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美国为何能卡住中国半导体的脖子？

晰数塔互联网快讯
2024-06-12 20:47

芯片制造的技术难度极高，不仅需要跨学科的知识和技术支持，还依赖于高效的供应链管理和紧密的产业链合作。从上游的材料和设备准备，到中游的制造工程，再到下游的广泛应用，每一个环节都至关重要。

在中美贸易战的背景下，美国凭借其在半导体产业链上的主导地位，对中国实施了一系列限制措施，这对中国的半导体产业构成了巨大挑战。

那目前中美在半导体领域的技术差距、中国半导体的国产化进程、以及目前中国半导体领域的投资机会如何？

元禾厚望投资合伙人许梦龙为我们带来了分享。

以下内容根据元禾厚望投资合伙人许梦龙在2024好买至臻年会·臻琴之旅分享整理而成：

大家好，非常荣幸能在这里与大家相聚，共同参加至臻年会。首先，请允许我做一个简短的自我介绍。在投身投资领域之前，我曾在全球leading的半导体公司负责供应链管理工作，专注于将国内外的材料、设备、零部件引入半导体供应链。今天，我非常高兴有机会与大家分享我在半导体行业多年的工作经验，以及对这个产业未来发展的认识和投资机遇。

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芯片的制造工艺

芯片，是几十亿个晶体管集合在一个微小的晶片上，承载了复杂的电路和强大的功能。那么，这些神奇的芯片是如何制造出来的呢？其技术难度又在哪里呢？

芯片的制造过程，首先要从高纯度的石英砂开始。经过一系列的化学反应和提纯，我们得到高纯度的硅粉。接着，这些硅粉被转化为单晶硅，这是通过拉单晶的方式实现的，确保硅的晶体结构在一个方向上整齐排列。得到单晶硅后，我们将其切割成圆形的晶圆片。然后，就进入了光刻过程，这是芯片制造中至关重要的一步。在这个过程中，我们会使用到光刻胶和光刻机等关键材料和设备。光刻胶用于在晶圆上形成电路图案，而光刻机则负责将图案精确地投射到晶圆上。完成光刻后，我们还需要进行蚀刻、沉积、离子注入等一系列工艺步骤，以在晶圆上形成完整的电路结构。这些过程需要精确控制，以确保电路的性能和稳定性。最后，经过封装和测试，我们就得到了一个完整的芯片。

在整个芯片制造过程中，技术难度极高，需要跨学科的知识和技术的支持。同时，由于芯片制造涉及到众多的环节和工艺步骤，因此也需要高效的供应链管理和紧密的产业链合作。

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半导体产业链

在芯片的生产制造过程中，有一个重要的环节我们称之为“中游”，它代表着芯片的制造工程。而在芯片制造过程中，生产所需要的设备、材料、零部件这就是所谓的“上游”。至于“下游”，则是指芯片的应用过程，它遍布于我们生活的每一个角落。

说到下游，为什么近年来芯片的用量会如此之大，产值增长如此迅速呢？这是因为，从消费电子到汽车，从人工智能到互联网，再到军工领域，几乎每一个行业都离不开芯片的支持，芯片业的产值远超我们的想象。

接下来，让我们聚焦到中游环节。在芯片制造的中游，主要包含了三个重要步骤：设计、制造和封装测试。首先，设计过程是将芯片内部的电路进行精心规划，以实现特定的运算和逻辑处理功能。随后，通过制造过程，将这些设计转化为实际的芯片产品。最后，经过封装测试，确保芯片的性能和质量达到标准。

在芯片设计过程中，有几个关键的工具和元素值得我们关注。首先是EDA软件，它是芯片设计的核心工具。然而令人遗憾的是，目前国内的EDA市场，80%的收入都来源于全世界前三大公司，这三家公司都是美国公司。另一个重要的元素是IP，即知识产权。以某全球知名半导体公司为例，它在CPU和服务器领域具有领先地位。但为什么它不能轻易转行去做手机芯片呢？原因就在于手机芯片领域的专利布局已经非常密集，很多可能的技术方向都已经被其他公司申请了专利。这也说明，IP在芯片产业中具有举足轻重的地位。中国半导体领域起步晚，想要绕开已有的专利，是一项艰巨的任务。

