生产力提高设备的投资,进行延长纳税期限的探讨

(2)双赢:大公司以中小企业为对象进行双赢合作时,补充探讨奖励方案进行支持

(3)激活公共纳米加工(Nanofab)中小企业的支持功能

我们认为,构成无晶圆厂- 晶圆代工的共赢合作生态系统非常重要:

  • 在无晶圆厂大幅开放晶圆代工的工程、技术和基础设施,在国内实现从设计到生产的可持续发展生态系统;

  • 通过培养国内设计室,建立无晶圆厂-晶圆代工间的紧密纽带;

  • 为实现国内无晶圆厂- 晶圆代工的共赢合作,积极开放晶圆代工;

  • 利用韩国代表性企业的大规模投资和双赢努力,强化无晶圆厂的发展基础:

(a)工程开放:为支持无晶圆厂的多品种少量生产,提供MPW(多项目晶圆)援助;

(b)技术开放:利用无晶圆厂,IP企业等促进外包IP的开发;

(c)基础设施支援:通过对无晶圆厂的产品设计和测试基础设施支持,缩短无晶圆厂的产品开发周期;

我们还将为构建无晶圆厂- 晶圆代工间的桥梁培养设计公司,因为设计室是无晶圆厂- 晶圆代工的媒介,为实现其桥梁作用,应支援其优化设计的服务基础设施(S/W, IP 等)

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无晶圆厂-设计公司-晶圆代工生态系统概念

在人才方面,我们将通过民、政联合大规模培养人才,打造能够持续供给市场、企业要求的高级人才的体系,缓和半导体业界招聘难题,扩大系统半导体产业人才基础。我们希望在市场需求急剧变化之前,提前准备能持续进行针对性教育的人才培养计划和业务教育计划:

  • 学士方面:设置以雇用条件为前提的半导体签约学科和专业(3,400个人)

  • 签约学科:在国内主要大学设立半导体专门签约学科

  • 学生福利:学费补助和毕业后就职优待,其中企业负责提供签约学科运营费/奖学金,建立半导体实习装备等教育基础设施

  • 教授聘用:聘用半导体业界资历较深的退休人才为新设学科教授;

  • 专业跟踪:以本科生为对象培养系统半导体专业人才,提供专业的系统半导体理论·实习教育(每年200人)

我们还将在同一大学多个学科(如计算机工程,电子工程等)中开设与系统半导体相关专业课程的交叉进修。

我们的想法是通过构成基于行业需求调查的专业轨道课程,通过产学项目,工程和EDA工具实践培训,针对性培养行业人才。如我们将培养企业需要的高级·专业人才(硕士和博士共4700人),我们也将新设半导体相关大学领先的元件-设计-制作融合性专业,促进高层融合人才的培养。我们认为,主管某一领域的大学应与其他大学、无晶圆厂、晶圆代工厂、应用公司等建立联系,并通过融合研发(R&D)以增加开发半导体创新技术先进的人力资源 ;同时两所以上高校开展融合教育/研究计划,硕士生博士生轮流参与并进行研究也是非常有必要。

我们认为培养具有需求针对性、企业重视的实践能力的专业人才很重要:

  • 通过企业与政府之间的1:1匹配,培养满足企业需求的半导体专业人才;

  • 支持新一代前景领域(未来汽车,智能家电,先进机器人等)半导体设计和工程的技术研发(R&D),培养优秀的硕士级员工;

  • 以业界需求不断增加的功率半导体等为中心,推动产学联合型硕·博士培养计划;

  • 我们还将加强设计和实际芯片生产等实践培训(8,700人)

作为一个典型代表,我们将会推动韩国理工大学(Korea Polytechnic Colleges)安城校区转变为半导体专业型学校,提供反映行业需求的实践教育;我们也将重组教育课程以满足工业需求(半导体基础学科的重组),通过学科之间的融合建立联合实验室→建立培养半导体人力资源的基础;建立半导体设计教育中心(IDEC:IC Design Education Center,半导体设计教育中心),利用全国九所中心,以本科生(研究生),在职人员为对象,提供设计用SW和相关程序培训;支持半导体设计·测试短期培训和实际芯片制作等也是我们的一个尝试。;我们还将提供系统半导体设计理论教育、实习机会,在人工智能,物联网,AP等多个技术领域分别开展讲座。

我们认为,通过抢先占有新一代半导体领域的关键源头和应用技术,提高主力产业和新产业在第四次工业革命里的应对能力,同时我们也会通过改善国家核心技术的有关制度,防止向国外泄露核心技术。

在我们开来,下一代半导体开发将左右包括AI半导体在内的未来半导体市场的发展:

(1)以汽车,生物等我们在第四次产业革命发展前景良好的行业的相关技术为主,通过中长期/多部门分工确保源头技术,提升产品化的竞争力,我们预估在未来十年在这个领域投入1万亿韩元。

(2)在新一代智能半导体技术开发项目方面,工业部和科学技术信息通信部在未来十年也将投入1万亿韩元进行研发;

我们的'新一代智能型半导体技术开发计划如下:

(1)目标:为满足未来需求,在新的市场先发制人,要有新一代智能半导体的核心·源头技术的保证;

(2)持续时间和金额:2020到2029年,工业部将投入5200亿韩元,科学技术信息通信部投入4800亿韩元,总共约1万亿韩元

(3)主要内容:适用于汽车等发展前景良好的市场的系统半导体设计技术,以及克服了小型化局限的原子单位工程技术等面向未来的先进研发(R&D)

开发的主要领域和内容(例):

  • AI半导体:用于智能城市,VR,AR,大数据等的人工智能半导体;

  • 汽车:电动汽车的电池效率提高了10倍的半导体等;

  • 生物:通过体液诊断疾病(癌症)的体外诊断半导体等;

  • 物联网:可用于自主数据采集•判断·处理的微型装置用半导体器件;

  • 能源:将自然能源(光,风,摩擦等)转换为电能的半导体;

  • 机器•器械:用于与人进行情感交互(声音,触觉,嗅觉)的机器人用半导体;

  • 半导体新零件:新概念半导体零件开发和集成验证早期商业化;

我们认为,高效率·高性能的功率半导体核心技术保证和基础构建非常重要,我们同时也会投入可适用于汽车,智能手机,光伏等领域的,低功耗·高效率高容量的新一代功率半导体开发,并促进利用新材料的(SiC基础)功率半导体技术开发,构建国内SiC功率半导体集成工艺线(釜山TP内)。 其中建立产·学·研共同的研究基地,促进合作研究显得尤其重要:

首先,我们会建立半导体创新研究平台,推动研究界与产业界团结研究力量,建立共同应对全球技术竞争的研究基地培养核心研究集团。

其次我们将研究基地,在韩国产业界/研究机关共同的研究基地(零件,设计,工程)进行创新技术研究,加强研究界和产业界的合作。

第三,我们会建立核心研究集团,构成大学和公司共同的代表研究集团*,促进半导体综合研究和先进技术保证;

另外,我们还会利用专利大数据,发掘充满前景的半导体技术

据我们了解,全世界有4亿多专利大数据是产·学·研专家们自费获得的。为此我们将面向市场的技术信息,提供最为迅速和具体的企业最新技术信息和动向:

1.战略制定:分析半导体专利大数据以发现有前途的技术,促进课题研发(R&D)以确保在半导体行业的竞争力;

2.利用:已实施的策略反映了政府研发(R&D)的产业政策,我们应将其分析结果用于制定投资策略

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