Diez tecnologías clave que mi país no domina en el campo de los semiconductores.
La industria de semiconductores presenta una estructura piramidal típica. A medida que se asciende en la cadena de suministro, disminuye el número de empresas, aumenta el valor de la producción y se incrementa la dificultad técnica. Debido a su tardía incorporación, la falta de tecnologías clave y la escasez de talento, el desarrollo de semiconductores en nuestro país se ha visto gravemente limitado. La incapacidad para dominar las tecnologías centrales suele provocar bloqueos externos. Hasta la fecha, el sector clave de los chips sigue dependiendo de las importaciones.
¡El incidente de ZTE en 2018 todavía está muy presente en nuestra memoria! No hace mucho, Estados Unidos se valió de la tecnología y los equipos de semiconductores que domina para intensificar sus sanciones contra Huawei en un intento por restringir el desarrollo de Huawei y de mi país en el campo de la alta tecnología.
Estados Unidos ha desplegado su ventaja tecnológica y ha aprovechado la debilidad de mi país en cuanto a la escasez de tecnología básica. Si bien esto ha alertado a la industria de semiconductores de mi país, también ha hecho que muchas personas y empresas se den cuenta de que depender de la tecnología estadounidense no es fiable. ¡Solo dominando la tecnología básica y liberándonos de la dependencia tecnológica encontraremos el camino correcto!
En la actualidad, nuestro país ha elevado el desarrollo de la industria de semiconductores a un nivel estratégico, la ha catalogado como una industria clave para el desarrollo nacional, ha invertido grandes recursos económicos y talento para lograr avances tecnológicos y se esfuerza por emprender cuanto antes el camino de la investigación y el desarrollo independientes y la autosuficiencia. Actualmente, se esperan avances en las tecnologías centrales de las siguientes áreas.
Máquina de fotolitografía de alta gama
Como equipo fundamental de la industria de los circuitos integrados, las máquinas de litografía se consideran "las máquinas más sofisticadas y complejas que existen". Actualmente, la única empresa del mundo capaz de fabricar máquinas de litografía de alta gama es la neerlandesa ASML, mientras que las japonesas Nikon y Canon fabrican máquinas de litografía de gama media y baja. Su cuota de mercado supera el 80%.
El sistema de fotolitografía es fundamental para la fabricación de chips. La fotolitografía es el paso más complejo y crítico en el proceso de producción de chips semiconductores. Es un proceso largo y costoso. La dificultad y el punto clave en la producción de chips semiconductores radica en transferir el diagrama del circuito de la máscara a la oblea de silicio. Este proceso se logra mediante la fotolitografía. El nivel de calidad de la fotolitografía determina directamente el nivel de rendimiento del chip.
Las máquinas de litografía de alta gama pueden considerarse la joya de la corona de la industria óptica moderna. Su fabricación es sumamente compleja. Actualmente, la máquina de litografía ultravioleta extrema (EUV) más avanzada de ASML puede producir chips con un proceso de 5 nm. El precio de una sola máquina de litografía supera los 100 millones de dólares estadounidenses. Las máquinas de litografía de fabricación totalmente independiente de China solo alcanzan actualmente un proceso de 90 nm, lo que representa una gran brecha.
¿Cuál es la dificultad de desarrollar una máquina de fotolitografía? Las máquinas de litografía incorporan numerosas tecnologías avanzadas, como la integración de sistemas, la óptica de precisión, el movimiento preciso, la transmisión precisa de materiales y el control microambiental de alta precisión. Son los equipos tecnológicamente más avanzados entre todos los equipos de fabricación de semiconductores. Para que ASML pueda obtener la tecnología más avanzada del mundo en las distintas partes del equipo, más del 90 % de los componentes de sus máquinas de litografía se adquieren externamente. ASML reúne las tecnologías más vanguardistas del mundo en investigación y desarrollo tecnológico, como la tecnología mecánica alemana, las lentes Zeiss de alta gama alemanas, las fuentes de luz y los equipos de medición estadounidenses, etc. Se puede decir que las máquinas de litografía de alta gama de ASML son "el fruto de la sabiduría humana".
