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棘手的光刻机,近期再次成为公众关注的焦点。
$ ~, \1 T- ] w% K0 j- j. g 3月14日,光刻机板块盘中探底回升。其中金力泰大涨超10%,晶瑞电材、宝通科技大涨8%,扬帆新材、强力新材、富创精密、安集科技等涨幅靠前。. z( l1 e) ?$ a6 b
此次光刻机概念股集体上涨事出有因。报道称,消息面上,全球光刻机巨头ASML预计2023年在中国的销售额将保持在22亿欧元左右(约合人民币超162亿元),其正在加快拓展在中国的业务和销售。
) ?+ D6 j* m% b9 S 而ASML急于拓展其在华业务,主要与近期荷兰推出的最新半导体制造设备出口管制有关。这导致ASML不能自由出货,尤其是占比较大的中国市场。
% I6 }% k1 x/ X+ j' P- c* X% K8 D n6 J 图源:ASML
# K8 b8 e4 [' v2 b$ L; ?! J 管制范围扩大到DUV,国内企业和ASML都不好过
& s$ z/ X9 V( l" B4 g* F/ j6 \ 当地时间3月8日,在跟美国政府达成协议1个多月后,荷兰政府以“国家安全”为由,宣布将对包括“最先进的”深紫外光刻机(DUV)在内的特定半导体制造设备实施新的出口管制。1 A: Z) j' E& p8 J, b2 @. ^, ^
这意味着,荷兰方面已将光刻机出口管制的范围,由极紫外光刻机(EUV)扩大到了DUV。0 ^' |6 f: u4 n" T8 @
由于DUV仍占很大出货比重,荷兰光刻机巨头ASML很快发布声明,称该公司需要申请许可证,才能出口最先进的浸没式DUV光刻机。& t+ @/ s* L. y3 N& r" |
目前主流光刻机主要有两种:EUV光刻机和DUV光刻机。$ b0 [$ T3 D6 D0 i
前者为当下光刻机最高技术,主要用于7nm及以下先进芯片制造工艺,目前全球只有ASML一家可生产,2022年的出货量为40台,较2021年减少2台;后者可以制造7nm及以上制程的芯片,目前全球仅荷兰ASML和日本尼康两家可供货生产。其中,ASML占据绝对优势。
- t( s/ |" V! B; }- T( y 可以看出,ASML拥有极紫外(EUV)和浸没式深紫外(DUV)两种最先进的光刻技术,占据了全球市场份额的80%以上。
5 ~6 Z- s) `3 `' R7 p d 其中,DUV光刻机将是ASML的业务重点。这主要是因为,此前,ASML的最大利润来源是EUV光刻机,三大主要客户分别是台积电、三星和Intel。
0 m5 k1 ~' N. n3 T5 s5 ^! K 但是,台积电因为先进工艺产能过剩而关闭了部分EUV光刻机,其在美国的5nm工厂也未大举采购EUV光刻机而是将台湾的部分EUV光刻机运往美国;三星受到先进工艺产能过剩的影响,转而发展成熟工艺,为了争取成熟工艺客户主动降低芯片代工价格一成争抢客户;2022年底,由于需求下滑,Intel传出让Intel 4工厂员工放长假的消息,所以Intel也不太可能大规模采购EUV光刻机。
, w$ h- F$ B$ |- g' a 图源:三星官网 9 v1 I+ T7 L* g+ w0 I6 K
如此一来,ASML会将业务重心放在DUV上。这一点,从ASML的产能规划也能看出端倪。数据显示,ASML计划到2025年将DUV光刻机的产能提升至600台。此外,由于台积电、三星等芯片巨头把注意力集中在扩大5nm、3nm等先进制程工艺,不会采购DUV光刻机这类中低端设备,那么,对DUV光刻机需求依然旺盛的中国市场就成为了ASML的主要业务对象之一。
8 A7 T6 M' s/ m# ?: K; `- u4 d0 N 相关数据显示,中国大陆是ASML第三大市场,2021年出货量占ASML全球出货量总量的16%,2022年ASML对中国大陆的出货量下降到全球14%。如果继续下降,ASML在中国大陆的运营状况值得考量。+ f* U! p2 v$ b/ S% Q$ }
更加值得注意的是,我国计划在2025年实现七成芯片自给率,如今国产芯片自给率才达到三成,芯片产能扩张规模庞大,对DUV光刻机需求极大,这是ASML急需抓住的机会。8 S# z( R! c5 ^5 l
智能化趋势下,光刻机对汽车产业的影响今非昔比" Y: y8 z" S# H D: E! @ C! c, _# c
实际上,自2019年以来,ASML研发的最先进极紫外光(EUV)设备就已禁止销往中国。( x1 n9 g- K+ |: D2 a
