Die Halbleiterindustrie weist eine typische Pyramidenstruktur auf. Je höher die vorgelagerten Stufen, desto weniger Unternehmen gibt es, desto höher ist der Produktionswert und desto größer die technische Komplexität. Aufgrund des späten Einstiegs, fehlender Kerntechnologien und Fachkräftemangels wurde die Halbleiterentwicklung in meinem Land stark eingeschränkt. Da es an der Beherrschung von Kerntechnologien mangelt, wird die Branche häufig von anderen blockiert. Bis heute ist der Schlüsselbereich der Chipfertigung weiterhin auf Importe angewiesen.
Der ZTE-Vorfall von 2018 ist uns noch gut in Erinnerung! Vor nicht allzu langer Zeit nutzten die Vereinigten Staaten ihre Kernkompetenzen in der Halbleitertechnologie und -ausrüstung, um ihre Sanktionen gegen Huawei zu verschärfen und damit die Entwicklung von Huawei und meines Landes im Hightech-Bereich einzuschränken!
Die Vereinigten Staaten haben ihre technologische Speerspitze erhoben und die Kernkompetenzschwäche meines Landes ausgenutzt. Dies hat nicht nur die Halbleiterindustrie meines Landes in Bedrängnis gebracht, sondern auch vielen Menschen und Unternehmen vor Augen geführt, dass die Abhängigkeit von amerikanischer Technologie unzuverlässig ist. Nur die Beherrschung von Kerntechnologien und die Beseitigung der Technologieabhängigkeit führen zum richtigen Weg!
Unser Land hat die Entwicklung der Halbleiterindustrie strategisch auf ein neues Niveau gehoben, sie als nationale Schlüsselindustrie eingestuft und erhebliche Investitionen in Form von Kapital und Fachkräften getätigt, um technologische Durchbrüche zu erzielen. Ziel ist es, so schnell wie möglich den Weg der unabhängigen Forschung und Entwicklung sowie der Selbstversorgung einzuschlagen. Derzeit stehen Durchbrüche in den Kerntechnologien der folgenden Bereiche aus.
Hochwertige Fotolithografiemaschine
Als Kernausrüstung der Halbleiterindustrie gelten Lithografiemaschinen als die komplexesten und anspruchsvollsten Maschinen der Welt. Derzeit ist ASML aus den Niederlanden weltweit das einzige Unternehmen, das High-End-Lithografiemaschinen herstellen kann, während die japanischen Hersteller Nikon und Canon Maschinen der Mittel- und Einsteigerklasse produzieren. Ihr Marktanteil liegt bei über 80 %.
Die Fotolithografie ist das Herzstück der Chipfertigung. Sie ist der komplexeste und kritischste Prozessschritt in der Halbleiterchip-Produktion und daher zeitaufwendig und kostspielig. Die Herausforderung und der entscheidende Punkt bei der Halbleiterchip-Herstellung besteht darin, das Schaltbild von der Maske auf den Siliziumwafer zu übertragen. Dies geschieht mittels Fotolithografie. Die Qualität des Fotolithografieprozesses bestimmt direkt die Qualität und die Leistungsfähigkeit des Chips.
Hochwertige Lithografiemaschinen gelten als die Krönung der modernen optischen Industrie. Ihre Herstellung ist äußerst aufwendig. Die fortschrittlichste EUV-Lithografiemaschine von ASML kann Chips im 5-nm-Prozess fertigen. Der Preis einer einzelnen Maschine übersteigt 100 Millionen US-Dollar. Chinas vollständig eigenständig produzierte Lithografiemaschinen erreichen derzeit lediglich den 90-nm-Prozess – ein erheblicher Unterschied.
