Dez tecnologias essenciais que meu país ainda não domina no setor de semicondutores.
A indústria de semicondutores possui uma estrutura típica de "pirâmide". Quanto mais acima na cadeia de valor, menor o número de empresas, maior o valor da produção e maior a complexidade técnica. Devido ao início tardio, à falta de tecnologias essenciais e à escassez de talentos, o desenvolvimento de semicondutores no meu país tem sido bastante limitado. A incapacidade de dominar tecnologias essenciais frequentemente resulta em bloqueios por parte de outros países. Até o momento, o setor de chips, considerado chave para o sucesso, ainda depende de importações.
O incidente com a ZTE em 2018 ainda está fresco em nossas memórias! Não faz muito tempo, os Estados Unidos se valeram da tecnologia e dos equipamentos de semicondutores que dominavam para intensificar as sanções contra a Huawei, numa tentativa de restringir a Huawei e o desenvolvimento do meu país no setor de alta tecnologia!
Os Estados Unidos ergueram sua lança "tecnológica" e exploraram a fragilidade da "escassez de tecnologias essenciais" do meu país. Ao mesmo tempo que soaram o alarme para a indústria de semicondutores do meu país, também fizeram com que muitas pessoas e empresas percebessem que depender da tecnologia americana é arriscado. O caminho certo é dominar as tecnologias essenciais e eliminar a dependência tecnológica!
Atualmente, nosso país elevou o desenvolvimento da indústria de semicondutores a um patamar estratégico, classificando-a como uma indústria nacional prioritária para o desenvolvimento, investindo consideravelmente em recursos financeiros e talentos para alcançar avanços tecnológicos e buscando trilhar o caminho da pesquisa e desenvolvimento independentes e da autossuficiência o mais breve possível. O que ainda aguarda avanços são as tecnologias essenciais nas seguintes áreas.
Máquina de fotolitografia de alta qualidade
Sendo o equipamento central da indústria de circuitos integrados, as máquinas de litografia são consideradas "as máquinas mais sofisticadas e complexas da humanidade". Atualmente, a única empresa no mundo capaz de fabricar máquinas de litografia de alta gama é a ASML, da Holanda, enquanto as japonesas Nikon e Canon fabricam máquinas de litografia de gama média a baixa. A participação de mercado dessas duas empresas ultrapassa os 80%.
O sistema de fotolitografia é o núcleo da fabricação de chips. A fotolitografia é a etapa mais complexa e crítica no processo de produção de chips semicondutores. É um processo demorado e dispendioso. A dificuldade e o ponto crucial da produção de chips semicondutores residem na transferência do diagrama do circuito da máscara para o wafer de silício. Esse processo é realizado por meio da fotolitografia. O nível de qualidade do processo de fotolitografia determina diretamente o nível de qualidade e o desempenho do chip.
As máquinas de litografia de alta tecnologia podem ser consideradas a joia da indústria óptica moderna. Sua fabricação é extremamente complexa. Atualmente, a máquina de litografia ultravioleta extrema (EUV) mais avançada da ASML é capaz de produzir chips com um processo de 5 nm. O preço de uma única máquina de litografia ultrapassa os 100 milhões de dólares americanos. As máquinas de litografia produzidas de forma totalmente independente na China, por outro lado, alcançam atualmente apenas o processo de 90 nm, o que representa uma grande defasagem.
Qual é a dificuldade no desenvolvimento de uma máquina de fotolitografia? As máquinas de litografia envolvem muitas tecnologias avançadas, como integração de sistemas, óptica de precisão, movimento preciso, transmissão precisa de materiais e controle de microambiente de alta precisão. Elas são os equipamentos tecnologicamente mais avançados entre todos os equipamentos de fabricação de semicondutores. Para que a ASML obtenha a tecnologia mais avançada do mundo em diferentes partes de todo o equipamento, mais de 90% das peças das máquinas de litografia da ASML são adquiridas externamente. A ASML reúne as tecnologias de ponta mais avançadas do mundo em pesquisa e desenvolvimento, como tecnologia mecânica alemã, lentes Zeiss alemãs de alta qualidade, fontes de luz e equipamentos de medição americanos, etc. Pode-se dizer que as máquinas de litografia de ponta da ASML são "o produto da sabedoria humana".
