Десять ключевых технологий в полупроводниковой отрасли, которые моя страна еще не освоила.
Полупроводниковая промышленность имеет типичную «пирамидальную» структуру. Чем выше уровень цепочки поставок, тем меньше компаний, тем выше стоимость продукции и тем сложнее технические задачи. Из-за позднего старта, отсутствия базовых технологий и нехватки квалифицированных кадров развитие полупроводниковой отрасли в моей стране сильно ограничено. Из-за неспособности освоить ключевые технологии его развитие часто блокируется другими отраслями. До сих пор ключевая область производства микросхем по-прежнему зависит от импорта.
Инцидент с ZTE в 2018 году еще свеж в нашей памяти! Не так давно Соединенные Штаты, используя свои знания в области полупроводниковых технологий и оборудования, усилили санкции против Huawei, пытаясь ограничить развитие Huawei и моей страны в сфере высоких технологий!
Соединенные Штаты подхватили свое «технологическое» копье и пробили слабость моей страны, связанную с «дефицитом ключевых технологий». Это не только било тревогу в полупроводниковой промышленности страны, но и заставило многих людей и компании осознать, что полагаться на американские технологии ненадежно. Правильный путь – это освоение ключевых технологий и избавление от технологической зависимости!
В настоящее время наша страна подняла развитие полупроводниковой промышленности на стратегический уровень, включила ее в список ключевых отраслей национального развития, вложила значительные средства и таланты для достижения технологических прорывов и стремится как можно скорее встать на путь самостоятельных исследований и разработок и самообеспечения. В настоящее время прорывы ожидают ключевых технологий в следующих областях.
Высокопроизводительная фотолитографическая машина
Литографические машины, являющиеся основным оборудованием индустрии интегральных схем, называются «самыми сложными и совершенными машинами в истории человечества». В настоящее время единственной компанией в мире, способной производить высокотехнологичные литографические машины, является нидерландская ASML, в то время как японские Nikon и Canon производят литографические машины среднего и низкого ценового сегмента. Их рыночная доля превышает 80%.
Система фотолитографии является ядром производства микросхем. Фотолитография — это наиболее сложный и критически важный этап процесса производства полупроводниковых микросхем. Он трудоемкий и дорогостоящий. Сложность и ключевой момент в производстве полупроводниковых микросхем заключается в переносе схемы с маски на кремниевую пластину. Этот процесс осуществляется с помощью фотолитографии. Уровень процесса фотолитографии напрямую определяет уровень процесса и уровень производительности микросхемы.
Высокотехнологичные литографические машины можно назвать расцветом современной оптической промышленности. Их производство сопряжено с большими трудностями. Сейчас самая передовая машина для экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV) компании ASML позволяет производить чипы по 5-нм техпроцессу. Цена одной такой машины уже превысила 100 миллионов долларов США. Китайские литографические машины, полностью разработанные собственными силами, в настоящее время способны достигать только 90-нм техпроцесса, что является огромным отставанием.
В чем сложность разработки фотолитографической машины? Литографические машины включают в себя множество передовых технологий, таких как системная интеграция, прецизионная оптика, прецизионное перемещение, прецизионная подача материала и высокоточный контроль микросреды. Это самое технологически совершенное оборудование среди всего оборудования для производства полупроводников. Для того чтобы ASML могла использовать самые передовые мировые технологии в различных частях всего оборудования, более 90% компонентов литографических машин ASML закупаются у сторонних поставщиков. ASML объединяет самые передовые мировые технологии в области исследований и разработок, такие как немецкие механические технологии, лучшие немецкие линзы Zeiss, американские источники света и измерительное оборудование и т. д. Можно сказать, что высокотехнологичные литографические машины ASML — это «продукт человеческой мудрости».