Worin liegt die Schwierigkeit bei der Entwicklung einer Fotolithografiemaschine? Lithografiemaschinen erfordern zahlreiche fortschrittliche Technologien wie Systemintegration, Präzisionsoptik, Präzisionsbewegung, präzisen Materialtransport und hochpräzise Mikroumgebungskontrolle. Sie zählen zu den technologisch fortschrittlichsten Anlagen in der Halbleiterfertigung. Um in den verschiedenen Bereichen der Anlagen die weltweit fortschrittlichste Technologie zu gewährleisten, bezieht ASML über 90 % der Komponenten seiner Lithografiemaschinen von externen Anbietern. ASML vereint in Forschung und Entwicklung die weltweit modernsten Technologien, darunter deutsche Maschinenbautechnik, hochwertige deutsche Zeiss-Objektive, amerikanische Lichtquellen und Messgeräte. Man kann sagen, dass die High-End-Lithografiemaschinen von ASML ein Produkt menschlicher Expertise sind.
Führende internationale Hersteller:ASML (Niederlande)
Chinesischer Hersteller:SMEE Shanghai Microelectronics
Die CPU ist ein hochintegrierter Schaltkreis (MSI) und das Rechen- und Steuerungszentrum eines Computers. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Computerbefehle zu interpretieren und Daten in der Computersoftware zu verarbeiten. Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) umfasst im Wesentlichen Recheneinheiten (Einheiten für arithmetische und logische Operationen) und Cache-Speicher sowie die Daten-, Steuer- und Statusbusse, die die Verbindungen zwischen diesen Komponenten herstellen. Zusammen mit dem internen Speicher und den Ein-/Ausgabegeräten bildet sie die drei Kernkomponenten eines elektronischen Computers. Die CPU benötigt Befehle des Rechen- und Steuerungssystems. Jede CPU ist mit einem Befehlssatz ausgestattet, der auf ihre Hardware-Schaltungen abgestimmt ist. Die Stärke der Befehle ist ein wichtiger Indikator für die Leistungsfähigkeit der CPU. Der Befehlssatz ist eines der effektivsten Mittel zur Steigerung der Effizienz von Mikroprozessoren.
Intel und AMD beherrschen in den USA nahezu den gesamten globalen PC-Markt. Die Anwendungsbereiche chinesischer CPUs umfassen nicht nur professionelle Bereiche wie Embedded-Systeme und Server, sondern auch den Endverbrauchermarkt. Aufgrund der großen Unterschiede in Zielgruppen und Anwendungsgebieten genießen verschiedene chinesische CPU-Typen in der chinesischen Bevölkerung unterschiedliche Wahrnehmungen. Beispielsweise sind die speziell für Server entwickelten CPUs von Feiteng und Shenwei relativ unbekannt.
Prozessoren entwickeln sich rasant, und Taktfrequenz, Rechenleistung und Stromverbrauch sind wichtige Leistungsindikatoren. Als Nachzügler hinkt Chinas Forschungs- und Entwicklungsniveau dem internationalen Standard stets weit hinterher. So scheint beispielsweise die Leistung des Loongson-Prozessors Intel immer unterlegen zu sein. Der Loongson ist ein vom Institut für Computertechnologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eigenständig entwickelter Allzweckprozessor. Er verwendet den RISC-Befehlssatz, der dem MIPS-Befehlssatz ähnelt. Die erfolgreiche Entwicklung des Loongson trug jedoch dazu bei, dass die Hochgeschwindigkeitsstrecke Fuxing eine hundertprozentige Produktion im Inland erreichte und somit das Phased-Control-Radar J-20 der vierten Generation sowie die Beidou-Satelliten mit chinesischen Prozessorkernen ausgestattet werden konnten.
Im Bereich der mobilen Prozessoren ist Qualcomms Position weiterhin unangefochten. Huaweis HiSilicon Kirin-Prozessor ist durchaus leistungsfähig, profitiert aber vom Erfolg des britischen Giganten ARM. Auch Unisoc hat einige Erfolge bei mobilen Prozessoren erzielt. Ärgerlich ist jedoch, dass die USA ihre Sanktionen gegen Huawei kürzlich verschärft haben, um die Entwicklung des Unternehmens im Bereich der Halbleiterchips einzuschränken. Die Zukunft des Kirin-Prozessors ist daher ungewiss.
