中美科技战中的国产半导体产业现状[一] 半导体的生产
农步祥 于 2020.08.18 12:19:03 | 源自:soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.07/263
  • 9月15日,美国商务部对华为进行第二阶段禁运法案就将正式生效,包括台积电、三星和中芯国际在内的芯片制造商将无法为华为进行芯片代工供货。当然,这也是2018年中美贸易战开始以来国内外智库都能预料到的必然局面。毕竟新冠疫情下,被唤醒的历史记忆不只是黑死病、大流感等。从贸易战升级到科技战,懂王治下的美国已经完全不在乎什么法治和大国体面,对付中兴或者华为,或是最近的抖音微信,这种不惜破坏全球化贸易的行为也让我们明白,中国必须补齐产业短板才能保证国内经济和国际贸易发展。

  • 2019年中国购买进口芯片金额达到3000亿美元,我们衣食住行等方方面面的日常工作、生活中所有电器和数码产品都离不开芯片,国产化替代的市场需求和潜力巨大,且不说造不如买的理念已经无法被主流舆论所接受,何况现在还故意不让买。8月17日,美国还将华为旗下的38个公司加入实体清单,加大了制裁的范围,并进一步限制华为外购芯片的渠道。我们就以这次事件为契机,简略梳理一下目前国产半导体生产主要链条的发展概况。

    作为目前人类最复杂的精细工业之一,半导体的产业链非常繁长,包括了最初的芯片和电路设计和仿真[EDA]、如何把原材料变成硅片[晶圆]的初级原材料、以及蚀刻、流片、封装测试等等。这些环节上国内企业普遍是有所投入的,但起步晚,市场份额小,研发进度不一,填补空白或者冲击高端领域还需要时间。

    EDA

  • EDA电路设计软件也有多种类型,数字设计、模拟设计和仿真等,目前市场主流的是欧美的Synopsys、Cadence和Mentor Graphics三家。国产EDA市场份额少,华大九天相对知名度较高,提供了较为完整的全套商业化EDA方案。还有基于浏览器的立创EDA、可用于ASIC/FPGA芯片设计的Robei EDA等。因为EDA软件复杂,这类设计硬件的软件,市场需求通常十分有限,加上盗版猖獗。

    硅片[晶圆]

  • 国产芯片用晶圆在过去以4~6英寸规格为主,8英寸、12英寸等更大尺寸晶圆则主要依赖进口,如电脑DIY玩家比较熟悉的日本信越,以及胜高等。2019年12月,上海新昇宣布国产12英寸晶圆已经过长江存储的认证。目前中国已投产的12英寸晶圆产线超20条,未来产能可以满足部分国产14~40nm工艺的芯片需求。虽然12英寸晶圆是18年前的工艺水平,但目前占市场占比近70%,是最主流的晶圆尺寸规格。

  • 除了集成芯片用晶圆外,功率放大器也是生活和生产中常用的半导体器件,如三极管、MOS场效应管等,常见的模拟和数字功率放大器,这类晶圆不需要达到纳米级别工艺,40微米已经算是非常领先的水平,在商用领域,英飞凌是目前行业领先的水平。工业化应用中国产水平相对较高,例如为国产高铁配套的IGBT[缘栅双极型晶体管],湖南株洲的中车时代造出了全球第二条8英寸IGBT生产线,常年随着高铁宣传保持了较高的曝光率。IGBT在轨道交通、高压传输、新能源汽车等工业应用中都扮演着重要角色。另外,中国2020年全面停止生产非变频空调,2021年停止销售非变频空调,变频空调的核心组件也离不开IGBT技术,在生活电器中IBGT器件也会有很大的扩展空间。

  • 由于贸易战的缘故,国内的应用对于国产功率器件的接受度越来越高,国产化率也在稳步提升,例如基于最新硅基氮化镓[GaN]材料的充电头在近期大量上市,主要得益于珠海英诺赛科的8英寸GaN的成套流程[IDM]实现国产化批量生产。

    光刻胶

    光刻胶是半导体生产的耗材之一,无论是芯片、屏幕面板以及PCB电路板都需要消耗光刻胶,属于典型的材料化工行业。目前半导体生产所需的光刻胶材料以进口日本企业为主,如日本合成橡胶、住友、信越和美国罗门哈斯等。在PCB光刻胶领域,目前国内企业已经可以大批量生产满足使用,在面板领域,国产光刻胶主要是TN/STN等低端产品,只占约10%的市场份额。而芯片光刻胶门槛高,目前国内企业还在技术攻关阶段。

    光刻机

  • 受到美国禁运政策的影响,ASML向中芯提供的EUV光刻机已被迫停止供货,主因是其内部的EUV[极紫外光]技术是来自美国企业。不过另一批相对落后一些的光刻机已经实现落地,ASML的7nm光刻机是目前最先进的光刻机工艺,但其组件本身自产率仅为10%。国产先进光刻机目前没有可以实现量产的办法,上海微电子攻关中的28nm光刻机项目虽然可以通过多次曝光实现14nm工艺,也属于相对落后的产品。不过上海微电子用于AMOLED的投影式光刻机已经完成试用供货,已经目前国产光刻机比较先进的水准。

  • 至于光刻机的内部组件,也来自世界各地不同的企业参与到供应链,全国产化更属于比较天方夜谭的奇想了。关于网上前段时间关于华为试图不计代价实现45nm工艺芯片纯国产化的风传,在技术层面基本属于无法实现的难度。