Principales fabricantes internacionales:ASML (Países Bajos)
Fabricante chino:PYME Shanghai Microelectrónica
La CPU es un circuito integrado de gran escala, que constituye el núcleo de cálculo y control de un ordenador. Su función principal es interpretar las instrucciones del ordenador y procesar los datos en el software. La unidad central de procesamiento incluye principalmente unidades aritméticas (unidades de operaciones aritméticas y lógicas) y memorias caché, así como los buses de datos, control y estado que establecen las conexiones entre ellas. Junto con la memoria interna y los dispositivos de entrada/salida, conforma los tres componentes principales de un ordenador electrónico. La CPU se basa en las instrucciones del sistema de cálculo y control. Cada CPU está diseñada con una serie de sistemas de instrucciones que se adaptan a sus circuitos de hardware. La robustez de las instrucciones es también un indicador importante de la CPU. El conjunto de instrucciones es una de las herramientas más eficaces para mejorar la eficiencia de los microprocesadores.
En Estados Unidos, Intel y AMD dominan casi la totalidad del mercado mundial de PC. Los procesadores nacionales se utilizan no solo en ámbitos profesionales como dispositivos integrados y servidores, sino también en el mercado de consumo. Debido a las grandes diferencias en los sectores objetivo y de aplicación, los distintos tipos de procesadores nacionales generan diferentes percepciones entre los consumidores chinos. Por ejemplo, Feiteng y Shenwei, marcas dirigidas específicamente a servidores, no son muy conocidas.
Las CPU se desarrollan rápidamente, y la frecuencia principal, la potencia de cálculo y el consumo de energía son indicadores importantes para medir su rendimiento. Como país que se incorporó tarde al mercado, el nivel de investigación y desarrollo de China siempre está muy por detrás del nivel avanzado mundial. Por ejemplo, el rendimiento de Loongson parece estar siempre por detrás del de Intel. Loongson es una CPU de propósito general desarrollada de forma independiente por el Instituto de Tecnología Informática de la Academia China de Ciencias. Utiliza el conjunto de instrucciones RISC, similar al conjunto de instrucciones MIPS. Sin embargo, el exitoso desarrollo de Loongson ha ayudado al ferrocarril de alta velocidad de Fuxing a lograr una producción 100% nacional, lo que ha permitido equipar el radar de fase J-20 de cuarta generación y los satélites Beidou con núcleos chinos.
En el campo de las CPU móviles, la posición de Qualcomm sigue siendo inamovible. La CPU Kirin de Huawei HiSilicon es bastante buena, aunque se apoya en el gigante británico ARM. Unisoc también ha logrado avances en chips para CPU móviles. Sin embargo, lo preocupante es que Estados Unidos ha intensificado recientemente sus sanciones contra Huawei en un intento por restringir su desarrollo en el campo de los semiconductores. El futuro de la CPU Kirin aún es incierto.
Principales fabricantes internacionales:Intel (EE. UU.), AMD (EE. UU.)
Fabricante chino:Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (CPU Loongson), Tianjin Feiteng (CPU Feiteng), Shanghai Zhaoxin (CPU Zhaoxin), etc.
Software de diseño de chips EDA
Actualmente, existen tres importantes empresas de software EDA para circuitos integrados en el mundo: Mentor Graphics, Cadence y Synopsys. La cuota de mercado de estas tres empresas estadounidenses en la industria EDA prácticamente les ha otorgado un monopolio. En la actualidad, los únicos proveedores de EDA que cubren todo el proceso de diseño y producción de chips son Cadence y Synopsys.
Los principales fabricantes de chips, como Intel, Apple y Qualcomm, necesitan adquirir software EDA y servicios relacionados de estas dos empresas. Las principales compañías chinas de diseño de chips, Huawei HiSilicon, Yangtze Memory y UNISOC, también compran software de diseño EDA a estas empresas estadounidenses.