Führende internationale Hersteller:Intel (USA), AMD (USA)
Chinesischer Hersteller:Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (Loongson-CPU), Tianjin Feiteng (Feiteng-CPU), Shanghai Zhaoxin (Zhaoxin-CPU) usw.
Weltweit gibt es derzeit drei große Anbieter von EDA-Software für integrierte Schaltungen: Mentor Graphics, Cadence und Synopsys. Der Marktanteil dieser drei amerikanischen Unternehmen in der EDA-Branche gleicht nahezu einer Monopolstellung. Aktuell sind Cadence und Synopsys die einzigen EDA-Anbieter, die den gesamten Chipdesign- und Produktionsprozess abdecken können.
Führende Chiphersteller wie Intel, Apple und Qualcomm beziehen ihre EDA-Software und zugehörige Dienstleistungen von diesen beiden Unternehmen. Auch Chinas führende Chipdesign-Unternehmen Huawei HiSilicon, Yangtze Memory und UNISOC nutzen EDA-Designsoftware dieser amerikanischen Firmen.
Die einheimischen EDA-Hersteller BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Microelectronics usw. bieten lediglich einige EDA-Designwerkzeuge an und können keine Lösungen für die gesamte Wertschöpfungskette wie IC-Design, Verdrahtung, Verifikation und Simulation bereitstellen. Darüber hinaus ist die Kombination einheimischer EDA-Software mit fortschrittlicher Technologie unzureichend, und es fehlt an Unterstützung für Chips mit fortschrittlicher Technologie. Daher sind die technischen Fähigkeiten einheimischer EDA-Unternehmen weit davon entfernt, mit diesen führenden internationalen EDA-Anbietern konkurrieren zu können.
Führende internationale Hersteller:Mentor Graphics (USA), Cadence (USA), Synopsys (USA)
Chinesischer Hersteller:BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Micro usw.
DRAM steht für Dynamic Random Access Memory und ist der am häufigsten verwendete Systemspeicher. Die US-amerikanischen Unternehmen Micron, Samsung aus Südkorea und SK Hynix bekleiden absolute Monopolstellungen und dominieren den DRAM-Markt.
Chinas drei größte Speicherchip-Hersteller, Yangtze Memory, Hefei Changxin und GigaDevice, haben mit der Entwicklung und Produktion von Speicherchips begonnen, was voraussichtlich das Monopol von Speicherchips durch Südkorea, die USA und Japan brechen wird.
Yangtze Memory hat in diesem Jahr die Massenproduktion von 64-lagigem 3D-NAND-Flash-Speicher auf Basis der Xtacking-Architektur aufgenommen. Anschließend übersprangen sie die in der Branche üblichen 96 Lagen und entwickelten erfolgreich 128-lagigen 3D-NAND-Flash-Speicher.
Hefei Changxin erreichte 2019 die Massenproduktion von 8G DDR4-Speichern im 19nm-Verfahren und wird in diesem Jahr den eigenständig entwickelten Guangweiyi PRO DDR4-Speicher offiziell vermarkten und auf dem Verbrauchermarkt einführen.
GigaDevice ist Marktführer im koreanischen Markt für NOR-Flash-Speicher und zählt weltweit zu den drei größten Anbietern. Das Unternehmen expandiert derzeit schrittweise in den NAND-Flash-Markt und baut sein DRAM-Geschäft aktiv aus.
DRAM ist diejenige der Kernhalbleitertechnologien, die es zu durchbrechen gilt, die am ehesten lokal in Massenproduktion hergestellt werden kann, und darauf darf man gespannt sein.
Führende internationale Hersteller:Micron (USA), Samsung (Südkorea), SK Hynix (Südkorea) usw.
