韩国半导体崛起的启示(附PDF报告)

1、中国芯片国产化势在必行,韩国崛起值得借鉴

自中美两国建立贸易关系以来,中美贸易关系就一直在摩擦和曲折中发展。如今中美是世界最大的两个经济体,随着双方贸易规模的快速增长及日益密切的经贸往来,维护自身利益的意识不断增强。今年 3 月 23 日,美国打响了对华贸易战的第一枪,美国总统特朗普签署备忘录,宣布将采取措施对中国产品加征关税,限制中国投资,并将相关问题诉诸 WTO 争端解决机制;中国也对部分美国商品中止关税减让义务,在现行基础上加征关税。在关税范畴之外,贸易战蔓延到半导体产业,美国商务部 4 月 16 日宣布,禁止美国公司向中兴通讯销售电子技术或通讯元件,为期长达 7 年。

如果不能妥善解决,中兴禁运事件可能会给我国通信行业带来较大的冲击,中兴通讯 60%营收来自于通信设备,30%+营收来自于消费电子产品,主要供应商包括高通、美光、博通、Xilinx、TI、 ADI、Qorvo、Acacia、Oclaro、Lumentum 等,多款主要产品难以实现国产替代。中国当前科技安全和一些关键领域的科技创新依然受到西方发达国家的制约与挑战,高新技术产品进口依赖程度较高:2017 年我国进口的高新技术产品总额为 5840 亿美元,占 17 年总进口额的 31.7%,其中集成电路进口高达 2601 亿美元,占高新技术产品进口额的 44.5%,远超原油(2017 年进口 1623亿美元)、农产品(2017 年进口 1247 亿美元)、铁矿石(763 亿美元)等进口额。本次事件表明半导体产业已成为大国博弈焦点。

我国多款核心芯片国产占有率很低。尽管国内的芯片设计公司在近年来取得了一定的成果,在部分细分领域已跻身全球领先行列,但对于 MPU、FPGA/EPLD、DSP、DRAM、NAND Flash 等核心芯片领域,国产芯片占有率均很低,凸显了我国核心芯片依赖进口亟待突破这一严峻问题。实现核心芯片自主可控刻不容缓,已经是涉及到国家安全和国计民生的要务。

韩国崛起值得借鉴

近邻韩国半导体产业起步晚于中国,1959 年,韩国金星社(LG 公司的前身)研制并生产出韩国第一台真空管收音机,这被认为是韩国电子产业的开端。当时韩国企业连自主生产真空管的能力都没有,只能完成进口元器件组装。而中国南京无线电厂已经于 1953 年生产出了全国产化的电子管收音机,并大量投放市场。

历经近 60 年的发展,韩国已经成为半导体行业中的佼佼者。2017 年韩国半导体产值已仅次于美国,排在全球第二位,从 1977 年到 2017 年,韩国半导体行业出口金额增长迅速,40 年间年均复合增长率为 16%,2017 年的出口金额高达 979 亿美元,同比增长 57.4%。如今,韩国半导体产业已经占到国家整个 GDP 总量的 5%,成为国家的支柱产业。 

在 2017 年全球前十名半导体企业榜单中,韩国的三星和 SK 海力士营收规模均进入全球前三,三星更是超越 25 年长居第一的英特尔荣登榜首。韩国三星和 SK 海力士两家企业总营收额高达 875.2亿美元,占全球半导体产业总值的 21.0%,由此可见韩国在半导体行业举足轻重的地位。在 DRAM领域,韩国半导体企业几乎处于垄断地位。2017 年第三季度数据显示,三星和 SK 海力士合计占据了 74.5%的市场份额。 

2、韩国半导体崛起历程

韩国的半导体行业起初几乎是“从零开始”,在缺乏技术和人才的情况下,作为一个后发国家,通过引进技术、消化吸收,最终实现技术独立,是典型的追赶超越式的突破创新。回顾韩国半导体行业崛起历程,大致可以分为以下四个阶段:

