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张汝京:中国半导体随时可以超车

2020-08-05 11:14:55 来源:中信建投证券研究

8月4日,在由中信建投证券研究发展部与金沙江资本联合举办的“中国第三代半导体发展机遇交流峰会”上,中芯国际创始人兼原CEO、上海新昇原总经理、现芯恩(青岛)创始人兼董事长、中国半导体奠基人张汝京博士受邀担任发言嘉宾,发言完整纪要文字如下:

张汝京:和大家讨论一下第一代、第二代、第三代半导体的科普。

(1)第一代半导体最早用的是锗,后来变成硅,因为产量多,技术开发得也很好,所以现在锗很少用到,都是用硅。到了40nm以下,锗又出现了,和锗硅做通道可以让电子流速度很快,所以第一代半导体材料硅是最常用的,现在用的锗硅在特殊通道材料是用得到的,将来也有一些会用到碳,这是将来的发展,其实是周期表里面四价的材料。

(2)第二代复合物常用的是砷化镓和磷化铟,功率放大器里面用得不错,但是砷有毒,很多地方不允许使用,所以第二代是高速的功率放大器用得多,LED里也用到。

(3)第三代出现更好的,也是化合物,有碳化硅、氮化镓、氮化铝等。碳化硅现在用在高电压、大功率等上面有特别的优势,氮化镓用在高频的功放器件用得很多,氮化铝有特殊的用途,基本上民用较少。

(4)另外还有半导体是比较特别的,不知道算第几代,第二代就出现了,第三代里面也有,2-6族周期表里2b和6a配合起来的,用途非常特别,比较难做。

 

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圆桌论坛环节
 
提问:2018年中兴和2019年华为实体名单以来,半导体产业最热的几个词可能是国产化、国产替代,再者是弯道超车,同时近两年整个中国半导体产业面临着美国各个层面的封锁,半导体设备和芯片层面的供应面临风险,请问四位嘉宾怎么看待当前逆全球化和技术封锁的背景下,中国半导体产业的国产替代和弯道超车?
张汝京:我不太了解为什么要弯道超车,直道就不能超车吗?
其实随时可以超车,所以以后尽量不要用弯道超车,弯道超车是花时间花精神、不是捷径的方法。
目前美国对中国的高科技很多限制,但这不是从现在才开始的。
2000年以前西方国家有三个不同会议,最早的巴统,第二个叫库卡,最近出现的叫瓦森纳,都是针对高科技的技术、材料、设备对某一些国家设限制。
2000年的时候我们回到大陆盖Foundry厂的时候这些限制还存在,但是小布什政府对于中国还是比较支持的,逐渐开放。当时中芯国际从0.18微米的技术设备跟产品引到大陆都要申请许可,得到美国政府四个不同部门的会签,第一个是美国国务院,第二是美国商务部,第三是美国国防部,第四个是美国能源部。这个限制一直存在,2000年以后逐渐减少,我们就从0.18、0.13微米申请到90nm、65nm、45nm都申请到了,45nm技术还是从IBM转过来,当时是非常先进的技术。45nm以后我们又申请到了32nm,延伸到28nm,都是一步步申请到。十几年里面做了很多世代上的突破。到了28nm本人离开中芯国际,后面没有申请可能不需要了。
但是对于设备的限制,美国不同的总统会定不同的策略,特朗普的策略是最苛刻的,这次的难点在商务部,之前的难点在国防部,主要是美国在5G落后于中国,希望放慢中国发展5G的脚步。
这不是第一次,1980年代日本存储器比美国进步得多,技术良率设计都领先,美国就给了日本很多限制,定了一个广场协定,日本结果除了东芝存储器还在苦撑以外其他基本都没有了。逻辑上面日本没有领先,日本领先的是模拟和数模混合,用在功率上面尤其是用在汽车高铁领域器件做得不错,当时日本受到了很大的制约,慢下来了,但是并没有停,做的是材料和设备非常领先,譬如说大硅片,全世界51%的份额都是日本的,信越和村口两家占了全世界一半以上。很多光刻胶,特殊化学品材料日本还是领先,设备上光刻机还是领先,基本的设备都有,日本在受到打击之后技术上受到了很大的限制,甚至存储器就不存在了。
但这次美国发现中国造成了很大的竞争压力,美国开始在5G通讯方面要制约,因为中国的确领先了很多。
如果5G中国领先很多,将来在通讯、人工智能、云端服务等,中国就会大大超前,中国本身在高科技的应用上面是很强的。最近沸沸扬扬的TikTok比美国的Facebook要好得多,有很多特殊的功能,受到很多美国年轻人的喜欢。
美国竞争不过的时候就会用行政的方式,80年代对日本做了一次,近几年开始对5G制约,但是这一次制约的对象是中国,制约的能力也没有那么强了,但也不能掉以轻心。
5G里常常都会用到第三代半导体,比如很多高频芯片用的材料是氮化镓,频率非常高,耐高压、耐高温都很好,比如无人驾驶汽车、充电桩等用得碳化硅也是第三代,用得非常多,这些美国会对中国禁运
碳化硅是非常好的材料,有三个阶段都是可以卡脖子的地方:
(1)材料,碳化硅的单晶,2寸、3寸、4寸用了很久,现在5寸、6寸已经出来了,8寸也就少量出来,现在用得最多的是4寸和6寸,材料是一个很重要的资源;
(2)外延片:有了材料第二阶段找外延片,也是特别的技术,做得好器件就非常好;
(3)第三阶段生产各式各样的功率半导体,用途很多,新能源汽车、动车高压的功率器件超过3000伏以上最好使用碳化硅,这些我们还比较弱。
 
