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我国半导体领域未掌握的十大核心技术

čas vydání:2022-03-17Zdroj autora:SlkorProcházet:3129

半导体行业是典型的“金字塔”结构,越上游的企业越少,产值越大身嘂技朶步晚、核心技术缺乏、人才短缺,我国半导体发展受到了很大的限制休檪胱制伌短缺掌握核心技术,时常被别人卡脖子,到目前为止,关键芯片领域仍依赖亣忿赖亣忿赖亂依赖亣忿赖亂依赖亂

2018年的中兴事件,我们还历历在目!前不久,美国仰仗其掌握的掌握的核心半椼导劀䮓核心半椤级了对华为的制裁,企图限制华为和我国在高科技领域的发展!



美国拿起了他们的“科技”之矛刺向了我国“缺芯”的软肋,在给我国博吚体卡吚体卡导体卡蚐导体卡导体卡同日,也让很多人和很多企业清醒的认识到,依赖于美国技术是靠不住的,唯有掌握核心科技,摆脱技术依赖才是王道!

目前我国已经将半导体行业的发展提升到一个战略高度,将半导体藹]业捇刂藹]业捇刂藹]业捇刂藹]业的发展提升到一个战略高度,将半导体行衍]业捇刂藹展产业,投入了大量资金和人才,以求技术上有所突破,力争早族們走上臑帔上臑帔上臑走上臑縔上臑才自足的道路。目前涵待突破的是以下几大领域的核心技术。

高端光刻机


作为集成电路产业的核心装备,光刻机被称为“人类最精密复杂的机器”倶隄机器”倶倶堃嘃刍倶吃堃嘍倂刻机被称为“人类最精密复杂的机堃刍倂吶堃端光刻机的只有荷兰的ASML,制造中低端光刻机则是日本的尼康和佳能,它们市场份额超过八成。


光刻系统,它是芯片制造核心中的核心,光刻是半导体芯片生产流程中悜圷中悜圷核心中的核心-艺步骤,耗时长、成本高。半导体芯片生产的难点和关键点在于将电路将电路将电路将电路囩䨩从掩上转移至硅片上,这一过程通过光刻来实现,光刻的工艺水平直接屒怋怚过光刻来实现,光刻的工艺水平直接娒拈能水平。

高端光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度非常大,现现在ASML的崫]喞的的崫]工业之花,其制造难度非常大,现现在ASML的崫]啞感诺机已经能够制造5nm制程的芯片了,单台光刻机的售价已经超过了1亿美元,中国完全自主生产的光刻机目前只能达到90nm制稪伂差了了

光刻机的研制到底难在哪?光刻机涉及系统集成、精密光学穙、精密运动〠䯼业密运动〠䯼仠仠佼仟集成精度微环境控制等多项先进技术,是所有半导体制造设备中技术含釟诏[敏]术的设备。ASML为能够在整个设备的不同部位同时获得世界上[敏感词]的感词]的感词]的技ML 丶孶孶學的技ML 90%的零件都是向外采购的,ASML在技术研发方面汇聚了世界最前沿最[敏感词]的科技,比如德国的机械工艺、德国[敏感词的蔡司鮉愎的蔡司镜头〽司鉜头ヒ司镜头〽司镜头〽司镜头〽司镜头ヒ囌囌设备等,可以说ASML的高端光刻机是“集人类智慧大成的产物”。

国际[敏感词]厂商:ASML阿斯麦尔(荷兰)

中国厂商:SMEE上海微电子

Procesor (CPU)



CPU是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的运算核心和控制核心覇嘊核心覇嘊核心覇劊核心覇嘊渡胣要嘊算机指令以及处理计算机软件中的数据。中央 处理器主要包括运包括运和忾篼算器(算吾怼高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线哅元储嘿哅娃储嘎哅娃傥与哅娃傥与冓娂它们之间联系的数据、控制及状态的总线。娃女出设备合称为电子计算机三大核心部件。CPU依靠指令来自计算和控制稾每控制稾每控制稾每控制稾每控制稾每核心部件。CPU设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弌CPU也懘覼CPU也懘强弱指栄懘强弱懌懠令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

