中国芯片二十载:成绩令人欣喜,但差距依旧巨大
来源: 艾拜侦探社   发布时间: 2019-07-18 11:07   101 次浏览   大小:  16px  14px  12px
芯片制造,国内最先进的是中芯国际和厦门联芯,目前能做到28纳米量产,差台积电、三星等企业的7纳米三代。以麒麟980为例,这是第一款在7纳米节点上生产的智能手机芯片,但由于中国没有工厂拥有所需技术,因此必须在台积电生产芯片。

最近全球半导体产业经历了数次地震,半导体巨头之间的专利纠纷,美国对华的贸易以及技术限制,以及日本队韩国的半导体原材料制裁,都在影响着全球半导体产业的走势。

在这些半导体产业的对抗中,中国半导体在部分事件中是主角,但更多的则是产业链下游的潜在受害者,这也让半导体技术自主可控的重要性再一次得到印证。

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回顾中国半导体产业近二十年的发展可以看出,从2000年开始,中国半导体产业发展迅速,取得了令人欣喜的成绩。但是,将中国半导体产业与世界范围内其他强国相比不难发现,我们与世界一流差距依旧巨大。

厚积薄发二十载

进入二十一世纪之后,中国半导体产业引来了一个高速发展期。与之前国营时期的困境不同,进入新世纪的中国半导体产业似乎找到了自己的节奏。

2000年末开始的全球半导体市场低迷期将DRAM价格打掉了九成多,美韩日存储大混战中日企节节败退。就在这个节点,中国大陆第一大芯片制造公司中芯国际开始了自己的征程。从2000年8月1日打下第一根桩,到2001年9月建成投产,中芯国际仅历时13个月。

就在中芯国际投产的那一年,“方舟1号”的诞生,并大范围使用在国产计算机上。但是由于用户体验太差,用户对方舟芯片怨声载道。

2001年到2004年,“星光中国芯工程”的数字多媒体芯片“星光”系列、中科院计算所主导的龙芯CPU、北大众志-863系列CPU芯片、北京六合万通的万通系列无线局域网基带芯片等芯片陆续流片成功。也是在这期间,中兴微电子和华为海思相继成立。

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不过,这之后的十多年里,中国半导体最闪光的企业应该是紫光集团。

1993年,清华科技开发总公司改组为清华紫光集团总公司,之后的几十年内,它将驰骋于资本市场。

从2013年起,紫光用2年时间耗资51.9亿美元,先是收购了展讯通信、锐迪科并将其打包合并,随后又拿下惠普公司旗下新华三51%的股权,构建“从芯到云”的高科技产业链。在旁人不理解的眼光中,全球芯片领域掀起紫光的旋风。

在之后的5年时间里,中国半导体产业取得了不错的成绩。

在PC及伺服器CPU方面,由于桌上型CPU的X86架构有专利问题,Intel不对外授权,因此中国厂商开发X86架构的CPU难度极大,目前采用X86设计架构的中国企业有海光与上海兆芯。上海兆芯新一代KX-5000系列芯片,是首款采用SoC设计的高阶CPU,也是中国第一款支援DDR4,且支援双通道DDR4记忆体的CPU。

行动装置的CPU基本上是利用ARM架构开发,而ARM架构可以透过付费来获得使用和修改的许可权。华为旗下的海思就最具国际竞争力的中国大厂。

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而AI芯片方面,目前来看,中国大型互联网公司,如BAT,或海思、寒武纪等大厂均积极进行AI芯片开发。

基带芯片方面,除了华为,紫光也推出第一个5G基带芯片春藤510,成为继高通、华为、联发科、三星后第五款5G多模基带芯片。但该芯片性能与上述大厂推出有差距,只采用12nm制程,主打中低阶市场。

在高阶芯片领域,中国芯片的市占率还是很低,跟国际大厂有明显差距。特别是PC和伺服器等芯片领域,中国市占率接近0%,且在FPGA及记忆体芯片方面目前也有有待突破。

根据中国半导体行业协会统计,2016年,中国集成电路产业销售额达到4335.5亿元,同比增长20.1%。设计、制造、封测三个产业销售额分别为1644.3亿、1126.9亿及1564.3亿,增长速度分别为24.1%、25.1%及13%,设计和制造环节增速明显快于封测,占比进一步上升,产业结构趋于平衡。未来几年内,中国仍是全球最大的集成电路市场,且将保持20%左右的年均增长率。

认清国际差距是关键

中国半导体虽然取得了成绩,但是也要认清一个现实,那就是与国际一流技术相比,中国半导体的差距还是巨大的。

以生产设备为例,全球三大巨头应用材料、泛林和ASML,美国独占前两席,而且应用材料在除光刻机以外的几乎所有领域都领先,包括蚀刻、薄膜沉积等。全球三大EDA软件企业铿腾、明导和新思,均为美国企业,全世界几乎所有芯片设计和制造企业都离不开它们。三种主流的芯片架构X86、MIPS和ARM,前两种都是美国血统。

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可以说,在半导体产业链上,国内企业的差距是全方位的。

在IC设计方面,华为海思和紫光展锐分列国内前两名,两家公司在不少领域已是世界领先水平,但其架构授权的核心都被外人掌握。国内仅有中科院使用在北斗导航的龙芯和总参谋部使用在神威超算上的申威拥有自主架构,但都不在民用范围。

制造芯片的三大设备光刻机、蚀刻机和薄膜沉积,国内仅中微半导体的介质蚀刻机勉强算具有竞争力。北方华创在氧化炉和薄膜沉积设备上成绩不俗,但基本还处于28纳米级别。国内上海微电子的光刻机,仍停留在90纳米量产的水平,可是ASML最先进的EUV光刻机,即将投入三星、台积电的7纳米工艺。

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芯片制造,国内最先进的是中芯国际和厦门联芯,目前能做到28纳米量产,差台积电、三星等企业的7纳米三代。以麒麟980为例,这是第一款在7纳米节点上生产的智能手机芯片,但由于中国没有工厂拥有所需技术,因此必须在台积电生产芯片。

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除了产业链差距,中国半导体产业面临的另一大难题,就是如何融入这个生态链。

中科院计算所自主研发的龙芯芯片,尽管性能不俗,但一直游离在民用市场外。原因很简单,一方面是市场上有更成熟、性价比更高的处理器,另一方面市场上能与其配适的软件太少,生态缺失。

而近年来国内加快“安可”项目的推动,但项目产品的使用更多的还是在政府机关内部使用,而非民用市场。

摩尔定律的消亡也成为客观上限制中国半导体的因素。

每次芯片中的元件缩小,制造都会变得更加繁琐和昂贵,近年来芯片工厂的成本每四年翻一番,能够制造高端芯片的晶圆厂的数量在减少。据咨询公司麦肯锡称,2001年有29家公司提供最先进的晶圆厂设施,但今天只有五个。这些晶圆厂由美国、台湾和韩国的公司所有,中国在这方面并不占优势。

不过,摩尔定律的终结也为中国带来了希望,定律的放缓使得整个行业都在寻求建立更好芯片的其他方法。换句话说,行业注意力逐渐从精炼制造转向更聪明的设计和新想法,而这正是中国半导体企业的强项。

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