士兰微IDM模式卓见成效,方寸间折射

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集成电路(简称“IC”,俗称“芯片”),是指内部含有集成电路的硅片。制成这样的硅片,要将上亿个晶体管在指甲盖大小的硅晶片上精确排布,前后要经过近5000道工序。摩尔定律提出,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18~24个月会增加一倍,性能也将提升一倍。

杭州的集成电路企业士兰微电子近日陆续推出了多款LED驱动芯片,包括单级原边控制高功率因素LED驱动SD682X系列和SD689X系列以及具有PWM/线性调光功能的单级原边控制高功率因素LED驱动电路SD7880等产品。

“自己做芯片需要长时间的投入容不得分心,且投入很大,回报很慢。但全球芯片采购存在较大的便利性,而之前大家倾向用更省事的办法解决问题。所以前20~30年,国内企业更愿意从海外采购芯片,而非自主研发。历史证明,核心技术是很难靠‘买’来的。”士兰微(600460.SH)董事会秘书、财务总监陈越在接受第一财经采访时如是说。

士兰微电子在半导体技术领域经过多年的耕耘和积累,品牌和规模在LED照明市场已经有了与之匹配的地位,产能得到了巨大的提升,为用户提供更高性价比的LED照明驱动方案及芯片。

成立于1997年的士兰微,发展到今年,已经是第22个年头。由最初的芯片设计起家,经过慢慢摸索发展至今拥有芯片设计、制造、封装与测试完整的产业链,是目前国内为数不多的以IDM模式为主要发展模式的综合性半导体产品公司。

记者了解到,这些新品各具特色,其中SD682X系列是士兰微电子SD68系列LED驱动的迭代升级产品。士兰微电子的SD68系列产品在LED照明行业内深受好评,堪称业内翘楚。此次迭代升级的产品具有高PFC、高恒流精度和高转换效率等特点,是业界第一颗去COMP电容的产品,可有效地防潮湿防漏电,可以广泛应用于筒灯、平板灯、轨道灯等LED照明市场。

20多年来,士兰微从未涉足其他任何领域,专一且专注地在芯片行业深耕。

士兰微电子相关负责人介绍,该系列产品采用士兰微电子自有的先进工艺,在成本、体积以及性能上都有了很大的进步。此外,SD682X系列产品做到了功率段更加细化,根据不同封装,功率段可以分别做到7W、9W、15W、18W和24W。值得注意的是,该系列芯片还采用了士兰微电子的THD优化专利技术来实现THD优化,从而在大多数应用情况下能够获得很低的THD。

“坚持”什么?

而SD689X是SD68合封系列的封装升级,该系列产品使用了士兰微电子的开关打火保护技术,散热性能更加优异,并且全电压输入THD小于10%,适用于小尺寸、中小功率外置电源产品。SD7880是士兰微电子的隔离调光产品,主要应用于隔离反激式LED智能照明系统,据介绍,该产品能够提供精确的横流控制,工作在临界导通模式,具有非常高的效率。同时产品可兼容PWM和模拟两种调光方式,调光深度可达2.5%。

芯片行业两种主要运营模式:IDM和Fabless。前者的代表性企业有英飞凌、英特尔、三星;后者的代表性企业包括博通、高通、海思等。士兰微则是目前国内屈指可数的IDM综合性芯片企业。

士兰微电子是目前国内领先的LED照明驱动芯片设计企业之一,得益于IDM运营模式,对LED照明驱动系列芯片及解决方案进行了持续的研发,推出了自主创新的多系列驱动芯片。士兰微电子的LED照明驱动产品门类齐全,配套方案可以广泛应用于LED球泡灯、日光灯、筒灯、射灯、泛光灯、天花灯、路灯、车灯等不同领域,并且已经获得一百余项专利。

上世纪80~90年代,全球芯片产业发展历经两大事件,进而演化出了垂直分工——只做代工、不做品牌、为全球代工服务。

士兰微IDM模式卓见成效,2019年营收预计达到20%增长率

这两大事件分别为:一是芯片制造从6英寸发展至8英寸。8英寸的生产投资需要投入的10亿美元在当时是天文数字,极少有公司能投资的起;二是PC开始逐步走进普通家庭,芯片在其中的使用需求量随之大增。

