半导体芯片已是当下这个时代最关键的技术之一,所有国家都非常重视。2020年,突如其来的疫情之后,全世界的制造业步骤全部被打乱,恢复生产后,订单急剧增加,使得缺“芯”成为国内包括领先企业华为在内的众多企业的心头之痛。芯片设计我国已达到国际水平,但其中最重要的是生产环节,却是我们国内很多企业遭受很多掣肘,也是源于无法掌控这方面的主动权。

其实我国政府从2018年开始,就已为推动国产芯片发展,制定了很多扶持方案,这使得很多地方政府为了提高当地知名度及地方效益,盲目立项,掀起一通造芯潮,但由于无视市场规律,求快求成,导致多个项目成为烂尾工程,最后是当地政府在收拾满地狼藉。所以我们必须正面现实,国产芯片突破才会有日可待。

一枚小小的芯片,其背后却紧紧联系着一个集全球各国最领先技术之集大成--光刻机,它被称为芯片之母,也是它搅起了芯片产业的血雨腥风。可是光刻机背后所蕴含的全球最顶尖的技术,却是我们无法翻越的高山,可谓一机难求。

什么是芯片?

芯片(chip),又称集成电路(integrated circuit, IC),微芯片(microchip)。是指内含集成电路的硅片,体积很小。一般而言,芯片(IC)泛指所有的半导体元器件,是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分,承担着运算和存储的功能。

芯片就是我们能见到的小小黑盒子,按照产品种类又主要分为四大类:微处理器,存储器,逻辑器件,模拟器件。通常我们统称他们为芯片。如果非要给他们加个关系,半导体>集成电=芯片

现代集成电路是由杰克·基尔比在1958年发明的。其因此荣获2000年诺贝尔物理奖。最先进的集成电路是微处理器或多核处理器的核心,可以控制计算机到手机到数字微波炉的一切。虽然设计开发一个复杂集成电路的成本非常高,但是当分散到通常以百万计的产品上,每个集成电路的成本最小化。集成电路的性能很高,因为小尺寸带来短路径,使得低功率逻辑电路可以在快速开关速度应用。

在其开发后半个世纪,集成电路变得无处不在,计算机、手机和其他数字电器成为社会结构不可缺少的一部分。这是因为,现代计算、交流、制造和交通系统,包括互联网,全都依赖于集成电路的存在。甚至很多学者认为有集成电路带来的数字革命是人类历史中最重要的事件。IC的成熟将会带来科技的大跃进,不论是在设计的技术上,或是半导体的工艺突破,两者都是息息相关。

全球十大芯片公司

全球半导体市调机构IC Insights于2021年5月发布报告称,华为海思一季度销售额接近27亿美元,其在全球半导体厂商(包括集成电路和O-S-D)中的排名从去年同期的第十五名一跃升至第十名,首次跻身前十。海思和英伟达为新进入者,取代了英飞凌和铠侠。

以下排名不分先后:

  • 海思半导体

    海思半导体有限公司成立于2004年10月,前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心。总部位于深圳,在北京、上海、美国硅谷和瑞典设有设计分部,是隶属于华为旗下的科技公司。产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案,目前市场上不少华为的手机所应用的处理器就是海思所设计的,比如华为海思麒麟等。

  • 高通

    高通创立于1985年,总部设于美国加利福尼亚州圣迭戈市。高通的客户及合作伙伴既包括全世界知名的手机、平板电脑、路由器和系统制造厂商;比如华为小米、小米等等。

  • 安华高

    安华高是一个源自新加坡芯片企业,它在光电耦合器、红外线收发器、光通信器件、打印机ASIC、光学鼠标传感器和运动控制编码器等领域据称一直保持市场前3名的领导地位。

  • 联发科技

    联发科技是源自我国台湾省,是全球著名IC设计厂商,专注于无线通讯及数字多媒体等技术领域。目前很多中低端的智能手机用的都是联发科的处理器。

  • 英伟达

    英伟达创立于1993年,总部位于美国加利福尼亚州圣克拉拉市。以设计智核芯片组为主的无晶圆IC半导体为主,是全球图形技术和数字媒体处理器行业领导厂商。

  • 超威科技

    超威科技(AMD)专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器(CPU、 GPU 、 主板芯片组等),公司成立于1969年,位于美国。