Ведущие международные производители:ASML (Нидерланды)
Китайский производитель:SMEE Shanghai Microelectronics
Центральный процессор (ЦП) — это интегральная микросхема очень большой площади, являющаяся вычислительным и управляющим ядром компьютера. Его основная функция заключается в интерпретации компьютерных инструкций и обработке данных в компьютерном программном обеспечении. Центральный процессор включает в себя арифметические блоки (блоки арифметических и логических операций) и кэш-память, а также шины данных, управления и состояния, обеспечивающие связь между ними. Вместе с внутренней памятью и устройствами ввода/вывода он является тремя основными компонентами электронного компьютера. ЦП опирается на инструкции вычислительной и управляющей системы. Каждый ЦП разработан с использованием набора инструкций, соответствующих его аппаратным схемам. Эффективность инструкций также является важным показателем ЦП. Набор инструкций — один из наиболее эффективных инструментов повышения эффективности микропроцессоров.
В США компании Intel и AMD занимают почти весь мировой рынок ПК. Области применения отечественных процессоров охватывают не только профессиональные сферы, такие как встраиваемые устройства и серверное оборудование, но и потребительский рынок. Из-за огромных различий в целевых областях применения и сферах использования, различные типы отечественных процессоров имеют разное восприятие в глазах китайского населения. Например, процессоры Feiteng и Shenwei, специально предназначенные для серверов, малоизвестны.
Процессоры быстро развиваются, и тактовая частота, вычислительная мощность и энергопотребление являются важными показателями их производительности. Будучи отстающим игроком, Китай всегда значительно отстает от передовых мировых стандартов в области исследований и разработок. Например, производительность процессора Loongson, похоже, всегда отстает от Intel. Loongson — это процессор общего назначения, разработанный Институтом вычислительных технологий Китайской академии наук. Он использует набор инструкций RISC, аналогичный набору инструкций MIPS. Однако успешная разработка Loongson помогла высокоскоростной железной дороге Фусин достичь 100% отечественного производства, что позволило оснастить китайские ядра для фазированного радара четвертого поколения J-20 и спутников Beidou.
В области мобильных процессоров позиции Qualcomm по-прежнему непоколебимы. Процессор Kirin от Huawei HiSilicon достаточно хорош, хотя и опирается на достижения британского гиганта ARM. Unisoc также добилась определенных успехов в разработке мобильных процессоров. Но вызывает раздражение тот факт, что США недавно ужесточили санкции против Huawei, пытаясь ограничить развитие компании в области полупроводниковых чипов. Будущее процессора Kirin по-прежнему неизвестно.
Ведущие международные производители:Intel (США), AMD (США)
Китайский производитель:Huawei HiSilicon, Unisoc, Loongson Zhongke (ЦП Loongson), Tianjin Feiteng (ЦП Feiteng), Шанхай Чжаоксин (ЦП Zhaoxin) и т. д.
Программное обеспечение для проектирования микросхем EDA
В настоящее время в мире существуют три крупнейшие компании-разработчика программного обеспечения EDA для интегральных схем: Mentor Graphics, Cadence и Synopsys. Рыночная доля этих трех американских компаний в индустрии EDA практически монополизировала их позиции. В настоящее время единственными поставщиками EDA, способными охватить весь процесс проектирования и производства микросхем, являются Cadence и Synopsys.
Крупнейшие производители и разработчики микросхем, такие как Intel, Apple и Qualcomm, вынуждены приобретать программное обеспечение EDA и сопутствующие услуги у этих двух компаний. Ведущие китайские компании по проектированию микросхем, такие как Huawei HiSilicon, Yangtze Memory и UNISOC, также приобретают программное обеспечение EDA у этих американских компаний.
Отечественные производители EDA-оборудования, такие как BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Microelectronics и другие, могут предложить лишь некоторые инструменты проектирования и не охватывают всю производственную цепочку, включая проектирование интегральных схем, разводку проводников, верификацию и моделирование. Более того, сочетание отечественного программного обеспечения EDA с передовыми технологиями недостаточно, а поддержка микросхем с передовыми технологиями ограничена. Поэтому технические возможности отечественных компаний, производящих EDA-оборудование, далеки от конкуренции с ведущими международными компаниями.