IDM企业持续稳健发展需要庞大的研发支撑,其研发支出不只是设计研发,更重要的是制造工艺研发。作为国内半导体领域IDM企业代表——士兰微,过去一年,合计研发投入3.5亿元,占其营收的比例为11.56%,研发投入占比直逼国际大厂。

当时我国台湾地区不断涌现出以芯片代工为主要发展模式的芯片企业就是典型例子。

3月29日,士兰微发布2018年财报,财报显示,公司去年营收30.26亿元,较去年同期增长10.36%;归属于上市公司股东净利润为1.7亿元,比去年同期增加0.58%。

芯片行业经历了设计制造一体化到垂直分工的过程中,垂直分工在产业的变革过程中扮演着相当重要的角色。从某种程度上来说,垂直分工的出现令业内人士意识到设计制造一体化才是当今世界芯片行业的主流发展方向。简单地效仿芯片代工,实则是切断了芯片产业链的整体性。

过去一年,功率器件受8吋晶圆和市场供需影响,迎来了普涨行情,士兰微也正是受益者,并带动其功率器件产品营收14.75亿元,同比增长28.65%。在士兰微功率器件产品中,低压MOSFET、超结MOSFET、IGBT、IGBT大功率模块、快恢复管等产品增长较快。当然,士兰微功率器件产品收入的增长也主要得益于公司8吋芯片生产线产出的较快增长。

“代工相对容易出成绩,我国台湾地区因受限于其自身市场容量较小,不得不为全球做代工服务。但是,只做代工的话仅利于头部企业发展,很难形成全产业链,且不会衍生出品牌文化。”陈越指出了芯片代工的局限性。

士兰微披露,基于庞大的研发投入,公司去年陆续完成了国内领先的高压BCD、超薄片槽栅IGBT、超结高压MOSFET、高密度沟槽栅MOSFET、快回复二极管、MEMS传感器等工艺的研发,形成了比较完整的特色工艺的制造平台。这一方面保证了公司产品种类的多样性,另一方面也支撑了公司电源管理电路、功率模块、功率器件、MEMS传感器等各系列产品的研发。

实际上,成立于上世纪末的士兰微,如彼时绝大多数芯片行业里的公司一般,只做纯芯片设计业务。因纯芯片设计公司相对容易起步、启动资金也不需要太多,且人才相对比较好找,再加上无生产设备、抗周期能力强、资产轻等行业特点,使得准入门槛变低,同时也引来大量的竞争者。

多线布局,产品结构更加优化

“1997年时,当我们开始做芯片设计的时候,国内芯片相关公司绝大多数是做纯芯片设计的,”陈越介绍说,“到了2000年时,我们公司账上开始有了3000万元左右资金积累,我们的创始人团队就开始思考该如何选择公司发展模式,逐渐意识到光靠做设计,是无法和大的竞争对手比拼的。于是,我们把目标放在了做芯片的设计、制造一体化上,而不是固守在纯芯片设计领域。”

士兰微电子经过二十年的发展,在多个产品技术领域构建了核心竞争优势,尤其以IDM模式开发高压高功率的特殊集成电路、半导体功率器件与模块、MEMS传感器、化合物半导体等为特色。过去一年,士兰微的这些产品取得不错的市场业绩,且逐步加大投资布局。

于是,在19年前,士兰微决心向IDM模式转型,于2000年年底开始投入建设第一条芯片生产线;2003年,士兰微上市募资了2.87亿元,主要用途就是新建一条6英寸芯片生产线;2015年在国家集成电路产业大基金和杭州市政府的支持下,士兰微在杭州开始建设第一条8英寸芯片生产线;2016年,士兰微共生产出5、6英寸芯片207.5万片,根据IC-Insights2016年12月发布的全球芯片制造产能评估报告,士兰微在小于和等于6英寸的芯片制造产能中排在全球第五位;2017年年底,士兰微与厦门海沧区政府签约,拟共同投资220亿元,建设两条12英寸特色工艺功率半导体芯片生产线和一条先进化合物半导体器件生产线。

2018年,士兰微IPM功率模块产品在国内白色家电、工业变频器等市场继续发力。2018年,国内多家主流的白电整机厂商在变频空调等白电整机上使用了超过300万颗士兰IPM模块,较2017年增加50%,预期今后几年将会继续快速成长。

