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从产业链看 | 中国芯片的春天

2023/11/01
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最近看到了这么一个话题“中国科技什么时候可以超越美国?”

科技领域的范围太大太宽泛了,这里举些例子,希望可以见微知著。

2018年,制裁事件之后,科技日报发布了一份“中国被卡脖子的35项关键技术”。

时隔五年,根据中国青年网的搜集统计,上述35项被卡脖子的关键技术中,我们已经突破了21项!其他技术正在攻关或因其他原因而尚未完全公开。

当然,很多技术突破后并不能立即达到全球的先进水平。但能够实现从0到1的突破,就已经是迈出的一大步了。

说到这里,就不得不说说近年来备受关注的芯片领域。

芯片大致要分成芯片设计、芯片制造、芯片封测(封装和测试)这么三个大环节。

如果再说细一点,还要包括半导体材料半导体设备软件/IP支撑这几个上游环节。

EDA软件

EDA是电路设计所必需的软件工具。

大家能想到的芯片设计公司,诸如华为海思、平头哥、联发科、Intel、高通、英伟达,没有任何一家公司能脱离EDA软件进行芯片设计。

现在全球被三大EDA巨头垄断:Synopsys新思科技、Cadence楷登电子、Mentor明导国际(被收购之后更名Siemens EDA)。国内的EDA软件发展比较缓慢,目前有华大九天、概伦电子、国微、广立微、芯华章等EDA企业崭露头角。

IP核

早期的集成电路是全定制的,但是全定制的一般都比较耗时耗钱,比如全定制家居、全定制服装。所以考虑到cpu的很多模块有相似的地方,能不能把这些东西模块化?于是就有了IP核的概念。

我们现在是高度依赖国外公司(ARM、Synopsys、Cadence等)的IP授权。其实不光是国内企业,放眼全球,绝大多数SOC 厂商都依赖IP 来设计和生产一款SOC 芯片。

芯片设计

芯片行业的企业目前有两类运作模式:

Fabless+Foundry:Fabless就是指纯粹的芯片设计公司,不包含任何制造、封测环节,比如英伟达、高通、海思。Foundry就是晶圆制造厂,不包含任何设计环节,比如台积电中芯国际

IDM:就是集设计、制造、封装、测试等多个产业链于一身,比如英特尔、三星和TI(德州仪器)。

总部在美国的设计公司产值全球占比高达68%,大陆的占比仅有9%。也就是说在IC设计领域,依然是美国占主导地位。我们在芯片设计上不算落后太多,但依然需要追赶。

生产设备

目前全球半导体设备的前十还是被美国、日本、荷兰占据。

大家都比较熟悉的光刻机,就是典型的被卡脖子的生产设备。除了光刻机之外,还有氧化炉、刻蚀机、薄膜生长设备、离子注入设备等,我们还是以购买国外的设备为主。

我国目前在半导体设备环节的布局比较广,基本上所有的设备我们都研发了自主可用的产品,但是要想放在12英寸先进生产线上代替境外企业,还是有不小的差距。

也就是说,虽然国内已经有部分厂商的制造水平接近了世界水平,但我们依然依赖于国外设备供应商。

生产原材料

除了大家能想到的硅片之外,还包括掩膜版、光刻胶、电子气体、抛光材料、湿法化学品和溅射靶材等。

半导体材料的大部分市场分布在亚洲地区,目前全球前三的地区是中国台湾、韩国和中国大陆。

整体来说,在原材料环节我们的增长势头很明显,但依然存在着技术差距。

芯片制造

在制造方面, 美国(英特尔)、韩国(三星)、中国台湾(台积电、台联电等)占据了全球绝大多数市场。国内主要以华虹半导体和中芯国际为主。

就制造工艺来说,一个方向是沿着摩尔定律发展,追求先进工艺;另一个方向是满足多样化的需求,发展特色工艺。

先进工艺,各大巨头已经推进到了1.4nm、2nm研究,3nm流片,5nm量产。目前国内最先进的工艺是中芯国际的14nm(公开信息),和7nm工艺还有2代左右的差距。

特色工艺,主要应用在模拟、攻略、MEMS各种细分领域。国内目前比较缺乏IDM骨干企业,代工能力也有很大的提升余地。

芯片封测

相对来说,封测领域是情况最乐观的。封装测试是我国集成电路产业链里占全球份额最高的环节,大概占20%左右,位居全球第2(第一中国台湾,50%左右)。

长电科技、通富微电、华天科技都是国内发展势头强劲的封测企业,近些年在Sip封装、Aip封装、Fan-out工艺等方面加速布局,但是和日月光(中国台湾)、安靠(美国)、泰瑞达(美国)、爱德万(日本)这些国际主流厂商还是有差距。

综上所述,其实我们芯片领域的各个环节都还是相对落后于世界先进水平的。注意,我说的是“世界先进水平”,而不是“美国”,因为即使是美国也不能做到在各个环节都领先。

总而言之

再来回归到问题“什么时候可以超越美国?”,这个问题放在以前,我大概会笼统地认为芯片行业最起码要十年起步吧。

1、芯片行业的产业链很长且环环相扣,单点突破的作用不是很大,重点是在于产业链协同,这也是最大的难点。根据统计,Mate 60系列中手机部件国产化率高达90%以上。据华为供应链负责人表示,华为Mate 60系列将成为国产化率最高的智能手机。在过去的四年中,华为一方面持续投入资金和人才坚持自研,另一方面协同产业链上的国产供应商实现自主可控。

2、芯片行业有比较强的品牌效应和先发优势。比如说3G吧,美国高通公司研究出来了,那么他就是“游戏规则的制定者”了,他能收专利费、能制定全球标准。所以发展起步晚的国内企业就会处处受阻

3、需要市场资源。国内采购商以前会优先选择国外芯片,毕竟技术成熟价格合理,谁会冒着风险去采购国产芯片呢?但是技术领域需要积累大量的用户反馈才能优化迭代,没有反馈就代表着更难进步。所以美国的禁令从这个角度看,其实是对国产芯片厂商起了积极推动作用的。

我们以前确实起步晚,但是芯片禁令给了国产企业市场资源+5G突破的先发优势+产业链协同初见成效,这几个buff叠起来,相信春天一定会提前到来。

夜色难免黑亮,前行必有曙光。

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