לתעשיית המוליכים למחצה יש מבנה "פירמידה" טיפוסי. ככל שיש יותר במעלה הזרם, כך יש פחות חברות, כך ערך התפוקה גדול יותר והקושי הטכני גבוה יותר. עקב התחלה מאוחרת, היעדר טכנולוגיות ליבה ומחסור בכישרונות, פיתוח המוליכים למחצה במדינה שלי הוגבל מאוד. עקב כישלון בשליטה בטכנולוגיות ליבה, הוא נחסם לעתים קרובות על ידי אחרים. עד כה, תחום השבבים המרכזי עדיין מסתמך על יבוא.
תקרית ZTE בשנת 2018 עדיין טרייה בזיכרוננו! לא מזמן, ארצות הברית הסתמכה על טכנולוגיית המוליכים למחצה וציוד מרכזיים ששלטה בהם כדי לשדרג את הסנקציות שלה על וואווי, בניסיון להגביל את התפתחות וואווי ומדינתי בתחום ההיי-טק!
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!
כיום, ארצנו העלתה את פיתוח תעשיית המוליכים למחצה לשיא אסטרטגי, רשמה את תעשיית המוליכים למחצה כתעשיית פיתוח מרכזית לאומית, השקיעה כסף וכישרונות רבים על מנת להשיג פריצות דרך טכנולוגיות, ושואפת לצאת לדרך של מחקר ופיתוח עצמאיים ועצמאות בהקדם האפשרי. מה שמחכה כעת לפריצות דרך הן טכנולוגיות הליבה בתחומים הבאים.
מכונת פוטוליתוגרפיה יוקרתית
כציוד הליבה של תעשיית המעגלים המשולבים, מכונות ליתוגרפיה נקראות "המכונות המתוחכמות והמורכבות ביותר באנושות". נכון לעכשיו, החברה היחידה בעולם שיכולה לייצר מכונות ליתוגרפיה מתקדמות היא ASML ההולנדית, בעוד שניקון וקנון היפניות מייצרות מכונות ליתוגרפיה ברמה בינונית עד נמוכה. נתח השוק שלהן עולה על 80%.
מערכת פוטוליתוגרפיה היא ליבת ייצור השבבים. פוטוליתוגרפיה היא שלב התהליך המורכב והקריטי ביותר בתהליך ייצור שבבי מוליכים למחצה. היא גוזלת זמן ויקרה. הקושי והנקודה המרכזית בייצור שבבי מוליכים למחצה היא העברת תרשים המעגל מהמסכה לפרוסת הסיליקון. תהליך זה מושג באמצעות פוטוליתוגרפיה. רמת התהליך של הפוטוליתוגרפיה קובעת ישירות את רמת התהליך ורמת הביצועים של השבב.
מכונות ליתוגרפיה מתקדמות יכולות להיקרא פרח התעשייה האופטית המודרנית. הן קשות מאוד לייצור. כיום, מכונת הליתוגרפיה האולטרה סגולה קיצונית EUV המתקדמת ביותר של ASML יכולה לייצר שבבים בתהליך של 5 ננומטר. מחירה של מכונת ליתוגרפיה בודדת עבר את ה-100 מיליון דולר. מכונות הליתוגרפיה המיוצרות באופן עצמאי לחלוטין של סין יכולות כיום להגיע רק לתהליך של 90 ננומטר, וזהו פער גדול.
מה הקושי בפיתוח מכונת פוטוליתוגרפיה? מכונות ליתוגרפיה כרוכות בטכנולוגיות מתקדמות רבות כגון שילוב מערכות, אופטיקה מדויקת, תנועה מדויקת, העברת חומרים מדויקת ובקרת מיקרו-סביבה מדויקת. הן הציוד המתקדם ביותר מבחינה טכנולוגית מבין כל ציוד ייצור המוליכים למחצה. על מנת ש-ASML תוכל להשיג את הטכנולוגיה המתקדמת ביותר בעולם בחלקים שונים של הציוד כולו, יותר מ-90% מהחלקים במכונות הליתוגרפיה של ASML נרכשים מבחוץ. ASML מאגדת את הטכנולוגיות המתקדמות ביותר בעולם במחקר ופיתוח טכנולוגי, כגון טכנולוגיה מכנית גרמנית, עדשות Zeiss המובילות בגרמניה, מקורות אור וציוד מדידה אמריקאיים וכו'. ניתן לומר שמכונות הליתוגרפיה המתקדמות של ASML הן "תוצר של חוכמה אנושית".
