Dix technologies clés que mon pays ne maîtrise pas dans le domaine des semi-conducteurs
L'industrie des semi-conducteurs présente une structure pyramidale classique. Plus on monte dans la chaîne de valeur, moins il y a d'entreprises, plus la valeur de la production est élevée et plus la complexité technique est grande. En raison d'un démarrage tardif, d'un manque de technologies clés et d'une pénurie de talents, le développement des semi-conducteurs en Chine a été fortement freiné. Faute de maîtriser les technologies clés, il est souvent confronté à des obstacles de la part d'autres acteurs. À ce jour, le secteur des puces critiques reste dépendant des importations.
The ZTE incident in 2018 is still fresh in our minds! Not long ago, the United States relied on the core semiconductor technology and equipment it mastered to upgrade its sanctions on Huawei in an attempt to restrict Huawei and my country's development in the high-tech field!
The United States has picked up their "technological" spear and pierced my country's "core shortage" weakness. While sounding the alarm for my country's semiconductor industry, it has also made many people and many companies realize that relying on American technology is unreliable. Only by mastering core technology and getting rid of technology dependence is the right way!
At present, our country has raised the development of the semiconductor industry to a strategic height, listed the semiconductor industry as a national key development industry, invested a lot of money and talents in order to achieve technological breakthroughs, and strive to embark on the road of independent research and development and self-sufficiency as soon as possible. What currently awaits breakthroughs are the core technologies in the following areas.
Machine de photolithographie haut de gamme
En tant qu'équipements essentiels de l'industrie des circuits intégrés, les machines de lithographie sont considérées comme « les machines les plus sophistiquées et complexes au monde ». Actuellement, seule la société néerlandaise ASML est capable de fabriquer des machines de lithographie haut de gamme, tandis que les japonaises Nikon et Canon produisent des machines de milieu et d'entrée de gamme. Leur part de marché dépasse 80 %.
Le système de photolithographie est au cœur de la fabrication des puces. La photolithographie est l'étape la plus complexe et critique du processus de production des semi-conducteurs. Elle est longue et coûteuse. La difficulté et le point clé de la production de puces semi-conductrices résident dans le transfert du schéma du circuit du masque à la plaquette de silicium. Ce processus est réalisé par photolithographie. La qualité de la photolithographie détermine directement la qualité de fabrication et les performances de la puce.
Les machines de lithographie haut de gamme représentent le fleuron de l'industrie optique moderne. Leur fabrication est extrêmement complexe. La machine de lithographie ultraviolette extrême EUV la plus avancée d'ASML permet actuellement de produire des puces gravées en 5 nm. Le prix d'une seule machine dépasse les 100 millions de dollars américains. Les machines de lithographie entièrement produites en Chine, quant à elles, n'atteignent pour l'instant que la gravure en 90 nm, ce qui représente un écart considérable.
Quelles sont les difficultés liées au développement d'une machine de photolithographie ? Les machines de lithographie font appel à de nombreuses technologies de pointe, telles que l'intégration de systèmes, l'optique de précision, le mouvement de précision, la transmission précise des matériaux et le contrôle de micro-environnement de haute précision. Elles représentent les équipements les plus sophistiqués de l'industrie des semi-conducteurs. Afin de bénéficier des technologies les plus avancées au monde pour l'ensemble de ses machines, ASML s'approvisionne à hauteur de 90 % auprès de fournisseurs externes. ASML réunit les technologies les plus pointues au monde en matière de recherche et développement, notamment la mécanique allemande, les lentilles Zeiss de haute qualité, les sources lumineuses et les instruments de mesure américains. On peut affirmer que les machines de lithographie haut de gamme d'ASML sont le fruit du savoir-faire humain.
