全球半导体产业真实困境:美国独占前两席,中国一直冒火前进?

2019-06-12 14:51:10 来源: 半导体行业联盟
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美国的惊人统治力

 

 

1957年,晶体管之父肖克利的八个门徒,在硅谷创立仙童半导体公司,并开发出人类历史上第一块集成电路,硅谷因此成为全世界半导体技术的发源地,一直延续至今。

 

期间,尽管发生过几次产业转移,七八十年代,半导体制造大量转移至日本;90年代后,转移至韩国和中国台湾。但美国至今依旧保留着在诸多核心领域的统治力。

 

以生产设备为例,全球三大巨头应用材料、泛林和ASML,美国独占前两席,而且应用材料在除光刻机以外的几乎所有领域都领先,包括蚀刻、薄膜沉积等。

 

更恐怖的是,全球三大EDA软件(用于芯片设计)巨头铿腾、明导和新思,均为美国企业,全世界几乎所有芯片设计和制造企业都离不开它们。

 

高端芯片方面,中兴事件暴露出来的众多短板,包括ADC/DAC(数模转换)、FPGA、高速光通信接口等芯片,目前也都依赖美国厂商,包括德州仪器、赛灵思、亚德诺等。

 

美国的惊人统治力还体现在生态系统上。

 

目前,三种主流的芯片架构X86、MIPS和ARM,前两种都是美国血统。其中,英特尔的X86架构,与微软的Windows系统结盟,称霸台式机市场。ARM架构虽然是英国血统,却离不开安卓和iOS系统的支持,两者合计占有全球95%以上的手机市场。

 

而且,ARM其实诞生于苹果的一款失败产品。

 

如今,在全球20大半导体公司中,美国依旧独占八席,处于绝对的霸主地位,并且基本都是卡住核心的关键性公司。


中国VS整个产业链

半导体是一个庞大的产业,从大类上讲,包括集成电路(IC)、光电子、分离器和传感器等,其中IC的规模占80%以上。

 

所谓芯片,就是内含集成电路的硅片,它分为几十个大类,上千个小类。制造一块小小的芯片,涉及50多个学科、数千道工序,包括设计、制造和封装三大环节。

 

在这个产业链上,国内企业的差距是全方位的。

 

首先看设计,华为海思和紫光展锐分列国内前两名。目前,两家公司在不少领域已是世界领先水平,但一个巨大的问题是,其架构授权的核心都被外人掌握。

 

目前,国内仅有中科院的龙芯和总参谋部的申威拥有自主架构,前者用于北斗导航,后者用于神威超级计算机,民用领域基本是空白。

 

设备和材料是又一大短板。制造芯片的三大设备光刻机、蚀刻机和薄膜沉积,国内仅中微半导体的介质蚀刻机能跟上行业节奏,其7纳米设备已入围台积电名单。

 

此外,北方华创在氧化炉和薄膜沉积设备上成绩不俗,但基本还处于28纳米级别。其他设备,如离子注入机、抛光机和清洗机,也差不多。

 

差距最大的是光刻机。光刻机用于将设计好的电路图曝光在硅片上,蚀刻机则负责微观雕刻,刻出沟槽或接触孔。目前ASML最先进的EUV光刻机,即将投入三星、台积电的7纳米工艺,而国内上海微电子的光刻机,仍停留在90纳米量产的水平。

 

材料方面,日本是全球领先者。

 

在制造芯片的19种主要材料中,日本有14种位居全球第一,总份额超过60%。全球近七成的硅晶圆产自日本,那是芯片制造的根基。

 

反观中国,硅晶圆几乎是空白,8英寸国产率不足10%,12英寸依赖进口,打破垄断的希望还在张汝京创办的新昇半导体,今年即将量产。他也是中芯国际的创始人。

 

 

除了硅晶圆,国内企业还在溅射靶材、研磨液等材料上有所突破,并实现了国产化。前者用于制作金属导线,后者用于芯片研磨抛光。

 

以上均为单点突破,距离整个行业的崛起还比较远。

 

芯片制造,国内最先进的是中芯国际和厦门联芯,目前能做到28纳米量产。而它们的竞争对手,三星、台积电等巨头即将在今年量产7纳米,相差两三代。

 

最后是封测。这是目前大陆最接近国际水平的领域,长电科技收购新加坡星科金朋后,跻身全球第三。但全球封测中心在中国台湾,以日月光为首的台湾企业,拥有50%以上的市场份额。

 

在这样一个超长的产业链中,全球通力合作必不可少。以光刻机为例,荷兰ASML一骑绝尘,但它的成功得益于各国的鼎力合作,镜头来自德国蔡司、光源来自美国,这几乎是西方近百年工业的技术结晶。

 

但中国在这个产业链上处于不利地位,经常面对不友好的产业环境。这次的中兴事件只不过是浮上台面的斗争与封锁,而台面下的争斗几十年来则是一直没有消停。

 
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