LED老兵看集成电路一个中国半导体历史的是嘛

LED老兵看集成电路：一个中国半导体历史的转折点

摘要：无论如何，半导体已经在资讯、通讯、消费性电子、车用电子、工业用电子与国防用电子扮演着极为重要的角色。当然上海也是中国半导体最重要的主角，更是笔者要介绍的重点之一。

人类的文明依照进步的程度可以用当时人类使用的器件来代表，从远古的石器时代，到铜器时代再进步到铁器时代。到了现代，以硅为原材料的电子器件的产值，已经超过了以钢为原料的产值，人类的社会因此进入了一个新的时代，这就是硅的时代，硅所代表的正是半导体器件。所以这次利用Semicon Shanghai 2017之行跟大家说说半导体这个行业。

我们知道，广义的半导体行业就是由周期表三A族到五A族的材料所制造的器件与相关衍生的产业，范围涵盖了记忆元器件、微处理器、逻辑元器件、光电器件以及侦测器等等。狭义的半导体行业通常称为硅半导体产业，就是以硅为主要材料的集成电路产业。

但是无论如何，半导体已经在资讯、通讯、消费性电子、车用电子、工业用电子与国防用电子扮演着极为重要的角色。当然上海也是中国半导体最重要的主角，更是我要介绍的重点之一。

（图一 今年的Semicon Shanghai非常热闹，这也验证了半导体在中国的火热程度）

我与上海的渊源

我初次到大陆的第一站就是两千年初的上海，当时我服务的公司因为台湾股票分红的制度，让我发了一笔小财，除了筹到了日本学习的经费，也很想去看看我以前地理与历史课本上读到的中国与关于她的种种，当然这都是属于1949年以前的中国。

国民政府来到台湾之后，地理教的是大陆国民政府时期的地理，所以中国有35个省，因为东北有9个省，内蒙古被分成4个省，很多地名也改变了，迪化与乌鲁木齐，归绥与呼和浩特，安东与丹东，北平与北京。我们教的历史在1927年以前基本跟大陆的说法类似，只有几个部分说法有点不同，汉朝末年的黄巾贼之乱，大陆叫黄巾农民起义，唐朝的黄巢之乱，大陆称为黄巢农民起义，明朝末年的动乱与清朝的太平天国，流寇作乱与农民起义，国民党与共产党都呈现非常不同的史观。中国近代史因为政治因素完全相反就更不用说了，所以很多人开玩笑地说“要看最客观与最没有意识形态的中国近代史教科书，可能只有香港了”。

我的红色中国启蒙是在我的大学时代，我遇到了一个我的中国启蒙老师，新竹清华大学历史研究所张元教授，他为了培养我们独立思考的能力，让我们看大陆的历史书，透过大陆与台湾不同观点的激荡解放我中学时期被束缚的思想，读简体字的能力，开阔的视野，都是在这个时期培养的，我跟中国大陆产生了莫名的连结。

人生真的很奇妙，清华大学毕业后二十几年后的我，回想在我的大学生涯中，真的对我受益无穷的东西，除了我的物理与工程科学专业知识外，张老师的历史与中国的启蒙，无疑对我人生起了无法估量的作用。

来大陆之后，共同的语言、但略为差异的文字，对我而言却是反掌之易，这里是我验证所学最好的地方，也是实践自己的广阔天地，不受羁绊的思想，让我体会到中国南方人为何喜欢往海外开拓，江南为何多名流，北方为何总是乐天知命，以及西部人在恶劣环境下的那种韧性。如果没有二十六年前那一学期中国近代史的启发，我的人生也许会跟现在大部分的同辈一样朝九晚五平平淡淡的生活着。

我常常在想，能在中国大陆成功的台湾人不就是因为他们比外国人或大陆人更了解更热爱中国的历史、地理与文化吗？ 只有认同这块土地的历史与文化，你才有在这里长远打算的计划，你才会用心经营你的事业与人脉关系，这样的你如果还有一定的能力，你不想成功都很难，更何况因为你有长远的打算，你也许早期会在这里买房子，你更见证与享受了中国经济高速增长的红利：房地产飞涨的暴利。