Principais fabricantes internacionais:ASML (Países Baixos)
Fabricante chinês:SMEE Shanghai Microeletrônica
A CPU (Unidade Central de Processamento) é um circuito integrado de grande escala, sendo o núcleo de computação e controle de um computador. Sua função principal é interpretar instruções e processar dados em softwares. A CPU inclui principalmente unidades aritméticas (unidades de operação aritmética e lógica) e memórias cache, além dos barramentos de dados, controle e estado que implementam as conexões entre elas. Juntamente com a memória interna e os dispositivos de entrada/saída, ela constitui o conjunto de três componentes principais de um computador. A CPU depende de instruções do sistema de computação e controle. Cada CPU é projetada com uma série de sistemas de instruções que correspondem aos seus circuitos de hardware. A robustez das instruções também é um indicador importante da CPU. O conjunto de instruções é uma das ferramentas mais eficazes para melhorar a eficiência dos microprocessadores.
Nos Estados Unidos, a Intel e a AMD dominam quase todo o mercado global de PCs. Os processadores nacionais têm aplicações que abrangem não apenas setores profissionais, como dispositivos embarcados e servidores, mas também o mercado consumidor. Devido às grandes diferenças nos públicos-alvo e nas áreas de aplicação, os diferentes tipos de processadores nacionais são percebidos de forma distinta pelos consumidores chineses. Por exemplo, as marcas Feiteng e Shenwei, voltadas especificamente para servidores, não são muito conhecidas.
Os processadores estão em rápido desenvolvimento, e a frequência principal, o poder de processamento e o consumo de energia são indicadores importantes para medir seu desempenho. Como um país que chegou atrasado a esse mercado, o nível de pesquisa e desenvolvimento da China está sempre muito atrás do nível avançado mundial. Por exemplo, o desempenho do Loongson parece estar sempre atrás do da Intel. O Loongson é um processador de uso geral desenvolvido independentemente pelo Instituto de Tecnologia da Computação da Academia Chinesa de Ciências. Ele utiliza o conjunto de instruções RISC, que é semelhante ao conjunto de instruções MIPS. No entanto, o desenvolvimento bem-sucedido do Loongson ajudou a Ferrovia de Alta Velocidade Fuxing a atingir 100% de produção nacional, permitindo que o radar de varredura eletrônica J-20 de quarta geração e os satélites Beidou fossem equipados com núcleos chineses.
No campo dos processadores móveis, a posição da Qualcomm permanece inabalável. O processador Kirin da Huawei HiSilicon é bastante competente, embora dependa da tecnologia da gigante britânica ARM. A Unisoc também obteve alguns avanços em chips para dispositivos móveis. No entanto, o que incomoda é que os Estados Unidos intensificaram recentemente as sanções contra a Huawei, numa tentativa de restringir o desenvolvimento da empresa no setor de semicondutores. O futuro do processador Kirin ainda é incerto.
Principais fabricantes internacionais:Intel (EUA), AMD (EUA)
Fabricante chinês:Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (CPU Loongson), Tianjin Feiteng (CPU Feiteng), Shanghai Zhaoxin (CPU Zhaoxin), etc.
Atualmente, existem três grandes empresas de software EDA para circuitos integrados no mundo: Mentor Graphics, Cadence e Synopsys. A participação de mercado dessas três empresas americanas no setor de EDA praticamente configura um monopólio. Atualmente, os únicos fornecedores de EDA capazes de abranger todo o processo de projeto e produção de chips são a Cadence e a Synopsys.
Grandes fabricantes de chips, como Intel, Apple e Qualcomm, precisam adquirir software EDA e serviços relacionados dessas duas empresas. As principais empresas chinesas de design de chips, Huawei HiSilicon, Yangtze Memory e UNISOC, também adquirem software de design EDA dessas empresas americanas.