  • 除了光刻机外,半导体生产所需的蚀刻机、高能离子注入机国内行业都取得了一定突破,中微半导体的5nm蚀刻机已通过台积电的验收,即将用于5nm芯片的生产,是目前行业的先进水准。

    流片

  • 除了知名度较高的中芯国际外,国内半导体代工厂商还有华虹等,覆盖14-90nm工艺,主流仍然是40nm以前的水准,当然许多芯片和器件并不需要很高端工艺就能实现工作,比如IoT相关的芯片、PWM电源控制和FPGA等,目前中国内地芯片生产份额已经排在全球第三,位于台湾省和韩国之后。三星、台积电和台联电等企业也在内地建立半导体生产企业。这个领域知名的国际企业除台积电、三星,还有英特尔、AMD分家出来的格罗方德和欧洲的ST意法半导体等。

    封装

  • 在封装和测试方面,国内企业技术和市场份额相对不错,例如中芯旗下的中芯长电就是一家实力较强的封装测试服务企业。如果是使用AMD锐龙处理器的DIY玩家,很可能会在金属导热片标识看到中国制造的英文,这是因为其封装测试是在国内完成的,不过和富士康的苹果手机类似,其内部的CPU、IF总线和IO等核心半导体仍是台积电、格罗方德、三星等企业的工艺。另外在BGA、3D堆叠等比较先进的封装技术上,国内企业也有一定的市场份额。

    总结和展望

    到目前为止,国产半导体产业链从设计到制造的能力并不算彻底从零开始,但多数处于国产化的进程或者摸索阶段,相比国际领先水平还有显著差距。不过贸易战和科技战,大众媒体一下子放大了往常不为人知的角落,在空前压力下,补足短板,做好进口替代的技术储备,减少关键环节被卡脖子的压力是我们的努力方向。另一方面我们是全球化贸易和大生产的受益者,不能因为懂王的逆全球化操作也让自己患上能否达到100%纯国产的强迫症,而被人带进不停在速胜论和投降论之间左右摇摆的节奏。在第二部分文章里,我们将在具体应用的芯片和系统等角度介绍产业链的国产化状况。

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    211.143.230.***
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    发表于2020.10.13 14:41:21
    71
    218.185.239.***
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    发表于2020.10.12 05:47:49
    70
    看罢《vivo X50 Pro+ 智能手机拍摄体验报告》,vivo用X50P、X50PP连续扇了菊花粉耳光,因为菊花粉眼里除了菊花以外全是买办、只有菊花才是血统正宗的本土自研(大概率邪教粉会将舆论引导成米帝即将封禁OV,借机逼迫同舟共济提供专利技术却提都不提对方名字)
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    发表于2020.08.30 18:07:02
    69
    001.085.200.***
    001.085.200.***
    发表于2020.08.29 10:55:55
    67
    183.209.169.***
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    发表于2020.08.28 23:27:21
    66
    116.018.027.***
    116.018.027.***
    发表于2020.08.27 21:15:54
    65
    120.194.158.***
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    发表于2020.08.27 20:33:59
    64
    没收钱那堆只能叫牢改饭了. 再说自媒体没收钱谁信, 每次牢厂进军新行业就有一堆营销号在黑竞争对手, 跟失格网红肖战一个德性
    发表于2020.08.27 10:17:34
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    117.136.032.***
    117.136.032.***
    发表于2020.08.26 09:30:23
    62
    223.097.130.***
    223.097.130.***
    发表于2020.08.25 21:47:30
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    03
    挺好的一篇文章,评论区都在踩尾巴。菊花家有很多不好。但是起码人家在做事,对比当初的大唐。当初的汉芯!菊花家,中芯家,大多还是踏踏实实有技术研发成果的,要不怎么不见美国制裁小米?话说22年前3.5软盘年代,支持过国产GUI的boywindows,2002年毕业设计题目是增强现实。然后搞了十年龙珠系列的嵌入系统应用。同学同事,不少都在中芯、哈工大工作,经常吐槽,现在啥软件都不敢信,算法都是重头写了,底层计算机也在准备批量更换。
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    发表于2020.08.24 11:10:32
    60
    112.206.***.***
    112.206.***.***
    我看到的是不信守游戏规则,没有契约精神导致的大家不和你玩的无奈。
    说深了又涉及政治,一言以蔽之,将帅无能,累死三军。
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    发表于2020.08.24 06:56:56
    59
    180.164.132.***
    180.164.132.***
    发表于2020.08.22 21:41:00
    58
    03

    森泃妏蚚Win10枑蝠
    发表于2020.08.21 04:18:14
    56
    223.068.***.***
    223.068.***.***

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    发表于2020.08.21 01:17:16
    55
    看着是真的烦。要沸腾麻烦进锅。
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    发表于2020.08.20 23:21:22
    54
    117.136.***.***
    117.136.***.***
    在某种狂热粉丝眼里,大概杂交水稻不算科技、港珠澳大桥不算科技,只有某公司的才是科技标杆。这类人完全不看自己衣食住行能有几项和这公司有关,只不停找借口攻击其他同类公司,却完全不去了解这公司的进口存货可能只撑到明年初,完全不了解自己喷其他公司是买办的时候也在喷这家公司。别再这公司等同中国科技界了,很可悲
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    发表于2020.08.20 19:13:03
    53
    117.136.***.***
    117.136.***.***
    生养你的是父母,保护你的是国家,却对一个公司尽忠孝仁义,容不得他人说那公司一点不是,随意形容对方是黑子、不爱国,这?
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    发表于2020.08.20 18:42:11
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