Chinesischer Hersteller:Yangtze River Storage, Hefei Changxin, GigaDevice
Ein Hochfrequenzchip ist ein elektronisches Bauteil, das Funksignale in eine bestimmte Wellenform umwandelt und diese über eine Antenne aussendet. Die Architektur des Hochfrequenzchips besteht aus zwei Teilen: dem Empfangs- und dem Sendekanal. Bei den bestehenden GSM- und TD-SCDMA-Modi fügt der Hochfrequenzchip dem Endgerät, das ein zusätzliches Frequenzband unterstützt, einen entsprechenden Empfangskanal hinzu. Ob ein neuer Sendekanal benötigt wird, hängt vom Verhältnis zwischen dem neuen und dem ursprünglichen Frequenzband ab.
China ist der weltweit größte Mobiltelefonhersteller, kann aber keine High-End-Funkchips produzieren. Hierfür bedarf es umfangreicher Erfahrung in Materialentwicklung, Fertigungsprozessen und Design. Viele chinesische Unternehmen sind auf Low-End- und Mittelklasse-Funkchips spezialisiert und halten einen beträchtlichen Marktanteil. Im Bereich der High-End-Funkchips besteht jedoch noch erhebliches Wachstumspotenzial.
Führende internationale Hersteller:Skyworks (USA), Qorvo Verizon (USA) usw.
Chinesischer Hersteller:Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro usw.
CPLDs sind aus PAL- und GAL-Bausteinen weiterentwickelte Bausteine. Sie sind relativ groß und komplex aufgebaut und gehören zur Gruppe der hochintegrierten Schaltungen (LSI). Als digitale integrierte Schaltungen ermöglichen sie es Anwendern, logische Funktionen nach ihren individuellen Bedürfnissen zu implementieren. Die grundlegende Entwurfsmethode besteht darin, mithilfe einer integrierten Entwicklungssoftwareplattform und Schaltplänen, Hardwarebeschreibungssprachen und anderen Methoden entsprechende Zieldateien zu generieren und den Code anschließend per Kabel auf den Zielchip zu übertragen (In-System-Programmierung), um das entworfene digitale System zu realisieren.
FPGA steht für Field Programmable Gate Array und ist eine Weiterentwicklung programmierbarer Bausteine wie PAL, GAL und CPLD. Es tritt als halbkundenspezifische Schaltung im Bereich der anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC) auf und behebt nicht nur die Nachteile kundenspezifischer Schaltungen, sondern überwindet auch die begrenzte Anzahl an Gattern in den ursprünglichen programmierbaren Bausteinen.
Die Markteintrittsbarrieren in der FPGA-Branche sind hoch. In den letzten zehn Jahren haben über 60 Unternehmen, darunter Intel, IBM, Motorola, Philips, Toshiba und Samsung, versucht, in diesem Bereich Fuß zu fassen. Mit Ausnahme von Intel, dem der erfolgreiche Einstieg mit der Übernahme von Altera für 16.7 Milliarden US-Dollar gelang, scheiterten die anderen Unternehmen. Die führenden FPGA-Hersteller wie Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago und Cypress haben ihren Sitz in den USA und verfügen jeweils über einzigartige Stärken. Xilinx ist Weltmarktführer im Bereich FPGAs, insbesondere für 2,5-Millionen-Gate-Architekturen und 16-Nanometer-Technologie. Actel gilt als Pionier im Bereich der Anti-Fuses und der Entwicklung von Produkten für die Luft- und Raumfahrt. Die Produkte der anderen Unternehmen sind unverzichtbare Kernchips für industrielle, militärische und luft- und raumfahrttechnische Anwendungen. Sie stellen auch die Schwächen und die Hauptursache für Probleme in Ländern weltweit dar, die Spitzentechnologie betreiben. Zwei Unternehmen, Xilinx und Altera, beherrschen 90 % des Marktes. Zwischen inländischen und ausländischen Herstellern besteht ein erheblicher technischer Unterschied. Obwohl Hunderte inländischer FPGA-Hersteller konkurrieren, konzentrieren sie sich hauptsächlich auf den mittleren bis unteren Marktbereich. Die meisten ihrer FPGAs haben eine Gate-Ebene von etwa 10 Millionen. Zwar wurden einige FPGAs mit 20 Millionen Gates eigenständig entwickelt, doch stellen die FPGAs von China Electronics Technology mit 35 Millionen Gates und China Electronics mit 70 Millionen Gates einen bedeutenden technologischen Durchbruch dar.