יצרנים בינלאומיים מובילים:ASML (הולנד)
יצרן סיני:מיקרואלקטרוניקה של שנחאי SMEE
מעבד (CPU) הוא מעגל משולב בקנה מידה גדול מאוד, שהוא ליבת המחשוב וליבת הבקרה של מחשב. תפקידו העיקרי הוא לפרש הוראות מחשב ולעבד נתוני עיבוד בתוכנות מחשב. יחידת העיבוד המרכזית כוללת בעיקר יחידות אריתמטיות (יחידות פעולה אריתמטיות ולוגיות) וזיכרונות מטמון, כמו גם את אפיקי הנתונים, הבקרה והסטטוס המיישמים את הקשרים ביניהם. יחד עם זיכרון פנימי והתקני קלט/פלט, זהו שלושת רכיבי הליבה של מחשב אלקטרוני. המעבד מסתמך על הוראות ממערכת המחשוב והבקרה. כל מעבד מתוכנן עם סדרה של מערכות הוראות התואמות את מעגלי החומרה שלו. עוצמת ההוראות היא גם אינדיקטור חשוב של המעבד. מערך ההוראות הוא אחד הכלים היעילים ביותר לשיפור יעילות המיקרו-מעבדים.
אינטל ו-AMD בארצות הברית תופסות כמעט את כל שוק המחשבים האישיים העולמי. תחומי היישומים של מעבדים ביתיים מכסים לא רק תחומים מקצועיים כמו התקנים משובצים וציוד שרתים, אלא גם את השוק האזרחי ברמת הצרכן. בשל ההבדלים העצומים ביעדי השירות ובתחומי היישומים, לסוגים שונים של מעבדים ביתיים יש תפיסות שונות בליבם של הסינים. לדוגמה, Feiteng ו-Shenwei, המיועדים במיוחד לשרתים, אינם ידועים.
מעבדים מתפתחים במהירות, ותדר עיקרי, כוח מחשוב וצריכת חשמל הם אינדיקטורים חשובים למדידת ביצועיהם. כסין, שמצטרפת מאוחר יותר, רמת המחקר והפיתוח של סין תמיד מפגרת הרחק אחרי הרמה המתקדמת בעולם. לדוגמה, נראה כי ביצועי Loongson תמיד מפגרים אחרי אינטל. Loongson הוא מעבד רב-תכליתי שפותח באופן עצמאי על ידי המכון לטכנולוגיית מחשוב, האקדמיה הסינית למדעים. הוא משתמש במערך הוראות RISC, הדומה למערך הוראות MIPS. עם זאת, הפיתוח המוצלח של Loongson עזר לרכבת המהירה של פוקסינג להשיג 100% ייצור מקומי, מה שאפשר לצייד את מכ"ם הפאזה J-20 מהדור הרביעי ואת לווייני Beidou בליבות סיניות.
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.
יצרנים בינלאומיים מובילים:Intel Intel (USA), AMD (USA)
יצרן סיני:Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (מעבד Loongson), Tianjin Feiteng (CPU Feiteng), Shanghai Zhaoxin (CPU Zhaoxin) וכו'.
כיום ישנן שלוש חברות תוכנה עיקריות בעולם בתחום ה-EDA במעגלים משולבים, והן Mentor Graphics, Cadence ו-Synopsys. נתח השוק של שלוש החברות האמריקאיות הללו בתעשיית ה-EDA כמעט והפכו למונופול. נכון לעכשיו, ספקיות ה-EDA היחידות שיכולות לכסות את כל תהליך תכנון וייצור השבבים הן Cadence ו-Synopsys.
יצרניות גדולות של ייצור ותכנון שבבים כמו אינטל, אפל וקוואלקום צריכות כולן לרכוש תוכנת EDA ושירותים נלווים משתי חברות אלו. חברות עיצוב השבבים המובילות בסין, Huawei HiSilicon, Yangtze Memory ו-UNISOC, רוכשות כולן תוכנת עיצוב EDA מחברות אמריקאיות אלו.
יצרניות EDA מקומיות כמו BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Microelectronics וכו' יכולות לספק רק חלק מכלי תכנון EDA ואינן יכולות לספק כלי EDA המכסים את כל שרשרת התעשייה כגון תכנון IC, חיווט, אימות וסימולציה. יתר על כן, השילוב של תוכנת EDA מקומית וטכנולוגיה מתקדמת אינו טוב, ואין תמיכה מספקת בשבבים עם טכנולוגיה מתקדמת. לכן, היכולות הטכניות של חברות EDA מקומיות רחוקות מלהתחרות בחברות EDA בינלאומיות מובילות אלו.
יצרנים בינלאומיים מובילים:Mentor Graphics (ארה"ב), Cadence (ארה"ב), Synopsys (ארה"ב)
יצרן סיני:BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Micro וכו'.