引进技术起步阶段(1965-1980 年)。1959 年,韩国金星社(LG 公司的前身)研制并生产出韩国第一台真空管收音机,这被认为是韩国电子产业的开端。上世纪 60 年代,时值韩国开始转为出口导向战略,积极鼓励外国高科技企业在韩国投资设厂,另一方面,美国半导体企业感受到来自日本在半导体行业的第一轮竞争压力,因此开始在国外投资低成本的装配生产线,由此引发了美国半导体公司竞相进入韩国设立工厂的热潮。1965 年,美国高美公司(Komy)首先在韩国投资晶体管/二极管生产设施并开始制造和封装分立式晶体管,为韩国的半导体工业奠定了基础,随后,美国的 Signetics、仙童和摩托罗拉等公司也纷纷在韩国设厂,到 1974 年,韩国已有 9 家拥有完全所有权的美国公司。此后,金星半导体、现代半导体等韩国半导体厂商开始借助美国企业的技术支持进行半导体器件的独立组装,由此构建了几乎将所有产品用于出口的外向型组装生产体系。上世纪 70 年代,韩国半导体组装领域,在美日企业的带动下,已经取得了一定的成就,出口贸易中电子工业的比重持续扩大。

1978 年,以三星为代表的韩国半导体公司通过技术引进在芯片设计与加工技术等领域完成自身技术积累。三星集团该年度的重大技术引进包括 1)将合资企业“韩国半导体”的外方资本全部买进,成立“三星半导体(株)”、2)收购美国仙童公司在韩国的子公司,3)从美国爱达荷州的微米技术公司(Micro Technology)进口了 3000 个 64K DRAM 芯片,在韩国进行装配,并购买到 64K DRAM芯片设计的技术许可,4)从美国加州的 Zytrex 公司买到高速处理设备的技术许可。

DRAM 高速发展时期(1981-1995 年)。1981 年,政府为推动集成电路产业的发展,制定了“半导体工业育成计划”,加强了对集成电路产业技术的开发。政府还颁布了半导体产业的基础性长期规划(1982-1986)。而韩国工商部下属的电器电子工业局的局长所领导的工作小组提出“1981 年计划”,该计划具体明确了需要大力发展的四个领域:超大规模集成电路、计算机、通信设备和电子部件;在半导体领域,该计划偏向晶圆制造而不是测试和封装,并确立了将大规模生产内存芯片用以出口而不是满足国内需求作为最可行的战略。由于得到政府的直接刺激和承诺,三星、现代和金星都宣布大举参与超大规模集成技术水平的大规模芯片生产,尤其是类似 DRAM 的金属氧化物半导体内存芯片生产。

韩国 DRAM 产业的发展与突破由三星集团引领。1982 年,三星建立了半导体研究与开发实验室,主要集中于双极和金属氧化物半导体(MOS)的研制;1983 年,三星在京畿道器兴地区建成首个芯片厂,并成功大批量量产 64K DRAM,其设计技术从美光公司获得,加工工艺从日本夏普公司获得,当年三星取得了夏普“互补金属氧化物半导体工艺”的许可协议。1984 年,三星生产出 6 英寸晶圆并开发出了 256K DRAM,挤进全球芯片领域一线阵容,此时英特尔、日立和 NEC 等技术领先企业正在试生产 6 英寸的晶圆。1985 年,三星输出首批超大规模集成电路产品——64K DRAM;研发出 256K DRAM,而且取得了英特尔“微处理器技术”的许可协议。1986 年,三星开始大规模生产 256K DRAM;同时开发出 1M DRAM。在这一年,三星经济研究院(SERI)成立,标志着三星开始走上自主研发的道路。同年,金星半导体公司在 256K SRAM 微晶片的制造技术上有了重大突破。1987 年,电子通信研究所联盟(ETRI)生产出 4M DRAM 原型,三星等大企业也从中得到相当多的技术经验,这直接促使三星在 1988 年研制出 4M DRAM。1990 年,三星开发出世界第三个 16M DRAM。进入 90 年代,韩国 DRAM 技术的国产化步伐加快,水平也有很大的提高,16M RAM、64M DRAM 相继在 1990 年、1992 年开发成功,256M 和 1G DRAM 接踵于 1994 年、1995年问世,韩国终于在 DRAM 领域超过日本,摘下世界第一的桂冠。