接下来，让我们来谈谈制造端的挑战。在这一块我们缺失的就更多了。首先，我们缺设备。其中，光刻机是最具挑战性的设备之一。目前，世界头部公司已经达到了5纳米甚至是3纳米，而我们国家目前还在努力突破28nm的光刻机技术。虽然有一些公司如上海微在这方面取得了进展，但我们还需要更多的努力来缩小与国际先进水平的差距。芯片的价格伴随着制程的提高翻倍增长。先进制程的芯片虽然用量上只占30%左右，但却占据了超过 70% 的市场收入。除了光刻机，我们在其他设备方面离最先进的制程也还有一定的差距，当然只看到差距也是不全面的，我们还要看到取得的成绩，最近10年时间，我们在设备领域也有了比较大的突破，比如干法刻蚀设备，有中微；湿法刻蚀、清洗设备，有盛美半导体，已逐渐成长为平台型的半导体设备公司；CVD设备我们有拓荆半导体。未上市企业中，屹唐半导体已经成长为国内退火设备的龙头，具有非常高的市场占有率。在设备方面，我们既要看到差距，又要百折不挠，在艰难中前行，尽快缩小我们和全球知名半导体设备公司的差距。

除了设备，我们还面临着光刻胶等关键材料的挑战。虽然我们在一些低端的光刻胶方面已经取得了突破，但在高端光刻胶方面，如KrF和ArF等还面临比较大的挑战。例如KrF，虽然国内已经有部分的量产出货，但是国产化率还非常低，预计不到20%；ArF难度就更高了，ArF的校准和认证需要占据大量的光刻机资源，这也形成成了一个极高的门槛，拥有配套的光刻机，敢于搞这种高端产品的，国内无非也就两三家，现阶段产品以测试为主，营收还非常小，国产化率不足2%。这些高端光刻胶是制造先进芯片所必需的，但是我们目前仍无法实现自给自足，如果高端光刻胶被完全限制进口，我国的半导体产业高端制程都将受到严重的制约。除了光刻胶，前驱体也是一个极难突破的卡脖子产品，革命尚未成功，同志仍需努力。

此外，我们还需要关注一些看似简单但实际上非常重要的零部件。例如，电子卡盘、过滤器、密封圈、PFA管材等等，它们虽然看似简单，但在芯片制造过程中却起着至关重要的作用。这些关键的零部件我们已经有国内公司取得了不错的进展，比如臻宝、科百特、保视丽，可喜的是这些企业已经成长为各自的产品领域的国内小龙头。遗憾的是，这些零部件所需要的原材料，我们还没有掌握，主要集中在美国和日本公司手中，比如电子卡盘所需要的高端陶瓷粉体，密封圈所需要的全氟醚橡胶，PFA管材和过滤器所需要的高纯PFA树脂，国内都还没有攻克。

总的来说，我们国家的半导体产业在发展过程中面临着诸多挑战。这些挑战不仅来自于半导体设计与制造技术上的代差，还有一个重要原因就是半导体产业链的布局不完整，其中很多的高端设备、高端材料甚至涉及到了物理化学等基础学科不足。为了改变这一现状，我们需要全社会的共同努力和支持，加大投入和研发力度，推动半导体产业的快速发展。

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我们为何会被卡脖子：

中美主要技术差距及空白领域

接着我们讲讲中美贸易战，特别是其中涉及半导体产业的部分。为何美国会在一个小小的芯片上卡住我们的脖子？同时鼓励芯片制造业回归美国，这背后又反映了怎样的全球产业链格局呢？

首先，让我们来看看半导体产业的规模及其增长速度。在2001年，全球的半导体收入仅为1400亿美元。然而，仅仅过去几十年，到去年为止，这个数值已经飙升到了接近6000亿美元。这个规模已经接近于石油、粮食等战略物资，甚至在一些方面已经超越了它们，成为了全球不可忽视的战略性产业。

但在这个庞大的市场中，长期以来，美国一直是这个行业的领头羊。从90年代末开始，美国在半导体产业中的份额一直超过50%。虽然近年来这个数字有所下降，但仍然占据主导地位。美国想坐稳科技强国的位置，必须在半导体领域保持绝对的优势。从市场份额角度讲，最近几年美国的市场份额有所下降，尤其是制造环节，即产业链中游，中国台湾地区以及韩国、新加坡的异军突起使美国最近几年的市场份额逐渐下降，这样导致了政府的不安，同时也就孕育了美国芯片法案的诞生，通过芯片法案来鼓励美国以及其他国家优秀的半导体企业回归美国、落地美国，吸引全球优秀的半导体人才加入美国，台积电美国建厂就是一个典型的案例。从技术代差角度看就更为明显了。美国政府通过联合荷兰的ASML公司以及Lam等设备公司，限制EUV等先进制程的设备进入中国，同时限制最先进的光刻胶材料进入中国，这些举措严重的阻碍了国内的半导体产品从28纳米向12/7纳米迈进的步伐，这么做的目的并不是要让国内的半导体工厂不能生产，而是保证了中美之间的技术代差，让中国的Fab厂只能生产低端制程的廉价产品，从而保持美国的全球科技领先的地位。

