Tien kerntechnologieën in de halfgeleidersector die mijn land nog niet beheerst.
De halfgeleiderindustrie kent een typische piramidestructuur. Hoe hoger in de keten, hoe minder bedrijven er zijn, hoe groter de productiewaarde en hoe hoger de technische complexiteit. Door een late start, een gebrek aan kerntechnologieën en een tekort aan talent is de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie in mijn land sterk beperkt. Omdat we de kerntechnologieën niet beheersen, worden we vaak door anderen ingehaald. Tot op heden is de belangrijkste chipsector nog steeds afhankelijk van import.
Het ZTE-incident in 2018 staat ons nog vers in het geheugen! Nog niet zo lang geleden gebruikten de Verenigde Staten hun kerntechnologie en -apparatuur voor halfgeleiders om hun sancties tegen Huawei aan te scherpen, in een poging Huawei en de ontwikkeling van mijn land op het gebied van hightech te beperken!
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!
Momenteel heeft ons land de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie naar een strategisch niveau getild, de halfgeleiderindustrie aangewezen als een nationale sleutelsector voor ontwikkeling, veel geld en talent geïnvesteerd om technologische doorbraken te realiseren, en ernaar gestreefd zo snel mogelijk de weg van onafhankelijk onderzoek en ontwikkeling en zelfvoorziening in te slaan. Wat momenteel nog te verwachten valt, zijn de kerntechnologieën op de volgende gebieden.
Hoogwaardige fotolithografiemachine
Als kernapparatuur van de geïntegreerde-circuitindustrie worden lithografiemachines wel "de meest geavanceerde en complexe machines ter wereld" genoemd. Momenteel is het Nederlandse ASML het enige bedrijf ter wereld dat hoogwaardige lithografiemachines produceert, terwijl de Japanse bedrijven Nikon en Canon machines in het midden- en lagere segment maken. Hun marktaandeel bedraagt meer dan 80%.
Het fotolithografiesysteem vormt de kern van de chipfabricage. Fotolithografie is de meest complexe en cruciale processtap in het productieproces van halfgeleiderchips. Het is tijdrovend en kostbaar. De moeilijkheid en het belangrijkste aspect van de productie van halfgeleiderchips is het overbrengen van het schakelschema van het masker naar de siliciumwafer. Dit proces wordt bereikt door middel van fotolithografie. Het procesniveau van de fotolithografie bepaalt direct het procesniveau en het prestatieniveau van de chip.
High-end lithography machines can be called the flower of the modern optical industry. They are very difficult to manufacture. Now ASML's most advanced EUV extreme ultraviolet lithography machine can produce chips with a 5nm process. The price of a single lithography machine has exceeded 100 million US dollars. China's completely independently produced lithography machines can currently only reach the 90nm process, which is a big gap.
Wat is de moeilijkheid bij het ontwikkelen van een fotolithografiemachine? Lithografiemachines omvatten vele geavanceerde technologieën, zoals systeemintegratie, precisieoptiek, precisiebeweging, precisiemateriaaltransport en uiterst nauwkeurige micro-omgevingscontrole. Ze behoren tot de meest technologisch geavanceerde apparatuur in de halfgeleiderproductie. Om ervoor te zorgen dat ASML de meest geavanceerde technologie ter wereld in de verschillende onderdelen van de complete apparatuur kan toepassen, wordt meer dan 90% van de onderdelen in de lithografiemachines van ASML extern ingekocht. ASML brengt de meest geavanceerde technologieën ter wereld samen op het gebied van onderzoek en ontwikkeling, zoals Duitse mechanische technologie, de beste Zeiss-lenzen uit Duitsland, Amerikaanse lichtbronnen en meetapparatuur, enzovoort. Men kan stellen dat de hoogwaardige lithografiemachines van ASML "het product van menselijke wijsheid" zijn.