Fabricantes nacionais de EDA, como BGI Jiutian, Xinhe Technology e Guangli Microelectronics, oferecem apenas algumas ferramentas de projeto EDA, não sendo capazes de fornecer soluções que abranjam toda a cadeia produtiva, como projeto de circuitos integrados, fiação, verificação e simulação. Além disso, a integração de softwares EDA nacionais com tecnologias avançadas é precária, havendo suporte insuficiente para chips com tecnologias de ponta. Portanto, a capacidade técnica das empresas nacionais de EDA está longe de competir com as principais empresas internacionais do setor.
Principais fabricantes internacionais:Mentor Graphics (EUA), Cadence (EUA), Synopsys (EUA)
Fabricante chinês:BGI Jiutian, Tecnologia Xinhe, Guangli Micro, etc.
DRAM significa memória dinâmica de acesso aleatório, o tipo de memória mais comum em sistemas operacionais. A Micron, dos Estados Unidos, a Samsung, da Coreia do Sul, e a SK Hynix detêm posições de monopólio absoluto e dominam o mercado de DRAM.
As três principais empresas chinesas de chips de memória, Yangtze Memory, Hefei Changxin e GigaDevice, começaram a planejar e iniciar a produção de chips de memória, o que deve quebrar o monopólio desse mercado exercido pela Coreia do Sul, Estados Unidos e Japão.
A Yangtze Memory alcançou a produção em massa de memória flash 3D NAND de 64 camadas baseada na arquitetura Xtacking este ano. Em seguida, a empresa pulou diretamente as 96 camadas comuns na indústria e desenvolveu com sucesso a memória flash 3D NAND de 128 camadas.
Hefei Changxin achieved mass production of 8G DDR4 memory using the 19nm process in 2019, and will officially commercialize the independently developed Guangweiyi PRO DDR4 memory this year and introduce it to the consumer market.
A GigaDevice ocupa o primeiro lugar em participação no mercado doméstico de memória flash NOR e está entre os três maiores fornecedores de memória flash NOR do mundo. Atualmente, está expandindo gradualmente para a memória flash NAND e investindo ativamente no negócio de DRAM.
Dentre as principais tecnologias de semicondutores que precisam ser desenvolvidas, a DRAM é a que tem maior probabilidade de ser produzida em massa localmente, e vale a pena aguardar ansiosamente por isso.
Principais fabricantes internacionais:Micron (EUA), Samsung (Coreia do Sul), SK Hynix (Coreia do Sul), etc.
Fabricante chinês:Armazenamento do Rio Yangtze, Hefei Changxin, GigaDevice
Chip de radiofrequência ultra-alta
A radio frequency chip refers to an electronic component that converts radio signal communication into a certain radio signal waveform and sends it out through antenna resonance. The radio frequency chip architecture includes two parts: the receiving channel and the transmitting channel. For the existing GSM and TD-SCDMA modes, if the terminal supports an additional frequency band, its radio frequency chip will add a receiving channel accordingly, but whether a new transmitting channel is needed depends on the relationship between the new frequency band and the original frequency band.
A China é a maior produtora mundial de telefones celulares, mas não consegue produzir dispositivos de radiofrequência de alta gama para esses aparelhos. Isso exige um sólido acúmulo de materiais, processos e experiência em design. Existem muitas empresas nacionais dedicadas a chips de radiofrequência de baixo e médio custo, que também detêm uma parcela considerável do mercado. No entanto, o setor de chips de radiofrequência de alta gama ainda apresenta um grande potencial de crescimento.
Principais fabricantes internacionais:Skyworks (EUA), Qorvo Verizon (EUA), etc.
Fabricante chinês:Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro, etc.
O CPLD é um dispositivo desenvolvido a partir dos dispositivos PAL e GAL. É relativamente grande em escala e complexo em estrutura, pertencendo ao âmbito dos circuitos integrados de larga escala. Trata-se de um circuito integrado digital que permite aos usuários construir funções lógicas de acordo com suas próprias necessidades. O método básico de projeto consiste em utilizar uma plataforma de software de desenvolvimento integrado para gerar os arquivos de destino correspondentes usando diagramas esquemáticos, linguagens de descrição de hardware e outros métodos, e então transferir o código para o chip de destino através de um cabo de download ("programação em sistema") para implementar o sistema digital projetado.