Ведущие международные производители:Mentor Graphics (США), Cadence (США), Synopsys (США)
Китайский производитель:BGI Jiutian, Xinhe Technology, Guangli Micro и т. д.
DRAM — это динамическая оперативная память, наиболее распространенный тип системной памяти. Американская компания Micron, южнокорейская Samsung и SK Hynix занимают абсолютные монопольные позиции и доминируют на рынке DRAM.
Три крупнейшие китайские компании по производству микросхем памяти — Yangtze Memory, Hefei Changxin и GigaDevice — начали разработку и производство микросхем памяти, что, как ожидается, позволит打破 монополию на этот рынок, занимаемую Южной Кореей, США и Японией.
В этом году компания Yangtze Memory осуществила массовое производство 64-слойной 3D NAND флэш-памяти на основе архитектуры Xtacking. Таким образом, они напрямую отказались от 96-слойной архитектуры, распространенной в отрасли, и успешно разработали 128-слойную 3D NAND флэш-память.
Компания Hefei Changxin в 2019 году осуществила массовое производство 8 ГБ памяти DDR4 по 19-нм техпроцессу, а в этом году официально выпустит на потребительский рынок разработанную ею самим компанию Guangweiyi PRO DDR4.
Компания GigaDevice занимает первое место по доле внутреннего рынка NOR-флэш-памяти и входит в тройку крупнейших мировых поставщиков NOR-флэш-памяти. В настоящее время она постепенно расширяет свое присутствие на рынке NAND-флэш-памяти и активно развивает бизнес по производству DRAM-памяти.
Среди ключевых полупроводниковых технологий, требующих прорыва, DRAM, скорее всего, будет массово производиться на местном уровне, и это внушает оптимизм.
Ведущие международные производители:Micron (США), Samsung (Южная Корея), SK Hynix (Южная Корея) и др.
Китайский производитель:Хранилище реки Янцзы, Хэфэй, Чансинь, GigaDevice
Сверхвысокочастотный радиочип
Радиочастотный чип — это электронный компонент, преобразующий радиосигнал в определенную форму радиосигнала и передающий его через резонанс антенны. Архитектура радиочастотного чипа включает две части: приемный канал и передающий канал. В существующих режимах GSM и TD-SCDMA, если терминал поддерживает дополнительный частотный диапазон, его радиочастотный чип добавит соответствующий приемный канал, но необходимость в новом передающем канале зависит от соотношения между новым и исходным частотными диапазонами.
Китай является крупнейшим в мире производителем мобильных телефонов, но не может производить высококачественные радиочастотные устройства для мобильных телефонов. Для этого необходимы солидные запасы материалов, технологический опыт и опыт проектирования. Многие отечественные компании занимаются производством радиочастотных чипов низкого и среднего ценового сегмента и занимают значительную долю рынка. Однако в области высококачественных радиочастотных чипов еще есть большой потенциал для роста.
Ведущие международные производители:Skyworks (США), Qorvo Verizon (США) и др.
Китайский производитель:Unisoc, Weijie Chuangxin, Zhongpu Micro и т. д.
CPLD — это устройство, разработанное на основе устройств PAL и GAL. Оно относительно велико по размерам и имеет сложную структуру, и относится к категории крупномасштабных интегральных схем. Это цифровая интегральная схема, позволяющая пользователям создавать логические функции в соответствии со своими потребностями. Основной метод проектирования заключается в использовании интегрированной программной платформы разработки для генерации соответствующих целевых файлов с помощью принципиальных схем, языков описания аппаратуры и других методов, а затем в передаче кода на целевой чип через кабель загрузки («внутрисистемное» программирование) для реализации разработанной цифровой системы.
FPGA — это программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA), представляющая собой дальнейшее развитие программируемых устройств, таких как PAL, GAL и CPLD. Она появилась как полузаказная схема в области специализированных интегральных схем (ASIC), которая не только решает проблемы, присущие заказным схемам, но и преодолевает недостатки ограниченного количества вентилей в исходных программируемых устройствах.