Top international manufacturers:ASML (Nederland)
Chinese manufacturer:SMEE Shanghai Microelectronics
De CPU (Central Processing Unit) is een grootschalige geïntegreerde schakeling die de rekenkern en besturingskern van een computer vormt. De belangrijkste functie ervan is het interpreteren van computerinstructies en het verwerken van gegevens in computersoftware. De centrale verwerkingseenheid bestaat hoofdzakelijk uit rekeneenheden (eenheden voor rekenkundige en logische bewerkingen) en cachegeheugen, evenals de data-, besturings- en statusbussen die de verbindingen daartussen tot stand brengen. Samen met het interne geheugen en de invoer-/uitvoerapparaten vormt de CPU de drie kerncomponenten van een elektronische computer. De CPU is afhankelijk van instructies van het reken- en besturingssysteem. Elke CPU is ontworpen met een reeks instructiesets die overeenkomen met de hardwarecircuits. De sterkte van de instructies is ook een belangrijke indicator van de CPU. De instructieset is een van de meest effectieve hulpmiddelen om de efficiëntie van microprocessoren te verbeteren.
Intel and AMD in the United States occupy almost all of the global PC market. The application fields of domestic CPUs cover not only professional fields such as embedded devices and server equipment, but also the consumer-level civilian market. Due to the huge differences in service targets and application fields, different types of domestic CPUs have different perceptions in the hearts of Chinese people. For example, Feiteng and Shenwei, which are specifically targeted at servers, are not well-known.
CPU's ontwikkelen zich snel en de hoofdfrequentie, rekenkracht en het stroomverbruik zijn belangrijke indicatoren voor hun prestaties. Als laatkomer loopt China qua onderzoek en ontwikkeling altijd ver achter op de rest van de wereld. Zo blijven de prestaties van Loongson bijvoorbeeld steevast achter bij die van Intel. Loongson is een universele CPU die onafhankelijk is ontwikkeld door het Instituut voor Computertechnologie van de Chinese Academie van Wetenschappen. Het maakt gebruik van de RISC-instructieset, die vergelijkbaar is met de MIPS-instructieset. De succesvolle ontwikkeling van Loongson heeft er echter toe bijgedragen dat de Fuxing-hogesnelheidslijn volledig in eigen land is geproduceerd, waardoor de vierde generatie J-20 faseradar en de Beidou-satellieten met Chinese processoren konden worden uitgerust.
Op het gebied van mobiele CPU's is de positie van Qualcomm nog steeds onwrikbaar. De Kirin-CPU van Huawei HiSilicon is goed genoeg, hoewel deze voortbouwt op de expertise van de Britse gigant ARM. Unisoc heeft ook successen geboekt met mobiele CPU-chips. Wat echter frustrerend is, is dat de Verenigde Staten onlangs hun sancties tegen Huawei hebben aangescherpt in een poging de ontwikkeling van Huawei op het gebied van halfgeleiderchips te beperken. De toekomst van de Kirin-CPU is nog onzeker.
Top international manufacturers:Intel Intel (VS), AMD (VS)
Chinese manufacturer:Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (Loongson CPU), Tianjin Feiteng (Feiteng CPU), Shanghai Zhaoxin (Zhaoxin CPU), enz.
Er zijn momenteel drie grote softwarebedrijven voor EDA (Electronic Design Automation) voor geïntegreerde schakelingen in de wereld: Mentor Graphics, Cadence en Synopsys. Het marktaandeel van deze drie Amerikaanse bedrijven in de EDA-industrie heeft bijna een monopoliepositie opgeleverd. Momenteel zijn Cadence en Synopsys de enige EDA-aanbieders die het volledige chipontwerp- en productieproces kunnen bestrijken.
Grote chipfabrikanten en -ontwerpers zoals Intel, Apple en Qualcomm moeten allemaal EDA-software en aanverwante diensten van deze twee bedrijven afnemen. De grootste chipontwerpbedrijven van China, Huawei HiSilicon, Yangtze Memory en UNISOC, kopen allemaal EDA-ontwerpsoftware van deze Amerikaanse bedrijven.
Binnenlandse EDA-fabrikanten zoals BGI Jiutian, Xinhe Technology en Guangli Microelectronics kunnen slechts een beperkt aantal EDA-ontwerptools leveren en bieden geen tools die de gehele industriële keten bestrijken, zoals IC-ontwerp, bedrading, verificatie en simulatie. Bovendien is de combinatie van binnenlandse EDA-software en geavanceerde technologie niet optimaal, en is er onvoldoende ondersteuning voor chips met geavanceerde technologie. De technische mogelijkheden van binnenlandse EDA-bedrijven zijn daarom verre van concurrerend met die van deze toonaangevende internationale EDA-bedrijven.