中国汽车芯片产业创新战略联盟的数据显示,2019年中国汽车芯片进口率超90%。但值得注意的是,彼时,我国汽车产业还处于新能源转型时期,多数汽车芯片只需要28nm制程就可以满足。
, b# D9 t) s, b: I5 X9 _2 s 然而时至今日,2023年是新能源汽车产业逐步转向智能化重点攻关,自2022年底,国内自动驾驶产业如雨后春笋般成长起来。激光雷达企业禾赛科技已赴美IPO;也有消息称自动驾驶企业文远知行已秘密在美国申请IPO。且甚至连此前被阴霾笼罩的国外自动驾驶企业也开始重新振作,比如Argo AI创始人创办了全新自动驾驶公司。
* _1 V j! Z0 \% X+ R7 A# z s 图源:文远知行
! |2 R5 M' s( ^5 Z% a, Y+ ~ 换言之,随着汽车行业电动化与智能化的转型,辅助驾驶功能渗透率越来越高,这些功能的实现需借助于摄像头、雷达等新增的传感器数据。车用芯片的供应压力,只会在未来成倍增长。
6 l: ~2 p, ?6 R! k/ @ 有汽车行业专家表示,在未来高端智能电动车领域,单车芯片搭载量将数倍增加,达到3000片以上;汽车半导体占整车物料成本比重,将从2019年的4%提升至2025年的12%,并或将在2030年提升至20%。
& w! t5 f4 ^; U$ d& e 这不仅意味着电动智能化时代,车辆对于芯片的需求量升高,也侧面反映出车辆所需的芯片技术难度与成本快速攀升。# k( ], I# j) S
从技术角度看,传统汽车半导体器件至少有40种以上,单车使用总量在500-600个,其中主要包含MCU、功率半导体(IGBT、MOSFET等)、传感器和各类模拟器件,自动驾驶汽车还会用到如ADAS辅助类芯片、CIS、AI处理器、激光雷达、毫米波雷达和MEMS等一系列产品。
) z! o% A0 z9 _5 k; T' R1 s P; ?* g5 W 目前,市面上主流及高端电动车在40-45nm制程的芯片占比已经下降至45%,而45nm制程以上的芯片占比则仅为5%。40nm以下的成熟高阶制程芯片以及更先进的10nm、7nm制程芯片无疑是汽车行业新时代下的全新竞争领域,所以光刻机的先进制程芯片需求也会变得更加强烈。2 `' ^! p/ g! o, ?& T% {
也就是说,无论是EUV还是DUV,ASML被荷兰出口管制,对我国汽车芯片的影响将比以往更加严重。且有消息称,日本也会本月跟进美国新政。如今看来,我国光刻机产业孤立无援,只能依靠自己。
' P9 V( Z: Q/ E) I% G6 F0 O 孤立无援,光刻机只是国产替代的缩影/ ` Q& v4 S) p* l& \; K
生产光刻机很难,除了技术难度外,光刻机的生产复杂程度也超乎想象。据悉,随便一台光刻机内部的零部件就不少于10万个,而且这些零件还来自全球超5000家供应商。2 _7 _) a1 J+ V
眼下,我国光刻机产业主要向28nm及以下制造工艺攻关,并且已经取得相应进展。
0 b ^2 G! W1 B8 B; V7 e 据悉,2022年,上海微电子过了28nm光刻机的技术检测和认证,并最快将于2023年向国内芯片制造企业交付28nm光刻机;中芯国际14nm已经基本可以量产,正在开展7nm和5nm的攻关;华为申请了“反射镜、光刻装置及控制方法”相关专利,在该光刻装置中,相干光源发出的光线经过旋转的反射镜反射后,再通过内置的照明系统分割为多个子光束并投射到掩膜版上,最后进行光刻环节。
* q. ^. g" K1 |5 l3 G 图源:华为
; N- [9 R; O' l8 C- v( e6 r3 @% Z 值得注意的是,彼时,日经亚洲评论相关报道,华为已经将这项技术分别授权给了梅赛德斯奔驰、宝马、奥迪以及保时捷等国际知名顶级汽车品牌,此现象足以说明华为正在积极寻求另外的技术转化,这也能够在未来成为华为新增收入来源之一。- X; E, L) x# Q9 g* p; b. g: e
在产业链方面,也有不少相关厂商在EUV光刻机领域取得了阶段性突破:像清华攻克了光源技术壁垒,掌握了一种可以用于EUV光刻机的新光源、中科院也掌握了物镜系统技术等。
& }! S3 g$ P* R& J" d7 }! u( W$ { 此外,由于我国芯片产业接连被限制,各国开始居安思危,开发替代EUV光刻机的技术,如NIL纳米压印;电子束光刻机(EBL);自组装(DSA)光刻等。3 }# i) @9 c7 @$ O2 k
不可否认的事实是,在汽车产业快速变革下,整车制造能力的竞争注定将向着全新的产业链技术储备竞争转变。如此一来,光刻机只是国产替代的一个缩影,未来将会有更多产业在国内经历从0-1,甚至从1-10的发展历程。 |
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