DRAM הוא זיכרון גישה אקראית דינמי, זיכרון המערכת הנפוץ ביותר. מיקרון מארצות הברית, סמסונג מדרום קוריאה ו-SK Hynix תופסות עמדות מונופול מוחלטות ושולטות בשוק ה-DRAM.
שלוש חברות שבבי הזיכרון הגדולות של סין, Yangtze Memory, Hefei Changxin ו-GigaDevice, החלו לפרוס ולהכניס לייצור שבבי זיכרון, מה שצפוי לשבור את המונופול על שבבי הזיכרון של דרום קוריאה, ארצות הברית ויפן.
חברת Yangtze Memory השיגה השנה ייצור המוני של זיכרון פלאש NAND תלת-ממדי בעל 64 שכבות המבוסס על ארכיטקטורת Xtacking. לאחר מכן, הם דילגו ישירות על 96 השכבות הנפוצות בתעשייה ופיתחו בהצלחה זיכרון פלאש NAND תלת-ממדי בעל 128 שכבות.
חברת Hefei Changxin השיגה ייצור המוני של זיכרון DDR4 בגודל 8G באמצעות תהליך 19nm בשנת 2019, ותמסחור רשמית את זיכרון ה-Guangweiyi PRO DDR4 שפותח באופן עצמאי השנה ותציג אותו לשוק הצרכנים.
GigaDevice מדורגת במקום הראשון בנתח השוק המקומי של זיכרון NOR Flash וגם אחת משלוש הספקיות המובילות של זיכרון NOR Flash בעולם. כיום היא מתרחבת בהדרגה לתחום זיכרון NAND Flash ופורסת באופן פעיל את עסקי ה-DRAM.
DRAM הוא בעל הסיכוי הגבוה ביותר לייצור המוני מקומי מבין טכנולוגיות המוליכים למחצה המרכזיות שצריך לפרוץ, וכדאי לצפות להן.
יצרנים בינלאומיים מובילים:מיקרון (ארה"ב), סמסונג (דרום קוריאה), SK Hynix (דרום קוריאה) ועוד.
יצרן סיני:אחסון נהר היאנגצה, Hefei Changxin, GigaDevice
שבב תדר רדיו מתייחס לרכיב אלקטרוני הממיר תקשורת אות רדיו לצורת גל מסוימת של אות רדיו ושולח אותו דרך תהודה של אנטנה. ארכיטקטורת שבב תדר הרדיו כוללת שני חלקים: ערוץ הקליטה וערוץ השידור. עבור מצבי GSM ו-TD-SCDMA הקיימים, אם המסוף תומך בפס תדרים נוסף, שבב תדר הרדיו שלו יוסיף ערוץ קליטה בהתאם, אך האם נדרש ערוץ שידור חדש תלוי ביחס בין פס התדרים החדש לפס התדרים המקורי.
סין היא יצרנית הטלפונים הניידים הגדולה בעולם, אך היא אינה יכולה לייצר מכשירי תדר רדיו מתקדמים לטלפונים ניידים. זה דורש הצטברות מוצקה של חומרים, תהליכים וניסיון עיצובי. ישנן חברות מקומיות רבות העוסקות בשבבי תדר רדיו בטווח נמוך ובינוני, והן גם תופסות חלק ניכר מהשוק. עם זאת, בתחום שבבי תדר הרדיו המתקדמים, עדיין יש הרבה מקום לצמיחה.
יצרנים בינלאומיים מובילים:סקייוורקס (ארה"ב), קורבו ורייזון (ארה"ב) וכו'.
יצרן סיני:Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro וכו'.
CPLD is a device developed from PAL and GAL devices. It is relatively large in scale and complex in structure, and belongs to the scope of large-scale integrated circuits. It is a digital integrated circuit that allows users to construct logical functions according to their own needs. The basic design method is to use an integrated development software platform to generate corresponding target files using schematic diagrams, hardware description languages and other methods, and then transfer the code to the target chip through a download cable ("in-system" programming) to realize the designed digital system.
FPGA הוא מערך שערים הניתן לתכנות בשטח, שהוא מוצר פיתוח נוסף המבוסס על התקנים ניתנים לתכנות כגון PAL, GAL ו-CPLD. הוא מופיע כמעגל חצי-מותאם אישית בתחום המעגלים המשולבים הספציפיים ליישום (ASIC), אשר לא רק פותר את החסרונות של מעגלים מותאמים אישית, אלא גם מתגבר על החסרונות של מספר השערים המוגבל בהתקנים הניתנים לתכנות המקוריים.