Top international manufacturers:Mentor Graphics (VS), Cadence (VS), Synopsys (VS)
Chinese manufacturer:BGI Jiutian, Xinhe-technologie, Guangli Micro, enz.
DRAM staat voor Dynamic Random Access Memory, het meest voorkomende systeemgeheugen. Micron uit de Verenigde Staten, Samsung uit Zuid-Korea en SK Hynix hebben een absolute monopoliepositie en domineren de DRAM-markt.
De drie grootste Chinese fabrikanten van geheugenchips, Yangtze Memory, Hefei Changxin en GigaDevice, zijn begonnen met het ontwerpen en produceren van geheugenchips. Dit zal naar verwachting een einde maken aan het monopolie van Zuid-Korea, de Verenigde Staten en Japan op de markt voor geheugenchips.
Yangtze Memory heeft dit jaar de massaproductie van 64-laags 3D NAND-flashgeheugen op basis van de Xtacking-architectuur bereikt. Vervolgens hebben ze de in de industrie gangbare 96 lagen direct overgeslagen en met succes 128-laags 3D NAND-flashgeheugen ontwikkeld.
Hefei Changxin heeft in 2019 de massaproductie van 8G DDR4-geheugen bereikt met behulp van het 19nm-proces en zal dit jaar het zelfontwikkelde Guangweiyi PRO DDR4-geheugen officieel op de markt brengen en introduceren voor de consumentenmarkt.
GigaDevice is marktleider in de binnenlandse markt voor NOR-flashgeheugen en behoort tot de top drie van leveranciers van NOR-flashgeheugen wereldwijd. Het bedrijf breidt momenteel geleidelijk uit naar NAND-flashgeheugen en is actief bezig met de ontwikkeling van DRAM-geheugen.
Van de kerntechnologieën voor halfgeleiders die doorbroken moeten worden, is DRAM de technologie met de grootste kans op massaproductie in eigen land, en het is iets om naar uit te kijken.
Top international manufacturers:Micron (USA), Samsung (South Korea), SK Hynix (South Korea), etc.
Chinese manufacturer:Yangtze River Storage, Hefei Changxin, GigaDevice
Ultrahoge radiofrequentiechip
Een radiofrequentiechip is een elektronisch component dat radiosignalen omzet in een specifieke golfvorm en deze via antenneresonantie uitzendt. De architectuur van een radiofrequentiechip bestaat uit twee delen: het ontvangstkanaal en het zendkanaal. Voor de bestaande GSM- en TD-SCDMA-modi geldt dat als een terminal een extra frequentieband ondersteunt, de radiofrequentiechip een bijbehorend ontvangstkanaal toevoegt. Of een nieuw zendkanaal nodig is, hangt af van de relatie tussen de nieuwe frequentieband en de oorspronkelijke frequentieband.
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 (VS), Qorvo Verizon (VS), enz.
Chinese manufacturer:Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro, enz.
Een CPLD is een apparaat dat is ontwikkeld op basis van PAL- en GAL-apparaten. Het is relatief groot en complex van structuur en valt onder de categorie grootschalige geïntegreerde schakelingen. Het is een digitale geïntegreerde schakeling waarmee gebruikers logische functies kunnen bouwen volgens hun eigen behoeften. De basisontwerpmethode is het gebruik van een geïntegreerd ontwikkelplatform om de bijbehorende doelbestanden te genereren met behulp van schema's, hardwarebeschrijvingstalen en andere methoden. Vervolgens wordt de code via een downloadkabel ("in-system" programmering) naar de doelchip overgebracht om het ontworpen digitale systeem te realiseren.
FPGA is a field programmable gate array, which is a further development product based on programmable devices such as PAL, GAL, and CPLD. It appears as a semi-custom circuit in the field of application-specific integrated circuits (ASIC), which not only solves the shortcomings of custom circuits, but also overcomes the shortcomings of the limited number of gates in the original programmable devices.
