Dziesięć podstawowych technologii, których mój kraj nie opanował w dziedzinie półprzewodników
Przemysł półprzewodników ma typową strukturę „piramidy”. Im wyżej znajduje się rynek, tym mniej firm, tym większa wartość produkcji i tym wyższy poziom trudności technicznych. Ze względu na późny start, brak kluczowych technologii i niedobór talentów, rozwój półprzewodników w moim kraju jest mocno ograniczony. Z powodu braku opanowania kluczowych technologii, jest on często blokowany przez innych. Jak dotąd kluczowy sektor chipów nadal opiera się na imporcie.
Incydent z ZTE z 2018 roku wciąż jest w naszej pamięci! Nie tak dawno temu Stany Zjednoczone, wykorzystując kluczową technologię półprzewodników i sprzęt, który opanowały, zmodernizowały swoje sankcje wobec Huawei, próbując ograniczyć rozwój Huawei i mojego kraju w dziedzinie zaawansowanych technologii!
Stany Zjednoczone podniosły swoją „technologiczną” włócznię i przebiły słabość mojego kraju związaną z „niedoborem podstawowych technologii”. Jednocześnie bijąc na alarm w branży półprzewodników w moim kraju, uświadomiły wielu ludziom i firmom, że poleganie na amerykańskiej technologii jest zawodne. Tylko opanowanie podstawowych technologii i uwolnienie się od zależności technologicznej jest właściwą drogą!
Obecnie nasz kraj osiągnął strategiczny poziom rozwoju przemysłu półprzewodnikowego, uznał go za kluczowy sektor rozwoju kraju, zainwestował znaczne środki i talenty w celu osiągnięcia przełomów technologicznych i dąży do jak najszybszego wejścia na drogę niezależnych badań i rozwoju oraz samowystarczalności. Obecnie na przełom czekają kluczowe technologie w następujących obszarach.
Wysokiej klasy maszyna do fotolitografii
Jako podstawowy sprzęt przemysłu układów scalonych, maszyny litograficzne nazywane są „najbardziej zaawansowanymi i złożonymi maszynami na świecie”. Obecnie jedyną firmą na świecie, która może produkować wysokiej klasy maszyny litograficzne, jest holenderski ASML, podczas gdy japońskie firmy Nikon i Canon produkują maszyny litograficzne średniej i niskiej klasy. Ich udział w rynku przekracza 80%.
System fotolitografii stanowi rdzeń produkcji układów scalonych. Fotolitografia jest najbardziej złożonym i krytycznym etapem procesu produkcji układów scalonych. Jest czasochłonna i kosztowna. Trudność i kluczowy punkt produkcji układów scalonych polega na przeniesieniu schematu obwodu z maski na płytkę krzemową. Proces ten jest realizowany za pomocą fotolitografii. Poziom procesu fotolitografii bezpośrednio determinuje poziom procesu i poziom wydajności układu.
Wysokiej klasy maszyny litograficzne można nazwać kwiatem nowoczesnego przemysłu optycznego. Są one bardzo trudne w produkcji. Obecnie najnowocześniejsza maszyna litograficzna EUV w ekstremalnym ultrafiolecie firmy ASML może wytwarzać chipy w procesie 5 nm. Cena pojedynczej maszyny litograficznej przekroczyła 100 milionów dolarów. Całkowicie niezależnie produkowane chińskie maszyny litograficzne mogą obecnie osiągnąć jedynie proces 90 nm, co stanowi znaczną lukę.
Na czym polega trudność w opracowaniu maszyny do fotolitografii? Maszyny litograficzne wykorzystują wiele zaawansowanych technologii, takich jak integracja systemów, precyzyjna optyka, precyzyjny ruch, precyzyjna transmisja materiału oraz wysoce precyzyjna kontrola mikrośrodowiska. Są to najbardziej zaawansowane technologicznie urządzenia spośród wszystkich urządzeń do produkcji półprzewodników. Aby ASML mogło korzystać z najnowocześniejszych technologii na świecie w różnych częściach całego sprzętu, ponad 90% części do maszyn litograficznych ASML jest kupowanych od zewnętrznych dostawców. ASML łączy najnowocześniejsze technologie na świecie w zakresie badań i rozwoju technologicznego, takie jak niemiecka technologia mechaniczna, najlepsze niemieckie obiektywy Zeiss, amerykańskie źródła światła i sprzęt pomiarowy itp. Można powiedzieć, że wysokiej klasy maszyny litograficzne ASML są „produktem ludzkiej mądrości”.
