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凯发k8国际娱乐官网全面解析:中国实现半导体自给自|爱香瞬|足迫在眉睫

来源:凯发官网入口首页 发布时间:2024-07-05

  由于从外部购买某些半导体受到限制ღღ,且无法购买关键的半导体设备ღღ,中国半导体的自给自足已成为新的当务之急ღღ。

  目前的半导体短缺表明ღღ,芯片是国家经济增长和安全的关键ღღ。这导致世界各国政府对半导体行业进行专项拨款ღღ,颁布激励措施ღღ,从而达到满足国内自给自足的需求ღღ。到2023年中期ღღ,中国能够并会将国内消费的半导体产量翻一番ღღ,达到其需求的至少30%ღღ。许多人认为这是自力更生的最低门槛ღღ。

  中国需要更多在半导体设备方面有经验的工程师和科学家ღღ,但应该避免采取激进措施吸引美国ღღ、日本和其他国家的人才ღღ。

  注ღღ:在本报告中爱香瞬凯发天生赢家一触即发ღღ,Strategy Analytics避免就中美两国政府之间的争议问题表态ღღ,我们的分析仅限于贸易形势和中国如何实现半导体的自给自足ღღ。

  由于从外部购买某些半导体被限ღღ,且无法购买关键的半导体设备ღღ,半导体的自给自足已成为中国新的当务之急ღღ:

  美国继续将169家中国企业列入所谓的“实体清单”ღღ,在没有获得美国政府颁发的特别出口许可证的情况下ღღ,限制向这些中国公司出售源自美国的产品和技术ღღ。

  ♢ 世贸组织的规则禁止成员国ღღ,除关税ღღ、税收或其他费用外ღღ,使用出口禁令或限制(参见 WTO GATT 1994 – 条款 XI : 1 )ღღ。

  ♢ 为了规避世贸组织的规则ღღ,美国声称ღღ,向被列入实体清单上的中国企业出口某些产品和技术将带来转用于军事用途的风险ღღ,会对美国的安全构成威胁ღღ。

  这种情况促使中国政府采取果断行动ღღ,识别并替换存在风险的半导体和供应商ღღ。此外ღღ,实现自给自足的努力得到了中国民营企业的广泛支持K8凯发VIP入口ღღ,ღღ。

  半导体贸易制裁对全球半导体供应产生了破坏性影响ღღ,导致了目前的短缺ღღ。具有讽刺意味的是爱香瞬ღღ,这导致了半导体价格上涨ღღ,许多半导体公司在2020年销量强劲ღღ;因此ღღ,一些美国的分析师认为ღღ,对中国公司的制裁并没有影响半导体的销售ღღ。

  长远来看ღღ,制裁似乎会适得其反ღღ。中国企业现在有强烈的合作动机ღღ,努力实现自力更生ღღ。而美国政府对中国的贸易制裁似乎不太可能成功抵消中国对芯片日益增长的需求ღღ。而并非巧合的是ღღ,中国国内半导体设备供应商的业务正在蓬勃发展ღღ。

  由于中国客户的流失ღღ,美国半导体和半导体设备公司的销量可能会减少25%至30%ღღ,并可能失去10万个甚至更多的工作岗位ღღ,这将削弱美国在半导体领域的领导地位ღღ,并导致美国和其他国家消费电子产品的价格上涨ღღ。此外ღღ,中国向美国提供用于半导体和电子元件的稀土等重要原材料ღღ,美国可能会因中国的报复而无法获得这些原材料ღღ。

  WSTS(World Semiconductor Trade Statistics)估计ღღ,2020年全球半导体市场规模约为4400亿美元ღღ。根据海关总署的数据ღღ, 2020年中国进口的半导体总额为3100亿美元ღღ,约占全球规模的70%ღღ。与此同时ღღ,中国国内生产满足了约15%的需求ღღ。而中国大多数半导体行业专家表示ღღ,中国的国内生产至少要满足30%的需求ღღ,以对冲未来供应中断的风险ღღ。

  正如Strategy Analytics之前发布的报告《半导体短缺刺激全球和国家投资计划》所述ღღ,半导体自给自足是一个宏大的目标ღღ,各国需要通过有针对性的投资来解决其半导体行业的短板ღღ。对于中国来说ღღ,设计软件和半导体设备ღღ,尤其是光刻技术ღღ,似乎是两个最主要的短板ღღ。我们将就此问题在本报告的后半部分进行详细的阐述ღღ。

  中国在电子产品组装方面拥有无比强大的实力凯发国际app首页ღღ。随着华为的成功ღღ,中国作为一个新兴的芯片设计中心引起了世界的关注ღღ。中国在封装ღღ、测试和晶圆清洗方面也有优势ღღ。