Top international manufacturers:ASML (Pays-Bas)
Fabricant chinois :SMEE Shanghai Microélectronique
Le processeur (CPU) est un circuit intégré à très grande échelle, qui constitue le cœur de calcul et de contrôle d'un ordinateur. Sa fonction principale est d'interpréter les instructions et de traiter les données des logiciels. L'unité centrale de traitement comprend principalement des unités arithmétiques (unités d'opérations arithmétiques et logiques) et des mémoires cache, ainsi que les bus de données, de contrôle et d'état qui assurent leur interconnexion. Avec la mémoire interne et les périphériques d'entrée/sortie, elle forme l'un des trois composants essentiels d'un ordinateur. Le processeur s'appuie sur les instructions du système de calcul et de contrôle. Chaque processeur est conçu avec un ensemble de jeux d'instructions adaptés à ses circuits matériels. La robustesse de ces instructions est un indicateur important des performances du processeur. Le jeu d'instructions est l'un des outils les plus efficaces pour améliorer l'efficacité des microprocesseurs.
Aux États-Unis, Intel et AMD dominent la quasi-totalité du marché mondial des PC. Les processeurs chinois, quant à eux, sont utilisés non seulement dans des secteurs professionnels comme les systèmes embarqués et les serveurs, mais aussi sur le marché grand public. Du fait de ces différences importantes de cibles et de domaines d'application, les différents types de processeurs chinois sont perçus différemment par les consommateurs chinois. Par exemple, les marques Feiteng et Shenwei, spécifiquement destinées aux serveurs, sont peu connues.
Les processeurs évoluent rapidement, et la fréquence principale, la puissance de calcul et la consommation d'énergie sont des indicateurs essentiels pour mesurer leurs performances. Arrivée tardivement sur ce marché, la Chine accuse un retard considérable en matière de recherche et développement par rapport aux leaders mondiaux. Par exemple, les performances du Loongson semblent toujours inférieures à celles d'Intel. Le Loongson est un processeur généraliste développé indépendamment par l'Institut de technologie informatique de l'Académie chinoise des sciences. Il utilise l'architecture RISC, similaire à l'architecture MIPS. Cependant, le succès du développement du Loongson a permis à la ligne ferroviaire à grande vitesse Fuxing d'atteindre une production 100 % nationale, et a rendu possible l'équipement des radars à balayage électronique J-20 de quatrième génération et des satellites Beidou avec des cœurs chinois.
In the field of mobile CPUs, Qualcomm's position is still unshakable. Huawei HiSilicon's Kirin CPU is good enough, although it stands on the shoulders of the British giant ARM. Unisoc has also made some achievements in mobile CPU chips. But what is irritating is that the United States has recently escalated its sanctions on Huawei in an attempt to restrict Huawei's development in the field of semiconductor chips. The future of Kirin CPU is still unknown.
Top international manufacturers:Intel Intel (USA), AMD (USA)
Fabricant chinois :Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (Loongson CPU), Tianjin Feiteng (Feiteng CPU), Shanghai Zhaoxin (Zhaoxin CPU), etc.
Il existe actuellement trois grands fournisseurs de logiciels de conception électronique pour circuits intégrés (EDA) dans le monde : Mentor Graphics, Cadence et Synopsys. La part de marché de ces trois entreprises américaines dans le secteur de l'EDA est telle qu'elle a quasiment constitué un monopole. À l'heure actuelle, seuls Cadence et Synopsys sont capables de couvrir l'intégralité du processus de conception et de production de puces.
Major chip production and design manufacturers such as Intel, Apple and Qualcomm all need to purchase EDA software and related services from these two companies. China's top chip design companies Huawei HiSilicon, Yangtze Memory, and UNISOC all purchase EDA design software from these American companies.
Domestic EDA manufacturers BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Microelectronics, etc. can only provide some EDA design tools and cannot provide EDA tools covering the entire industry chain such as IC design, wiring, verification and simulation. Moreover, the combination of domestic EDA software and advanced technology is not good, and there is insufficient support for chips with advanced technology. Therefore, the technical capabilities of domestic EDA companies are far from being able to compete with these top international EDA companies.