De toetredingsdrempels tot de FPGA-industrie zijn hoog. In de afgelopen tien jaar hebben meer dan zestig bedrijven, waaronder Intel, IBM, Motorola, Philips, Toshiba en Samsung, geprobeerd voet aan de grond te krijgen in deze sector. Met uitzondering van Intel, dat succesvol de markt betrad met de overname van Altera voor 16.7 miljard dollar, zijn de andere bedrijven daarin niet geslaagd. In de huidige FPGA-markt bevinden de FPGA-giganten zich allemaal in de Verenigde Staten, zoals Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago, Cypress, enzovoort, elk met zijn eigen unieke troef. Xilinx is wereldwijd leider in FPGA's, met name op het gebied van tientallen miljoenen poorten en 16 nanometertechnologie; Actel is een pionier op het gebied van anti-fuse-technologie en producten van ruimtevaartkwaliteit. De producten van alle andere bedrijven zijn onmisbare kernchips voor industriële, militaire en ruimtevaarttoepassingen. Ze vormen tevens de tekortkomingen en de belangrijkste bron van problemen voor landen wereldwijd die zich bezighouden met geavanceerde technologie. Twee bedrijven, Xilinx en Altera, zijn samen goed voor 90% van het marktaandeel. Er bestaat een grote kloof tussen binnenlandse en buitenlandse fabrikanten wat betreft het technische niveau. Hoewel er honderden binnenlandse FPGA-fabrikanten actief zijn, bevinden ze zich voornamelijk in het midden- en lagere segment van de markt. De meeste FPGA's hebben een gate-level van ongeveer 10 miljoen. Er zijn echter ook enkele FPGA's met een gate-level van 20 miljoen die onafhankelijk zijn ontwikkeld. De FPGA's met 35 miljoen gates en 70 miljoen gates van China Electronics Technology zijn belangrijke technologische doorbraken.
Tongchuang blijft een voortrekkersrol spelen in de ontwikkeling van de Chinese FPGA-industrie. Na de massaproductie en levering van China's eerste FPGA-product met 10 miljoen poorten, heeft het bedrijf de ontwikkeling versneld en alle productmodellen van mid- en low-end apparaten met een schaal van minder dan 30 miljoen poorten uitgebreid en verbeterd. De volledige reeks Logos- en Compact-apparaten is inmiddels in massaproductie. Alle Logos2- en Titan2-series zullen dit jaar in massaproductie gaan, waarmee aan de behoeften van alle binnenlandse mid- en low-end toepassingen kan worden voldaan. Het marktaandeel bedraagt ongeveer 60%, wat in principe voldoende is om te voorzien in de stabiele groeibehoeften van de Chinese elektronische informatie-industrie.
Top foreign manufacturers:Xilinx (VS), Altera (VS), enz.
Chinese manufacturer:Shenzhen Unisoc, Shanghai Fudan Microelectronics, Beijing Microelectronics, enz.
DSP chip refers to a chip that can implement digital signal processing technology. The interior of the DSP chip uses a Harvard structure that separates program and data. It has a dedicated hardware multiplier, widely uses pipeline operations, and provides special DSP instructions that can be used to quickly implement various digital signal processing algorithms.
DSP-chips hebben zich sinds hun ontstaan razendsnel ontwikkeld. Enerzijds profiteren ze van de ontwikkeling van geïntegreerde schakelingen, anderzijds ook van de enorme markt. In slechts twee decennia worden DSP-chips op grote schaal gebruikt in signaalverwerking, communicatie, radar, beeldvorming, militaire toepassingen, instrumentatie, automatisering en vele andere gebieden.
At present, the global DSP chip market is still monopolized by giants. Texas Instruments, ADI, Freescale, Motorola, etc. are all leaders in this industry. Domestic DSP chips started late. In 2006, the 14th China Electric Power Research Institute and Loongson Corporation cooperated to develop domestic DSP chips. The performance of the "Hua Rui No. 1" they developed in 2012 was better than Freescale's MPC8640D. In 2017, the domestic DSP chip "Hua Rui No. 2" entered the market.