在这个过程中,士兰微和银行之间的合作是密切的。例如,除传统融资模式以外,士兰微创新尝试了跨境融资。

2018年,士兰微成功推出高精度MEMS硅麦克风产品。在自有的芯片制造和封装体系支持下,公司已开发出成系列的MEMS传感器产品:三轴加速度计、三轴地磁传感器、六轴惯性传感器(内置陀螺仪和加速度计)、压力传感器、光传感器、心率传感器、硅麦克风传感器等,这些产品已经或正在导入量产,已进入智能手机、手环、智能音箱、行车记录仪等消费领域,预计2019年公司MEMS传感器产品的出货量将有较快的增长。

不仅如此,除了商业银行,士兰目前还获得了国家开发银行、中国进出口银行两家政策性银行的支持,这对于士兰微进一步实施IDM模式是非常重要的。

2018年,士兰微已推出针对智能手机的快充芯片组,以及针对旅充、移动电源和车充的多协议快充解决方案的系列产品,预计2019年上述产品将快速上量。公司已在成都、无锡、厦门、西安四地设立了芯片设计研发中心。

目前,该公司第一条12英寸功率半导体芯片生产线项目已于2018年10月正式开工建设,现已完成桩基工程,正在进行主体厂房建设,预计在2020年一季度进入工艺设备安装阶段。与此同时,先进化合物半导体器件生产线项目主体生产厂房已结顶,正在进行厂房净化装修和工艺设备安装,预计今年三季度投入试运行。

2018年,公司分立器件产品的营业收入为14.75亿元,较去年同期增长28.65%。分立器件产品中,低压MOSFET、超结MOSFET、IGBT、IGBT大功率模块、快恢复管等产品增长较快。分立器件产品收入的增长主要得益于公司8吋芯片生产线产出的较快增长。除了加快在白电、工业控制等市场拓展外,公司已开始规划进入新能源汽车、光伏等市场,预期未来几年公司的分立器件产品将继续快速成长。

从6英寸到12英寸,不仅是大小的区别,硅晶圆的直径越大,最终单个芯片的成本越低,加工难度更高。而这看似“区区”6英寸的大小变化,如光刻机一般刻着士兰微18年来“IDM之路”的坚持与不易。

投建12吋产线,制造封装能力进一步提升

“那时候,在国内市场上,并没有做IDM的氛围。建5、6英寸芯片的生产线需要大量资本投入,我们的这种重资产模式并不被业内同行看好。”陈越回忆称,“这条路比较坎坷,期间还遭遇了2008年金融危机,但是士兰微做好芯片的初心从未变过,一直坚持走到今天,凭借的是长期以来形成的‘诚信、忍耐、探索、热情’的公司文化”。

2018年,士兰微子公司士兰集成公司继续保持了较高的生产负荷,并通过挖潜将芯片生产线产能提高至22万片/月。士兰集成全年总计产出芯片239.09万片,比去年同期增加3.51%;同时产品结构得到进一步优化,芯片制造毛利率得到显著提升。

在采访中,陈越讲述了一个2012年该公司为推广空调用芯片产品时的故事。该公司在推广IPM功率模块产品过程中,前期一路磕磕碰碰,最终打动了一家国内客户,双方从仅仅500台样机开始尝试合作。

2018年,士兰微子公司士兰集昕公司进一步加快8吋芯片生产线投产进度,已有高压集成电路、高压MOS管、低压MOS管、肖特基管、IGBT等多个产品导入量产。11月份,士兰集昕月产芯片达到3.7万片,接近月产芯片4万片的目标。2018年,士兰集昕全年总计产出芯片29.86万片,比2017年增加422.94%,这对于推动公司营收的成长起到了积极作用。2019年,士兰集昕将进一步加大对生产线投入,提高芯片产出能力。

“一年后,客户虽然对试用期的反馈很不错,但仍然非常谨慎,到了第二年,订单才增至1万台、第三年约12万台、第四年约20万台……直至今年超百万台。所以做芯片需要沉得下心,没有一个产品不是经过5、6年,就能够随随便便成功的”。

2018年,士兰微子公司成都士兰公司外延车间和模块车间的产出均保持较快增长。模块车间的功率模块封装能力已提升至300万只/月,MEMS产品的封装能力已提升至2000万只/月。2019年,公司还将进一步扩充功率模块和MEMS产品的封装能力。