Top international manufacturers:Mentor Graphics (États-Unis), Cadence (États-Unis), Synopsys (États-Unis)
Fabricant chinois :BGI Jiutian, technologie Xinhe, Guangli Micro, etc.
DRAM is dynamic random access memory, the most common system memory. Micron of the United States, Samsung of South Korea and SK Hynix occupy absolute monopoly positions and dominate the DRAM market.
Les trois principales entreprises chinoises de puces mémoire, Yangtze Memory, Hefei Changxin et GigaDevice, ont commencé à concevoir et à mettre en production des puces mémoire, ce qui devrait briser le monopole des puces mémoire détenu par la Corée du Sud, les États-Unis et le Japon.
Yangtze Memory achieved mass production of 64-layer 3D NAND flash memory based on the Xtacking architecture this year. Then they directly skipped the 96 layers common in the industry and successfully developed 128-layer 3D NAND flash memory.
Hefei Changxin a réussi la production en série de mémoire DDR4 8G utilisant le procédé 19 nm en 2019, et commercialisera officiellement cette année la mémoire Guangweiyi PRO DDR4 développée indépendamment et l'introduira sur le marché grand public.
GigaDevice occupe la première place du marché coréen de la mémoire flash NOR et figure parmi les trois principaux fournisseurs mondiaux. L'entreprise se développe progressivement sur le marché de la mémoire flash NAND et lance activement son activité DRAM.
Parmi les technologies de semi-conducteurs fondamentales qui doivent encore être maîtrisées, la DRAM est celle qui a le plus de chances d'être produite en masse localement, et il vaut la peine de s'y intéresser de près.
Top international manufacturers:Micron (États-Unis), Samsung (Corée du Sud), SK Hynix (Corée du Sud), etc.
Fabricant chinois :Stockage du fleuve Yangtze, Hefei Changxin, GigaDevice
Puce à radiofréquence ultra haute
Une puce radiofréquence est un composant électronique qui convertit un signal de communication radio en une forme d'onde spécifique et l'émet par résonance d'antenne. Son architecture comprend deux parties : le canal de réception et le canal d'émission. Pour les modes GSM et TD-SCDMA existants, si le terminal prend en charge une bande de fréquence supplémentaire, sa puce radiofréquence ajoutera un canal de réception en conséquence. La nécessité d'un nouveau canal d'émission dépend quant à elle de la compatibilité entre la nouvelle bande de fréquence et la bande de fréquence d'origine.
China is the world's largest mobile phone producer, but it cannot produce high-end mobile phone radio frequency devices. This requires a solid accumulation of materials, processes and design experience. There are many domestic companies engaged in low-end and mid-range radio frequency chips, and they also occupy a considerable part of the market. However, in the field of high-end radio frequency chips, there is still a lot of room for growth.
Top international manufacturers:Skyworks (États-Unis), Qorvo Verizon (États-Unis), etc.
Fabricant chinois :Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro, etc.
Le CPLD est un dispositif dérivé des PAL et GAL. De taille relativement importante et de structure complexe, il appartient à la catégorie des circuits intégrés à grande échelle. C'est un circuit intégré numérique permettant de réaliser des fonctions logiques selon les besoins. La méthode de conception de base consiste à utiliser une plateforme logicielle de développement intégré pour générer les fichiers cibles correspondants à partir de schémas, de langages de description matérielle et d'autres méthodes, puis à transférer le code vers la puce cible via un câble de téléchargement (programmation « in-system ») afin de réaliser le système numérique conçu.
Un FPGA (Field Programmable Gate Array) est une évolution des dispositifs programmables tels que les PAL, GAL et CPLD. Il s'agit d'un circuit semi-personnalisé dans le domaine des circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC), qui pallie les limitations des circuits personnalisés et s'affranchit du nombre limité de portes logiques des dispositifs programmables d'origine.