逆周期扩产巩固 DRAM 霸业时期(1996-2011)。以三星为代表的韩国半导体企业充分利用了存储器行业的强周期特点,依靠政府的输血,在价格下跌、生产过剩、其他企业削减投资的时候,逆势疯狂扩产,通过大规模生产进一步下杀产品价格,从而逼竞争对手退出市场甚至直接破产。

半导体全面崛起时期(2011 年至今) 。2011 年,韩国达到了 16%的半导体市占率,第一次超越日本,成为仅次于美国的第二大半导体强国。在存储市场,三星。SK 海力士在 DRAM 和 NAND Flash 领域市场份额连续多年全球领先。

继存储器业务方面占据统治地位之后,以三星为代表,韩国在智能手机应用处理器、代工等环节亦跻身全球顶尖行列。 在智能手机应用处理器领域,从 2000年三星第一款智能手机应用处理器S3C44B0问世,到Exynos系列逐渐跻身全球顶级 AP 行列,三星的应用处理器在架构、指令集、技术上均非常积极地紧跟市场主流、迎合消费者的实际需求,发展迅速。2017 年上半年,三星在应用处理器市场份额仅次于高通、联发科、苹果,排名全球第四。

同时三星积极发展自己的晶圆代工业务,这使得三星在手机厂商里是唯一一家同时具备设计和制造芯片能力的企业,在技术、工期和成本上都不会受制于人。2017 年,三星晶圆代工业务营收约 44亿美金,仅次于台积电、格罗方德和联芯,排名全球第四,也是全球晶圆代工产值最大的 IDM 企业。在 2017 年半导体业务营收方面中,三星更是超越 25 年长居第一的英特尔荣登榜首。

3、韩国半导体崛起原因分析 

综合分析韩国半导体发展历程,韩国半导体崛起原因可以总结为以下三点:

(1)国家支持力度强,官产学研通力合作

韩国半导体产业的发展从引进技术开发、DRAM 高速发展、逆周期扩产成就霸业到半导体全面崛起等每个阶段都能看到韩国政府在其中的推动作用。为了推动半导体产业的发展,韩国政府制定和实施了一系列的计划和法规,这些对提升韩国半导体产业的国际竞争力和自主创新能力起到了重要作用。

韩国政府还投入大量资金支持半导体产业的研发,如在半导体工业振兴计划中投入 3.46 亿美元贷款,1986 年制定了每年投资近亿美元的半导体信息技术开发投资计划等。同时还对半导体产业进行大力度的税收优惠。韩国产业资源部和科学技术部还联合制定了 1998-2011 年 “系统集成半导体基础技术开发事业”项目,旨在推动非存储器领域的核心产品系统集成电路技术的革新,并制定了相应的开发战略。2016 年,在韩国政府主导下,三星电子和 SK 海力士两巨头统筹成立了一个总规模达 2000 亿韩元的半导体希望基金,将主要聚焦在新技术的开发,特别是存储新技术方面,投资一些有发展潜力的半导体相关企业。

韩国政府通过宏观调控政策,引导资金的流向,把 95%的资金提供给大企业,积极扶持半导体行业的大企业来提升半导体产业的技术水平和竞争力。因此,韩国三星、现代等财阀都加入了半导体产业。韩国工贸部因此牵头组建了韩国电子产业联盟(EIAK),助力韩国高科技产业的发展。1986年,由韩国电子通信研究所(KIST)牵头,联合三星、LG、现代与韩国六所大学,一起对 4M DRAM进行技术攻关,1986-1989 三年间,韩国政府共计投入 1.1 亿元,并且承担了研发项目中 57%的研发经费。

(2)重视人才,强调技术自主可控

资金、技术和人才是半导体产业发展三大要素,缺一不可。在有了政府加财阀的巨大资金保障后,韩国在技术和人才方面也是倾尽心力。为缩小与国外先进企业的技术差距,韩国公司通过花重金购买技术许可和进行并购行为来积极引进国外技术(如三星从 Micro Technology 与 Zytrex、现代从德州仪器与 Vitelic、LG 从 Micro Technology 与 AT&T 进行技术的引进),并且还专利成立 VLSI小组来进行研究开发和设备投资及设立海外子公司。同时,韩国政府还成立韩国高级科学技术研究院和韩国电子技术研究所来吸收和传播国外技术,为企业提供技术支持。

