Dieci tecnologie fondamentali che il mio Paese non ha ancora padroneggiato nel settore dei semiconduttori.
L'industria dei semiconduttori presenta la tipica struttura a "piramide". Più ci si trova a monte, minore è il numero di aziende, maggiore è il valore della produzione e più elevata è la difficoltà tecnica. A causa di un avvio tardivo, della mancanza di tecnologie chiave e della carenza di talenti, lo sviluppo del settore dei semiconduttori nel mio paese è stato fortemente limitato. L'incapacità di padroneggiare le tecnologie chiave lo ha spesso ostacolato. Ad oggi, il settore chiave dei chip dipende ancora dalle importazioni.
L'incidente ZTE del 2018 è ancora fresco nella nostra memoria! Non molto tempo fa, gli Stati Uniti si sono avvalsi della loro tecnologia e delle loro apparecchiature all'avanguardia nel settore dei semiconduttori per inasprire le sanzioni contro Huawei, nel tentativo di limitare lo sviluppo di Huawei e del mio Paese nel campo dell'alta tecnologia!
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.
Macchina per fotolitografia di fascia alta
As the core equipment of the integrated circuit industry, lithography machines are called "the most sophisticated and complex machines in mankind." Currently, the only company in the world that can manufacture high-end lithography machines is the Netherlands' ASML, while Japan's Nikon and Canon manufacture mid- to low-end lithography machines. Their market share exceeds 80%.
Il sistema di fotolitografia è il cuore della produzione di chip. La fotolitografia è la fase più complessa e critica del processo di produzione di chip a semiconduttore. È un processo lungo e costoso. La difficoltà e il punto cruciale della produzione di chip a semiconduttore risiede nel trasferimento dello schema circuitale dalla maschera al wafer di silicio. Questo processo viene realizzato tramite fotolitografia. Il livello di processo della fotolitografia determina direttamente il livello di processo e le prestazioni del chip.
Le macchine per litografia di fascia alta possono essere considerate il fiore all'occhiello dell'industria ottica moderna. La loro produzione è estremamente complessa. Attualmente, la macchina per litografia a ultravioletti estremi EUV più avanzata di ASML è in grado di produrre chip con un processo a 5 nm. Il prezzo di una singola macchina per litografia ha superato i 100 milioni di dollari. Le macchine per litografia prodotte in Cina, in completa autonomia, raggiungono al momento solo il processo a 90 nm, un divario notevole.
What is the difficulty in developing a photolithography machine? Lithography machines involve many advanced technologies such as system integration, precision optics, precision motion, precision material transmission, and high-precision micro-environment control. They are the most technologically advanced equipment among all semiconductor manufacturing equipment. In order for ASML to obtain the world's most advanced technology in different parts of the entire equipment, more than 90% of the parts in ASML's lithography machines are purchased from outside. ASML brings together the world's most cutting-edge technologies in technology research and development, such as German mechanical technology, Germany's top Zeiss lenses, American light sources and measurement equipment, etc. It can be said that ASML's high-end lithography machines are "the product of human wisdom."
Principali produttori internazionali:ASML (Paesi Bassi)
Produttore cinese:SMEE Shanghai Microelettronica
CPU is a very large-scale integrated circuit, which is the computing core and control core of a computer. Its function is mainly to interpret computer instructions and process data in computer software. The central processing unit mainly includes arithmetic units (arithmetic and logical operation units) and cache memories, as well as the data, control and status buses that implement the connections between them. Together with internal memory and input/output devices, it is the three core components of an electronic computer. The CPU relies on instructions from the computing and control system. Each CPU is designed with a series of instruction systems that match its hardware circuits. The strength of instructions is also an important indicator of the CPU. The instruction set is one of the most effective tools to improve the efficiency of microprocessors.
Negli Stati Uniti, Intel e AMD detengono quasi la totalità del mercato globale dei PC. I processori cinesi trovano applicazione non solo in settori professionali come dispositivi embedded e server, ma anche nel mercato consumer. A causa delle enormi differenze in termini di target di mercato e ambiti applicativi, i diversi tipi di processori cinesi hanno percezioni differenti tra i consumatori. Ad esempio, Feiteng e Shenwei, specificamente progettati per i server, non sono molto conosciuti.
Le CPU si stanno sviluppando rapidamente e la frequenza principale, la potenza di calcolo e il consumo energetico sono indicatori importanti per misurarne le prestazioni. Essendo un paese relativamente recente, il livello di ricerca e sviluppo della Cina è sempre rimasto indietro rispetto ai livelli più avanzati del resto del mondo. Ad esempio, le prestazioni di Loongson sembrano essere sempre inferiori a quelle di Intel. Loongson è una CPU per uso generale sviluppata autonomamente dall'Istituto di Tecnologia Informatica dell'Accademia Cinese delle Scienze. Utilizza il set di istruzioni RISC, simile al set di istruzioni MIPS. Tuttavia, il successo dello sviluppo di Loongson ha contribuito al raggiungimento del 100% di produzione nazionale per la ferrovia ad alta velocità Fuxing, consentendo l'utilizzo di core cinesi per il radar a fase J-20 di quarta generazione e per i satelliti Beidou.