  • 台积电

    台积电英文简称:tsmc,属于半导体制造公司。成立于1987年,是全球第一家专业积体电路制造服务(晶圆代工foundry)企业,总部与主要工厂位于中国台湾省 新竹市科学园区。是目前世界上最大的专业集成电路制造服务企业。

  • 苹果公司

    苹果公司大家都非常熟悉的,它的芯片比较特殊,只用于自己旗下的产品,比如手机、电脑、平板以及智能手表等。

  • 迈威科技

    Marvell迈威科技集团有限公司/现更名美满成立于1995年,总部在硅谷,在中国上海设有研发中心,是一家提供全套宽带通信和存储解决方案的全球领先半导体厂商,是一个针对高速,高密度,数字资料存贮和宽频数字数据网络市场,从事混合信号和数字信号处理集成电路设计、开发和供货的厂商。

  • 赛灵思

    Xilinx(赛灵思)是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商,始创于1984年,是美国著名的科技公司。是以Xilinx研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、软件设计工具以及作为预定义系统级功能的IP(Intellectual Property)核。

中国芯片发展:发展历史

1965年 第一批国内研制的晶体管和数字电路在河北半导体研究所鉴定成功

1980年 中国第一条3英寸线在878厂投入运行

1982年 江苏无锡724厂从东芝引进电视机集成电路生产线,这是中国第一次从国外引进集成电路技术

1988年 上无十四厂建成了我国第一条4英寸线,724厂和永川半导体研究所无锡分所合并成立了中国华晶电子集团公司

1990年 国务院决定实施“908”工程

1991年 首都钢铁公司和日本NEC公司成立中外合资公司——首钢NEC电子有限公司

1996年 英特尔公司投资在上海建设封测厂

1997年 由上海华虹集团与日本NEC公司合资组建上海华虹NEC电子有限公司,主要承担“909”主体工程超大规模集成电路芯片生产线项目建设

1999年 上海华虹NEC的第一条8英寸生产线正式建成投产

2000年 中芯国际在上海成立,国务院18号文件加大对集成电路的扶持力度

2002年 中国第一款批量投产的通用CPU芯片“龙芯一号”研制成功

2003年 台积电(上海)有限公司落户上海

2004年 中国大陆第一条12英寸线在北京投入生产

2006年 设立“国家重大科技专项”;无锡海力士意法半导体正式投产

2011年 《关于印发进一步鼓励软件产业和继承电路产业发展若干政策的通知》

2012年 《集成电路产业“十二五”发展规划》发布;韩国三星70亿美元一期投资闪存芯片项目落户西安

2015年 长电科技以7.8亿美元收购星科金朋公司;中芯国际28纳米产品实现量产

2017年 长江纯纯一期项目封顶;存储器产线建设全面开启;全球首家AI芯片独角兽初创公司成立;华为发布全球第一款人工智能芯片麒麟970

2018年 紫光量产32层3D NAND(零突破)。

2019年 全球首款5G SoC芯片海思麒麟990面世,采用全球先进7纳米工艺;64层3D NAND闪存芯片实现量产;中芯国际14纳米工艺...

为什么国家如此重视芯片?

说到芯片,其实芯片发展已经经历很长一段时间了,但是真正让大家关注起来的,正是因为2018年4月16号美国政府宣布对中兴公司实施禁令开始,大家越来越关注芯片这东西,那芯片到底什么东西,为什么国家要砸那么多钱设立半导体产业基金来支持芯片行业的发展,目前我国芯片行业又发展到什么的程度?