韩国在半导体产业目标一开始就定位于要掌握自主知识产权,而不是仅仅作为美日技术的引进吸收者。韩国半导体产业的发展坚持的是循序渐进的方式,引进、合作、内部技术与外部技术的自主融合,最后实现自主可控。1983 年三星开始生产 64K DRAM 时,当时技术落后美国四年之久,经过积极地进行技术探索,不断积累和技术创新,到 1992 年 64M DRAM 时与美日同步仅仅用了十年,此后一直处于领先地位。

此外,韩国在半导体产业研发过程中积极吸纳海外人才,在 64K DRAM 研发攻关期,三星从美国聘请了 5 名有半导体设计经验的韩裔美国科学家以及其他 500 名美国工程师,这给三星在揭开超大规模集成电路技术提供了十分关键的帮助。三星还在韩国本土组织了一个特别工作小组,由 2名已有 64K DRAM 技术开发经验的韩裔美国科学家等主持。三星给工作小组提出了在 6 个月内开发出可行 64K DRAM 生产系统的目标。最终,小组团队成功开发出 8 项核心技术之外的生产 64K DRAM 所需的 309 项工艺,并在 1984 年上半年把 64K DRAM 推向了市场。这仅比美国的首创产品晚了约 40 个月,比日本的第一代商业化产品也只晚了 18 个月。韩国成为了世界上第三个引入DRAM 芯片的国家,海外人才的巨大贡献帮助三星大大缩短了与美日的差距。对于三星晶圆代工业务,从台积电请来的晶圆代工专家梁孟松带领团队提前实现 14nm FinFET 量产,帮助三星拿下苹果 A9 处理器和高通的大订单,奠定了三星晶圆代工行业领先的地位。

同时韩国政府还制定了系统的人才策略,委派大量留学生出国学习技术,设立半导体工程教育人才培养项目、半导体工程教育和支援中心设立项目等进行人才的培养,这些后来也都成为了韩国DRAM 技术突破的中坚力量。另外政府设立了韩国高级科学技术研究院、韩国电子技术研究所和半导体工程教育人才培养项目等来进行半导体产业的研发和人才培养。1999 年,韩国教育部为建设研究型高校,并最终打造具有国际竞争力水平的研究中心大学及具有世界特色的专业,耗费 3.6 万亿韩元及 13 年时间,发起 “BK21″(BrainKorea21)计划,向 580 所大学、专业或研究所进行精准、专项支援。BK21 以及此后进行的 BK21+ 计划,沿袭了韩国一直以来的 ” 政府 + 大财团 ” 的产业政策,大规模鼓励企业及大学间的结合,并在选择 BK21 支援对象、专业的过程中,

将是否进行有机结合纳入评选及评价的核心指标。在此影响下,韩国大学掀起半导体专业热潮,三星对于成均馆大学的投资以及半导体工学系的创办,也是在该时段开始的。2005 年,成均馆大学与三星电子合作,创办半导体工学系,该系被指定为韩国教育部 ” 创新型专业 “,并每年为包括三星在内的韩国企业培养芯片产业的人才。这些都为韩国半导体企业快速发展提供了很好的保障和支持。

(3)产业集聚,生态完善

韩国半导体产业规模庞大,企业众多,以三星电子和 SK 海力士为龙头,拥有 369 家 IC 制造企业、 2650 家半导体设备企业和 4078家半导体材料企业等两万多家企业。同时这些企业分工非常细致,一家半导体工厂周围密布着各种配套企业,通过层层外包、层层代工的方式营造出庞大的半导体产业链,形成了龙仁、化成、利川等一个又一个半导体产业城市群,支撑着韩国整个半导体产业。

韩国的半导体产业从设计,制造,封测以及设备和材料各环节都具备较强的竞争力,完善的产业生态为整体产业发展提供了良好基础。据 SEMI 的研究报告,韩国与欧美日顶级设备厂商的技术差距仅为 2 年,材料方面为 3 年。

