一直以来,我们都在说,芯片行业被国外公司卡住了脖子。大多数人现如今肯定都知道我们没有光刻机,那其他地方呢? 似乎是在18年以后,国内大多数人就开始喊着“半导体利好”的口号。 半导体是个大概念,含四个细分市场,单单一个集成电路占了市场的80%,也就是我们熟知的芯片。另外三大门类分别是光电子器件、传感器、分立器件,合称“OSD”。
光电子说白了就是做屏幕,手机、电视、电脑的屏幕。二十年前我们中国面临“缺芯少屏”的困境,如今在京东方、华星光电等带领下已经基本解决了,而芯片却仍旧是个大问题。
在中兴、华为的制裁以及一系列公司被美国列入实体名单后,国人终于意识到:原来我们的芯片行业,比起国外还差了很远。 具体是哪些环节上不行,却很少有人说得清楚。在说这个问题之前,我们需要先知道一个芯片是如何诞生的?
就目前来说,有两种芯片产出的模式:
第一种是一条龙全包,即IDM。英特尔,三星这类公司,芯片自主设计,同时由自己的产业线进行加工、封装、测试、最终产出芯片。
第二种是环节组合,得益于张忠谋创立台积电,将设计和制造得以拆分。 设计公司,即design house,也可以叫fabless,负责设计,最终确定的物理版图交给制造公司Foundry加工制造,封装测试则交给更下游的厂商。
这也是目前最多见的芯片诞生的流程,所以我们可以把一个芯片的产生,拆解为设计、制造和封装测试。
先说设计
设计这个环节已经算是慢慢追赶上了。 无论是从海思的麒麟,还是平头哥的倚天,都可以看到国内IC设计行业的努力和进步。
然而,IP和EDA两项最核心的技术还是掌握在国外企业手里。不懂名词没关系,你只需要知道两项核心技术都是国外巨头垄断就可以了。 IP属于IC设计的核心技术。一个成熟的IP是直接将某一类型的功能模块制式化生成,达到直接套用的效果。
因此产生了IP授权这一行为,设计公司无需对芯片每个细节进行设计,通过购买成熟可靠的IP方案,实现某个特定功能。这种开发模式,缩短了芯片开发的时间,提升了芯片的性能。
全球半导体IP市场在2018年整体市场规模为49亿美元。其中ARM公司是IP领域绝对龙头,占41%市场份额。 上面所提到的麒麟和倚天,都用的是国外的ARM架构。
而芯片产业中的EDA软件,则是每个岗位上都要用到的,一旦缺少了这个产品,国内所有的芯片设计公司都得停摆。
目前EDA设计软件领域集中度较高,Synopsys、Cadence和Mentor三巨头占据了EDA设计软件市场95%以上的市场份额,Synopsys、Cadence等公司将自己的软IP集成在设计软件中,进一步增加了用户黏性,也提高了行业壁垒。
即使我们现在有芯片设计的EDA软件了, 但是软件配套的仿真, 设计简化等, 这是需要国内整个行业共同积累经验,并非一日之功 。
至于国内的华大九天,就目前的进度来看,只能说是聊胜于无。 我国的设计软件还是有一段路要走, 国外的软件有着领先我们几十年的行业经验, 我们要与之相争, 不仅仅只靠一口气,也要靠无数的用户反馈和经验总结才能出一个好产品。
再谈制造
制造需要三要素:有设备、有材料、有人才。 很不幸的告诉大家,这三要素我们几乎都没有,而且这些东西不是说有钱就买得到的。
核心设备光刻机,掌握在荷兰人(ASML)和日本手里,前者的股东还有三星和台积电。
没有光刻机就做不了芯片,而最先进的光刻机,大陆企业被禁止购买。中芯国际花了几年才搞到一台落后了台积电几代制程的光刻机,而光刻机又是国内很难在几年内产生突破。
暂时造不出,买又买不到,唯一正解,祖国统一? 核心材料呢,主要掌握在日本人手里,在半导体制造过程包含的19种核心材料中,日本市场占有率超过50%份额的材料高达到14种。
人才就不用说了,严重短缺。 国内IC制造行业的高层,一半都是中国台湾人和他们带出来的学生。而国内真正站起来的就是清华早期那批前辈,这帮人是目前大陆芯片业的中流砥柱。
然而主流还是得靠"外援"。中芯国际前些年搞14nm工艺,良率一直3%上不去,从台积电挖来梁孟松担任共同执行长后,其14nm的试产良率才快速从3%提升到95%。 但今天中芯国际高层大换血,蒋尚义离职,梁孟松辞去董事职位,很难预测中芯国际未来如何。
至于封测
封测没有什么技术壁垒。由于封装测试本身门槛较低,中国台湾和大陆厂商几乎占据了全部市场,我们做的还行。
但前面的难题搞不定,压根走不到最后这一步上,整体上还是受制于人。
放弃幻想,准备斗争
总的来说,芯片在很长一段时间里,仍旧会是我们国家高新产业中的阿喀琉斯之踵。 每年进口工业品排名第一的就是芯片,进口额高达2000多亿美元。
逃避不是解决问题的办法,你今天绕过的一座小山,终有一天会重新出现在你的面前。 往日的拿来主义放在芯片行业早已行不通了,面对国际上的制裁和巨头之间的博弈,让我们只能迎难而上。
科学技术是第一生产力,但科技的核心还是人。我们不仅缺少机器, 而且还大大缺少的是人才的积累和经验人才的引进。
芯片领域的人才缺口有几十万人,芯片产业链的发展, 并不是只凭喊口号就能成功,人才不能只靠引进,还要培养属于自己的技术人员。
在18年之后,国家利好政策已经大力向半导体行业倾斜,各地也在开始部署芯片产业的建设,各地高校也开始成立专门的集成电路学院。
而国内的芯片公司也呈现百花齐放之势,倚天710为国内芯片自主研发注入了一针强心剂,据说海思已经吃透了ARM架构,相信不久就会研发出属于我们自己的IP。 未来的五到十年,国内半导体行业必将迎来发展最为迅猛的时代,芯片行业必将成为人才引进和抢夺的重要阵地。
只有自己把核心技术握在手里,才能真正意义上的取得芯片战争的胜利。
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