Najwięksi międzynarodowi producenci:ASML (Holandia)
Chiński producent:SMEE Szanghajska Mikroelektronika
Procesor (CPU) to układ scalony dużej skali, który stanowi rdzeń obliczeniowy i sterujący komputera. Jego funkcją jest głównie interpretowanie instrukcji komputerowych i przetwarzanie danych w oprogramowaniu komputerowym. Jednostka centralna (CPU) zawiera głównie jednostki arytmetyczne (jednostki operacji arytmetycznych i logicznych) oraz pamięć podręczną, a także magistrale danych, sterowania i stanu, które implementują połączenia między nimi. Wraz z pamięcią wewnętrzną i urządzeniami wejścia/wyjścia jest to trzy podstawowe komponenty komputera elektronicznego. Procesor (CPU) opiera się na instrukcjach z systemu obliczeniowego i sterowania. Każdy procesor (CPU) jest zaprojektowany z szeregiem systemów instrukcji, które odpowiadają jego obwodom sprzętowym. Siła instrukcji jest również ważnym wskaźnikiem procesora (CPU). Zestaw instrukcji jest jednym z najskuteczniejszych narzędzi do poprawy wydajności mikroprocesorów.
Intel i AMD w Stanach Zjednoczonych zajmują niemal cały światowy rynek komputerów osobistych. Obszary zastosowań krajowych procesorów obejmują nie tylko sektory profesjonalne, takie jak urządzenia wbudowane i serwery, ale także rynek konsumencki. Ze względu na ogromne różnice w docelowych usługach i obszarach zastosowań, różne typy krajowych procesorów mają odmienne postrzeganie w sercach Chińczyków. Na przykład Feiteng i Shenwei, przeznaczone specjalnie do serwerów, nie są powszechnie znane.
Procesory rozwijają się dynamicznie, a częstotliwość, moc obliczeniowa i pobór mocy to ważne wskaźniki pomiaru ich wydajności. Jako nowy gracz na rynku, Chiny zawsze znacznie odstają od poziomu zaawansowania na świecie pod względem badań i rozwoju. Na przykład, wydajność Loongsona wydaje się zawsze ustępować Intelowi. Loongson to procesor ogólnego przeznaczenia, niezależnie opracowany przez Instytut Technologii Komputerowych Chińskiej Akademii Nauk. Wykorzystuje on zestaw instrukcji RISC, podobny do zestawu instrukcji MIPS. Jednak pomyślny rozwój Loongsona pomógł kolei dużych prędkości Fuxing osiągnąć 100% produkcję krajową, co pozwoliło na wyposażenie satelitów radaru fazowanego czwartej generacji J-20 i Beidou w chińskie rdzenie.
W dziedzinie procesorów mobilnych pozycja Qualcomma jest wciąż niezachwiana. Procesor Kirin firmy Huawei HiSilicon jest wystarczająco dobry, choć opiera się na brytyjskim gigancie ARM. Unisoc również odniósł pewne sukcesy w dziedzinie mobilnych procesorów. Irytujące jest jednak to, że Stany Zjednoczone zaostrzyły ostatnio sankcje wobec Huawei, próbując ograniczyć jego rozwój w dziedzinie układów półprzewodnikowych. Przyszłość procesorów Kirin pozostaje nieznana.
Najwięksi międzynarodowi producenci:Intel Intel (USA), AMD (USA)
Chiński producent:Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (procesor Loongson), Tianjin Feiteng (procesor Feiteng), Shanghai Zhaoxin (procesor Zhaoxin) itp.
Oprogramowanie do projektowania układów scalonych EDA
Obecnie na świecie działają trzy główne firmy zajmujące się oprogramowaniem EDA do układów scalonych: Mentor Graphics, Cadence i Synopsys. Udział tych trzech amerykańskich firm w rynku EDA osiągnął niemal monopol. Obecnie jedynymi dostawcami EDA, którzy oferują kompleksową obsługę procesu projektowania i produkcji układów scalonych, są Cadence i Synopsys.
Główni producenci układów scalonych, tacy jak Intel, Apple i Qualcomm, muszą kupować oprogramowanie EDA i powiązane usługi od tych dwóch firm. Wiodące chińskie firmy zajmujące się projektowaniem układów scalonych, takie jak Huawei HiSilicon, Yangtze Memory i UNISOC, kupują oprogramowanie EDA od tych amerykańskich firm.
Krajowi producenci EDA, tacy jak BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Microelectronics itp., mogą dostarczyć jedynie niektóre narzędzia projektowe EDA i nie są w stanie objąć całego łańcucha przemysłowego, takiego jak projektowanie układów scalonych, okablowanie, weryfikacja i symulacja. Co więcej, połączenie krajowego oprogramowania EDA z zaawansowaną technologią nie jest korzystne, a wsparcie dla układów scalonych z zaawansowaną technologią jest niewystarczające. W związku z tym możliwości techniczne krajowych firm EDA są dalekie od możliwości konkurowania z czołowymi międzynarodowymi firmami EDA.
