韓國半導體野心全盤解讀|半導體行業觀察

來源:本文由公眾號半導體行業觀察(ID:icbank)翻譯自「韓國政府公告」,謝謝。

編者按:在日前,韓國政府和宣佈將大舉增加對非存儲半導體的投入,力求將韓國半導體產業朝存儲芯片一邊倒的發展現狀,轉變為存儲芯片與非存儲半導體共同發展。他們在系統芯片和晶圓代工方面也展現出了其野心。在這裡半導體行業將其翻譯整理如下。

另外,我們需要說明一下因為韓文和排版的原因,整個文章可能有些結構上的不通順,或者邏輯不通,希望大家諒解,想看原文可以回覆關鍵字“韓國半導體野心”獲取原始下載鏈接。

以下為正文:

系統半導體由8000多種負責信息處理的產品組成。系統半導體起著高數據運算和控制等信息處理的作用。存儲器半導體則起著存儲/記憶數據(DRAM臨時存儲,NAND永久存儲)的作用。

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圖1 與人腦相比存儲器半導體與系統半導體的作用

在如CPU和AP等多品種定製行業的系統半導體領域,需要優秀的設計人才和技術,它需要高價設計和驗證工具以及半導體設計資產(IP)等技術基礎設施,但這對低資本的中小型企業來說是一個障礙。

經過了幾十年的發展,雖然集成半導體企業(IDM:三星電子,英特爾等)還存在,他們也進行生產,但現在芯片產業的主流是設計(無晶圓廠,Fabless)和生產(晶圓代工,Foundry)相分離的的產業構造:

  • 無晶圓廠(Fabless) :無半導體制造工廠(Fab)的設計和開發公司(高通等)晶圓代工:無晶圓廠所設計的半導體委託生產(TSMC等)
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圖2 半導體價值鏈和公司類型

我們細看現在的系統半導體行業現狀,其中無晶圓廠(Fabless)美國公司佔市場主導地位,數據顯示,2018年全球的無晶圓廠市場規模約為850億美元,其中高通和NVIDIA等美國公司佔有壓倒性領先地位,通過 M&A (併購)等手段,美國在不斷擴大規模,增強在全球市場的主導地位。而中國大陸正在緊急追趕中

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圖三:無晶圓廠(Fabless)世界市場規模(單位:億美元,IHS,'18)

如果以銷售收入為基準,10個無晶圓廠公司中,美國公司有6家,中國公司有4家。其中韓國排名最高的fabless知識位於第19,大幅度落後於其他競爭對手。而聯發科(MediaTek)和海思 (HiSilicon)等中國企業正在基於中國龐大的內需市場和政府的支持下,正在大舉進入相關市場。

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表格:無晶圓廠(Fabless)企業排名】(1億美元,IHS,'18)

再看晶圓代工方面,中國臺灣的臺積電是全球第一的領導者,韓國的三星電子則緊追其後。數據現實,全世界的晶圓代工市場約為710億美元('18),而臺積電(TSMC,臺灣)佔48%

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圖4晶圓代工全球市場規模(億美元,IC Insights,'18)]

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晶圓代工公司排名(億美元,IC Insights,'18)

由於各種芯片(如多品種·小批量生產)的需求增加,晶圓代工市場需求正在增長。這也就是我們看好這個市場的主要原因。

另一方面,我們也看到,系統半導體的市場約為存儲器半導體的1.5倍,且這是一個受經濟波動影響較小的行業。從下圖我們可以看到,系統半導體佔據全球半導體市場一直徘徊在50%~60%之間。到2022年,整體市場規模約為2460億美元,其中無晶圓廠的總銷售額約合850億美元,IDM的總銷售額約為1610億美元。

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系統半導體的營收變化

我們認為,系統半導體之所以擁有不受行業衰退影響的穩健的市場結構,這主要以他們根據客戶要求生產產品的原因有關,因為不存在因供需不匹配而劇烈變動的市場狀況,但存儲器半導體是“先生產後銷售”方法 ,在供需不匹配時會發生劇烈的價格變動。且作為第四次工業革命(如人工智能·物聯網·無人駕駛汽車)的關鍵。