Los fabricantes nacionales de EDA, como BGI Jiutian, Xinhe Technology y Guangli Microelectronics, solo ofrecen algunas herramientas de diseño y no cubren toda la cadena de valor, incluyendo el diseño de circuitos integrados, el cableado, la verificación y la simulación. Además, la combinación del software EDA nacional con la tecnología avanzada es deficiente, y el soporte para chips con tecnología avanzada es insuficiente. Por lo tanto, las capacidades técnicas de las empresas nacionales de EDA están lejos de poder competir con las de estas empresas internacionales líderes.
Principales fabricantes internacionales:Mentor Graphics (EE. UU.), Cadence (EE. UU.), Synopsys (EE. UU.)
Fabricante chino:BGI Jiutian, Tecnología Xinhe, Guangli Micro, etc.
DRAM es la memoria de acceso aleatorio dinámico, la memoria de sistema más común. Micron de Estados Unidos, Samsung de Corea del Sur y SK Hynix ocupan posiciones de monopolio absoluto y dominan el mercado de DRAM.
Las tres principales empresas chinas de chips de memoria, Yangtze Memory, Hefei Changxin y GigaDevice, han comenzado a diseñar y producir chips de memoria, lo que se espera que rompa el monopolio de los chips de memoria que ostentan Corea del Sur, Estados Unidos y Japón.
Este año, Yangtze Memory logró la producción en masa de memoria flash 3D NAND de 64 capas basada en la arquitectura Xtacking. Posteriormente, omitieron directamente las 96 capas comunes en la industria y desarrollaron con éxito una memoria flash 3D NAND de 128 capas.
En 2019, Hefei Changxin logró la producción en masa de memoria DDR4 de 8 GB utilizando el proceso de 19 nm, y este año comercializará oficialmente la memoria DDR4 Guangweiyi PRO, desarrollada de forma independiente, y la introducirá en el mercado de consumo.
GigaDevice ocupa el primer lugar en cuota de mercado nacional de memoria flash NOR y es uno de los tres principales proveedores de memoria flash NOR a nivel mundial. Actualmente se está expandiendo gradualmente hacia la memoria flash NAND y está desarrollando activamente su negocio de memoria DRAM.
La DRAM es la tecnología con más probabilidades de producirse en masa a nivel local entre las tecnologías de semiconductores clave que necesitan superarse, y vale la pena estar al tanto de ello.
Principales fabricantes internacionales:Micron (EE. UU.), Samsung (Corea del Sur), SK Hynix (Corea del Sur), etc.
Fabricante chino:Almacenamiento en el río Yangtze, Hefei Changxin, GigaDevice
chip de radiofrecuencia ultra alta
Un chip de radiofrecuencia es un componente electrónico que convierte la señal de radio en una forma de onda específica y la transmite mediante resonancia de antena. La arquitectura del chip de radiofrecuencia consta de dos partes: el canal de recepción y el canal de transmisión. En los modos GSM y TD-SCDMA existentes, si el terminal admite una banda de frecuencia adicional, su chip de radiofrecuencia añadirá un canal de recepción. Sin embargo, la necesidad de un nuevo canal de transmisión depende de la relación entre la nueva banda de frecuencia y la original.
China es el mayor productor mundial de teléfonos móviles, pero no puede fabricar dispositivos de radiofrecuencia de alta gama. Esto requiere una sólida base de materiales, procesos y experiencia en diseño. Existen numerosas empresas nacionales dedicadas a la fabricación de chips de radiofrecuencia de gama baja y media, que también ocupan una parte considerable del mercado. Sin embargo, en el campo de los chips de radiofrecuencia de alta gama, aún hay mucho margen de crecimiento.
Principales fabricantes internacionales:Skyworks (EE. UU.), Qorvo Verizon (EE. UU.), etc.
Fabricante chino:Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro, etc.
El CPLD es un dispositivo derivado de los dispositivos PAL y GAL. Es relativamente grande y de estructura compleja, y pertenece al ámbito de los circuitos integrados de gran escala. Se trata de un circuito integrado digital que permite a los usuarios construir funciones lógicas según sus necesidades. El método de diseño básico consiste en utilizar una plataforma de software de desarrollo integrado para generar los archivos de destino correspondientes mediante diagramas esquemáticos, lenguajes de descripción de hardware y otros métodos, y luego transferir el código al chip de destino a través de un cable de descarga (programación "en sistema") para implementar el sistema digital diseñado.