Top foreign manufacturers:TI Texas Instruments (VS), ADI Analog Devices (VS), enz.
Chinese manufacturer:CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Beijing Zhongxing Microelectronics, enz.
Ook wel bekend als beeldschermkern, visuele processor en beeldschermchip, is het een microprocessor die gespecialiseerd is in beeldverwerking op pc's, werkstations, spelconsoles en sommige mobiele apparaten (zoals tablets, smartphones, enz.). Het doel is om de door het computersysteem benodigde beeldinformatie om te zetten en aan te sturen, lijnscansignalen naar het beeldscherm te sturen en de correcte weergave ervan te regelen. Het is een belangrijk onderdeel dat het beeldscherm met het moederbord van de pc verbindt en is tevens een essentieel onderdeel voor de "mens-computercommunicatie".
Als het over GPU's gaat, denken we meteen aan NVIDIA, dat meer dan de helft van de wereldwijde GPU-markt in handen heeft. Ook AMD's GPU's spelen een belangrijke rol. De Chinese GPU-markt is nog niet grootschalig, maar er wordt wel actief gewerkt aan de ontwikkeling van gerelateerde technologieën. Momenteel zijn er in China onder andere bedrijven als Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, het 709 Institute van China Shipbuilding Industry Corporation en het 631 Institute van AVIC die onderzoek doen naar GPU's. Volgens de redacteur van OFweek Electronic Engineering Network heeft de Lingjiu GP101, ontwikkeld door China Shipbuilding Industry Corporation met volledig onafhankelijke intellectuele eigendomsrechten, een leemte opgevuld in de Chinese markt voor grafische kaarten. De Lingjiu GP101 is een krachtige en energiezuinige grafische processorchip. Vergeleken met geavanceerde fabrikanten in Europa en de Verenigde Staten is er nog een lange weg te gaan. Het zal nog een lange weg te gaan zijn voordat deze chip de wereldtop kan bereiken.
Top foreign manufacturers:Imagination (UK), Qualcomm (US), NVIDIA (US), AMD (US), etc.
Chinese manufacturer:Jingjiawei, Shanghai Zhaoxin
De MPU wordt ook wel microprocessor of geheugenbeschermingseenheid genoemd. De MPU is een enkele chip, terwijl een chipset uit meerdere chips bestaat. In de beginjaren waren er soms wel 7 of 8 chips, maar tegenwoordig zijn ze meestal gecombineerd tot twee chips, die over het algemeen de North Bridge-chip en de South Bridge-chip worden genoemd. De MPU is het reken-, beoordelings- of besturingscentrum van de computer. Sommigen noemen het wel het "hart van de computer".
Suppliers such as Intel, Qualcomm, Samsung, Freescale, MediaTek and Spreadtrum are leaders in this market. Domestic MPU market share is very small, almost zero, and companies such as BGI, Huawei, and Unisoc are increasing research and development of related technologies.
Top foreign manufacturers:Intel (VK), Qualcomm (VS), Freescale (VS), enz.
Chinese manufacturer:Unisoc, MediaTek
De materialen die gebruikt worden bij de productie van halfgeleiders omvatten hoofdzakelijk siliciumwafers, elektronengassen, fotomaskers, chemicaliën ter ondersteuning van fotolakken, polijstmaterialen, fotolakken, natte chemicaliën en sputterdoelen.
De wereldwijde halfgeleidermaterialenindustrie wordt nog steeds volledig gedomineerd door Japan, de Verenigde Staten, Zuid-Korea, Duitsland en andere landen. China heeft grote doorbraken geboekt op het gebied van halfgeleidermaterialen, zoals targets, verpakkingssubstraten, polijstvloeistoffen, fotolakken en andere producten. De technische normen van sommige producten hebben het wereldtopniveau bereikt, maar het algehele niveau blijft nog ver achter bij dat internationale topniveau.
Disclaimer: Dit artikel is overgenomen uit "IoT IQ". Dit artikel geeft uitsluitend de persoonlijke mening van de auteur weer en vertegenwoordigt niet de standpunten van Sacco Micro en de branche. Het is alleen bedoeld voor herpublicatie en verspreiding en ondersteunt de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.
粤公网安备44030002007346号