同時,系統半導體產業也是世界上領先國家主導發展的產業。其中,美國通過基礎研究和技術保護支持私營公司,讓他們在世界十大半導體公司中佔有六家,全球市場也高達70%。

來到中國大陸方面,基於國內大型內需市場和政府支持,他們也在同步開發存儲器/系統半導體業務,且他們在無晶圓廠也市場份額排名全球第三。

至於中國臺灣方面,得益於其晶圓廠和晶圓代工的良好合作,他們實現了無晶圓廠多重增長,他們島上的MediaTek世界排名第3,Novate 第9名,Realtek也去到了11名。

但回看韓國fabless的全球市場份額,從2009年的2.9%到2018年的3.1%,那就意味著我們在過去10年間幾乎停滯不前。如果除去大型企業,我們在全球的市場佔有率不到1%。全球無晶圓廠公司前50名中只有1個韓國企業。在國內(韓國)無晶圓廠公司中,2018年也僅僅有6家銷售額達到1000億韓元以上。且這些企業擁有依賴特定客戶(大公司),規模小,缺乏人力,成長基礎較弱,起這些產品競爭力僅限於某些項目(如顯示驅動芯片(TDDI)和手機圖像傳感器(CIS)),但在一些前景領域(如汽車半導體等),韓國缺乏相關技術支撐,其核心部件100%依賴進口,國產率2%。如果與技術最先進的國家(美國:100)相比,我國的技術為80,技術差距為1.8年 。

追究其原因,這主要與韓國缺乏大規模投資,無晶圓廠全球增長受限有關。我們知道,投入到相關的產品設計需要昂貴的設計工具,原型製造,半導體設計資產(IP)版稅,這就需要鉅額的資金,這就成為了韓國企業的障礙。正是在投資比銷售的風險更高的影響下,無晶圓廠創業企業一直在減少。

另一方面,國內主要需求公司的海外轉移,國內市場縮小,要求高規格∙參考的國內大企業面臨交貨困難,而且產品組合有限,缺乏對新市場的戰略性和積極響應,未能確保需求,缺乏市場創造。

再者,因為缺乏無晶圓廠(Fabless)與晶圓代工(Foundry)之間的橋樑,有機合作不足。

還有就是由於無晶圓廠(Fabless)的半導體IP短缺,生產過程操作封閉造成對海外晶圓代工廠芯片生產的依賴,這就引致成本和時間的增加。而本土晶圓代工(Foundry)為了實現規模經濟和盈利,相對國內無晶圓廠,更偏重於本公司產品和大型國外客戶(如高通),因此,國內無晶圓廠公司僅佔國內晶圓代工廠客戶產能的40%(統計2018年的數據)。

缺乏公司需要的高級設計專業人員,也是韓國在無晶圓廠方面相對落後的原因。

我們理解到,高層設計師應具備核心競爭力,但由於本土人才輸出減少(全國四年制大學(‘18,韓國教育開發院 )中半導體專業僅12個(以僱用條件為前提的半導體簽約學科僅1個))和他們對於大企業的偏好,造成初創企業招聘難。在政府方面,他們提供的研發(R&D)預算也縮減,這就使得整個國家缺乏有前途的技術。

然而從全球的發展來看,如汽車和手機,5G商業化可以創造新的需求,國內處於世界領先地位的大型需求企業——汽車·電子行業(智能手機,電視等),他們是系統半導體的主需求方。

基於積累的專業知識,我們認為我們可以在短時間內發展晶圓代工領域。

到我們應該看到,由於國內系統半導體行業的企業成長和需求基礎不足,無晶圓廠-晶圓代工紐帶缺乏,技術和生產力量薄弱,導致產業生態的整體競爭力低;且國內擁有世界一流的存儲器半導體生產技術的私營晶圓代工廠雖然有大規模的投資計劃等,但依然擁有來頭不小的競爭對手,這就需要利用我們的優勢準備系統半導體飛躍戰略。

為實現這個目標,我們的初步計劃是:

  • 通過增強需求行業與無晶圓廠的聯繫,創造多樣化的市場;無晶圓廠·晶圓代工相互合作與支持,強化產業生態系統。現在措施是以無晶圓廠為核心,通過融資和相互合作,強化競爭力;通過專業人才養成,研發(R&D)和技術保護來支持產業競爭力;