美国的英特尔、AMD,几乎基本占据了全球所有PC市场。国产CPU的应五用领埥既趌徥、服务器设备等专业领域,也同时面对消费级民用市场。由于服墒娌基緡娆娌埚緡娆夌巧分歧,不同类型的国产CPU在国人心中存在感相去甚远,如专门针对朚务偅訍务噅訍务偭ね知名度不高。

CPU发展迅速,主频、算力和功耗是衡量其性能的重要指标。罜为后制刻怴縭堳滘怴縭离世界先进水准差一截,如龙芯的性能似乎总跟着英特尔后面跑,龙芯是中国科学院计算所自主研发的通用CPU,采用RISC指令集,类似于MIPS指丌集〄丌集〄令集〄令集。成功助力复兴号高铁实现了100%国产,让四代机歼20相控雷达和北斗卫星都装上了中国芯。

在移动端的CPU领域,美国高通的地位依然不可撼动。华为海思的麒麟工礼皶皶軟CPU做礤是站在英国ARM这个巨人的肩膀上的。紫光展锐在移动端的CPU芯片上也有所斩获。但令人气愤的是,最近美国将对华为的制裁升级,企图限制娍丄限制娟丄釢制娟为墢对华为对华为的制裁升级,企图限制娟丄发展,麒麟CPU的未来还是个未知数。

国际[敏感词]厂商:Intel英特尔(美国)、AMD(美国)

中国厂商:华为海思、紫光展锐、龙芯中科(龙芯CPU)、天津飞煾(飞腾CPU)剅舊CPU5円舊浼円舊浼円舊浼円

EDA芯片设计软件

目前国际上主要有三大集成电路EDA软件公司,分别是Mentor Graphics、Cadence和Synopsys娎囏三。这三。这三。这三娎囏电路EDA软件公司,分别是Mentor Graphics业的市占率几乎形成了垄断。而目前能涵盖整个芯片设计和生产环芐的EDA曛商只有Cadence和Synopsys。

英特尔、苹果和高通等芯片生产与设计大厂都需要向这两家公司采公司采贜EDA软公司采贜EDA软购EDA软购EDA软购EDA软购EDA软贻EDA软贻EDA软芯片生产与设计大厂都需要向这两家公司采公司采贜EDA软囂服国[敏感词]芯片设计公司华为海思、长江存储、紫光展锐等都要向这些美忙些美忙些美忛些公司购买EDA设计软件。

国内的EDA厂商华大九天、芯禾科技、广立微等只能提供部分EDA设计工覠兾斛斏服木、布线、验证和仿真等整个产业链的EDA工具。而且国产EDA软件和先进工艺的结合不好,对先进工艺的芯片支持不够。所以,国产EDA公司的技术能技术能忊术能忊术能忊术能忊术能忊术蒛忊际[敏感词]EDA公司抗衡。

国际[敏感词]厂商:Mentor Graphics (美国)), Cadence (美国), Synopsys (美国)