Les barrières à l'entrée sur le marché des FPGA sont élevées. Ces dix dernières années, plus de 60 entreprises, dont Intel, IBM, Motorola, Philips, Toshiba et Samsung, ont tenté de s'y implanter. À l'exception d'Intel, qui a réussi son entrée sur ce marché grâce à l'acquisition d'Altera pour 16.7 milliards de dollars, les autres ont échoué. Sur le marché actuel des FPGA, les géants sont tous basés aux États-Unis : Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago, Cypress, etc. Chacun possède un atout majeur. Xilinx est le leader mondial des FPGA, notamment en termes de dizaines de millions de portes logiques et de finesse de gravure de 16 nanomètres. Actel est pionnier dans le domaine des antifusibles et des produits de qualité aérospatiale. Les produits des autres entreprises constituent des puces essentielles pour les applications industrielles, militaires et aérospatiales. Ce sont également les principaux points faibles et la source de difficultés pour les pays du monde entier engagés dans les technologies de pointe. Parmi ces technologies, deux entreprises, Xilinx et Altera, détiennent 90 % des parts de marché. Il existe un écart important entre les fabricants nationaux et étrangers en termes de niveau technique. Bien que des centaines de fabricants nationaux de FPGA soient en concurrence, ils se concentrent essentiellement sur le segment moyen et bas de gamme. La plupart de leurs FPGA comportent environ 10 millions de portes logiques. Quelques FPGA à 20 millions de portes logiques sont toutefois développés indépendamment. Les FPGA à 35 millions de portes logiques de China Electronics Technology et à 70 millions de portes logiques de China Electronics constituent une avancée technologique majeure.
Tongchuang continues to lead the development of China's FPGA industry. After achieving mass production and shipment of China's first 10-million-gate FPGA product, it accelerated the development and successively supplemented and improved all product models of mid- and low-end devices with a scale of less than 30 million gates. Among them, the full range of Logos and Compact devices have been mass-produced. All Logos2 and Titan2 series devices will be launched into mass production this year, which can meet the needs of all domestic mid- and low-end applications. The market share covers about 60%, which can basically meet the stable development needs of China's electronic information industry.
Top foreign manufacturers:Xilinx (États-Unis), Altera (États-Unis), etc.
Fabricant chinois :Shenzhen Unisoc, Shanghai Fudan Microelectronics, Beijing Microelectronics, etc.
Une puce DSP est une puce capable de mettre en œuvre des technologies de traitement numérique du signal. Son architecture interne, de type Harvard, sépare le programme des données. Elle intègre un multiplicateur matériel dédié, utilise largement les opérations en pipeline et fournit des instructions DSP spécifiques permettant d'implémenter rapidement divers algorithmes de traitement numérique du signal.
Les puces DSP ont connu un développement fulgurant depuis leur apparition. Elles bénéficient à la fois des progrès réalisés dans le domaine des circuits intégrés et de l'immense marché existant. En seulement deux décennies, les puces DSP se sont largement imposées dans le traitement du signal, les communications, les radars, l'imagerie, le secteur militaire, l'instrumentation, l'automatisation et bien d'autres domaines.
À l'heure actuelle, le marché mondial des puces DSP reste dominé par des géants tels que Texas Instruments, ADI, Freescale et Motorola. Le marché chinois des puces DSP a démarré plus tard. En 2006, le 14e Institut chinois de recherche sur l'énergie électrique et la société Loongson ont collaboré au développement de puces DSP chinoises. Les performances de la puce « Hua Rui n° 1 », développée en 2012, étaient supérieures à celles de la MPC8640D de Freescale. En 2017, la puce DSP chinoise « Hua Rui n° 2 » a été commercialisée.
Top foreign manufacturers:TI Texas Instruments (États-Unis), ADI Analog Devices (États-Unis), etc.
Fabricant chinois :CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Pékin Zhongxing Microelectronics, etc.