4、以韩为鉴,中国半导体发展的启示

(1)国家强力支持是产业崛起的动能

韩国半导体产业的发展从引进技术开发、DRAM 高速发展、逆周期扩产成就霸业到半导体全面崛起等每个阶段都能看到韩国政府在其中的推动作用。韩国政府在政策和资金两方面都给予了半导体产业持续有力的支持。

以韩为鉴,近年来我国对半导体产业支持力度持续加码。在政策层面,十三届全国人大一次会议国务院总理李克强在政府工作报告中将“推动集成电路、第五代移动通信、飞机发动机、新能源汽车、新材料等产业发展”列在实体经济发展部分首位,凸显半导体产业在国家战略中的重要地位。

在资金支持方面,大基金第二期正在紧锣密鼓募资推进中,目前方案已上报国务院并获批,大基金二期筹资规模超过一期,达到 1500-2000 亿元。按照 1:3 的撬动比例,所撬动的社会资金规模在4500-6000 亿元左右。年内还将设立国家战略性新兴产业发展基金,还将全面实施集成电路、新型显示、生物产业倍增、空间信息智能感知等重大工程,专家表示,国家战略性新兴产业发展基金规模或达到万亿级。半导体作为信息科技时代的核心载体,将成为国家战略性新兴产业发展基金的首要投资方向,跨越式发展可期。

(2)技术自主可控是产业崛起的关键

在产业发展初期,引进技术消化吸收是缩短与国际竞争对手差距的有效方法。但在引进技术之后,技术的整合吸收和自身研发能力的积累是关键,三星等公司在 DRAM 领域的成功也来源于在 64K DRAM 节点实现技术自主可控。

国内半导体企业近年来也加大了技术投入和人才引进力度,以技术门槛最高的晶圆代工和半导体设备领域为例,晶圆代工龙头中芯国际请来曾分别带领台积电和三星突破先进制程的梁孟松加盟,半导体设备领域龙头北方华创拥有中组部千人计划专家 10 人,人才的引入为技术自主可控提供了基础。

在研发投入方面,我们观察国内半导体设计领域龙头兆易创新、晶圆制造领域龙头中芯国际、封装测试领域龙头长电科技、材料领域龙头上海新阳和设备领域龙头北方华创,除长电科技外(封测行业技术相对成熟,长电科技技术已处于全球领先水平),其余四家行业龙头公司近年来研发费用占比基本呈现逐渐上升态势(北方华创 16 年为投入高峰期,17 年略有下滑),体现出国内半导体企业对研发投入力度逐渐加强,自主可控前景可期。

(3)产业链完善布局是产业崛起的基础

半导体产业技术壁垒高,各环节相互依存性强,全产业链布局具备规模效应和成本优势,有利于提升企业的经营效率和资源利用率,降低市场风险,有助于使企业具备更强的市场竞争力。韩国的半导体产业从设计,制造,封测以及设备和材料各环节都具备较强的竞争力,完善的产业生态为整体产业发展提供了良好基础。

如今中国企业已覆盖半导体行业全产业链,在产业链各环节基本均具备拥有全球竞争力的领军企业。

在 IC设计领域,国内巨头华为海思和清华紫光展锐连续多年进入全球无晶圆厂IC设计企业前十强。国内企业在细分领域已经做到全球领先:华为海思发布了全球首款智能手机 AI 芯片麒麟 970、兆易创新 NOR Flash 市占率全球前五、汇顶科技指纹识别芯片全球领先、豪威图像传感芯片 CIS 和圣邦股份的模拟芯片均处于全球领先水平。

晶圆制造环节的国内大厂中芯国际和华虹半导体已分别位列全球十大半导体晶圆代工厂的第四和第八名,国内龙头中芯国际先进制程不断取得突破。

封测环节经过前几年的快速追赶,目前已经位列全球较领先的地位,国内封测厂商长电科技、华天科技和通富微电稳居全球封测行业前十行列,在先进封测技术上也处于行业领先水平。

在材料和设备领域,一批优质公司在细分领域逐渐实现国产替代,例如 CMP 抛光垫领域的鼎龙股份,电子化学品领域的上海新阳,靶材领域的江丰电子,刻蚀机、PVD 设备领域的北方华创,未来市场空间广阔。

 

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韩国半导体崛起的启示-电子行业深度报告


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