Najwięksi międzynarodowi producenci:Mentor Graphics (USA), Cadence (USA), Synopsys (USA)
Chiński producent:BGI Jiutian, technologia Xinhe, Guangli Micro itp.
DRAM to dynamiczna pamięć o swobodnym dostępie (DRM), najpowszechniejsza pamięć systemowa. Amerykański Micron, południowokoreański Samsung i SK Hynix zajmują absolutne pozycje monopolistyczne i dominują na rynku pamięci DRAM.
Trzy największe chińskie firmy produkujące układy pamięci, Yangtze Memory, Hefei Changxin i GigaDevice, rozpoczęły opracowywanie i produkcję układów pamięci, co ma przełamać monopol Korei Południowej, Stanów Zjednoczonych i Japonii na rynku układów pamięci.
W tym roku Yangtze Memory rozpoczęło masową produkcję 64-warstwowej pamięci flash 3D NAND opartej na architekturze Xtacking. Następnie firma zrezygnowała z 96-warstwowej pamięci flash, powszechnie stosowanej w branży, i z powodzeniem opracowała 128-warstwową pamięć flash 3D NAND.
Hefei Changxin osiągnął masową produkcję pamięci 8G DDR4 z wykorzystaniem procesu technologicznego 19 nm w 2019 r. W tym roku oficjalnie wprowadzi na rynek niezależnie opracowaną pamięć Guangweiyi PRO DDR4 i wprowadzi ją na rynek konsumencki.
GigaDevice zajmuje pierwsze miejsce na krajowym rynku pamięci flash NOR i jest jednym z trzech największych dostawców pamięci flash NOR na świecie. Obecnie firma stopniowo rozszerza działalność na rynku pamięci flash NAND i aktywnie rozwija działalność w zakresie pamięci DRAM.
Spośród kluczowych technologii półprzewodnikowych, których przełom wymaga, pamięć DRAM ma największe szanse na masową produkcję lokalną i warto na nią czekać.
Najwięksi międzynarodowi producenci:Micron (USA), Samsung (Korea Południowa), SK Hynix (Korea Południowa) itd.
Chiński producent:Magazynowanie na rzece Jangcy, Hefei Changxin, GigaDevice
Układ o ultrawysokiej częstotliwości radiowej
Układ scalony częstotliwości radiowej (RFC) to element elektroniczny, który przetwarza komunikację radiową na określony kształt fali sygnału radiowego i przesyła go przez rezonans anteny. Architektura układu scalonego częstotliwości radiowej składa się z dwóch części: kanału odbiorczego i kanału nadawczego. W przypadku istniejących trybów GSM i TD-SCDMA, jeśli terminal obsługuje dodatkowe pasmo częstotliwości, jego układ scalony częstotliwości radiowej odpowiednio doda kanał odbiorczy, ale to, czy potrzebny jest nowy kanał nadawczy, zależy od relacji między nowym pasmem częstotliwości a pasmem pierwotnym.
Chiny są największym producentem telefonów komórkowych na świecie, ale nie są w stanie produkować zaawansowanych urządzeń radiowych. Wymaga to solidnego nagromadzenia materiałów, procesów i doświadczenia projektowego. Wiele krajowych firm zajmuje się produkcją układów scalonych niskiej i średniej klasy częstotliwości radiowej, które również zajmują znaczną część rynku. Jednak w dziedzinie zaawansowanych układów scalonych częstotliwości radiowej wciąż istnieje duży potencjał wzrostu.
Najwięksi międzynarodowi producenci:Skyworks (USA), Qorvo Verizon (USA) itp.
Chiński producent:Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro itp.
CPLD to układ opracowany na bazie układów PAL i GAL. Jest stosunkowo duży pod względem skali i złożonej struktury, a także należy do zakresu układów scalonych dużej skali (WSIC). Jest to cyfrowy układ scalony, który pozwala użytkownikom na konstruowanie funkcji logicznych zgodnie z własnymi potrzebami. Podstawowa metoda projektowania polega na wykorzystaniu zintegrowanej platformy programistycznej do generowania odpowiednich plików docelowych za pomocą schematów, języków opisu sprzętu (HOD) i innych metod, a następnie przesłaniu kodu do układu docelowego za pomocą kabla do pobierania (programowanie „w systemie”) w celu realizacji zaprojektowanego systemu cyfrowego.