FPGA es una matriz de puertas programables en campo, un producto derivado de dispositivos programables como PAL, GAL y CPLD. Se presenta como un circuito semicustomizado dentro del campo de los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), que no solo resuelve las deficiencias de los circuitos personalizados, sino que también supera las limitaciones del número reducido de puertas en los dispositivos programables originales.
Las barreras de entrada a la industria de las FPGA son elevadas. En los últimos diez años, más de 60 empresas, entre ellas Intel, IBM, Motorola, Philips, Toshiba y Samsung, han intentado incursionar en este sector. A excepción de Intel, que logró entrar con éxito mediante la adquisición de Altera por 16.7 millones de dólares, las demás empresas fracasaron. En el mercado actual de las FPGA, los gigantes se encuentran en Estados Unidos, como Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago, Cypress, etc., cada uno con su propia ventaja competitiva. Xilinx es líder mundial en FPGA, con decenas de millones de puertas lógicas y tecnología de 16 nanómetros; Actel es pionera en antifusibles y en productos de grado aeroespacial. Los productos de las demás empresas son chips centrales indispensables para productos industriales, militares y aeroespaciales. También son las deficiencias y la principal fuente de sufrimiento para los países de todo el mundo que participan en tecnologías de vanguardia. Entre ellas, dos empresas, Xilinx y Altera, representan el 90% de la cuota de mercado. Existe una gran brecha entre los fabricantes nacionales y extranjeros en términos de nivel técnico. Aunque hay cientos de fabricantes nacionales de FPGA compitiendo, se distribuyen básicamente en el mercado de gama media a baja. La mayoría de ellos son FPGA con un nivel de compuertas de aproximadamente 10 millones. Si bien se han desarrollado de forma independiente algunas FPGA con un nivel de compuertas de 20 millones, las FPGA de nivel de compuertas de China Electronics Technology (35 millones) y China Electronics (70 millones) representan un importante avance tecnológico.
Tongchuang continúa liderando el desarrollo de la industria FPGA de China. Tras lograr la producción en masa y el envío del primer producto FPGA de 10 millones de puertas en China, aceleró el desarrollo y, sucesivamente, complementó y mejoró todos los modelos de dispositivos de gama media y baja con una escala inferior a 30 millones de puertas. Entre ellos, se encuentra la gama completa de dispositivos Logos y Compact, que ya se producen en masa. Todos los dispositivos de las series Logos2 y Titan2 se lanzarán a producción en masa este año, lo que permitirá satisfacer las necesidades de todas las aplicaciones nacionales de gama media y baja. Su cuota de mercado ronda el 60%, lo que básicamente satisface las necesidades de desarrollo estable de la industria de la información electrónica de China.
Principales fabricantes extranjeros:Xilinx (EE. UU.), Altera (EE. UU.), etc.
Fabricante chino:Shenzhen Unisoc, Shanghai Fudan Microelectronics, Beijing Microelectronics, etc.
Un chip DSP es un chip capaz de implementar tecnología de procesamiento digital de señales. Su arquitectura interna utiliza una estructura Harvard que separa el programa de los datos. Cuenta con un multiplicador de hardware dedicado, utiliza ampliamente operaciones en pipeline y proporciona instrucciones DSP especiales que permiten implementar rápidamente diversos algoritmos de procesamiento digital de señales.
Los chips DSP han experimentado un rápido desarrollo desde su creación. Por un lado, se benefician del desarrollo de los circuitos integrados y, por otro, del enorme mercado existente. En tan solo dos décadas, los chips DSP se han utilizado ampliamente en el procesamiento de señales, comunicaciones, radar, procesamiento de imágenes, aplicaciones militares, instrumentación, automatización y muchos otros campos.