Барьеры для входа в индустрию FPGA очень высоки. За последние десять лет более 60 компаний, включая Intel, IBM, Motorola, Philips, Toshiba и Samsung, пытались выйти на этот рынок. За исключением Intel, которая успешно вошла в эту область, приобретя Altera за 16.7 миллиарда долларов США, остальные компании потерпели неудачу. На современном рынке FPGA все гиганты сосредоточены в США, такие как Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, Avago, Cypress и др., каждая из которых обладает своим уникальным секретным оружием. Среди них Xilinx является мировым лидером в области FPGA, лидером по количеству вентилей (десятки миллионов) и технологичности (16 нанометров); Actel — пионером в разработке антипредохранителей и пионером в производстве продукции аэрокосмического класса. Продукция любой другой компании является незаменимым ядром для промышленного, военного и аэрокосмического оборудования. Они также являются недостатками и основным источником проблем для стран по всему миру, занимающихся передовыми технологиями. Среди них две компании, Xilinx и Altera, занимают 90% рынка. Существует большой разрыв между отечественными и зарубежными производителями с точки зрения технического уровня. Хотя сотни отечественных производителей FPGA конкурируют друг с другом, они в основном сосредоточены на рынке среднего и низкого ценового сегмента. Большинство из них — это FPGA с количеством логических элементов около 10 миллионов. Хотя несколько FPGA с количеством логических элементов 20 миллионов были разработаны независимо. FPGA с 35 миллионами логических элементов от China Electronics Technology и FPGA с 70 миллионами логических элементов от China Electronics представляют собой крупный технологический прорыв.
Компания Tongchuang продолжает лидировать в развитии китайской индустрии FPGA. После достижения массового производства и отгрузки первого в Китае продукта на базе FPGA с 10 миллионами логических элементов, компания ускорила развитие и последовательно дополнила и усовершенствовала все модели устройств среднего и низкого ценового сегмента с количеством элементов менее 30 миллионов. В частности, запущено массовое производство всей линейки устройств Logos и Compact. В этом году планируется запуск массового производства всех устройств серий Logos2 и Titan2, что позволит удовлетворить потребности всех отечественных приложений среднего и низкого ценового сегмента. Доля рынка составляет около 60%, что в основном обеспечивает стабильное развитие китайской электронной информационной индустрии.
Ведущие зарубежные производители:Xilinx (США), Altera (США) и др.
Китайский производитель:Шэньчжэньский университетский технологический институт, Шанхайский Фуданьский микроэлектронный центр, Пекинский микроэлектронный центр и др.
DSP-чип — это микросхема, способная реализовывать технологии цифровой обработки сигналов. Внутри DSP-чипа используется гарвардская структура, разделяющая программу и данные. Он имеет выделенный аппаратный умножитель, широко использует конвейерные операции и предоставляет специальные DSP-инструкции, позволяющие быстро реализовывать различные алгоритмы цифровой обработки сигналов.
С момента своего появления цифровые сигнальные процессоры (DSP) развивались стремительно. С одной стороны, они выигрывают от развития интегральных схем, а с другой — от огромного рынка. Всего за два десятилетия DSP-чипы получили широкое применение в обработке сигналов, связи, радиолокации, обработке изображений, военной технике, приборостроении, автоматизации и многих других областях.
В настоящее время мировой рынок DSP-чипов по-прежнему монополизирован гигантами. Texas Instruments, ADI, Freescale, Motorola и другие являются лидерами в этой отрасли. Отечественные DSP-чипы появились относительно поздно. В 2006 году 14-й Китайский научно-исследовательский институт электроэнергетики и корпорация Loongson совместно разработали отечественные DSP-чипы. Характеристики разработанного ими в 2012 году чипа «Hua Rui No. 1» превзошли характеристики MPC8640D от Freescale. В 2017 году на рынок вышел отечественный DSP-чип «Hua Rui No. 2».
Ведущие зарубежные производители:TI Texas Instruments (США), ADI Analog Devices (США) и др.