我們的願景是成為綜合半導體廠強國,我們的目標包括:

1.無晶圓廠市場份額,到2030年,市場佔有率達到10%:(2018)1.6%→(2022)3 .0%→(2030)10%;

2.晶圓代工市場份額2030年達到35%: (2018 ) 16 % → (2022 ) 20 % → (2030 ) 35 %;

3.系統半導體僱傭人數:(2018 ) 3 .3萬人 → (2022 ) 4萬人 → (2030 ) 6萬人;

推進策略包括:

1.無晶圓廠(Fabless)建立長期增長的需求,資金,人力,技術生態系統

2.晶圓代工(Foundry)以存儲器半導體競爭力為基礎,在短期內躍居世界領先地位

推進課題:

  • [無晶圓廠](Fabless)創造需求,強化階段性成長援助
  • *為5大領域與公共需求的鏈接,以及創業-設計-原型等階段建立支持系統[晶圓代工](Foundry)同時進入尖端市場和利基市場,向世界第一躍進
  • *通過私人投資支持,增強晶圓代工核心能力等[共贏合作] 構成無晶圓廠- 晶圓代工的共贏合作生態系統
  • *擴大晶圓代工工程和技術的開放,設計公司的開發等[人才] 通過民·政聯合大規模培養人才(到2030年達到1.7萬人)
  • *新設簽約學科,培養用於研發(R&D)的碩士博士人才[技術] 新一代半導體核心技術保證
  • *開發新一代智能半導體,如汽車,生物,人工智能(AI)(1萬億韓元)

首先看無晶圓廠(Fabless)方面,我們的目標是通過創造需求和強化階段性成長援助,促進發展:

我們的創造需求體現在引領製造業未來的5大領域(汽車、生物·醫療保健、物聯網消費電子產品、能源和高級機器人,機器)、公共領域和5G+產業上,全面保證新需求的興起。

而我們的一站式支持,就是幫助企業解決創業、設計、半導體設計資產(IP)、性能驗證和海外推進等核心困難,構建一站式支持系統。

另一方面,我們將加強以5大戰略部門(汽車,生物等)為中心的需求聯繫,在無晶圓廠和需求大企業間構建協作平臺(Alliance 2.0),聯合推進挖掘需求→規劃技術→聯合研發(R&D)的過程。

在合作渠道方面,我們將與五個戰略領域的半導體需求公司、系統半導體供應公司、研究機構等相關組織建立合作渠道,並簽定有關協議。

說明:(汽車)現代摩比斯,Next Chip等/(生物技術,醫療設備)wontek,Optorein等/(物聯網消費電子)LG電子,Daeyoo Winiah,Cuchen,Silicon Works等/(能源),KEPCO, Gas Corporation, Silicon Mightas等/(高級機器人/機器)現代機器人,Dongun Anatek等25家機構

而在與需求相關的研發(R&D)方面,我們通過戰略聯合發現新的前端技術需求,政府則優先投入研發(R&D),我們初步規劃2019年將投入35億韓元,以後每年的投入將會同比增長300億韓元。

至於信息共享方面,我們以這五個戰略領域為中心,實現需求公司的技術路線圖共有,加強供需企業間的聯合研究和人員交流,召開企業說明會(一年4次),並尋找公共需求(能源,安全,國防,交通等),創造市場。

最後,我們還會構建需求組織與無晶圓廠在能源,安全,國防和交通基礎設施方面的合作體系,在國家項目中積極發掘半導體需求,具體做法是發掘需求,然後制定計劃任務,之後執行技術開發,最終推進公共採購促進,例如智慧城市,智能工廠,無人駕駛汽車道路基礎設施和5G網絡等就是這樣的需求。

我們的一些建議如下:

1.(能源)系統半導體可利用智能計量基礎設施(AMI),應促進其技術開發和普及;