（图二 上海是我来到中国的第一站，我见证了她的崛起，也享受她崛起带给我的利益）

上海就这样与我产生了深深的连结，2005年我带着家人定居上海，此时的上海，LED芯片厂与先进的半导体集成电路厂都处于萌芽发展阶段，浦东张江有上海蓝光与中芯半导体（SMIC），松江有蓝宝光电与台积电（tsmc）第十厂。几乎同时起跑的芯片产业，为什么在上海会有截然不同的结果？我觉得跟上海的城市性格有密切的关系，上海的基因是什么？跟其他地方相比，上海人比较见过世面，就算不富有也要很体面，有点嫌贫爱富，崇尚洋品牌与西方外资与外国人。

很多上海人自认为是中国最优越的人，虽然我不是很苟同，但是他们是中国最幸运的人一点也不为过。因为如此，他们对小投资比较看不上眼，他们热衷大建设与大投资，所以百亿级的集成电路是高大上的产业，就算不赚钱也要体面的撑着，几亿投资的LED芯片产业，刚开始也许是高科技，但是不赚钱又规模小，上海政府看不上眼，支持力度更没有其他城市优越，除了搬走或结束投资，在上海的LED产业好像没有别的选择。

我曾经在上海服务过的公司，在我离开后，老板绞尽脑汁想要博得政府眼球，不但花大钱请中村修二博士当顾问，还煞有其事地宣称要制造MOCVD，结果因为理想太超前，技术根本还是空中阁楼，只能造假应付政府，结果弄得身陷囹圄，在当时也算是LED业界的大，她的遭遇也许就是LED在上海的宿命吧！

而半导体晶圆厂符合上海人高端大气上档次的要求，所以就算不赚钱，上海也要体面地撑住它。都是半导体的LED与IC在这里就可以看出它们最大的区别！

中国半导体梦想开始的地方

中国大陆半导体产业开始得并不晚，1965年就研制出第一个集成电路，由于经济体制与西方对技术的封锁，因此发展不易。

上海领风气之先确实是中国半导体梦开始的地方，上海贝岭与上海先进半导体（ASMC）是90年代的少数半导体厂，但是落后西方技术好几个世代，当时的技术是六寸晶圆的0．5微米制程。

进入二十一世纪，上海迎来半导体第一波高潮，在第一个十年虽然一直在烧钱，也大肆挖角台湾的工程师，中芯半导体象征着中国大陆追赶西方的决心，这样的学费中国付得起，也非常值得！进入二十一世纪的第二个十年，中国以市场换投资，吸引了半导体巨头英特尔、三星与海力士的巨额先进制程投资，中芯半导体（SMIC）也在政府的支持下逐渐壮大，目前最先进的十二寸厂制程也只落后西方一到两个世代，技术能力也逐渐追赶上了台湾的联电（UMC），目前在28nm量产制程已经拉近了与联电的差距，我记得在40nm工艺上，联电于2009年就开始量产，而中芯国际到2013年才量产40nm，如今28nm量产只差了一年，可见市场力量与政策决心是多么大的驱动力。

（图三 中芯半导体的创始人张汝京博士是第一波将最先进的IC半导体技术带到中国大陆的，他被称为中国大陆的半导体之父）

IC设计也开始开花结果，海思与展讯的IC设计也进入世界前二十强，中国现在的IC产业，感觉有点像2010——2011年的LED产业格局，大陆的IC龙头技术已经接近台湾的二线厂，历史就是如此的相似与残酷，最近台湾的IC大佬有台湾Dram教父之称的华前亚科技董事长高启全与联电前副董事长暨执行长孙世伟相继加入紫光集团，上海华力微电子（HLMC）最近又挖角了联电（UMC）一队多达50人的28nm工艺研发团队，是不是跟当初LED上游很相似？