  中国的优势是良好的开端ღღ,但要实现自给自足ღღ,中国需要在从半导体生产到电子系统制造的所有环节都具备实力ღღ,如图表1所示ღღ。

  图1注释蓝色ღღ:最终电子产品的生产ღღ。上述生产步骤的简化不包括每个步骤下的专业领域或法律ღღ、法规ღღ、标准化ღღ、认证和客户验收测试等细节ღღ。

  半导体产业供应链已经全球化并遍布全球ღღ,但供应链的关键部分集中在少数几个不同的国家和地区凯发k8国际娱乐官网ღღ,而通常不在中国大陆ღღ:

  大部分半导体封装和测试是在韩国ღღ、台湾和马来西亚进行的ღღ,但中国大陆在这方面也有优势ღღ;长电科技在封装和测试领域排名第三ღღ,市场份额约为17%ღღ。其它的中国主要封装和测试公司包括新益昌和格兰达ღღ。

  中国正在向自给自足的道路上迈进ღღ,通过专注于28 nm及以上的成熟工艺节点ღღ,可以实现大部分目标ღღ。

  除了韩国和台湾凯发k8国际娱乐官网ღღ,大多数的国家和地区都缺乏完全自力更生的基础半导体制造能力ღღ,而中国也是如此ღღ,中国在制造能力上领先于美国ღღ,应该能够很快获得更高的产能ღღ。

  中国的半导体晶圆厂比其他任何国家都多ღღ。根据普华永道的数据凯发K8国际首页ღღ,ღღ,2018年中国有293家半导体晶圆厂:

  ♢ 中芯国际每月可生产超过50万片(相当于200毫米)集成电路半导体晶圆ღღ,是中国最大的制造商ღღ。

  ♢ 2020 年ღღ,中芯国际的销量排名第五ღღ,仅次于纯代工厂台积电ღღ、三星Foundryღღ、格罗方德和联华电子ღღ。

  ♢ 其它的中国纯代工厂包括华虹集团以及和舰科技ღღ。中国也有LEDღღ、III-V化合物半导体和特种设备的代工厂ღღ。

  ♢ 清华紫光旗下拥有五大主要的子公司ღღ:长江存储(存储芯片)ღღ、新华三集团(数字IC)ღღ、紫光展锐(蜂窝手机芯片)ღღ、紫光国微(智能卡芯片)ღღ、紫光云(云计算芯片)爱香瞬凯发k8国际娱乐官网ღღ。

  许多跨国公司都在中国大陆建立了晶圆厂ღღ。所有权的合同细节各不相同ღღ,但其中许多未来可能最终由中国国内企业全资拥有:

  ♢ 台积电ღღ、联华电子ღღ、格罗方德ღღ、德州仪器ღღ、美光科技ღღ、英特尔ღღ、恩智浦半导体ღღ、SK 海力士等已在中国建厂ღღ。

  中国大陆的大部分半导体制造能力处于28纳米以上更成熟的工艺节点(特征尺寸)ღღ。成熟的工艺节点通常用于专业设备ღღ,如电源管理IC爱香瞬ღღ、图像传感器和LEDღღ,而不是主流 CMOSღღ。但在全球范围内ღღ,情况并非一定如此:

  台积电在 2019 年报告称ღღ,28 nm是其最受欢迎的工艺节点ღღ,也是该公司的第三大收入来源ღღ。

  2020年全球半导体销售额为4400亿美元ღღ,其中7 nm及以下产品的销售额约为280亿美元凯发k8国际娱乐官网ღღ,占市场份额的6.4%(来源ღღ:Strategy Analytics)ღღ。大多数处于前沿的芯片都用作手机的基带和应用处理器ღღ。

  意法半导体ღღ、英飞凌ღღ、松下ღღ、瑞萨ღღ、东芝ღღ、恩智浦ღღ、德州仪器ღღ、罗姆ღღ、三菱ღღ、亚德诺ღღ、超威ღღ、三星和许多其他知名公司生产标准的40 nm到180 nm之间的CMOS和BiCMOS产品ღღ。

  中芯国际专注于CMOSღღ,刚刚开始量产14 nm FinFET芯片ღღ,并计划增产ღღ。中芯国际ღღ、华为ღღ、Imec和高通几年前在中国投资了一家合资企业ღღ,开发14 nm FinFET芯片ღღ,现在在中芯国际开始取得成果ღღ。

