原创 阻碍中国芯片发展的拦路虎,除了光刻机还有什么?

2021-5-14 17:44 915 3 2 分类: 管理

在全球半导体电子供应链中,我国一直处于产业链的下游。中国在半导体行业上的短板一直是国人心中的痛,各种缘由深究颇深,归根结底在于我国的半导体芯片领域长期受到“造不如买”思想的影响,以致于缺乏科技创新和产业升级的内在动力,导致发展落后。
在中美摩擦加剧,华为被“卡脖子”事件等一系列事件发生后,中国迫切地需要走科研自主创新的道路,加大对芯片领域的投入,来突破对我国半导体领域的封锁。
光刻机,一直被很多人认为是突破封锁的重要节点。但事实上,中国想打破芯片封锁,光刻机不是唯一阻拦,在整个芯片环节,中国要走的路还长着。

中国在芯片环节上的现状
众所周知,在整个芯片产业链中共分为三大领域,分别是芯片设计、芯片制造、芯片封测。
在芯片封测环节中,由于封测技术门槛最低、劳动密集型的特点,我国有着天然的优势,因此封测这一环节,成为我国半导体行业中发展最快的领域。展望全球,线下的封测环节基本上是以美国、中国台湾和大陆为主导的局面。
芯片制造,是整个半导体产业链中技术门槛最高,且投入成本最高的环节,同时也是我国在芯片产业链中最为薄弱的环节,受到国外制造技术设备的牵制。
芯片设计,位于半导体产业链的上游,是芯片行业的核心基础。无论是计算机芯片、车辆集成芯片还是消费类电子芯片等,都必须计划设计。但设计芯片除了来自工程师自身的研发能力外,还需要借助EDA软件工具的辅助。纵观全球,世界上最著名的三EDA软件开发公司分别是英国的Synopsys、Cadence和西门子PLC集团旗下的MentorGraphics,三大EDA软件巨头基本垄断了世界90%以上的EDA市场占有率,国内的的EDA软件还有很长的一段路需要走。

我国芯片拦路虎之一,芯片原材料的生产能力
众所周知,生产整合芯片的原材料是硅,硅(SiO)也一直被称为半导体设备产业链的基础。硅是在沙子中提取得到的,而沙子虽随处可见,但是从沙子中获得硅的技术却困难重重且复杂繁琐。中国不缺沙子,缺少的是从沙子提取硅的技术。
在从沙子中获取硅的加工工艺环节中,对技术要求较高,要求其纯度不能低于99.99999%,也就是说,提取出硅的纯度,它的残渣成分不得超过千万分之一。

△硅锭

这要求残渣成分不得超过千万分之一,是个什么概念?相当于相当于如果从沙子提取1000万公斤硅,它的杂质不能超过1公斤。这等同于如果硅晶圆片是8英寸(直径200mm),空气中的灰尘直径是10万分之一毫米,那么按照硅的纯度要求,就必须要控制不能超过2粒灰尘落在8英寸的硅晶圆上。
纵观全球,在生产制造原材料单晶硅片的能力上,日本信越化学和SUMCO、韩国LG有机化学及中国台湾的环球圆晶等都是硅材料方面的知名企业。国内虽然有一定数量的企业在开发生产光伏材料的产品,但所占比例过小。可以说,单晶硅片的产能问题是中国芯片发展趋势上的一道高山,半导体原材料是行业的基石,如果这道关卡一直停滞不前,我国是不可能在产品的创新上取得原创性的突破。
当然,除了原材料硅的生产技术之外,光刻胶及其配套试剂等芯片材料方面的问题,都是阻碍中国芯片发展的拦路虎。

我国芯片拦路虎之二,芯片制造的生态自主问题
每个行业都有一套配备的典型系统工程,从工厂的搭建到设备、技术人才等等,环环相扣构成了良性稳定的发展,每个环节都缺一不可。

△生产流水线

目前来说,由于我国的半导体领域还没有独立自主的生态,芯片的生态是由别国企业掌控的。芯片制造产业链长,涉及包括130多种装备、5大类500多道工艺、7大类530种材料,一环被卡,整体就会被卡。而且,芯片相关的软件生态庞大复杂,各种专利和IP壁垒,均掌握在他国手里,整个芯片市场壁垒高,很多时候难以绕过去。
站在半导体行业发展上来看,从科研到产业,其投入巨大,科研需要积累,产业形成需要时间,这加大了我国芯片产业弯道超车追赶的难度。尽管目前政府和企业对芯片产业十分重视,政府也出台相关政策进行引导支持,并且政府和企业投入大量资金,但短期解决全部问题是不可能的。

我国芯片拦路虎之三,被“卡脖子”的半导体设备软件
芯片的设计离不开EDA软件的辅助,而我国的EDA软件开发尚有不足。在半导体行业内中,设计芯片使用率高的EDA软件有Cadence,Synopsys和Mentor;这三个软件在全球的市场份额分别占有22%、33%和10%,总和超过了65%,但是这三个EDA软件都不是我国生产的;国产的EDA软件占市场比例甚少,排开华大九天有完善成熟的技术能力之外,其余的公司都存在“缺斤少两”的问题。

△EDA软件芯片设计截图

如果没有EDA软件的开发,高级集成芯片就不能设计方案。芯片设计想要完全实用,EDA手机软件就是不可避免的课题。

中国奋起直追的当下
半导体行业发展的轨迹,从获取原材料,到设计制造芯片的环节,从简单到复杂,从低级到高级的生态链,都是各国历经多年,集全球高端人才的知识结晶走出来的,我国想一步登天是不存在的。
我国的半导体行业在经历了几十年的发展,目前还处于水深火热之上,这表明了芯片产业不能一昧想着走捷径来弯道超车,而是需要实打实的沉下心来,认清差距,稳扎稳打的攻克难关,做好持久战斗的准备。
中国工信部明确表示,国家会加大力度扶持芯片产业,力求让中国芯片自给率在2025年达到70%。纵观当下,在2020年的一年中,我国新增的和半导体有关的企业就高达上万家,体现了国产芯片正在奋起直追。
IC Insights机构预测,到2025年中国大陆半导体芯片市场规模将达到2230亿美元,2020-2025年间的年复合增长率将达9.2%。而2025年中国大陆生产半导体芯片产值将达到432亿美元,2020-2025年间的年复合增长率将达到13.7%。

深圳市中远亚电子有限公司
中远亚电子,在芯片行业深耕十年之久,用芯服务好每一位客户,至今已服务全国1500多家企业。通过源头缩短供应链,节约成本,组建最敏捷的元件供应系统。确切保障交付的时间,从样板起严格控制物料质量,致力成为电子元器件采购的好伙伴。
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作者: 芯广场, 来源:面包板社区

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文章评论1条评论)

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自做自受 2021-5-15 21:34

是啊,这是由来已久明摆着的现实,中国为什么早不忙,夜心慌,半夜起来补裤裆?
在这之前美国为什么不遏制中国的芯片应用?记得四、五年前美国还在出售半导体芯片生产线给中国,日本也在卖,可中国不买。
怎么现在就这样了呢?这几年来的新闻报道和种种迹象先征兆,针对芯片只是表面现象,美国的真实目的或本质不能公开。2018年到2019年10月,报道的中美磋商13轮了,前不久又谈了一下,还没完。.既然谈不成,那就继续持久战呗!你做你的,我做我的,走着瞧......
要说阻碍中国芯片发展的拦路虎不在硬件(光刻机等)而在软件(潜意识由来已久形成了的习惯意识)难改。
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