2017年的IC跟2010年的LED竟是如此的相似，差别只在于台积电城池固若金汤，目前还没有集体跳槽案例，所以大陆半导体厂只能往台湾二线厂寻找人才与团队。因此只要台湾保持技术优势并确保台积电核心人员没业内人士指出：最近几年来废塑料的处理、回收利用有被大陆大批挖角，大陆追赶台湾IC技术的过程应该不会像LED这样顺利。当然如果未来两岸关系能在默契中和解与融合，这样的恶性挖角与零和竞争就不再有什么意义了，最尖端的半导体技术在台湾与在上海还有什么差别吗？

（图四 台积电在两岸的地位目前无人可以挑战，为什么是tsmc而不是TSMC？为什么logo的晶圆有十一个黑芯片？只能先卖个关子，后续会揭晓）

中国高科技产业的格局

这次的展会，我确实看到了一个由政治力量与市场经济推挤与融合出来的科技版图，这个版图也许也决定了未来全世界高科技产业的板块。

看看这张地图，如图五所示，中国东部经济的版图就像射向太平洋的1 接通电源线弓箭，中国的海岸线就像弓箭的弓背，弓弦与弓背的连接点北边是北京天津，南边是广州与深圳，上海的位置就像弓箭的箭头，聚集了中国所有财富与资源力量，上海在中国的地位不言可喻。

（图五 中国的经济与科技力量就像这把弓箭，蓄积实力射向世界）

同样的道理，中国的高科技产业就像这支弓箭一样，各自分工着，核心的半导体技术将会在以上海为中心的华东，以北京为核心的北方也许会是中国半导体设备的中心，跟韩国一样，半导体设备自制是中国发展半导体产业另一个最重要的工作。华南的深圳与广州将会是光电产业与电子产业应用的中心，这里有广大的电子产品出海口与创新的电子与设计产业，中国高科技产品将助力半导体产业市场大爆发。

以北京为核心的华北将会是半导体设备中心

由于北方是中国政治、教育与基础科学中心，这样的资源最适合做什么呢？当然就是设备，半导体设备是半导体产业发展最重要的工具，非常需要最高端的人才，但是前期的烧钱也是很令人头痛，北京聚集了中国最好的高校与研发机构，东北更有重工业家底，军工也非常发达，这些资源都是现成的，只是目前中国的制度没有好好利用而白白浪费了，如果未来中国可以学习日本或韩国台湾，将科研与产业找出一个最好的合作机制，加上像制造高铁一样的政策支持，最高端的中国半导体设备制造将不会是一个梦，也许也会产生一家像应用材料（Apply Material）这样的世界级设备制造商。

华东地区将是集成电路制造中心

沿着长江流域，就像珍珠项链一样，晶圆厂就像珍珠一样被串起来，上海就是这一串项链里面的海洋之心，富庶的江南与深厚的市场经济底蕴，加上江南地区自古就是富饶之地，这里的人追求的不再是温饱，而是最高品味的追求，中国最有名的画家，书法家，诗人与科举进士都出自这里，当然在古代也产生了一个比现在苹果利润更高的丝绸产业，这样的底蕴沉淀出来的慎密与细心的特质，是中国发展集成电路最好的土壤，细细的蚕丝缠绕成珍贵的丝绸，让中国在当时赚尽了了世界的白银与财富，几纳米线宽的晶体管连接成驱动高科技产品的集成电路，这样的传承不在这里，在中国还会有什么地方呢？

南方将会是高科技应用创新的出海口

广东人与福建人比较务实，他们比较没有远大的理想，只想实实在在的过生活，我祖先的祖居地梅州山多田少，生活不下去了，他们不会选择造反去反对政府，他们会务实地用脚投票离开祖居地，找一个可以安身立命的地方，也许是地理的原因，也许是自古从中原逃难留下的基因造成的，他们没有华丽的口号，也不想配合政府做什么大战略。做有利益的实业，赚稳当的钱是他们的特质，所以他们适合做看得见的东西，因为只有看得见，他们觉得投资才可以安心，光电是关于人类感官享受的产业，除了广东人与福建人来做，舍我其谁！