Également appelé cœur d'affichage, processeur visuel ou puce d'affichage, il s'agit d'un microprocesseur spécialisé dans le traitement d'images sur les ordinateurs personnels, les stations de travail, les consoles de jeux et certains appareils mobiles (tablettes, smartphones, etc.). Son rôle est de convertir et de gérer les informations d'affichage nécessaires au système informatique, de fournir des signaux de balayage de lignes à l'écran et d'en contrôler l'affichage. Composant essentiel assurant la liaison entre l'écran et la carte mère de l'ordinateur, il constitue également un élément clé du dialogue homme-machine.
En matière de GPU, NVIDIA vient immédiatement à l'esprit, détenant plus de la moitié du marché mondial. Les GPU d'AMD y occupent également une place importante. Les entreprises chinoises spécialisées dans les GPU n'ont pas encore atteint une envergure considérable et les technologies associées sont activement développées. Parmi les entreprises nationales menant des recherches sur les GPU, on peut citer Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, l'Institut 709 de la China Shipbuilding Industry Corporation et l'Institut 631 d'AVIC. Selon un rédacteur d'OFweek Electronic Engineering Network, le Lingjiu GP101, développé par la China Shipbuilding Industry Corporation et bénéficiant de droits de propriété intellectuelle entièrement indépendants, a ouvert la voie à une innovation majeure en Chine dans le domaine des cartes graphiques. Le Lingjiu GP101 est une puce de traitement graphique haute performance et basse consommation. Comparé aux fabricants de pointe européens et américains, il reste encore du chemin à parcourir avant qu'il n'atteigne le niveau des leaders mondiaux.
Top foreign manufacturers:Imagination (Royaume-Uni), Qualcomm (États-Unis), NVIDIA (États-Unis), AMD (États-Unis), etc.
Fabricant chinois :Jingjiawei, Shanghai Zhaoxin
L'unité de traitement mémoire (MPU), également appelée microprocesseur ou unité de protection de la mémoire, est une puce unique, tandis que le chipset est composé de plusieurs puces. Autrefois, on en comptait jusqu'à sept ou huit, mais aujourd'hui, la plupart sont regroupées en deux puces, généralement appelées pont nord et pont sud. L'unité de traitement mémoire est le centre de calcul, de décision et de contrôle de l'ordinateur. Certains la considèrent comme son « cœur ».
Des fournisseurs tels qu'Intel, Qualcomm, Samsung, Freescale, MediaTek et Spreadtrum dominent ce marché. La part de marché nationale des microprocesseurs est très faible, voire nulle, et des entreprises comme BGI, Huawei et Unisoc intensifient leurs efforts de recherche et développement sur les technologies connexes.
Top foreign manufacturers:Intel (Royaume-Uni), Qualcomm (États-Unis), Freescale (États-Unis), etc.
Fabricant chinois :Unisoc, MediaTek
matières premières pour semi-conducteurs
Les matériaux utilisés pour la fabrication des semi-conducteurs comprennent principalement les plaquettes de silicium, les gaz d'électrons, les photomasques, les produits chimiques de support de la photorésine, les matériaux de polissage, les photorésines, les produits chimiques liquides et les cibles de pulvérisation.
L'industrie mondiale des matériaux semi-conducteurs reste largement dominée par le Japon, les États-Unis, la Corée du Sud, l'Allemagne et d'autres pays. La Chine a réalisé des progrès considérables dans le domaine des cibles, des substrats d'encapsulation, des fluides de polissage, des résines photosensibles et d'autres produits. Si les normes techniques de certains produits ont atteint un niveau d'excellence mondial, le niveau global demeure encore loin de ce niveau international.
Disclaimer: This article is reproduced from "IoT IQ". This article only represents the author's personal views and does not represent the views of Sacco Micro and the industry. It is only for reprinting and sharing and supports the protection of intellectual property rights. Please indicate the original source and author for reprinting. If there is any infringement, please contact us to delete it.
粤公网安备44030002007346号