Actualmente, el mercado global de chips DSP sigue monopolizado por gigantes como Texas Instruments, ADI, Freescale y Motorola, líderes en este sector. Los chips DSP nacionales comenzaron a desarrollarse más tarde. En 2006, el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica número 14 de China y Loongson Corporation colaboraron en el desarrollo de chips DSP nacionales. El rendimiento del chip "Hua Rui n.° 1", desarrollado en 2012, superó al del MPC8640D de Freescale. En 2017, el chip DSP nacional "Hua Rui n.° 2" salió al mercado.
Principales fabricantes extranjeros:TI Texas Instruments (EE. UU.), ADI Analog Devices (EE. UU.), etc.
Fabricante chino:CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Beijing Zhongxing Microelectronics, etc.
También conocido como núcleo de pantalla, procesador visual o chip de pantalla, es un microprocesador especializado en el procesamiento de imágenes en ordenadores personales, estaciones de trabajo, consolas de videojuegos y algunos dispositivos móviles (como tabletas, teléfonos inteligentes, etc.). Su función es convertir y gestionar la información de visualización que requiere el sistema informático, proporcionar señales de escaneo lineal a la pantalla y controlar su correcta visualización. Es un componente esencial que conecta la pantalla con la placa base del ordenador personal y, además, es uno de los dispositivos clave para la interacción persona-ordenador.
Cuando se habla de GPU, lo primero que viene a la mente es NVIDIA, que ocupa más de la mitad del mercado mundial de GPU, y las GPU de AMD también tienen su lugar. Las empresas chinas de GPU aún no han alcanzado una escala masiva, y las tecnologías relacionadas también se están desarrollando activamente. Actualmente, las empresas nacionales que investigan GPU incluyen Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, el Instituto 709 de la Corporación de la Industria de Construcción Naval de China, el Instituto 631 de AVIC, etc. Según el editor de OFweek Electronic Engineering Network, el Lingjiu GP101 desarrollado por la Corporación de la Industria de Construcción Naval de China con derechos de propiedad intelectual completamente independientes ha llenado el vacío en el campo de las tarjetas gráficas nacionales de China. El Lingjiu GP101 es un chip de procesamiento gráfico de alto rendimiento y bajo consumo. En comparación con fabricantes avanzados como los de Europa y Estados Unidos, todavía hay un largo camino por recorrer. Aún queda mucho camino por recorrer antes de que pueda alcanzar el nivel de liderazgo mundial.
Principales fabricantes extranjeros:Imagination (Reino Unido), Qualcomm (EE. UU.), NVIDIA (EE. UU.), AMD (EE. UU.), etc.
Fabricante chino:Jingjiawei, Shanghái Zhaoxin
La MPU también se conoce como microprocesador o unidad de protección de memoria. La MPU es un chip individual, mientras que el chipset se compone de varios chips. En sus inicios, llegaron a tener hasta 7 u 8 chips, pero actualmente la mayoría se combinan en dos, generalmente denominados chip puente norte y chip puente sur. La MPU es el centro de cálculo, procesamiento y control del ordenador. Algunos la denominan el "corazón del ordenador".
Proveedores como Intel, Qualcomm, Samsung, Freescale, MediaTek y Spreadtrum son líderes en este mercado. La cuota de mercado nacional de MPU es muy pequeña, casi nula, y empresas como BGI, Huawei y Unisoc están intensificando la investigación y el desarrollo de tecnologías relacionadas.
Principales fabricantes extranjeros:Intel (Reino Unido), Qualcomm (EE. UU.), Freescale (EE. UU.), etc.
Fabricante chino:Unisoc, MediaTek
Materias primas para semiconductores
Los materiales para la fabricación de semiconductores incluyen principalmente obleas de silicio, gases de electrones, fotomáscaras, productos químicos de soporte para fotorresistencias, materiales de pulido, fotorresistencias, productos químicos húmedos y objetivos de pulverización catódica.
La industria mundial de materiales semiconductores sigue estando dominada por Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, Alemania y otros países. Los materiales semiconductores chinos han logrado grandes avances en campos específicos como objetivos, sustratos de encapsulado, fluidos de pulido, fotorresistencias y otros productos. Si bien los estándares técnicos de algunos productos han alcanzado el nivel de excelencia mundial, el nivel general aún está muy por debajo del estándar internacional.
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