上市16年,士兰微多年的IDM模式坚持已发挥出业内优势,成为国内具有自主品牌的综合性芯片产品供应商。该公司坚持自主研发芯片,在半导体功率器件、MEMS传感器、LED等多个技术领域持续投入研发。

2018年,旗下美卡乐公司通过持续优化工艺,稳定产品质量,降低生产成本,提升产品竞争力,实现营业收入约15%的成长;在高端彩屏市场,“美卡乐”品牌形象得以进一步提升。2018年,公司已规划在杭州建设一个汽车级功率模块的封装厂,计划第一期投资2亿元,建设一条汽车级功率模块的全自动封装线,加快新能源汽车市场的开拓步伐。

年报显示,2018年士兰微实现营业总收入30.26亿元,较上年同期增长10.36%;实现归属于上市公司股东的净利润为1.70亿元,较上年同期增长0.58%。

2018年,其厦门士兰明镓公司积极推进化合物半导体器件生产线项目建设。2018年12月,化合物芯片生产线项目主体生产厂房已结顶,现正在进行厂房净化装修和动力设备安装,预计2019年下半年将进行试生产。

坚持自主研发品牌,士兰微在研发方面的投入连年攀升。2018年公司的研发费用达3.14亿元,同比增长16.36%,占营业收入10.38%。该公司在IPM功率模块产品在国内白色家电(主要是空调、冰箱、洗衣机)等市场持续发力。

2018年,其厦门士兰集科公司已完成第一条12吋特色工艺芯片生产线项目设计等相关工作。2018年10月,12吋芯片生产线项目主体生产厂房已正式开工建设,现已完成桩基工程;2019年将加快推进厂房建设进度,争取在2020年一季度进入工艺设备安装阶段。

2018年,国内多家主流的白电整机厂商在变频空调等白电整机上使用了超过300万颗士兰微IPM模块,同比增加50%。

服务高端客户,2019年预计营收36.31亿元

产能方面,士兰微子公司士兰集昕进一步加快8英寸芯片生产线投产进度,已有高压集成电路、高压MOS管、低压MOS管、肖特基管、IGBT等多个产品导入量产。2018年,子公司士兰集昕全年总计产出芯片29.86万片,同比增长422.94%;公司子公司成都士兰公司模块车间的功率模块封装能力提升至300万只/月,MEMS产品的封装能力提升至2000万只/月。产量与封装能力的提升对推动公司营收的成长起到了积极作用。

可以看到,士兰微正以国际上先进的IDM大厂为学习标杆,成为具有自主品牌,具有国际一流竞争力的综合性的半导体产品供应商。走设计与制造一体的模式,在半导体功率器件、MEMS传感器、LED等多个技术领域持续进行生产资源、研发资源的投入;利用公司在多个芯片设计领域的积累,提供针对性的芯片产品和系统应用解决方案;不断提升产品质量和口碑,提升产品附加值。

与此同时,公司在2019年,将进一步加大对生产线投入,提高芯片产出能力及功率模块的封装能力。

士兰微表示,2019年将继续全力推动特殊工艺研发、制造平台的发展。加快杭州士兰集昕8吋集成电路芯片生产线产品技术平台的导入,积极拓展产能;积极推进厦门士兰集科12吋特色工艺半导体芯片制造生产线项目和厦门士兰明镓化合物半导体芯片制造生产线项目建设;积极推动杭州汽车级功率模块封装厂的建设,在特色工艺领域坚持走IDM的模式。

难得的是,在动辄一条生产线投入达十几亿元人民币的重资产制造行业里,士兰微的资产负债率常年控制在50%以下(2018年为48.4%)。

同时,士兰微继续加快先进的功率半导体和功率模块技术的研发,加大投入,追赶国际先进水平;拓展这类产品在工业控制、通讯、新能源汽车、光伏等领域的应用。

士兰微在拓展已有的白电、工业等市场的同时,还计划进军新能源汽车、光伏等领域。2018年,已规划在杭州建设一个汽车级功率模块的封装厂,计划第一期投资2亿元,建设一条汽车级功率模块的全自动封装线,加快新能源汽车市场的开拓步伐。