FPGA to programowalna macierz bramek, będąca produktem rozwojowym opartym na układach programowalnych, takich jak PAL, GAL i CPLD. Występuje jako układ półspecjalistyczny w dziedzinie układów scalonych ASIC (Application-Special Integrated Circuits), który nie tylko rozwiązuje problemy układów niestandardowych, ale także przezwycięża niedogodności związane z ograniczoną liczbą bramek w oryginalnych układach programowalnych.
Bariery wejścia do branży FPGA są wysokie. W ciągu ostatnich dziesięciu lat ponad 60 firm, w tym Intel, IBM, Motorola, Philips, Toshiba i Samsung, próbowało zaangażować się w tę dziedzinę. Z wyjątkiem Intela, który z powodzeniem wszedł na ten rynek po przejęciu Altery za 16.7 miliarda dolarów, pozostałe firmy poniosły porażkę. Na obecnym rynku FPGA wszyscy giganci FPGA znajdują się w Stanach Zjednoczonych, tacy jak Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago, Cypress itp., z których każdy ma swoją unikalną tajną broń. Wśród nich Xilinx jest światowym liderem w FPGA, liderem w dziesiątkach milionów bramek i 16 nanometrach; Actel jest pionierem w dziedzinie bezpieczników i pionierem produktów klasy lotniczej. Produkty każdej innej firmy są niezbędnymi układami scalonymi dla produktów klasy przemysłowej, wojskowej i lotniczej. Są one również niedociągnięciami i głównym źródłem cierpienia krajów na całym świecie zaangażowanych w najnowocześniejsze technologie. Wśród nich dwie firmy, Xilinx i Altera, mają 90% udziału w rynku. Istnieje duża różnica między producentami krajowymi a zagranicznymi pod względem poziomu technicznego. Chociaż istnieją setki krajowych producentów FPGA konkurujących ze sobą, są oni zasadniczo rozproszeni na rynku średniej i niskiej klasy. Większość z nich to układy FPGA z poziomem bramek wynoszącym około 10 milionów. Chociaż kilka układów FPGA z poziomem bramek wynoszącym 20 milionów jest niezależnie opracowywanych. 35-milionowy FPGA poziomu bramek firmy China Electronics Technology i 70-milionowy FPGA poziomu bramek firmy China Electronics stanowią znaczący przełom technologiczny.
Tongchuang nadal jest liderem w rozwoju chińskiego przemysłu FPGA. Po osiągnięciu masowej produkcji i sprzedaży pierwszego chińskiego produktu FPGA z 10 milionami bramek, firma przyspieszyła rozwój i sukcesywnie uzupełniała i ulepszała wszystkie modele urządzeń średniej i niskiej klasy o skali poniżej 30 milionów bramek. Wśród nich, pełna gama urządzeń Logos i Compact została wyprodukowana masowo. Wszystkie urządzenia z serii Logos2 i Titan2 zostaną wprowadzone do masowej produkcji w tym roku, co pozwoli zaspokoić potrzeby wszystkich krajowych aplikacji średniej i niskiej klasy. Udział w rynku obejmuje około 60%, co zasadniczo zaspokaja potrzeby stabilnego rozwoju chińskiego przemysłu elektronicznego.
Najwięksi zagraniczni producenci:Xilinx (USA), Altera (USA) itp.
Chiński producent:Shenzhen Unisoc, Shanghai Fudan Microelectronics, Beijing Microelectronics, itp.
Termin „chip DSP” odnosi się do układu, który może implementować technologię cyfrowego przetwarzania sygnałów. Wnętrze układu DSP wykorzystuje strukturę harwardzką, która oddziela program od danych. Posiada on dedykowany mnożnik sprzętowy, szeroko wykorzystuje operacje potokowe i udostępnia specjalne instrukcje DSP, które umożliwiają szybką implementację różnych algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnałów.
Układy DSP rozwijały się dynamicznie od momentu ich powstania. Z jednej strony korzystają z rozwoju układów scalonych, a z drugiej – z ogromnego rynku. W ciągu zaledwie dwóch dekad układy DSP znalazły szerokie zastosowanie w przetwarzaniu sygnałów, komunikacji, radarach, systemach obrazowania, wojsku, instrumentach pomiarowych, automatyce i wielu innych dziedzinach.
Obecnie globalny rynek układów DSP jest nadal zmonopolizowany przez gigantów. Texas Instruments, ADI, Freescale, Motorola i inne firmy są liderami w tej branży. Krajowe układy DSP pojawiły się późno. W 2006 roku 14. Chiński Instytut Badań nad Energią Elektryczną (China Electric Power Research Institute) i Loongson Corporation nawiązały współpracę w celu opracowania krajowych układów DSP. Wydajność opracowanego w 2012 roku układu „Hua Rui No. 1” była lepsza niż MPC8640D firmy Freescale. W 2017 roku na rynek wszedł krajowy układ DSP „Hua Rui No. 2”.