FPGA significa Field Programmable Gate Array (Matriz de Portas Programáveis em Campo), um produto desenvolvido a partir de dispositivos programáveis como PAL, GAL e CPLD. Ele surge como um circuito semicustomizado no campo dos circuitos integrados de aplicação específica (ASIC), solucionando não apenas as limitações dos circuitos personalizados, mas também superando a restrição do número de portas lógicas nos dispositivos programáveis originais.
As barreiras de entrada na indústria de FPGAs são altas. Nos últimos dez anos, mais de 60 empresas, incluindo Intel, IBM, Motorola, Philips, Toshiba e Samsung, tentaram entrar nesse mercado. Com exceção da Intel, que obteve sucesso ao adquirir a Altera por US$ 16.7 bilhões, as demais empresas fracassaram. No mercado atual de FPGAs, os gigantes estão todos nos Estados Unidos, como Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago, Cypress, etc., cada um com seu diferencial exclusivo. Entre elas, a Xilinx é líder global em FPGAs, com dezenas de milhões de portas e tecnologia de 16 nanômetros; a Actel é pioneira em antifusíveis e em produtos de nível aeroespacial. Os produtos de todas as outras empresas são chips essenciais para aplicações industriais, militares e aeroespaciais. Essas também são as deficiências e a principal fonte de dificuldades para países ao redor do mundo que investem em tecnologia de ponta. Entre elas, duas empresas, Xilinx e Altera, detêm 90% do mercado. Há uma grande disparidade entre os fabricantes nacionais e estrangeiros em termos de nível técnico. Embora existam centenas de fabricantes nacionais de FPGAs competindo, eles se concentram principalmente no mercado de baixo a médio porte. A maioria produz FPGAs com cerca de 10 milhões de portas lógicas. Alguns FPGAs com 20 milhões de portas lógicas foram desenvolvidos de forma independente. Os FPGAs de 35 milhões de portas lógicas da China Electronics Technology e de 70 milhões de portas lógicas da China Electronics representam um grande avanço tecnológico.
A Tongchuang continua a liderar o desenvolvimento da indústria de FPGAs na China. Após alcançar a produção em massa e o envio do primeiro FPGA de 10 milhões de portas da China, acelerou o desenvolvimento e complementou e aprimorou sucessivamente todos os modelos de dispositivos de gama média e baixa com menos de 30 milhões de portas. Entre eles, toda a linha de dispositivos Logos e Compact já está em produção em massa. Todos os dispositivos das séries Logos2 e Titan2 serão lançados em produção em massa este ano, atendendo às necessidades de todas as aplicações de gama média e baixa no mercado interno. A participação de mercado abrange cerca de 60%, o que atende, basicamente, às necessidades de desenvolvimento estável da indústria de informação eletrônica da China.
Principais fabricantes estrangeiros:Xilinx (EUA), Altera (EUA), etc.
Fabricante chinês:Shenzhen Unisoc, Shanghai Fudan Microelectronics, Beijing Microelectronics, etc.
Um chip DSP é um chip capaz de implementar tecnologia de processamento digital de sinais. Internamente, o chip DSP utiliza uma estrutura Harvard que separa o programa dos dados. Possui um multiplicador de hardware dedicado, utiliza amplamente operações em pipeline e fornece instruções DSP especiais que podem ser usadas para implementar rapidamente diversos algoritmos de processamento digital de sinais.
Os chips DSP evoluíram rapidamente desde o seu surgimento. Por um lado, beneficiaram-se do desenvolvimento dos circuitos integrados e, por outro, também do enorme mercado existente. Em apenas duas décadas, os chips DSP passaram a ser amplamente utilizados em processamento de sinais, comunicações, radar, processamento de imagens, aplicações militares, instrumentação, automação e muitas outras áreas.