此外,继续加大MEMS传感器的研发投入,持续提升产品的性能指标,加快三轴加速度传感器、三轴磁传感器、六轴惯性单元、硅麦克风、红外接近传感器、空气压力传感器等产品的市场推进步伐。以及持续拓展电路工艺门类;利用在控制芯片和功率器件上的综合优势,积极推广高性价比、完整的功率系统解决方案;以服务高端客户为目标,持续提升产品的技术性能指标与品质,完善质量保障体系。

士兰微立足IDM模式,致力于半导体功率器件、MEMS传感器、LED等多个技术领域的发展,形成特色工艺技术与产品研发的紧密互动,以及器件、集成电路和模块产品的协同发展。

在上述基础上,士兰微预计,2019年公司实现营业总收入36.31亿元左右,营业总成本将控制在34.30亿元左右。

随着公司进一步加大对生产线投入,叠加12英寸特色芯片生产线和先进化合物半导体器件生产线,将使公司产能得到进一步扩充,同时公司积极开拓新能源汽车市场,有利于公司加快在半导体产业链的布局。

目前集成电路半导体行业发展虽然已经进入相对成熟阶段,但半导体的各种新型应用方兴未艾,如人工智能、大数据、云计算、物联网、工业4.0、机器人、绿色能源、无线通讯等,这些正在加速人类社会的进步,而半导体应用已渗透到人们日常生活的角角落落。展望2019年,尽管面临全球经济增速放缓、国际环境复杂等诸多挑战,但在国家政策的大力扶持下,2019年中国集成电路产业销售额仍将保持较快的增长速度,士兰微作为国内IDM企业的代表将持续受益。

在谈到2019年至2020年公司的生产经营展望时,陈越表示:“消费只会迟到,永远不会消失。半导体行业是依附于消费业的,从白电、通讯到汽车等高端领域,芯片的需求未来仍有很大的发展空间。尤其是高端芯片,如IGBT功率模块和MEMS传感器,几乎都是从美、日、欧等国外厂商进口。”

目前国内的芯片行业仍主要集中在中低端芯片市场,竞争手段主要是拼价格,中低端芯片价格越来越低。“士兰微要做的就是坚持IDM发展之路,坚持自主研发,聚焦于这些高端芯片产品的空缺,沿着高端芯片之路布局,合理利用并扩大自身设计研发、生产制造及封装的优势,加快进入高门槛行业。”

补上两大缺口

集成电路发展至今,在全球范围已是非常成熟的行业,其增速与全球GDP增速较为匹配,没有爆发式增长。2018年全球芯片市场产值高达4688亿美元,其中中国是全球芯片最重要的消费市场之一,需求占全球市场的34%。

但我国芯片市场巨大的消费需求并不与自身芯片产量成正比。“国内芯片行业目前主要面临着两大割裂,”陈越指出,“一方面是上游芯片企业与下游整机企业缺乏交集;另一方面则是从原材料、设备到零组件的产业链条断层。”

产业上下游的割裂源于企业自主开发芯片有相当大的难度。而购买进口芯片有相当的便利性,下游企业长期习惯于从国外进口各类芯片,上游芯片企业开发的芯片在国内得不到应用,芯片水平难以提高,使得下游企业更加依赖于芯片的进口,这样的循环,导致国产的高中端芯片在国内得不到很好的发展。上下游企业缺乏交集,导致了上下游产业的割裂。陈越说,目前国内大部分芯片企业,产品主要集中在中低端的消费产品,缺乏对高端市场的突破。

目前全球手机芯片厂商主要是6家,苹果、三星、华为不仅自己开发芯片,而且做自己品牌的手机;高通、联发科、展讯只开发芯片,但自己不做手机。一个手机芯片的研发团队需要至少三四千人,苹果的研发团队则多达上万人。

“手机芯片尚且如此,更不用提白电、汽车等高端领域的芯片产品了。”他补充道,“现在大家都在做应用端,开拓了市场却忽略了技术研发。国产芯片真正缺乏的是对大量基础性、通用型芯片的开发投入,包括对工艺技术的创新。”

这也就折射出第二个割裂:产业链断层。

国外凭借着几十年的技术发展,经验积累,在行业的每个细分领域都有2~4家国外头部企业垄断,这种垄断并非人为垄断,是在行业发展历程中长期形成的,是凭借先发优势和技术优势形成的自然垄断。