Китайский производитель:CLP 14, CLP 38, Hunan Jinxin Electronics, Beijing Zhongxing Microelectronics и т. д.
Также известный как дисплейное ядро, визуальный процессор и дисплейный чип, это микропроцессор, специализирующийся на обработке изображений в персональных компьютерах, рабочих станциях, игровых консолях и некоторых мобильных устройствах (таких как планшеты, смартфоны и т. д.). Его назначение — преобразовывать и управлять информацией, необходимой компьютерной системе для отображения, подавать сигналы построчной развертки на дисплей и контролировать правильность отображения информации на экране. Это важный компонент, соединяющий дисплей и материнскую плату персонального компьютера, а также одно из важных устройств для «человеко-компьютерного диалога».
Когда речь заходит о графических процессорах, первое, что приходит на ум, — это NVIDIA, занимающая более половины мирового рынка графических процессоров, а также AMD. Китайские компании, занимающиеся разработкой графических процессоров, пока ещё не достигли огромных масштабов, но соответствующие технологии активно развиваются. В настоящее время среди отечественных компаний, занимающихся исследованиями в области графических процессоров, можно назвать Shanghai Zhaoxin, Huawei, Vivante, Tianshu Zhixin, Huaxia Chip, CoreView, Институт 709 Китайской корпорации судостроения, Институт 631 AVIC и др. По словам редактора OFweek Electronic Engineering Network, разработанный Китайской корпорацией судостроения процессор Lingjiu GP101, обладающий полностью независимыми правами интеллектуальной собственности, заполнил пробел в отечественной линейке графических карт. Lingjiu GP101 — это высокопроизводительный и энергоэффективный графический процессор. По сравнению с передовыми производителями, такими как Европа и США, ему ещё предстоит пройти долгий путь, прежде чем он сможет достичь мирового уровня.
Ведущие зарубежные производители:Imagination (Великобритания), Qualcomm (США), NVIDIA (США), AMD (США) и др.
Китайский производитель:Цзинцзявэй, Шанхай Чжаосинь
MPU также называют микропроцессором или блоком защиты памяти. MPU представляет собой отдельный чип, тогда как чипсет состоит из набора чипов. В ранние времена существовало даже 7 или 8 чипов, но сейчас большинство из них объединены в два чипа, обычно называемых северным мостом и южным мостом. MPU — это вычислительный, контрольный или управляющий центр компьютера. Некоторые называют его «сердцем компьютера».
В этом сегменте рынка лидируют такие поставщики, как Intel, Qualcomm, Samsung, Freescale, MediaTek и Spreadtrum. Доля рынка микропроцессоров на внутреннем рынке очень мала, практически равна нулю, и такие компании, как BGI, Huawei и Unisoc, наращивают исследования и разработки в области соответствующих технологий.
Ведущие зарубежные производители:Intel (Великобритания), Qualcomm (США), Freescale (США) и др.
Китайский производитель:Unisoc, MediaTek
сырье для полупроводников
В основном, к материалам для производства полупроводников относятся кремниевые пластины, электронные газы, фотошаблоны, химические вещества, поддерживающие фоторезист, полирующие материалы, фоторезисты, химические реактивы и мишени для магнетронного распыления.
В мировой индустрии полупроводниковых материалов по-прежнему абсолютно доминируют Япония, США, Южная Корея, Германия и другие страны. Китай добился больших успехов в сегментах полупроводниковых материалов, таких как мишени, упаковочные подложки, полировальные жидкости, фоторезисты и другие продукты. Технические стандарты некоторых продуктов достигли мирового уровня, но общий уровень все еще значительно отстает от международного уровня.
Отказ от ответственности: Данная статья воспроизведена из "IoT IQ". Эта статья отражает только личное мнение автора и не представляет точку зрения Sacco Micro и отрасли. Она предназначена только для перепечатки и распространения и способствует защите прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, указывайте первоисточник и автора при перепечатке. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.
粤公网安备44030002007346号