Atualmente, o mercado global de chips DSP ainda é monopolizado por gigantes. Texas Instruments, ADI, Freescale, Motorola, entre outras, são líderes nesse setor. Os chips DSP nacionais começaram a ser produzidos tardiamente. Em 2006, o 14º Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica da China e a Loongson Corporation cooperaram para desenvolver chips DSP nacionais. O desempenho do "Hua Rui No. 1", desenvolvido por eles em 2012, foi superior ao do MPC8640D da Freescale. Em 2017, o chip DSP nacional "Hua Rui No. 2" chegou ao mercado.
Principais fabricantes estrangeiros:TI Texas Instruments (USA), ADI Analog Devices (USA), etc.
Fabricante chinês:CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Pequim Zhongxing Microeletrônica, etc.
Também conhecido como núcleo de exibição, processador visual e chip de vídeo, é um microprocessador especializado em processamento de imagens em computadores pessoais, estações de trabalho, consoles de jogos e alguns dispositivos móveis (como tablets, smartphones, etc.). Sua função é converter e processar as informações de exibição necessárias ao sistema do computador, fornecer sinais de varredura de linha para o monitor e controlar a exibição correta da imagem. É um componente importante que conecta o monitor à placa-mãe do computador pessoal e também um dos dispositivos essenciais para a "interação humano-computador".
Quando se fala em GPUs, a primeira coisa que vem à mente é a NVIDIA, que detém mais da metade do mercado global de GPUs, e as GPUs da AMD também têm seu espaço. As empresas chinesas de GPUs ainda não atingiram uma escala tão grande, e as tecnologias relacionadas também estão sendo ativamente desenvolvidas. Atualmente, empresas nacionais que pesquisam GPUs incluem Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, Instituto 709 da Corporação da Indústria Naval da China, Instituto 631 da AVIC, etc. De acordo com o editor da OFweek Electronic Engineering Network, o Lingjiu GP101, desenvolvido pela Corporação da Indústria Naval da China com direitos de propriedade intelectual totalmente independentes, preencheu a lacuna deixada pela China no campo das placas gráficas nacionais. O Lingjiu GP101 é um chip de processamento gráfico de alto desempenho e baixo consumo de energia. Comparado com fabricantes avançados da Europa e dos Estados Unidos, ainda há um longo caminho a percorrer. Ainda há um longo caminho a percorrer antes que ele possa alcançar o nível de liderança mundial.
Principais fabricantes estrangeiros:Imagination (Reino Unido), Qualcomm (EUA), NVIDIA (EUA), AMD (EUA), etc.
Fabricante chinês:Jingjiawei, Xangai Zhaoxin
A MPU também é chamada de microprocessador ou unidade de proteção de memória. A MPU é um chip único, enquanto o chipset é composto por um conjunto de chips. Antigamente, chegava a ter 7 ou 8 chips, mas hoje em dia a maioria é combinada em dois chips, geralmente chamados de chip Ponte Norte e chip Ponte Sul. A MPU é o centro de cálculo, processamento e controle do computador. Algumas pessoas a chamam de "coração do computador".
Fornecedores como Intel, Qualcomm, Samsung, Freescale, MediaTek e Spreadtrum são líderes neste mercado. A participação do mercado doméstico de microprocessadores é muito pequena, quase nula, e empresas como BGI, Huawei e Unisoc estão aumentando a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias relacionadas.
Principais fabricantes estrangeiros:Intel (Reino Unido), Qualcomm (EUA), Freescale (EUA), etc.
Fabricante chinês:Unisoc, MediaTek
Matérias-primas para semicondutores
Os materiais utilizados na fabricação de semicondutores incluem principalmente wafers de silício, gases para elétrons, fotomáscaras, produtos químicos de suporte para fotorresistentes, materiais de polimento, fotorresistentes, produtos químicos úmidos e alvos de pulverização catódica.
A indústria global de materiais semicondutores ainda é absolutamente dominada pelo Japão, Estados Unidos, Coreia do Sul, Alemanha e outros países. Os materiais semicondutores da China alcançaram grandes avanços em áreas segmentadas como alvos, substratos de encapsulamento, fluidos de polimento, fotorresistentes e outros produtos. Os padrões técnicos de alguns produtos atingiram o nível de excelência mundial, mas o nível geral ainda está muito aquém do padrão internacional.
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