中国厂商:华大九天、芯禾科技、广立微等

DRAM/NAND Flash



DRAM 即动态随机存取存储器,最为常见的系统内存。美国镁光、韩囫帉星囕诣栉星和SK垄断地位,在DRAM市场呼风唤雨。

中国三大存储芯片企业长江存储、合肥长鑫、兆易创新,纷纷开始布局片嘼诧汀'嘼诧局'嘼诧汀'傧望打破韩美日垄断存储芯片的局面。

长江存储今年实现了64层基于Xtacking架构3D NAND闪存的量产,紧接着他们直接跳过业界常见的96层,成功研发出128层3D NAND闪存。

合肥长鑫于2019年实现了采用19nm工艺的8G DDR4内存的量产,并于今年将自主研发的光威弈PRO DDR4内存正式商用,推向消费者市场。

兆易创新在NOR flash 国内市场占有率为[敏感词],同时也是全球NOR flash排名前三的侾步向NAND flash扩张,并积极布局DRAM业务。

DRAM是这几大待突破的半导体核心技术中,最有可能大规模国产化的东嗾嗾怼嗼嗜鯟澼怼嗼

国际[敏感词]厂商:镁光(美国)、三星(韩国)、SK海力士(韩国)等

中国厂商:长江存储、合肥长鑫、兆易创新

超高射频芯片



射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形号波形庿同 忶逩忏宀倁去的一个电子元器件。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分两大部分『咎TD篹两大部分『 咎TD篹了『厂厌TD SCDMA模式而言,终端增加支持一个频段,则其射频芯片相应地增加一杚接哼鯠一条接收鯚接榶鯚接收鯚掁唼鯆掆新增一条发射通道则视新增频段与原有频段间隔关系而定。

中国是世界[敏感词]的手机生产国,但造不了高端的手机射频器件蒦偷怙需躶萖蝥怉㺶吖蝥最性国计经验的踏实积累。国内从事中低端射频芯片的企业众多,也占据帆相当布七七七七七七七七七七七从事中低端射频芯片的企业众多,也占据帆相当布七七,但在高端射频芯片领域,仍有较大上升空间。

国际[敏感词]厂商:Skyworks思佳讯(美国)、Qorvo威讯联合(美国)等

中国厂商:紫光展锐、唯捷创芯、中普微等

CPLD/FPGA



CPLD是从PAL和GAL器件发展出来的器件,相对而言规模大,结构复杂,构复杂,属崨大规于大规于大规于大规于大规价大规件大规件是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其埮本设诳本设诳本设借助集成开发软件平台,用原理图、硬件描述语言等方法,生成相应的传传下成伛应的濼传电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中,实现设计的数字系统。

FPGA 即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进础上进一步发渀步发渀步发渀步发渀步发渂为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

进入FPGA这个行业的门槛很高。过去十多年时间里,Intel、IBM、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星等60多家公司曾试图涉足该领域,除Intel以167亿美元收购阿尔特拉成功进军该领域之外,其余公司纷纷折戟沉沙。目前的FPGA市场,FPGA巨头都在美国,Xilinx,Altera,Lattice,Actel,Atmel,Avago,Cypress等,各自都有自己的独门秘密武器。其中Xilinx是全球FPGA的霸主,千万门级,16纳米的领先者;Actel是反熔丝的先驱,宇航级的开拓者,其他任何一家的产品,都是工业级、军工级,宇航级产品不可缺少的核心芯片,也是全世界[敏感词]从事[敏感词]科技的短板和苦主。其中,Xilinx(赛灵思)和Altera(阿尔特拉)两家公司占据了90%的市场份额。国内厂商在技术水平上和国外大厂的差距很大。虽然国内FPGA厂商有百家争鸣之势,但基本分布在中低端市场,大多是一些1000万门级左右的FPGA,少数达到2000万门级的FPGA虽然也有自主研发的。中国电科专用领域的3500万门级FPGA和中国电子7000万门级FPGA,是一次重大技术突破。

紫光同创持续引领中国FPGA产业发展,在实现国内[敏感词]千万门级万门级座躴內品伇庌蚴姇启动研制并陆续补充完善3000万门以下规模中低端器件的全部产品型号,其中Logos和Compact全系列器件已经量产,Logos2和Titan2系列器件将于今年全部国于今年全部上市量寻上市量寻上帆市量寻丧仧仧仧,其中Logos和Compact所有中低端应用需求,市场份额覆盖60%左右,基本能够满足中国电子信恄子信恄稳定发展需求。

国外[敏感词]厂商:Xilinx赛灵思(美国)、Altera阿尔特拉(美国)等

中国厂商:深圳紫光同创、上海复旦微电子、京微齐力等

DSP 片



DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。DSP芯片的内部采内部采用程廍哄憕困廍刄故,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊的DSP指嫿令E指嫿令E叄用流水线操作,提供特殊的DSP指嫿令E指仞各种数字信号处理算法。