2.(安全-CCTV)智能型CCTV系統半導體技術融合了具有災害監測,預防犯罪功能的視頻,語音和環境信息,應促進其技術開發和普及

3.(安全電子腳鐲)採用'基於5G的電子監管系統'預防惡性犯罪

  • (犯人)利用國內5G通信模塊,AI精確定位半導體等,預防性侵犯,吸毒,刑事犯罪等惡性犯罪(受害者)擴大了無晶圓廠參與雙向電子監管系統的開發,防止受害者遭到二次傷害

4.(國防)開發官民通用的通信系統時,促進無晶圓廠參與

通過國內自主研發並適用的官民通用系統半導體產品的國防領域激活演示,促進可靠性確認和跟蹤記錄積累

5.(交通基礎設施)修建智能公路,無人駕駛汽車道路基礎設施等交通基礎設施時,利用無晶圓廠半導體系統參與測量

6.5G+核心產業·服務與國內系統半導體業務聯動

在晶圓廠支持方面,我們將建立無晶圓廠一站式(One-stop)支持系統:

  • open-lab:建立半導體協會(Pangyo)開放辦公空間(open-lab),支援創業初期(7年內)無晶圓廠諮詢(consulting)MPW(多項目晶圓):支援無晶圓廠半導體開發·測試所必需的MPW,支援包裝等多項目晶圓的製作。半導體設計資產(IP)平臺:構建刺激半導體設計資產(IP)交易的管理和測試平臺:

①管理,用於系統管理和共享公司和研究所等機構開發的IP的數據庫的建立和運行;

②測試,將已開發的IP製作成實際芯片→識別問題∙改進→增加可靠性(每年10個及以上)

③擴散 為了企業和學校持有IP的交易擴散,召開會議,支援海外營銷,產學(企業與高校)的合作項目運作等

在EDA Tool方面,通過打造國內無晶圓廠公司可共享的系統,提供半導體設計必需軟件——設計自動化S/W(EDA Tool):

  • EDA(電子設備製造Electronic Design Automation)Tool(工具):半導體設計必需SW,這個領域由Synopsys和Cadence等海外企業主導。構建可在線下載SW,多數無晶圓廠可輕鬆共享的使用的環境(2019年追加更正預算46億韓元)。

我們還將進軍海外,進軍中國和印度等有潛力的海外市場,加強對市場開拓的支援力度,我們目前位於中國深圳的中韓系統IC合作中心已投入運營:

  • Co-Innovation(共同創新):為提升技術競爭力及開拓新市場,我們應推動建立與海外領先公司的聯合研發(R&D)、與客戶公司合作等合作體系Global Networking(全球網絡):我們將加強全球有需求的公司和國內無晶圓廠之間的技術和採購合作,確保促進國際企業跟蹤記錄(track-record)(每年兩次以上)。

我們還將通過利用出口憑證業務開拓海外買家、參加專業展覽等方式支援針對企業需求的出口營銷。

除此之外,我們還將為無晶圓廠專用資金、商業化、研發(R&D) 等提供針對性支持:

(1)專用資金:用於支持研發(R&D)、營銷、進軍海外、併購(M&A)、創業後成長的無晶圓廠專用資金,這個自己數額到2020年合計達1000億韓元。

(2)運營方式:通過私營主導、最小化投資管理公司的私人投資匹配比率,來引入挑戰性、長期性投資;

在基金方面,我們現在已經成立了一個成長支持基金,到2020年基金規模將達到8萬億韓元+(額外)投資基金;我們還有一個擴大資金(Scale-up) ,幫助無晶圓廠發展擴大,這個資金規模到到2022年將達到7萬億韓元;我們同時還有一個第四次工業革命基金,已籌集了1.5萬億韓元,到目前為止,我們已向208家公司投資4,883億韓元;

由於核心IP的開發具有緊迫性,適用性和發展可能性,為此推動半導體IP研發(R&D)以確保掌握未來有發展潛的核心IP,就顯得非常重要,我們也將對中小型無晶圓廠的技術支持(大學和研究人員派遣),召開促進*聯合項目進行,討論中長期趨勢和發展計劃的論壇。

在晶圓代工方面,我們的目標是同時進入尖端市場和利基市場,向世界第一躍進,為了達成這個目標,我們將做到以下幾點:

(1)從稅制、金融等方面支援代表企業,讓他們能專注於的高科技(High-Tech)工藝技術,而中堅晶圓代工廠專注於利基市場中型(Middle-Tech)技術。

(2)為了促進投資,提升晶圓代工力量,提供稅制、金融支持

在金融方面,利用產業結構增強支持計劃,進行設施投資融資,以提高中堅晶圓代工企業的生產力。例如韓國開發銀行將會通過貸款(或投資)的方式,對主力產業的設備、技術提供資金支持(每個企業最高25億韓元,運營資金最高300億韓元);

在稅制方面,我們促使系統半導體設計、製造技術向新增長動力、源頭技術(如5G,人工智能,生物,能源等,加入半導體設計·製造技術)更進一步,延長晶圓代工設計投資的稅收抵免和納稅期限。

同時我們還將繼續探討:

(1)探討納稅期限的延長:對包括晶圓代工在內的生產力提高設備的投資,進行延長納稅期限的探討

(2)雙贏:大公司以中小企業為對象進行雙贏合作時,補充探討獎勵方案進行支持

(3)激活公共納米加工(Nanofab)中小企業的支持功能

我們認為,構成無晶圓廠- 晶圓代工的共贏合作生態系統非常重要:

  • 在無晶圓廠大幅開放晶圓代工的工程、技術和基礎設施,在國內實現從設計到生產的可持續發展生態系統;通過培養國內設計室,建立無晶圓廠-晶圓代工間的緊密紐帶;為實現國內無晶圓廠- 晶圓代工的共贏合作,積極開放晶圓代工;利用韓國代表性企業的大規模投資和雙贏努力,強化無晶圓廠的發展基礎:

(a)工程開放:為支持無晶圓廠的多品種少量生產,提供MPW(多項目晶圓)援助;

(b)技術開放:利用無晶圓廠,IP企業等促進外包IP的開發;

(c)基礎設施支援:通過對無晶圓廠的產品設計和測試基礎設施支持,縮短無晶圓廠的產品開發週期;

我們還將為構建無晶圓廠- 晶圓代工間的橋樑培養設計公司,因為設計室是無晶圓廠- 晶圓代工的媒介,為實現其橋樑作用,應支援其優化設計的服務基礎設施(S/W, IP 等)

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無晶圓廠-設計公司-晶圓代工生態系統概念

在人才方面,我們將通過民、政聯合大規模培養人才,打造能夠持續供給市場、企業要求的高級人才的體系,緩和半導體業界招聘難題,擴大系統半導體產業人才基礎。我們希望在市場需求急劇變化之前,提前準備能持續進行鍼對性教育的人才培養計劃和業務教育計劃:

  • 學士方面:設置以僱用條件為前提的半導體簽約學科和專業(3,400個人)簽約學科:在國內主要大學設立半導體專門簽約學科學生福利:學費補助和畢業後就職優待,其中企業負責提供簽約學科運營費/獎學金,建立半導體實習裝備等教育基礎設施教授聘用:聘用半導體業界資歷較深的退休人才為新設學科教授;專業跟蹤:以本科生為對象培養系統半導體專業人才,提供專業的系統半導體理論·實習教育(每年200人)

我們還將在同一大學多個學科(如計算機工程,電子工程等)中開設與系統半導體相關專業課程的交叉進修。

我們的想法是通過構成基於行業需求調查的專業軌道課程,通過產學項目,工程和EDA工具實踐培訓,針對性培養行業人才。如我們將培養企業需要的高級·專業人才(碩士和博士共4700人),我們也將新設半導體相關大學領先的元件-設計-製作融合性專業,促進高層融合人才的培養。我們認為,主管某一領域的大學應與其他大學、無晶圓廠、晶圓代工廠、應用公司等建立聯繫,並通過融合研發(R&D)以增加開發半導體創新技術先進的人力資源 ;同時兩所以上高校開展融合教育/研究計劃,碩士生博士生輪流參與並進行研究也是非常有必要。

我們認為培養具有需求針對性、企業重視的實踐能力的專業人才很重要:

  • 通過企業與政府之間的1:1匹配,培養滿足企業需求的半導體專業人才;支持新一代前景領域(未來汽車,智能家電,先進機器人等)半導體設計和工程的技術研發(R&D),培養優秀的碩士級員工;以業界需求不斷增加的功率半導體等為中心,推動產學聯合型碩·博士培養計劃;我們還將加強設計和實際芯片生產等實踐培訓(8,700人)