Nel campo delle CPU per dispositivi mobili, la posizione di Qualcomm rimane inattaccabile. La CPU Kirin di Huawei HiSilicon è di buona qualità, sebbene si basi sull'architettura del gigante britannico ARM. Anche Unisoc ha ottenuto alcuni successi nel settore dei chip per CPU mobili. Ciò che preoccupa, tuttavia, è che gli Stati Uniti abbiano recentemente inasprito le sanzioni contro Huawei, nel tentativo di limitarne lo sviluppo nel campo dei semiconduttori. Il futuro della CPU Kirin è ancora incerto.
Principali produttori internazionali:Intel Intel (USA), AMD (USA)
Produttore cinese:Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (Loongson CPU), Tianjin Feiteng (Feiteng CPU), Shanghai Zhaoxin (Zhaoxin CPU), etc.
Attualmente, nel mondo esistono tre principali aziende produttrici di software EDA per circuiti integrati: Mentor Graphics, Cadence e Synopsys. La quota di mercato di queste tre aziende americane nel settore EDA ha di fatto creato un monopolio. Al momento, gli unici fornitori di software EDA in grado di coprire l'intero processo di progettazione e produzione di chip sono Cadence e Synopsys.
I principali produttori di chip, come Intel, Apple e Qualcomm, devono tutti acquistare software EDA e servizi correlati da queste due aziende. Anche le principali aziende cinesi di progettazione di chip, Huawei HiSilicon, Yangtze Memory e UNISOC, acquistano software di progettazione EDA da queste aziende americane.
I produttori nazionali di EDA (Electronic Design Automation), come BGI Jiutian, Xinhe Technology e Guangli Microelectronics, offrono solo alcuni strumenti di progettazione EDA e non sono in grado di fornire soluzioni complete per l'intera filiera produttiva, come la progettazione di circuiti integrati, il cablaggio, la verifica e la simulazione. Inoltre, la combinazione tra i software EDA nazionali e le tecnologie avanzate non è ottimale e il supporto per i chip con tecnologie avanzate è insufficiente. Pertanto, le capacità tecniche delle aziende nazionali di EDA sono ben lontane dal poter competere con le principali aziende internazionali del settore.
Principali produttori internazionali:Mentor Graphics (USA), Cadence (USA), Synopsys (USA)
Produttore cinese:BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Micro, ecc.
La DRAM è la memoria ad accesso casuale dinamica, la memoria di sistema più comune. Micron degli Stati Uniti, Samsung della Corea del Sud e SK Hynix occupano posizioni di monopolio assoluto e dominano il mercato della DRAM.
Le tre principali aziende cinesi produttrici di chip di memoria, Yangtze Memory, Hefei Changxin e GigaDevice, hanno avviato la progettazione e la produzione di chip di memoria, un'iniziativa che dovrebbe rompere il monopolio di Corea del Sud, Stati Uniti e Giappone in questo settore.
Quest'anno Yangtze Memory ha raggiunto la produzione di massa di memorie flash 3D NAND a 64 strati basate sull'architettura Xtacking. Successivamente, ha saltato direttamente i 96 strati comuni nel settore e ha sviluppato con successo memorie flash 3D NAND a 128 strati.
Nel 2019 Hefei Changxin ha raggiunto la produzione di massa di memorie DDR4 da 8 GB utilizzando il processo a 19 nm e quest'anno commercializzerà ufficialmente le memorie DDR4 Guangweiyi PRO, sviluppate internamente, introducendole sul mercato consumer.
GigaDevice detiene la prima quota di mercato nazionale per le memorie flash NOR ed è anche tra i primi tre fornitori di memorie flash NOR a livello mondiale. Attualmente sta gradualmente espandendo la propria attività nel settore delle memorie flash NAND e sta attivamente sviluppando il business delle memorie DRAM.
Tra le tecnologie chiave dei semiconduttori che necessitano di un'innovazione, la DRAM è quella con le maggiori probabilità di essere prodotta in massa a livello locale, ed è un settore che merita di essere seguito con interesse.
Principali produttori internazionali:Micron (USA), Samsung (Corea del Sud), SK Hynix (Corea del Sud), ecc.