所以华南地区将会是面板产业与光电产业重镇，厦门因地利之便，可以吸收台湾光电产业与半导体产业的养分，深圳是中国应用科技产业大本营，这里聚集了中国最不受束缚的大脑，开发出全球最前沿与最创新的科技产品。广州有人才有政策，未来大投资与大战略的核心产业将会在这里落脚。所以这里将以深圳为中心，厦门与广州为两翼，具有人类感观体验的高科技将在这里辐射全球。

（图六 北方华创与中微半导体设备，谁会是中国未来的应用材料Apply Material？ ）

LED设备产业牺牲利润的练兵，是为了IC制造设备的国产化

LED从来不是半导体业的主角，但是LED产业是半导体设备产业的练兵场，没有LED的蓬勃发展，中国半导体设备也许还在幼儿园阶段，我先给大家看看制造LED的设备。

由于LED芯片是两寸或四寸制程，相比集成电路产业，LED有点像是半导体初级班，就算如此，早期LED设备也几乎90％是进口的。由于IC产业进入门槛高，那些早期想进入IC半导体设备的厂家，在进展迟缓鲜少突破的窘境下，开始关注LED产业，几乎是五年一个周期，LED设备开始国产化的征程：

第一阶段：国产化的设备有晶片清洗机，电子束蒸发台，点测机，分选机，固晶机，分光分色机。

第二阶段：激光切割机，研磨抛光机，ICP等离子刻蚀机（ICP RIE），等离子加强化学气相沉积机（PECVD），焊线机，分光边带机，光刻显影机。

最后一个阶段：我们的氮化铝溅镀机（AlN sputter）与有机金属气相外延沉积机MOCVD也可以自制了。

可以这么说，目前除了金属溅镀机（Sputter）与DBR光学镀膜机，LED产业几乎可以100％自制（包含台湾与香港制造的设备）。

就这样，中国的半导体设备产业利用LED的土壤渐渐茁壮，北京的北方华创与上海的中微半导体设备就是最好的例证，中国半导体设备正一步步地复制LED设备的脚步，开始蚕食着这块大饼。

目前在半导体刻蚀机ICP——RIE与化学气相沉积机CVD已经达到世界水平，其他制程设备正努力追赶中。我认识的很多设备商抱怨LED设备毛利低，不赚钱，这样的牺牲我想对半导体工业的发展是值得的，这应该也是LED产业对中国半导体业的最大贡献，几乎牺牲了每个环节的利润，除了加快了LED照明普及的时代，也让中国半导体设备制造国产化缩短了五年的时间。不久的将来，当中国的集成电路产业都是用国产设备制造的时候，千万不要忘了我们LED人默默的牺牲与贡献。

中国半导体能复制LED的成功之路吗？

悲观看法：中国足球队与中国的民族性

中国足球为什么不行，也许跟中国集成电路发展较慢有同样的理由，就是中国人的民族性，第一，中国人缺乏对公司的忠诚，在公司的团队里更是缺少协同性，需要100人以上的团队工作几乎无法胜任；第二，由于缺GB/T 239.1标准根据不同的试样规格推荐了齿块的类型乏自发的感，很多需要默默无闻仔细工作的小环节都会出现偷工减料的情况，这无疑最终会直接导致废品率的提高。第三，聪明的中国人很多，很多技术一教就会，但是一旦学会技术后，一有其他高薪的职位就立刻跳槽，人员流动非常大，所以对培养中国技术人员，很多外资厂都非常消极。

没有人才，就没有高科技晶圆厂的技术，更没有良率，一样是台积电的工厂，上还使实验进程中试样打滑海松江十厂效益就是比台湾其它厂还差，同样都是中国人，忠诚与本来就是我们中华文化的美德，应该很快就可以拿回来，只是时间问题，但是团结合作本来就不是我们的基因，如何改变我们的那个不团结基因，也许教育与社会风气非常重要，我认为在未来的某一天中国足球可以进入世界杯32强甚至16强了，那一天也是中国半导体技术进入强国之林的时候。