Najwięksi zagraniczni producenci:TI Texas Instruments (USA), ADI Analog Devices (USA) itp.
Chiński producent:CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Beijing Zhongxing Microelectronics itp.
Znany również jako rdzeń wyświetlacza, procesor wizualny i układ wyświetlacza, jest mikroprocesorem specjalizującym się w przetwarzaniu obrazu w komputerach osobistych, stacjach roboczych, konsolach do gier i niektórych urządzeniach mobilnych (takich jak tablety, smartfony itp.). Jego zadaniem jest konwersja i przetwarzanie informacji wyświetlanych przez system komputerowy, dostarczanie sygnałów skanowania liniowego do wyświetlacza oraz sterowanie jego poprawnym wyświetlaniem. Jest to ważny element łączący wyświetlacz z płytą główną komputera osobistego, a także jedno z ważnych urządzeń umożliwiających „dialog między człowiekiem a komputerem”.
Jeśli chodzi o procesory graficzne, pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl, jest NVIDIA, która zajmuje ponad połowę globalnego rynku procesorów graficznych, a procesory graficzne AMD również mają swoje miejsce. Chińskie firmy produkujące procesory graficzne nie osiągnęły jeszcze ogromnej skali, a powiązane technologie są również aktywnie rozwijane. Obecnie do krajowych firm badających procesory graficzne należą Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, China Shipbuilding Industry Corporation 709 Institute, AVIC 631 Institute itp. Według redaktora OFweek Electronic Engineering Network, Lingjiu GP101, opracowany przez China Shipbuilding Industry Corporation z całkowicie niezależnymi prawami własności intelektualnej, odświeżył lukę w moim kraju w dziedzinie krajowych kart graficznych. Lingjiu GP101 to wydajny i energooszczędny układ przetwarzania grafiki. W porównaniu z zaawansowanymi producentami, takimi jak Europa i Stany Zjednoczone, wciąż ma długą drogę do przebycia. Ma długą drogę do przebycia, zanim osiągnie światowy poziom wiodący.
Najwięksi zagraniczni producenci:Imagination (Wielka Brytania), Qualcomm (USA), NVIDIA (USA), AMD (USA) itd.
Chiński producent:Jingjiawei, Szanghaj Zhaoxin
MPU jest również nazywany mikroprocesorem lub jednostką ochrony pamięci. MPU to pojedynczy układ scalony, podczas gdy chipset składa się z zestawu układów scalonych. Na początku istniało ich nawet 7 lub 8, ale obecnie większość z nich jest łączona w dwa układy, zazwyczaj nazywane układami mostka północnego i mostka południowego. MPU to centrum obliczeniowe, osądzające lub sterujące komputerem. Niektórzy nazywają go „sercem komputera”.
Dostawcy tacy jak Intel, Qualcomm, Samsung, Freescale, MediaTek i Spreadtrum są liderami na tym rynku. Udział w krajowym rynku mikroprocesorów (MPU) jest bardzo mały, niemal zerowy, a firmy takie jak BGI, Huawei i Unisoc intensywnie prowadzą badania i rozwój powiązanych technologii.
Najwięksi zagraniczni producenci:Intel (Wielka Brytania), Qualcomm (USA), Freescale (USA) itd.
Chiński producent:Unisoc, MediaTek
Materiały do produkcji półprzewodników obejmują głównie płytki krzemowe, gazy elektronowe, fotomaski, substancje chemiczne wspomagające fotorezysty, materiały polerujące, fotorezysty, substancje chemiczne na mokro i tarcze do rozpylania.
Globalny przemysł materiałów półprzewodnikowych jest nadal zdominowany przez Japonię, Stany Zjednoczone, Koreę Południową, Niemcy i inne kraje. Chiński przemysł materiałów półprzewodnikowych dokonał przełomu w segmentach takich jak tarcze, podłoża do opakowań, płyny polerujące, fotorezysty i inne produkty. Standardy techniczne niektórych produktów osiągnęły światowy poziom najwyższej klasy, ale ogólny poziom wciąż pozostaje daleko w tyle za międzynarodowymi standardami najwyższej klasy.
Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł został przedrukowany z „IoT IQ”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Jest on przeznaczony wyłącznie do przedruku i udostępniania oraz służy ochronie praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia.
粤公网安备44030002007346号