作為一個典型代表,我們將會推動韓國理工大學(Korea Polytechnic Colleges)安城校區轉變為半導體專業型學校,提供反映行業需求的實踐教育;我們也將重組教育課程以滿足工業需求(半導體基礎學科的重組),通過學科之間的融合建立聯合實驗室→建立培養半導體人力資源的基礎;建立半導體設計教育中心(IDEC:IC Design Education Center,半導體設計教育中心),利用全國九所中心,以本科生(研究生),在職人員為對象,提供設計用SW和相關程序培訓;支持半導體設計·測試短期培訓和實際芯片製作等也是我們的一個嘗試。;我們還將提供系統半導體設計理論教育、實習機會,在人工智能,物聯網,AP等多個技術領域分別開展講座。

我們認為,通過搶先佔有新一代半導體領域的關鍵源頭和應用技術,提高主力產業和新產業在第四次工業革命裡的應對能力,同時我們也會通過改善國家核心技術的有關制度,防止向國外洩露核心技術。

在我們開來,下一代半導體開發將左右包括AI半導體在內的未來半導體市場的發展:

(1)以汽車,生物等我們在第四次產業革命發展前景良好的行業的相關技術為主,通過中長期/多部門分工確保源頭技術,提升產品化的競爭力,我們預估在未來十年在這個領域投入1萬億韓元。

(2)在新一代智能半導體技術開發項目方面,工業部和科學技術信息通信部在未來十年也將投入1萬億韓元進行研發;

我們的'新一代智能型半導體技術開發計劃如下:

(1)目標:為滿足未來需求,在新的市場先發制人,要有新一代智能半導體的核心·源頭技術的保證;

(2)持續時間和金額:2020到2029年,工業部將投入5200億韓元,科學技術信息通信部投入4800億韓元,總共約1萬億韓元

(3)主要內容:適用於汽車等發展前景良好的市場的系統半導體設計技術,以及克服了小型化侷限的原子單位工程技術等面向未來的先進研發(R&D)

開發的主要領域和內容(例):

  • AI半導體:用於智能城市,VR,AR,大數據等的人工智能半導體;汽車:電動汽車的電池效率提高了10倍的半導體等;生物:通過體液診斷疾病(癌症)的體外診斷半導體等;物聯網:可用於自主數據採集•判斷·處理的微型裝置用半導體器件;能源:將自然能源(光,風,摩擦等)轉換為電能的半導體;機器•器械:用於與人進行情感交互(聲音,觸覺,嗅覺)的機器人用半導體;半導體新零件:新概念半導體零件開發和集成驗證早期商業化;

我們認為,高效率·高性能的功率半導體核心技術保證和基礎構建非常重要,我們同時也會投入可適用於汽車,智能手機,光伏等領域的,低功耗·高效率高容量的新一代功率半導體開發,並促進利用新材料的(SiC基礎)功率半導體技術開發,構建國內SiC功率半導體集成工藝線(釜山TP內)。其中建立產·學·研共同的研究基地,促進合作研究顯得尤其重要:

首先,我們會建立半導體創新研究平臺,推動研究界與產業界團結研究力量,建立共同應對全球技術競爭的研究基地培養核心研究集團。

其次我們將研究基地,在韓國產業界/研究機關共同的研究基地(零件,設計,工程)進行創新技術研究,加強研究界和產業界的合作。

第三,我們會建立核心研究集團,構成大學和公司共同的代表研究集團*,促進半導體綜合研究和先進技術保證;

另外,我們還會利用專利大數據,發掘充滿前景的半導體技術

據我們瞭解,全世界有4億多專利大數據是產·學·研專家們自費獲得的。為此我們將面向市場的技術信息,提供最為迅速和具體的企業最新技術信息和動向:

1.戰略制定:分析半導體專利大數據以發現有前途的技術,促進課題研發(R&D)以確保在半導體行業的競爭力;

2.利用:已實施的策略反映了政府研發(R&D)的產業政策,我們應將其分析結果用於制定投資策略

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