乐观看法：用钱都可以砸出一支恒大足球队了，还有什么是中国做不到的呢？

台湾的经验加上人才流动使台湾工程师到大陆工作，两岸工程师的传承也许会进一步深化，比当时的LED芯片产业更密切。台湾的政府一直牵制台湾的IC代工厂到大陆投资，（N——1）政策是台湾IC厂的金箍咒，所谓的（N——1）就是台湾的晶圆公司第N代制程完全量产了之后，才能到大陆去投资（N——1）代的技术，台湾政府想将最先进的制程留在台湾只会让大陆更想不择手段拿到最先进的技术，台湾的28纳米与14纳米制程技术不到大陆生产，只是将大陆广大的市场拱手让给别人而已。大陆公司可以学恒大足球，将台湾整个团队挖过来，就像恒大足球的前场锋线全部都是世界级的球员一样，到这个时候台湾不但技术被挖空了，连市场也没有了。这是我最担心的结果，我想也是祖籍宁波的张忠谋先生最忧虑的事情吧，张忠谋先生的野心我估计不只是当台湾的IC教父，我认为他的梦想估计是整个大中华的IC教父吧，可惜政治困住了他，逼迫台湾政府让台积电在南京设厂也许是他这辈子最大的赌注吧，想成为14亿人的IC教父历史地位在此一搏！

大陆晶圆代工的未来？

一直以来所有的代工产业，不论是高科技的笔记型计算机或低技术的Nike球鞋，都只能赚取微薄的利润，因为代工的价格是决定在客户手中，代工厂只有挨打的份。但是晶圆代工产业却是例外，晶圆代工不但可以维持一定的利润，而且代工的价格决定在代工厂手中，甚至在旺季连产能也是决定在代工厂手中，是什么原因让晶圆代工产业可以这么吃得开的呢？

技术门槛较高

虽然半导体的制程设备任何人都可以买到，但是并不是所有的晶圆厂都可以做晶圆代工，因为晶圆代工与IC设计的线路有关，不同的客户有不同的线路，因此比较复杂。中芯半导体做晶圆代工十几年，还是问题很多，良率不高，无法得到客户信任，过去一直处于亏损状态；台湾的DRAM厂商每年都要亏几百亿，难道他们不想转行做晶圆代工吗？他们不是不想，而是晶圆代工没有那么容易，冒然去做只会亏更多钱。

资金需求量大

一座12吋晶圆厂的投资金额大约250亿元，如果是14奈米或7奈米的先进制程，则投资金额将近500亿元，没有一定的实力还真的玩不起，因此一般的IC设计公司一定不会把这么大笔的资金投入晶圆厂，更有趣的是，连原本的整合组件制造商（IDM）都玩不下去了，例如：2007年德州仪器公司（Texas Instruments）决定停止45奈米以下先进制程的独立开发，而是改与晶圆代工厂合作，换句话说，不必再把大笔的资金压在建造晶圆厂，可以将资金运用在IC设计的研发，这个意思等于把资金风险转嫁到晶圆代工厂，但是对晶圆代工厂的依赖也会更深，显然晶圆代工产业的未来仍然有很大的发展空间。

（图七 集成电路的闸极线宽越窄代表技术越先进，例如相对40nm产品而言，28nm节点尺寸微缩程度更高，晶体管的速度提升了50％，每次开关时的耗能则减小了50％）

如果中国政府没有长远的规划，放任各地方政府大干快上这个产业，价格崩塌的泡沫也会像过去LED芯片一样的出现，而且时间会更长，LED投资金额跟IC相比不算太大，中国政府可以承受，但是几百亿几千亿的晶圆厂如果产能过剩，这样的灾难不知道中国政府能不能顶得住，我只能深深地祈祷了！