那么，我们中国在这个市场中的地位又是如何呢？事实上，尽管大陆地区的芯片需求量占全球市场超过30%，但在产值方面，我们只占据了全球的7%。这种需求和产出的严重不平衡，无疑为我们的发展带来了巨大的挑战。以英特尔为例，这家公司在全球的半导体产值就超过了9%。而我们整个大陆地区的半导体产业加起来还达不到这个水平。

正是这种需求和产出的严重错配，使得美国看到了在半导体领域对我们实施卡脖子的必要性和可行性。

2016年以来随着美国对华为等企业的禁售措施的实施，越来越多的中国企业被列入了美国的制裁名单。这些企业很难再获取到28nm以下的先进制程所需的设备和材料以及服务的支持。同时，美国还通过鼓励其本土的制造业回归，设立芯片法案等手段，吸引全球优秀的半导体企业在美国投资建厂，进一步巩固了其在半导体领域的领先地位。

从制程上来讲，以英特尔为例，作为全球领先的半导体制造商，早在2021年就实现了10nm制程的突破，到2023年更是达到了5nm的先进水平。而台积电，作为全球最大的半导体代工企业，也在20年左右达到了7nm的制程，如今更是能够量产3nm芯片，据传2nm的芯片已经有了良率数据。此外，三星也在努力追赶，目前基本达到了5nm和3nm的水平。

图片来源：元禾厚望，公司公告

然而，当我们把目光转向中国，情况则有所不同。中国的半导体制造业龙头中芯国际，目前在28nm-10nm的制程上国产化率大约在20%-30%的水平。据传，其工艺水平可以达到7nm，但由于光刻机、光刻胶以及关键零部件的限制，导致7nm项目至今没有一个好的良率数据。这就是我们在半导体领域与美国存在的一个明显差距。

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半导体产业链的国产化情况

接下来，我想谈谈我们在芯片设计、设备和材料零部件等方面的不足。先从芯片设计公司开始，全球排名前十的设计公司中有六家是美国公司，前四家更是占据了82%的市场份额，全部为美国公司，中国目前仅韦尔股份排名第九，这个数据足以让我们看到我们在芯片设计方向上和美国的差距。

图片来源：元禾厚望

此外，在设备和零部件方面，我们同样面临挑战。半导体设备公司的一个显著特点是头部集中，因为研发需要巨大的资金投入，小公司往往难以承受。很多美国的设备公司，在芯片的设计以及制造过程的研发过程中，已经进行了深度的参与，和客户进行了深度的技术绑定，同时也设置了极高的专利壁垒。这些现实情况导致了我们在设备和零部件的供应上高度的依赖美国和日本。例如，我们熟悉的Apply Materials（应用材料公司）、Lam Research（泛林半导体）、Tokyo Electron Limited（东京电子）等，它们在全球半导体设备市场中占据着举足轻重的地位。特别是荷兰的ASML（阿斯麦），几乎垄断了EUV的全球份额，也是我们目前卡脖子最严重的领域，还有生产量测设备的KLA（科磊），在全球几乎没有对手，在国内，只有极少数的低端设备有国产替代的份额。此外，还有诸如涂胶显影设备、CMP（化学机械抛光）设备等，虽然国内有少数企业能够自主生产，但是关键零部件大量依赖进口，技术水平距离与国际先进水平相比仍有较大差距。

综合来看，国内半导体设备的国产化率还不足20%。设备的国产化是半导体国产化的重中之重，只有设备的国产化率提高了，我们的芯片制造，材料研发才能有强大的依托。20%远远不够，个人认为，解决设备的国产化问题，应该是我们现阶段工作的重中之重。