芯片是半导体元件产品的统称。是集成电路的载体,由晶圆分割而成。我们可以将芯片划分为功能芯片和存储芯片,我们常说的电脑的CPU就是一种功能芯片,存储芯片又是电脑闪存即Flash这类。

那目前我国芯片需求量占据全球50%,有些应用芯片更是达到了70-80%,而反观国产芯片却只占了8%左右,从过往数据可以看到,中国目前年进口芯片约2300亿美元,位居第一宗产品。伴随5G时代的到来,对芯片的需求只会进一步加大,这块大蛋糕目前是被美国,韩国,日本这些国家瓜分着。何时我们才能绝对的国产化呢。

芯片的整个产业链是很庞大的,从EDA,芯片设计,芯片制造,到最后封装测试,涉及到的公司不计其数。

而在国内,芯片设计公司是最多的。在此把每个环节的公司都梳理一下,看看哪些能成为巨头。

所谓成为芯片巨头,这个很难有标准,如果以目前全球芯片巨头的情况来看,至少需要较大的规模和市场份额,有些公司本身只是处于半导体中的一个环节,比如说光刻胶,比如说半导体靶材,以及晶体生长设备等,这些属于细分行业,本身只在整个半导体产业中占一定的比例,那么公司即使成为细分行业的巨头,可能从营收规模上也很难称得上全球的巨头。

所以我们仅仅从半导体产业链来看看,在不同环节,有哪些中国公司能在未来成为行业的主要参与者,至于能不能成为巨头,需要看未来半导体产业的发展变化趋势。

国内有哪些公司可有望成长为芯片产业巨头

什么是光刻机?

光刻机(Mask Aligner)是制造微机电、光电、二极体大规模集成电路的关键设备。其分为两种,一种是模板与图样大小一致的contact aligner,曝光时模板紧贴晶圆;另一种是利用类似投影机原理的stepper,获得比模板更小的曝光图样。高端光刻机被称为“现代光学工业之花”,制造难度很大,全世界只有少数几家公司能制造。

作为芯片制造的必须设备,光刻机之所以能被誉为工业皇冠上的明珠,是因为它昂贵、复杂、精密等多种无与伦比的特性。一台光刻机之所以说它是人类智慧的集合体主要的原因就是,因为它对光的要求、机械稳定性和精准性的要求从树枝上看都是非常极限的。毫不客气地说,在这些诸多的环节之中能够达标的企业本身在相关领域就已经能够成为翘楚。比如说美国供应商提供的稳定轴承、德国供应商提供的镜头系统等等。把这些顶尖的技术通过巧妙且复杂的整合,我们才能看见一台光刻机。

中文名光刻机

别 名掩模对准曝光机

外文名Mask Aligner

光源波长350 nm -450 nm

光刻机全球主要厂商: 有荷兰ASML、日本尼康、佳能、欧泰克、上海微电子装备、德国SUSS、ABM, Inc.

光刻机是生产大规模集成电路的核心设备,制造和维护需要高度的光学和电子工业基础,世界上只有少数厂家掌握。因此曝光机价格昂贵,通常在 3 千万至 5 亿美元。光刻机的品牌众多,根据采用不同技术路线的可以归纳成如下几类:

高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种,分辨率通常在十几纳米至几微米之间,高端光刻机号称世界上最精密的仪器,世界上已有7000万美金的光刻机。高端光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度之大,全世界只有少数几家公司能够制造。国外品牌主要以荷兰ASML(镜头来自德国),日本Nikon(intel曾经购买过Nikon的高端光刻机)和日本Canon三大品牌为主。

位于中国上海的SMEE已研制出具有自主知识产权的投影式中端光刻机,形成产品系列初步实现海内外销售。正在进行其他各系列产品的研发制作工作。

生产线和研发用的低端光刻机为接近、接触式光刻机,分辨率通常在数微米以上。主要有德国SUSS、美国MYCRO NXQ4006、以及中国品牌。

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