在全球半導體電子供應鏈中,我國一直處于產業鏈的下游。中國在半導體行業上的短板一直是國人心中的痛,各種緣由深究頗深,歸根結底在于我國的半導體芯片領域長期受到“造不如買”思想的影響,以致于缺乏科技創新和產業升級的內在動力,導致發展落后。
在中美摩擦加劇,華為被“卡脖子”事件等一系列事件發生后,中國迫切地需要走科研自主創新的道路,加大對芯片領域的投入,來突破對我國半導體領域的封鎖。
光刻機,一直被很多人認為是突破封鎖的重要節點。但事實上,中國想打破芯片封鎖,光刻機不是唯一阻攔,在整個芯片環節,中國要走的路還長著。
中國在芯片環節上的現狀
眾所周知,在整個芯片產業鏈中共分為三大領域,分別是芯片設計、芯片制造、芯片封測。
在芯片封測環節中,由于封測技術門檻最低、勞動密集型的特點,我國有著天然的優勢,因此封測這一環節,成為我國半導體行業中發展最快的領域。展望全球,線下的封測環節基本上是以美國、中國臺灣和大陸為主導的局面。
芯片制造,是整個半導體產業鏈中技術門檻最高,且投入成本最高的環節,同時也是我國在芯片產業鏈中最為薄弱的環節,受到國外制造技術設備的牽制。
芯片設計,位于半導體產業鏈的上游,是芯片行業的核心基礎。無論是計算機芯片、車輛集成芯片還是消費類電子芯片等,都必須計劃設計。但設計芯片除了來自工程師自身的研發能力外,還需要借助EDA軟件工具的輔助。縱觀全球,世界上最著名的三EDA軟件開發公司分別是英國的Synopsys、Cadence和西門子PLC集團旗下的MentorGraphics,三大EDA軟件巨頭基本壟斷了世界90%以上的EDA市場占有率,國內的的EDA軟件還有很長的一段路需要走。
我國芯片攔路虎之一,芯片原材料的生產能力
眾所周知,生產整合芯片的原材料是硅,硅(SiO)也一直被稱為半導體設備產業鏈的基礎。硅是在沙子中提取得到的,而沙子雖隨處可見,但是從沙子中獲得硅的技術卻困難重重且復雜繁瑣。中國不缺沙子,缺少的是從沙子提取硅的技術。
在從沙子中獲取硅的加工工藝環節中,對技術要求較高,要求其純度不能低于99.99999%,也就是說,提取出硅的純度,它的殘渣成分不得超過千萬分之一。
這要求殘渣成分不得超過千萬分之一,是個什么概念?相當于相當于如果從沙子提取1000萬公斤硅,它的雜質不能超過1公斤。這等同于如果硅晶圓片是8英寸(直徑200mm),空氣中的灰塵直徑是10萬分之一毫米,那么按照硅的純度要求,就必須要控制不能超過2粒灰塵落在8英寸的硅晶圓上。
縱觀全球,在生產制造原材料單晶硅片的能力上,日本信越化學和SUMCO、韓國LG有機化學及中國臺灣的環球圓晶等都是硅材料方面的知名企業。國內雖然有一定數量的企業在開發生產光伏材料的產品,但所占比例過小。可以說,單晶硅片的產能問題是中國芯片發展趨勢上的一道高山,半導體原材料是行業的基石,如果這道關卡一直停滯不前,我國是不可能在產品的創新上取得原創性的突破。
當然,除了原材料硅的生產技術之外,光刻膠及其配套試劑等芯片材料方面的問題,都是阻礙中國芯片發展的攔路虎。
我國芯片攔路虎之二,芯片制造的生態自主問題
每個行業都有一套配備的典型系統工程,從工廠的搭建到設備、技術人才等等,環環相扣構成了良性穩定的發展,每個環節都缺一不可。
目前來說,由于我國的半導體領域還沒有獨立自主的生態,芯片的生態是由別國企業掌控的。芯片制造產業鏈長,涉及包括130多種裝備、5大類500多道工藝、7大類530種材料,一環被卡,整體就會被卡。而且,芯片相關的軟件生態龐大復雜,各種專利和IP壁壘,均掌握在他國手里,整個芯片市場壁壘高,很多時候難以繞過去。
站在半導體行業發展上來看,從科研到產業,其投入巨大,科研需要積累,產業形成需要時間,這加大了我國芯片產業彎道超車追趕的難度。盡管目前政府和企業對芯片產業十分重視,政府也出臺相關政策進行引導支持,并且政府和企業投入大量資金,但短期解決全部問題是不可能的。
我國芯片攔路虎之三,被“卡脖子”的半導體設備軟件
芯片的設計離不開EDA軟件的輔助,而我國的EDA軟件開發尚有不足。在半導體行業內中,設計芯片使用率高的EDA軟件有Cadence,Synopsys和Mentor;這三個軟件在全球的市場份額分別占有22%、33%和10%,總和超過了65%,但是這三個EDA軟件都不是我國生產的;國產的EDA軟件占市場比例甚少,排開華大九天有完善成熟的技術能力之外,其余的公司都存在“缺斤少兩”的問題。
如果沒有EDA軟件的開發,高級集成芯片就不能設計方案。芯片設計想要完全實用,EDA手機軟件就是不可避免的課題。
中國奮起直追的當下
半導體行業發展的軌跡,從獲取原材料,到設計制造芯片的環節,從簡單到復雜,從低級到高級的生態鏈,都是各國歷經多年,集全球高端人才的知識結晶走出來的,我國想一步登天是不存在的。
我國的半導體行業在經歷了幾十年的發展,目前還處于水深火熱之上,這表明了芯片產業不能一昧想著走捷徑來彎道超車,而是需要實打實的沉下心來,認清差距,穩扎穩打的攻克難關,做好持久戰斗的準備。
中國工信部明確表示,國家會加大力度扶持芯片產業,力求讓中國芯片自給率在2025年達到70%。縱觀當下,在2020年的一年中,我國新增的和半導體有關的企業就高達上萬家,體現了國產芯片正在奮起直追。
IC Insights機構預測,到2025年中國大陸半導體芯片市場規模將達到2230億美元,2020-2025年間的年復合增長率將達9.2%。而2025年中國大陸生產半導體芯片產值將達到432億美元,2020-2025年間的年復合增長率將達到13.7%。
? ? ? 責任編輯:tzh
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