חסמי הכניסה לתעשיית ה-FPGA גבוהים. בעשר השנים האחרונות בערך, יותר מ-60 חברות, כולל אינטל, IBM, מוטורולה, פיליפס, טושיבה וסמסונג, ניסו להיכנס לתחום זה. מלבד אינטל, שנכנסה בהצלחה לתחום עם רכישת אלטרה תמורת 16.7 מיליארד דולר, החברות האחרות נכשלו. בשוק ה-FPGA הנוכחי, ענקיות ה-FPGA נמצאות כולן בארצות הברית, כמו Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago, Cypress וכו', שלכל אחת מהן יש נשק סודי ייחודי משלה. ביניהן, Xilinx היא המובילה העולמית ב-FPGA, המובילה בעשרות מיליוני שערים ו-16 ננומטרים; Actel היא חלוצה בתחום האנטי-פיוזים וחלוצה בתחום המוצרים בדרגת תעופה וחלל. מוצריה של כל חברה אחרת הם שבבי ליבה הכרחיים עבור מוצרים בדרגה תעשייתית, צבאית וחלל. הם גם החסרונות והמקור העיקרי לסבל עבור מדינות ברחבי העולם העוסקות בטכנולוגיה מתקדמת. ביניהן, שתי חברות, Xilinx ו-Altera, מהוות 90% מנתח השוק. קיים פער גדול בין יצרנים מקומיים ליצרנים זרים מבחינת הרמה הטכנית. למרות שיש מאות יצרני FPGA מקומיים המתמודדים, הם מפוזרים בעיקר בשוק הבינוני-נמוך. רובם FPGAs עם רמת שער של כ-10 מיליון. למרות שכמה FPGAs עם רמת שער של 20 מיליון פותחו באופן עצמאי. 35 מיליון FPGA ברמת שער של China Electronics Technology ו-70 מיליון FPGA ברמת שער של China Electronics הם פריצת דרך טכנולוגית משמעותית.
טונגצ'ואנג ממשיכה להוביל את פיתוח תעשיית ה-FPGA הסינית. לאחר שהשיגה ייצור המוני ומשלוח של מוצר ה-FPGA הראשון מסין עם 10 מיליון שערים, היא האיצה את הפיתוח והשלימה ושיפרה באופן עקבי את כל דגמי המוצר של התקנים ברמת הביניים והנמוכה, בקנה מידה של פחות מ-30 מיליון שערים. ביניהם, מגוון מלא של התקני Logos ו-Compact יוצרו באופן המוני. כל התקני סדרת Logos2 ו-Titan2 יושקו לייצור המוני השנה, דבר שיכול לענות על הצרכים של כל היישומים המקומיים ברמת הביניים והנמוכה. נתח השוק מכסה כ-60%, מה שיכול למעשה לענות על צרכי הפיתוח היציבים של תעשיית המידע האלקטרוני של סין.
יצרנים זרים מובילים:Xilinx (ארה"ב), Altera (ארה"ב) ועוד.
יצרן סיני:שנזן יוניסוק, שנגחאי פודאן מיקרואלקטרוניקה, בייג'ינג מיקרואלקטרוניקה ועוד.
שבב DSP מתייחס לשבב שיכול ליישם טכנולוגיית עיבוד אותות דיגיטליים. פנים שבב ה-DSP משתמש במבנה Harvard המפריד בין תוכנית לנתונים. יש לו מכפיל חומרה ייעודי, משתמש באופן נרחב בפעולות צינור, ומספק הוראות DSP מיוחדות בהן ניתן להשתמש כדי ליישם במהירות אלגוריתמים שונים לעיבוד אותות דיגיטליים.
שבבי DSP התפתחו במהירות מאז לידתם. מצד אחד, הם נהנים מפיתוח מעגלים משולבים, ומצד שני, הם גם נהנים מהשוק העצום. בתוך שני עשורים בלבד, שבבי DSP נמצאים בשימוש נרחב בעיבוד אותות, תקשורת, מכ"ם, הדמיה, צבא, מכשור, אוטומציה ותחומים רבים אחרים.
כיום, שוק שבבי ה-DSP העולמי עדיין נשלט על ידי ענקיות. טקסס אינסטרומנטס, ADI, פריסקייל, מוטורולה וכו' הן כולן מובילות בתעשייה זו. שבבי DSP מקומיים החלו באיחור. בשנת 2006, המכון ה-14 לחקר חשמל של סין וחברת לונגסון שיתפו פעולה לפיתוח שבבי DSP מקומיים. הביצועים של ה-"Hua Rui No. 1" שפיתחו בשנת 2012 היו טובים יותר מאשר ה-MPC8640D של פריסקייל. בשנת 2017, שבב ה-DSP המקומי "Hua Rui No. 2" נכנס לשוק.