提问:第三代半导体按什么发展规律来发展的?比如第一代半导体以Design House+Foundry为主,第二代半导体很大程度上还是IDM模式。
张汝京:第三代半导体是后摩尔定律时代,线宽不是很小,设备不特别贵,但它的材料不容易做,设计上要有优势,投资也不需要很大
需要考虑的是,市场、投资回报率、政府支持度、好的技术团队,真正有经验的人在我们国内并不够。
第三代半导体,拿SiC来讲,市场非常大,因为新能源车里要用很多,特斯拉的Model 3里开始用。这些功率模组是意法半导体、英飞凌这两家,而这两家基本上都是IDM公司,他做得很好,看起来第三代半导体里较大公司都是IDM公司,从头到尾产业链是一家负责的话,做出来效率较高。但是也有Design House+Foundry模式。
个人觉得第三代半导体IDM现在是主流,但是Foundry照样有机会,重点是要有长期合作的设计公司。
如果资本市场愿意投入资本,这个投资并不需要很多就可以做,重点是人才,我们国内现在不太够,美国、日本、韩国、台湾等都有所需人才,中国大陆也有些研究机构,如果愿意进到生产业界也是很好的。分析韩国三星做的好的原因(IDM代表公司),财力雄厚,眼光很远的,虽然国内市场不大,但技术、开发材料、设备等去全产业从头做到尾,如果受到制约,除了光刻机,其他环节都没问题。
基本上第一代第二代第三代半导体产品,他都能够生产,而且具有很大的竞争力。在中国台湾是有一家技术能力可以做到三星,但除了技术以外,对材料、设备不太去发展,因为不觉得会被海外市场卡脖子。
中国大陆不一样,很多不友好的国家和地区会卡脖子,所以一定要自己把这些技术开发出来。
我再强调下,第三代半导体投资并不是很大(能够有一个像样的规模,个人觉得第三阶段,如果有材料、外延片来做这个器件的话,如果用一个6吋来做,大概20-70亿规模都可以赚钱。如果做外延投资大概只要不到10亿,设备也不难,原材料国内的山东天岳等都不错,否则向日本、德国买都买得到,也不贵。
我估计一个工厂,不算厂房土地,设备10-20亿就可以。
提问:半导体制造在过去20年取得了发展,但是和海外仍有差距,如何看待这种差距,尤其第三代半导体
张汝京:我们封装和设计很强,装备差距也不大(前几年看国内的公司,材料的4吋的和海外差距不大,6吋也不大,外延片很快也可以缩短),至于第三段,设计这块跟逻辑相比也不是很难,设计和工艺的配合比较重要。
但是做到射频方面,海外顶尖的日本的TDK、Murata等很强,还有一些海外小公司也不容忽视,我们相比还有差距。
请大家注意一下,刚刚有提到说,有很多小公司、新的公司做得是不错的,比如说在美国加州一个小公司叫纳维塔斯,不晓得有没有被人家买掉,前一段时间我看他们做的是不错的。法国也有一家公司被ST、Micron买了。
刚刚也提到,以色列还是有很多好公司可以去考虑的,因为这种主要是人才,这个人才也不需要很多,几个好手来了,把我们这边的年轻人教会,我们几乎可以并驾齐驱。要考虑短时间之内人才基础,这是我们一个弱点,基础可能做了,但是基础跟应用之间有一个gap,怎么去把它缩短?欧美公司做得比较好一点,我们就借用他们的长处来学习。
所以我感觉差距不是那么大,没有逻辑差得这么大,也没有存储器差距这么大,可以追得上的。 
所以要下决心找到合适的团队。做这个行业里面是很寂寞,艰苦的,要有很强的信仰的力量来支撑我们,我们就可以把它做出来。所以我是乐观,相信我们追得上。
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