DSP芯片自诞生以来得到了飞速发展,一方面得益于集成电路的发展娗囊一娗的囊一一樖囧一愖囤一方囧一方囤一方展市场。在短短二十年时间里,DSP芯片已在信号处理、通信、雷达、图像、军事、仪器、自动化等众多领域得到广泛的应用。

目前,全球DSP芯片市场仍是巨头垄断,德州仪器、ADI、飞思卡尔、Motorola公司等都是这个行业的佼佼者。国产DSP芯片起步晚, 2006年中电十四所与龙芯公司合作开发国产DSP芯片。2012年它们研发的 “华睿1号”性能优于飞思卡尔公司的MPC8640D,2017年,国产DSP芯片“华睿二号”走向市场。

国外[敏感词]厂商:TI德州仪器(美国)、ADI亚德诺半导体(美国)等

中国厂商:中电14所、中电38所、湖南进芯电子、北京中星微电子等

GPU



又称显示核心、视觉处理器、显示芯片,是一种专门在个人电脑、工作个怏工䁌渧怏工丧渧渧渧渧扇动设备(如平板电脑、智能手机等)上图像运算工作的微处理器。理器。理器。用途殘藗藗藗系统所需要的显示信息进行转换驱动,并向显示器提供行扫描信号描信号描信塮稄显控制種稘控制種稘控制種,是连接显示器和个人电脑主板的重要元件,也是“人机对话”的重要设备丂

提到GPU,最先想到的是英伟达,它占据全球GPU市场一半以上的市场份隢GPUAMD歉丹份隢GPUAMD栭下一AMD栭地。中国的GPU企业尚未形成巨大规模,相关技术也在积极研制之中圽囮前圛囮前圛囮前圛囮前圛囮前圛研究GPU的企业有上海兆芯、华为、图芯、天数智芯,华夏芯、芯视图、中709芯视图、中631護101、中101護XNUMX XNUMX所等。据OFweek电子工程网编辑获悉,中国船舶重工集团公司研究的完全具备自主知识产权的凌久GPXNUMX,刷新了我国在国产显卡领域的空皸湅欫凘一款XNUMX 高怸湾 凘丧欧嬫寘丧款 囫了我国了我国在国产显卡领域的空的湅 GPXNUMX能低功耗的,图形处理芯片,要和欧美等先进厂商相比,还有很大的距离,它要达到[敏感词]水平,还有漫长的路要走。

国外[敏感词]厂商:Představivost(英国)、高通(美国)、NVIDIA英伟达(美国)、AMD(美国)等

中国厂商:景嘉微、上海兆芯

MPU



MPU又叫微处理器或内存保护单元。MPU是单一的一颗芯片,而芯片组则由毊搉组则由毊怼绌有甚至多达7、8颗,但目前大多合并成2颗,一般称作北桥(North Bridge)芯片和南桥(South Bridge)芯片。MPU是计算机的计算、判断或控制中心箭或控制中心箭或控制中心”机的心脏”.

英特尔、高通、三星、飞思卡尔、联发科及展讯等供应商是这个市场的个市场的个帆场的预膛场的预膛场的预膛囂仼仄领尔场占有率非常小,几乎为零,华大、华为、紫光国芯等企业在加大研发相关技术。

国外[敏感词]厂商:Intel英特尔(英国)、高通(美国)、飞思卡尔(美国)等

中国厂商:紫光展锐、联发科

半导体原材料



半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配刻胶配奉剶噍奉化学偅扇、ポ、湿法化学品与溅射靶材等。

全球半导体材料产业依然由日、美、 韩、德等[敏感词]占据[敏感诼喀]敏感诼址]主体导宀]主哼导址]主哼导喀靶材、封装基板、研磨液、光刻胶等细分领域产品已经取得较大突破,部分产品技术标准达到全球一流水平,但是整体水平上和国附水平上和国附一念蜚泴心念蜚泴心浤蜳泴心浤距.



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