Tongchuang ist weiterhin führend in der Entwicklung der chinesischen FPGA-Industrie. Nach der erfolgreichen Serienproduktion und Auslieferung des ersten FPGA-Produkts mit 10 Millionen Gattern in China beschleunigte das Unternehmen die Entwicklung und erweiterte sukzessive alle Produktmodelle im mittleren und unteren Preissegment mit weniger als 30 Millionen Gattern. Die gesamte Produktpalette der Logos- und Compact-Serien wird bereits in Serie gefertigt. Alle Geräte der Serien Logos2 und Titan2 gehen noch in diesem Jahr in die Serienproduktion und decken den Bedarf aller inländischen Anwendungen im mittleren und unteren Preissegment ab. Mit einem Marktanteil von rund 60 % ist das Unternehmen bestens gerüstet, um den stabilen Entwicklungsbedarf der chinesischen Elektronikindustrie zu decken.
Führende ausländische Hersteller:Xilinx (USA), Altera (USA) usw.
Chinesischer Hersteller:Shenzhen Unisoc, Shanghai Fudan Microelectronics, Beijing Microelectronics usw.
Ein DSP-Chip (Digital Signal Processor) ist ein Chip, der digitale Signalverarbeitungstechnologien implementiert. Er verwendet intern eine Harvard-Architektur, die Programm und Daten trennt. Er verfügt über einen dedizierten Hardware-Multiplizierer, nutzt häufig Pipeline-Operationen und bietet spezielle DSP-Befehle zur schnellen Implementierung verschiedener digitaler Signalverarbeitungsalgorithmen.
DSP-Chips haben sich seit ihrer Entwicklung rasant weiterentwickelt. Sie profitieren einerseits von der Entwicklung integrierter Schaltungen, andererseits vom riesigen Markt. Innerhalb von nur zwei Jahrzehnten haben sich DSP-Chips in der Signalverarbeitung, Kommunikation, Radartechnik, Bildgebung, im Militärbereich, in der Messtechnik, Automatisierung und vielen weiteren Gebieten weit verbreitet.
Der globale Markt für digitale Signalprozessoren (DSP-Chips) wird derzeit noch von großen Konzernen dominiert. Texas Instruments, ADI, Freescale, Motorola und andere sind führend in dieser Branche. Chinesische DSP-Chips kamen erst spät auf den Markt. 2006 kooperierten das 14. Chinesische Forschungsinstitut für elektrische Energie und die Loongson Corporation bei der Entwicklung chinesischer DSP-Chips. Der 2012 entwickelte Chip „Hua Rui Nr. 1“ übertraf die Leistung des MPC8640D von Freescale. 2017 kam der chinesische DSP-Chip „Hua Rui Nr. 2“ auf den Markt.
Führende ausländische Hersteller:TI Texas Instruments (USA), ADI Analog Devices (USA) usw.
Chinesischer Hersteller:CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Beijing Zhongxing Microelectronics usw.
Der auch als Display-Core, Grafikprozessor oder Display-Chip bekannte Mikroprozessor ist für die Bildverarbeitung in PCs, Workstations, Spielekonsolen und einigen Mobilgeräten (wie Tablets, Smartphones usw.) spezialisiert. Er wandelt die vom Computersystem benötigten Anzeigeinformationen um und leitet sie weiter, liefert Zeilenabtastsignale an das Display und steuert dessen korrekte Darstellung. Er ist eine wichtige Komponente, die das Display mit dem Motherboard des PCs verbindet und maßgeblich für die Mensch-Computer-Interaktion ist.