接下来，我们再来看看半导体零部件领域。由于半导体生产过程中所用的零部件品类繁多、五花八门，技术壁垒技术路线也差距非常大，因此在国产化的难度也各不相同，有的已经达到了很高的国产化率，比如石英制品、金属腔体、电化学抛光的管路等，个人认为，这些产品的国产率已经超过了50%，国内基本可以解决问题。。但是有几个关键品类，我们的国产化率低级，如ESC（静电卡盘）、磁悬浮真空泵、射频电源、机械手等，高端支持几乎完全依赖国外的进口。

简单举几个例子，比如静电卡盘，近期国内涌现近10家相关企业，但是一家家看下来，主要是以维修为主，其中一部分只能维修低端型号，一部分是通过渠道发往日韩进行维修，一两家可以自主生产，看下来也是10年前的老型号，基本上属于应用在非常低端的设备上的。这也导致了国内一颗新的ESC价格被炒到几十万美金，而大多数Fab厂使用的是翻新产品，其稳定性很难保证。就这么一个小小的部件，竟然让各个Fab厂如坐针毡，这就是关键消耗性零部件卡脖子的力量。

再有就是磁悬浮分子泵，众所周知，CVD、Dry Etch的反应过程是在真空环境中实现的，要实现如此高的真空环境，磁悬浮分子泵属于必须的设备。分子泵在国外有Edwards、Pfeiffer等6-7个品牌，但是国内性能上能与之匹敌的品牌却寥寥无几。比如2022年，一颗分子泵的交货期竟然达到了12-18个月，虽然没有限制销售，但是却大大延缓了我们Fab厂的建成速度，以及设备的交货周期，从而制约了我国半导体的发展。

诸如此类的还有射频电源及匹配器，真空机械手，CVD SiC零部件等，每一项都不可或缺，每一项都差距巨大。现实很残酷，但是我们半导体人必须敢于面对，具有迎难而上的勇气。希望通过我们的不懈努力，使得卡脖子难题早日解决。

图片来源：元禾厚望

第三个要提到的就是材料问题。国内材料领域涌现出了不少的上市公司也有很多的优质非上市公司，其对解决卡脖子问题做出了突出的贡献，比如江丰电子的靶材产品，很多产品的性能表现已经达到了国内先进水平，南大光电和雅克科技一直致力于前驱体的研发和国产化工作，也取得了骄人的业绩。还有一些未上市的隐形冠军，比如恒坤的光刻胶和前驱体，已经形成数亿的收入，兴福的湿化学品等等。在半导体特气和白晶圆方面我们也取得很好的战绩，个人认为，国产化率应该已经超过了50%。

看到成绩，但是仍然要看到差距。还是以光刻胶为例，目前，我国的高端光刻胶主要依赖美国和日本公司的出口，如东京应化、日本JSR和杜邦、陶氏等。国内虽然有一些光刻胶企业，如科华等，但市场份额相对较小，尤其是在高端光刻胶领域，比如ArF光刻胶，我们的国产化率小于2%。如果美国全面限制ArF光刻胶的供应，我们现有的先进制程半导体生产将面临极大的困难。跟光刻胶类似的还有CMP材料，随着半导体特征尺寸的逐步缩小，化学机械研磨也成为关键制程之一，高端的研磨液、研磨垫、以及研磨液的上游颗粒还主要依赖进口，国产替代过程设计的制程非常多，导致国产化进展缓慢。

材料的国产化虽然难度很高，但是也不是不能够突破，只要我们加大研发和人才投入，加强国际企业间的合作，尽快解决更上游的原料环节，相信在国内Fab厂的加持下，材料国产化进程会大大加快。

图片来源：元禾厚望；数据来源：广发证券

在先进封装测试领域，我国在封装产业的发展上拥有得天独厚的优势。相对于半导体制造的其他环节，封装测试的进入壁垒相对较低，作为全球最大的半导体消费市场，这也为中国企业提供了更多的发展机会。如盛合晶微等公司也在这个领域展现出强大的实力。这些国内企业已经做得很好，具备了与国际先进企业竞争的能力。因此，我认为在封装测试环节，美国试图通过技术封锁来遏制中国半导体产业发展的做法，很可能不会取得预期的效果。