יצרנים זרים מובילים:TI Texas Instruments (ארה"ב), ADI Analog Devices (ארה"ב) ועוד.
יצרן סיני:CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Beijing Zhongxing Microelectronics וכו'.
ידוע גם כבליבת תצוגה, מעבד ויזואלי ושבב תצוגה, זהו מיקרו-מעבד המתמחה בחישוב תמונה במחשבים אישיים, תחנות עבודה, קונסולות משחקים וכמה מכשירים ניידים (כגון טאבלטים, סמארטפונים וכו'). מטרתו היא להמיר ולהניע את מידע התצוגה הנדרש על ידי מערכת המחשב, לספק אותות סריקת שורות לתצוגה ולשלוט בתצוגה הנכונה של התצוגה. זהו רכיב חשוב המחבר את התצוגה ללוח האם של המחשב האישי, והוא גם אחד ההתקנים החשובים ל"דיאלוג בין אדם למחשב".
When it comes to GPUs, the first thing that comes to mind is NVIDIA, which occupies more than half of the global GPU market, and AMD's GPUs also have a place. China's GPU companies have not yet formed a huge scale, and related technologies are also being actively developed. Currently, domestic companies researching GPUs include Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, China Shipbuilding Industry Corporation 709 Institute, AVIC 631 Institute, etc. According to the editor of OFweek Electronic Engineering Network, the Lingjiu GP101 developed by China Shipbuilding Industry Corporation with completely independent intellectual property rights has refreshed my country's blank in the field of domestic graphics cards. The Lingjiu GP101 is a high-performance and low-power graphics processing chip. Compared with advanced manufacturers such as Europe and the United States, there is still a long way to go. It has a long way to go before it can reach the world's leading level.
יצרנים זרים מובילים:Imagination (בריטניה), Qualcomm (ארה"ב), NVIDIA (ארה"ב), AMD (ארה"ב) וכו'.
יצרן סיני:Jingjiawei, שנחאי ז'אוקסין
MPU נקרא גם מיקרו-מעבד או יחידת הגנה על זיכרון. ה-MPU הוא שבב יחיד, בעוד שמערכת השבבים מורכבת מקבוצת שבבים. בימים הראשונים היו אפילו 7 או 8 שבבים, אך כיום רובם משולבים לשני שבבים, הנקראים בדרך כלל שבב גשר צפוני ושבב גשר דרומי. MPU הוא מרכז החישוב, השיפוט או הבקרה של המחשב. יש אנשים שקוראים לו "לב המחשב".
ספקים כמו אינטל, קוואלקום, סמסונג, פריסקייל, מדיהטק וספרידטרום הם מובילים בשוק זה. נתח השוק המקומי של מעבדי מיקרו (MPU) קטן מאוד, כמעט אפס, וחברות כמו BGI, וואווי ויוניסוק מגדילות את המחקר והפיתוח של טכנולוגיות קשורות.
יצרנים זרים מובילים:אינטל (בריטניה), קוואלקום (ארה"ב), פריסקייל (ארה"ב) ועוד.
יצרן סיני:יוניסוק, מדיהטק
חומרי גלם של מוליכים למחצה
חומרים לייצור מוליכים למחצה כוללים בעיקר פרוסות סיליקון, גזי אלקטרונים, פוטו-מסכות, כימיקלים תומכי פוטורזיסט, חומרי ליטוש, פוטורזיסטים, כימיקלים רטובים ומטרות התזה.
תעשיית חומרי המוליכים למחצה העולמית עדיין נשלטת באופן מוחלט על ידי יפן, ארצות הברית, דרום קוריאה, גרמניה ומדינות אחרות. חומרי המוליכים למחצה של סין עשו פריצות דרך גדולות בתחומים מפולחים של מטרות, מצעי אריזה, נוזלי ליטוש, פוטורזיסטים ומוצרים אחרים. הסטנדרטים הטכניים של חלק מהמוצרים הגיעו לרמה הראשונה בעולם, אך הרמה הכוללת עדיין רחוקה מהרמה הבינלאומית הראשונה.
הצהרת אחריות: מאמר זה נכתב מתוך "IoT IQ". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר ואינו מייצג את דעותיה של Sacco Micro והתעשייה. הוא מיועד להדפסה חוזרת ושיתוף בלבד ותומך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור המקורי ואת המחבר לצורך הדפסה חוזרת. במקרה של הפרה כלשהי, אנא צרו עמנו קשר כדי למחוק אותה.
粤公网安备44030002007346号