而在国内方面,用于芯片的半导体原材料种类、装备种类、零组件种类并不足以串联起整条产业链。比如,在硅晶片方面,国内的8英寸片已能生产相当一部分,但自给率仍很低;高端的12英寸片,依然需要大量进口。

在芯片制造领域,制造工艺和装备精密度、繁杂度远超传统制造。与繁杂制造工艺相对应的,是多达200多种关键制造装备,包括光刻机、刻蚀机、清洗机、分选机及其他工序所需的扩散、氧化、清洗设备等——每种装备的制造技术要求之高、造价之昂贵,并不是轻易能够获得的。“光一台从欧洲进口的7纳米光刻机就得花1.2亿美元。”陈越感叹道。

早年国内对芯片行业存在认知度低、起步晚以及在发展理念上的偏差,从而比较注重市场的开拓,而忽略了核心技术的研发,“随着大数据、云计算、物联网及自动化时代的到来,芯片在全球的需求量仍有巨大上升空间。而我国要走自主研发之路做芯片,要追上国际先进水平,最终还是需要我们从业者踏踏实实地坚持,不断努力奋斗。最近一段时间以来,社会大众对芯片的认知提到了一个新的高度,大家都很关心我们国家自己芯片产业进步和技术发展。这是非常积极的,也让我们的工作获得了更多的认可。”

多学习勤交流

在我国半导体行业指导目录中有“高端通用芯片”一词。陈越认为,国产芯片要走高端技术路线,首先要承认自己与国际领先水平之间的差距,更要多交流,多向先进同行学习。

集成电路是一个多学科汇聚的产业,涉及物理、化学、光学、数学、机械、材料等学科,是高度凝聚人类智慧的产业。同时,该行业是个讲究成本、质量的行业,需经得起大规模制造的成本考验。其产品体积小,运输廉价,规避了传统制造业产品的运输半径,从而产生了许多全球性企业。正是这样一个全球性的行业,入行的门槛也很高。

以士兰微为例,从20年前怀抱着芯片的理想开始,凭借自身坚持、政府及资本市场的支持在半导体行业走出了一条自己的路。上市以来,通过3次定增、1次公司债及国家大基金、地方政府的扶持,壮大了公司的资本实力,建成了第一条8英寸线,初步走通了IDM模式。

士兰微是非常幸运的,很早就进入芯片行业,在国家政策支持下,抓住了机会发展壮大。现在有机会去追赶国际先进水平的半导体企业,并努力地向国际先进的IDM大厂学习,以他们为标杆,逐步走向高门槛市场。

陈越说道:“在这个过程中,学习是必不可少的。不仅是技术研发、管理水平、生产制造方面的学习,还有半导体行业人才储备方面的学习。做芯片要脚踏实地,要经得起风雨,这是长期积累的实现过程。等到高端市场、高端客户用我们的芯片,认可了我们,我们的价值才最终得以体现。国内芯片企业需要国内大型整机企业作为引路人,带着芯片企业一起成长,拉芯片企业一把。从硬件装备、生产技术到管理能力,从芯片设计、芯片制造到产品封装,需要相当长的时间来提高我国整体芯片水准,能否被高端客户认可取决于我们自身发展。”

此外,从全球范围来看,近20年,半导体行业存在着周期性,即“硅周期”——平均3~4年为一个周期,同时可能叠加金融或经济周期。2018年11月,世界半导体贸易统计组织将2019年半导体存储器增长率预期从6月时的增长3.7%下调为下降0.3%。半导体整体的预期也从增长4.4%下调为增长2.6%。在“硅周期”的背景下,全球各大半导体企业正在接受考验,忍受着市场的波动,这对IDM大厂都是不小的考验。

在摩尔定律放缓的大背景下,陈越认为,现在正是我国芯片技术追赶国际领先的好时机。随着社会对于行业形式的认知度普遍提高,产业上下游的割裂正在慢慢弥合,上下游企业开始寻求合作。此时上游的芯片厂商应做好迎接来自下游的压力,以国际水平为标杆。

“最重要的是给芯片企业足够时间,把资源真正用到研发技术,这条路是没有弯道超车的捷径可走的。”陈越说。

以初心,致匠心。

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