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半导体国产化的投资机遇

回想起我多年前与一些业界前辈的交往，在2013年左右，我结识了金宏气体、盛美半导体等上市公司的高管，那时候的他们，可以说是“满脸愁容”。为什么呢？当时的他们可谓压力山大，一方面是巨量的研发资金，没有资金的支持，研发工作难以持续；另一方面，国内客户和国际大厂对国产设备、材料的认证意愿也不高，因为任何新设备、材料引入的初期都难免有良率波动的风险。对于一片价值几千美金的晶圆来说，如果为了省几百万美金的设备和材料成本，而导致产线的良率损失，那么这个成本节省会变得就九牛一毛，这种项目在Fab厂推动起来难度非常高，如果引入良率损失，这种风险是不可接受的。因为很多的良率的损失往往在制程过程中是很难发现的，需要等到一个月后的最终检测时才发现问题，而此时，损失可能已经是千万美金级别的了。这种风险让当时的创业者们倍感苦闷，他们投入了大量的时间、精力和金钱去做研发，却难以找到第一家客户来做产品认证。

但当我2018年再次与他们相聚时，我发现一切都变了。许多企业已经取得了显著的进步，营收达到了数十亿甚至上百亿的规模。这种变化是如何发生的呢？我认为以下两个原因不容忽略。

第一个原因是外部制裁的倒逼效应。由于美国的技术封锁和制裁，相关企业不得不加快国产化的步伐。这种压力让许多企业开始重视自主研发和国产化替代。例如，长鑫存储就设立了专门负责国产化的部门，积极导入国产设备和零部件。这种情况在中芯国际、北方华创、长江存储等企业中也得到了体现，这个举措极大地提高了国产化的效率。

第二个原因是国内资金的大力支持。近年来，我国政府设立了三期国家大基金，总额达到了数千亿人民币的规模，各地也设置了半导体产业引导基金，这些资金为半导体企业的发展提供了强大的支持。同时，资本市场也对半导体产业给予了高度关注，大大降低了其融资难度，为许多优秀的企业提供了良好的资金保障。

在这种背景下，我们面临的机遇也愈发明显。虽然我们在28nm等成熟工艺上已经取得了突破，但在更先进的工艺节点上，如12nm、7nm等，我们的国产化率仍然很低。这意味着半导体企业仍然有巨大的的发展空间，同时带来了很好的投资机会。

对于投资人来说，这是一个千载难逢的机会。我们可以关注那些具有核心技术优势、市场前景广阔的半导体企业。那么我们如何精准挖掘并布局有潜力的企业呢？

首先，众所周知，如果大家都已经知道这是一个好公司了，这个公司一定不缺钱，那么从投资角度，我们如何才能在众多投资者中脱颖而出，让我们的股权提前布局进去呢？我认为，关键在于布局一个产业圈。这个产业圈不仅是我们已经投资过的公司，更是我们与他们共同构建的一个产业生态系统。在这个系统中，我们投过的公司可能互为上下游，或者互为重要的合作伙伴。当我们向家企业伸出橄榄枝的时候，他们会看到我们背后强大的产业圈，这个产业圈将为他们带来更多的商业机会和合作的可能性，这也为他们提供了更多的可能性，也为我们的投资提供了更好的退出保障。

那么，如何布局这样的产业圈呢？

我认为，首先要深耕产业。这需要我们保持对产业的敏感度，通过对产业的深入研究和理解，提前发现那些虽然尚未崭露头角，但技术壁垒高、有巨大潜力的企业。我们将这些企业纳入我们的视线，并积极寻找机会进行股权投资。同时，我们的产业圈也会为被投企业带来实质性的帮助。通过我们与产业内的其他企业和机构的紧密联系，我们可以为被投企业寻找更好的业务渠道，提供更有效的赋能，帮助他们快速成长。这种深入的合作和赋能，是其他投资机构难以复制的。

在过去的五年里，我们已经布局了一些关键节点的公司。比如，在Fab厂我们布局了荣芯，靶材方向，我们布局了先导，光刻胶领域我们布局了恒坤，设备领域有御微半导体，特气领域布局了科利德，还有光刻机厂商，我们布局了上海微电子装备（SMEE）等。这些公司都是我们基于对整个半导体产业深入分析和研究后，精心挑选出来的优质企业。

我相信，伴随着企业的发展，我们必定能收获一批优质的半导体节点公司，更重要的是，它们构成了我们强大的产业圈。通过这个产业圈，我们可以更好地把握市场趋势，发现更多投资机会，并为被投企业提供更多的支持和帮助。

最后，我想说的是，中美对抗的背景下，半导体产业正面临着前所未有的机遇和挑战。作为投资者，我们需要更加敏锐地洞察市场变化，更加积极地布局优质企业，以创造更多的投资机会和价值。