Wenn es um GPUs geht, denkt man sofort an NVIDIA, die mehr als die Hälfte des globalen GPU-Marktes beherrscht. Auch AMDs GPUs spielen eine wichtige Rolle. Chinas GPU-Hersteller haben sich noch nicht zu einem großen Konzern entwickelt, und die zugehörigen Technologien werden ebenfalls intensiv weiterentwickelt. Zu den chinesischen Unternehmen, die derzeit an GPUs forschen, gehören Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, das China Shipbuilding Industry Corporation 709 Institute und das AVIC 631 Institute. Laut dem Redakteur des OFweek Electronic Engineering Network hat der von der China Shipbuilding Industry Corporation entwickelte Lingjiu GP101, der über vollständig unabhängige Schutzrechte verfügt, eine Lücke im chinesischen Grafikkartenmarkt geschlossen. Der Lingjiu GP101 ist ein leistungsstarker und energieeffizienter Grafikprozessor. Verglichen mit führenden Herstellern in Europa und den USA hat er jedoch noch einen langen Weg vor sich, um weltweit führend zu sein.
Führende ausländische Hersteller:Imagination (UK), Qualcomm (US), NVIDIA (US), AMD (US) usw.
Chinesischer Hersteller:Jingjiawei, Shanghai Zhaoxin
Die MPU (Mikroprozessoreinheit) ist ein einzelner Chip, während ein Chipsatz aus mehreren Chips besteht. Früher gab es sogar bis zu sieben oder acht Chips, heute sind diese meist in zwei Chips zusammengefasst, der sogenannten Northbridge und Southbridge. Die MPU ist das Rechen-, Entscheidungs- und Kontrollzentrum des Computers. Manche bezeichnen sie als das „Herz des Computers“.
Anbieter wie Intel, Qualcomm, Samsung, Freescale, MediaTek und Spreadtrum sind Marktführer in diesem Bereich. Der Marktanteil von MPUs in China ist sehr gering, nahezu null, und Unternehmen wie BGI, Huawei und Unisoc investieren verstärkt in Forschung und Entwicklung entsprechender Technologien.
Führende ausländische Hersteller:Intel (GB), Qualcomm (USA), Freescale (USA) usw.
Chinesischer Hersteller:Unisoc, MediaTek
Zu den Materialien für die Halbleiterfertigung gehören hauptsächlich Siliziumwafer, Elektronengase, Fotomasken, Fotolack-Trägerchemikalien, Poliermaterialien, Fotolacke, Nasschemikalien und Sputtertargets.
Die globale Halbleitermaterialindustrie wird nach wie vor von Japan, den USA, Südkorea, Deutschland und anderen Ländern dominiert. Chinas Halbleitermaterialien haben in den Bereichen Targets, Packaging-Substrate, Polierflüssigkeiten, Fotolacke und anderen Produkten große Fortschritte erzielt. Die technischen Standards einiger Produkte haben Weltklasseniveau erreicht, das Gesamtniveau liegt jedoch noch weit hinter diesem internationalen Standard zurück.
Haftungsausschluss: Dieser Artikel wurde aus „IoT IQ“ übernommen. Er gibt ausschließlich die persönliche Meinung des Autors wieder und spiegelt nicht die Ansichten von Sacco Micro oder der Branche wider. Die Weitergabe dient lediglich dem Nachdruck und der Wahrung der Urheberrechte. Bitte geben Sie bei einer Weiterveröffentlichung die Originalquelle und den Autor an. Sollten Urheberrechte verletzt werden, kontaktieren Sie uns bitte, damit wir den entsprechenden Artikel entfernen können.
粤公网安备44030002007346号