Produttore cinese:Deposito del fiume Yangtze, Hefei Changxin, GigaDevice
chip a radiofrequenza ultra elevata
Un chip a radiofrequenza è un componente elettronico che converte il segnale radio in una specifica forma d'onda e lo trasmette tramite risonanza d'antenna. L'architettura del chip a radiofrequenza comprende due parti: il canale di ricezione e il canale di trasmissione. Per le attuali modalità GSM e TD-SCDMA, se il terminale supporta una banda di frequenza aggiuntiva, il suo chip a radiofrequenza aggiungerà di conseguenza un canale di ricezione; la necessità di un nuovo canale di trasmissione dipende invece dalla relazione tra la nuova banda di frequenza e quella originale.
La Cina è il più grande produttore mondiale di telefoni cellulari, ma non è in grado di produrre dispositivi a radiofrequenza di fascia alta. Ciò richiede un solido accumulo di materiali, processi ed esperienza nella progettazione. Esistono molte aziende nazionali impegnate nella produzione di chip a radiofrequenza di fascia bassa e media, che detengono una quota considerevole del mercato. Tuttavia, nel settore dei chip a radiofrequenza di fascia alta, vi è ancora un ampio margine di crescita.
Principali produttori internazionali:Skyworks (USA), Qorvo Verizon (USA), ecc.
Produttore cinese:Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro, ecc.
Il CPLD è un dispositivo derivato dai dispositivi PAL e GAL. È relativamente grande e complesso nella struttura e rientra nella categoria dei circuiti integrati su larga scala. Si tratta di un circuito integrato digitale che consente agli utenti di realizzare funzioni logiche in base alle proprie esigenze. Il metodo di progettazione di base consiste nell'utilizzare una piattaforma software di sviluppo integrato per generare i file target corrispondenti utilizzando schemi elettrici, linguaggi di descrizione hardware e altri metodi, e quindi trasferire il codice al chip target tramite un cavo di download (programmazione "in-system") per realizzare il sistema digitale progettato.
L'FPGA è un array di porte programmabili sul campo, un prodotto di ulteriore sviluppo basato su dispositivi programmabili come PAL, GAL e CPLD. Si presenta come un circuito semi-personalizzato nel campo dei circuiti integrati specifici per applicazioni (ASIC), che non solo risolve le carenze dei circuiti personalizzati, ma supera anche i limiti del numero ristretto di porte presenti nei dispositivi programmabili originali.
The barriers to entry into the FPGA industry are high. In the past ten years or so, more than 60 companies including Intel, IBM, Motorola, Philips, Toshiba, and Samsung have tried to get involved in this field. Except for Intel, which successfully entered the field with the acquisition of Altera for US$16.7 billion, the other companies have failed. In the current FPGA market, FPGA giants are all in the United States, such as Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago, Cypress, etc., each of which has its own unique secret weapon. Among them, Xilinx is the global leader in FPGAs, the leader in tens of millions of gates and 16 nanometers; Actel is the pioneer of anti-fuses and the pioneer of aerospace-grade products. The products of any other company are indispensable core chips for industrial-grade, military-grade, and aerospace-grade products. They are also the shortcomings and the main source of suffering for countries around the world engaged in cutting-edge technology. Among them, two companies, Xilinx and Altera, account for 90% of the market share. There is a big gap between domestic manufacturers and foreign manufacturers in terms of technical level. Although there are hundreds of domestic FPGA manufacturers contending, they are basically distributed in the mid-to-low-end market. Most of them are FPGAs with a gate level of about 10 million. Although a few FPGAs with a gate level of 20 million are independently developed. China Electronics Technology's 35 million gate-level FPGA and China Electronics' 70 million gate-level FPGA are a major technological breakthrough.
Tongchuang continua a guidare lo sviluppo dell'industria FPGA in Cina. Dopo aver raggiunto la produzione di massa e la spedizione del primo prodotto FPGA da 10 milioni di gate in Cina, ha accelerato lo sviluppo e ha progressivamente ampliato e migliorato tutti i modelli di dispositivi di fascia media e bassa con meno di 30 milioni di gate. Tra questi, l'intera gamma di dispositivi Logos e Compact è già in produzione di massa. Tutti i dispositivi delle serie Logos2 e Titan2 saranno lanciati in produzione di massa quest'anno, in grado di soddisfare le esigenze di tutte le applicazioni di fascia media e bassa in Cina. La quota di mercato si attesta intorno al 60%, sufficiente a garantire la stabilità e lo sviluppo dell'industria elettronica e informatica cinese.
Principali produttori esteri:Xilinx (USA), Altera (USA), ecc.
Produttore cinese:Shenzhen Unisoc, Shanghai Fudan Microelectronics, Beijing Microelectronics, etc.
Il termine DSP (Digital Signal Processing) si riferisce a un chip in grado di implementare la tecnologia di elaborazione del segnale digitale. L'interno del chip DSP utilizza un'architettura Harvard che separa programma e dati. È dotato di un moltiplicatore hardware dedicato, fa ampio uso di operazioni pipeline e fornisce istruzioni DSP speciali che possono essere utilizzate per implementare rapidamente vari algoritmi di elaborazione del segnale digitale.
I chip DSP si sono sviluppati rapidamente sin dalla loro nascita. Da un lato, hanno beneficiato dello sviluppo dei circuiti integrati e, dall'altro, anche dell'enorme mercato. In soli due decenni, i chip DSP sono stati ampiamente utilizzati nell'elaborazione del segnale, nelle comunicazioni, nei radar, nell'imaging, nel settore militare, nella strumentazione, nell'automazione e in molti altri campi.
Attualmente, il mercato globale dei chip DSP è ancora monopolizzato da colossi come Texas Instruments, ADI, Freescale, Motorola, ecc., leader del settore. I chip DSP di produzione nazionale hanno iniziato più tardi. Nel 2006, il 14° Istituto di Ricerca sull'Energia Elettrica della Cina e la Loongson Corporation hanno collaborato allo sviluppo di chip DSP nazionali. Le prestazioni del modello "Hua Rui No. 1", sviluppato nel 2012, si sono rivelate superiori a quelle del Freescale MPC8640D. Nel 2017, il chip DSP nazionale "Hua Rui No. 2" è entrato nel mercato.
Principali produttori esteri:TI Texas Instruments (USA), ADI Analog Devices (USA), etc.
Produttore cinese:CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Beijing Zhongxing Microelectronics, etc.
Also known as display core, visual processor, and display chip, it is a microprocessor that specializes in image computing on personal computers, workstations, game consoles, and some mobile devices (such as tablets, smartphones, etc.). The purpose is to convert and drive the display information required by the computer system, provide line scan signals to the display, and control the correct display of the display. It is an important component connecting the display and the personal computer motherboard, and is also one of the important devices for "human-computer dialogue".
Quando si parla di GPU, la prima cosa che viene in mente è NVIDIA, che detiene oltre la metà del mercato globale delle GPU, ma anche le GPU di AMD occupano una posizione di rilievo. Le aziende cinesi produttrici di GPU non hanno ancora raggiunto una dimensione considerevole e le tecnologie correlate sono in fase di sviluppo attivo. Attualmente, tra le aziende nazionali impegnate nella ricerca e sviluppo di GPU si annoverano Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, China Shipbuilding Industry Corporation 709 Institute, AVIC 631 Institute, ecc. Secondo il redattore di OFweek Electronic Engineering Network, la Lingjiu GP101, sviluppata da China Shipbuilding Industry Corporation con diritti di proprietà intellettuale completamente indipendenti, ha colmato una lacuna nel mercato cinese delle schede grafiche. La Lingjiu GP101 è un chip di elaborazione grafica ad alte prestazioni e a basso consumo energetico. Rispetto ai produttori più avanzati, come quelli europei e statunitensi, la strada da percorrere è ancora lunga. Prima di poter raggiungere i livelli di eccellenza mondiale, la Cina ha ancora molta strada da fare.
Principali produttori esteri:Imagination (Regno Unito), Qualcomm (Stati Uniti), NVIDIA (Stati Uniti), AMD (Stati Uniti), ecc.
Produttore cinese:Jingjiawei, Shanghai Zhaoxin
MPU is also called microprocessor or memory protection unit. The MPU is a single chip, while the chipset is composed of a set of chips. In the early days, there were even as many as 7 or 8 chips, but now most of them are combined into two chips, generally called North Bridge chip and South Bridge chip. MPU is the calculation, judgment or control center of the computer. Some people call it the "heart of the computer".
Fornitori come Intel, Qualcomm, Samsung, Freescale, MediaTek e Spreadtrum sono leader in questo mercato. La quota di mercato nazionale dei processori MPU è molto ridotta, quasi nulla, e aziende come BGI, Huawei e Unisoc stanno intensificando la ricerca e lo sviluppo di tecnologie correlate.
Principali produttori esteri:Intel (Regno Unito), Qualcomm (Stati Uniti), Freescale (Stati Uniti), ecc.
Produttore cinese:Unisoc, MediaTek
Materie prime per semiconduttori
I materiali per la produzione di semiconduttori includono principalmente wafer di silicio, gas per elettroni, fotomaschere, sostanze chimiche di supporto per fotoresist, materiali di lucidatura, fotoresist, sostanze chimiche liquide e target di sputtering.
The global semiconductor materials industry is still absolutely dominated by Japan, the United States, South Korea, Germany and other countries. China's semiconductor materials have made great breakthroughs in the segmented fields of targets, packaging substrates, polishing fluids, photoresists and other products. The technical standards of some products have reached the world's first-class level, but the overall level is still far behind the international first-class level.
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