  与此同时ღღ,领先的代工厂台积电和三星LSI生产的前沿芯片尺寸小到7 nm和5 nm爱香瞬ღღ,随着生产成本的下降和更多芯片公司在这些工艺节点上设计新芯片ღღ,这些节点将在未来几年越来越受欢迎ღღ。

  中国有越来越多的软件供应商和设备制造商ღღ,他们正努力为晶圆厂提供制造成品半导体所需的全部需求ღღ。

  如今ღღ,由于受贸易制裁而无法获得先进的EDA软件ღღ,限制了中国可以设计的新芯片ღღ,而缺乏国产光刻机ღღ,使28 nm及以下芯片的生产面临风险凯发国际k8官网ღღ。

  由于近期的制裁ღღ,华为和美国实体清单上的其他公司无法获得 EDA 软件的技术支持和软件更新ღღ。 Synopsys凯发k8国际娱乐官网ღღ、Cadenceღღ、Ansys 和 Siemens EDA 等美国公司主导着 EDA 软件市场ღღ。此类软件的许可证费用每个席位每年要数千美元ღღ,而设计新的集成电路需要有效的许可证

  芯华章ღღ、 和舰以及全芯智造三家初创公司最近获得了资金ღღ,通过提供额外的EDA能力来帮助中国实现自给自足ღღ。

  正如Strategy Analytics在之前的报告《中国在重要28 nm CMOS工艺节点的自给自足ღღ:该计划可以成功》所述ღღ,光刻技术在半导体制造中扮演着关键角色天生赢家·一触即发ღღ,ღღ。

  光刻通常需要大约50%的半导体制造时间凯发k8国际娱乐官网ღღ,因此光刻机对于决定晶圆厂产量和每片晶圆成本至关重要ღღ。

  ASMLღღ、尼康和佳能引领光刻机市场K8天生赢家一触发ღღ。ღღ,其中来自ASML 的最为先进ღღ。这些机器使用波长为 193 nm(DUV 或深紫外光刻)的强光源用于 28 nm 芯片ღღ,13.5 nm(EUV 或极紫外光刻)用于 5 nm 及以下的前沿芯片ღღ。

  上海微电子装备有限公司(SMEE)提供了600/20旗舰光刻扫描仪ღღ,能够使用193 nm DUV氟化氩(ArF)激光和浸没式光刻机生产低至 90 nm 节点的芯片ღღ。

  据媒体报道ღღ,该公司有望在2021年Q4推出能够生产28 nm节点芯片的DUV机器ღღ。该机器还将使用 ArF 激光器ღღ。该机器不会使用美国公司的任何零部件或技术ღღ。

  根据Robert Castellano在Seeking Alpha上发布的一篇文章ღღ,来自上海微电子的新机器相当于ASML的1980iღღ。通过添加多个图案ღღ,这种机器的一个版本将能够使用DUV生产低至7 nm的芯片ღღ,相当于ASML的2000i机器ღღ。

  中芯国际和华虹目前使用的是ASML的1980iღღ,未来中芯国际和华虹的7nm和5nm芯片也将使用上海微电子的设备ღღ。

  美国的制裁和中国自力更生的动力让ASML陷入了困境ღღ。该公司希望继续向中国出售其EUV设备ღღ,但对中国的销售已被美国的禁令阻止ღღ。此外ღღ,在DUV设备方面ღღ,ASML还面临着来自尼康的日益激烈的竞争ღღ,美国已经采取行动阻止向中国销售DUV和EUV设备ღღ。

  另一方面ღღ,如果ASML遵守美国的制裁规定ღღ,同样也将损害其销售ღღ,该公司可能会永久失去在中国这个全球最大的光刻机市场的地位ღღ。

  ASML主要希望中国的客户将更愿意购买ASML经过市场验证的机器ღღ,而不是上海微电子的新设备ღღ,并且ASML将能够成功获得出口许可证ღღ。

  中国的其他光刻机制造商包括大族激光ღღ,该公司专注于在较大节点上生产 LED 和分立器件的机器ღღ,以及中国科学院光电技术研究所ღღ,该所研发了能够生产 22 nm芯片的低成本 DUV 机器

  2.3.3其它半导体设备许多其它的中国半导体设备公司只有几年的历史ღღ,但已经拥有能够生产28 nm及以下节点芯片的设备ღღ。表现尤为突出的包括ღღ:

  的等离子刻蚀系统被台积电用于5 nm的生产凯发k8国际娱乐官网ღღ,并被长江存储用于 NAND 存储器ღღ。截至2018年底ღღ,公司已经出货了150多台MOCVD外延机ღღ。

  是中国电子科技集团有限公司下属的独资公司ღღ。该公司已开发了全系列的离子注入机ღღ,范围从高能量到中ღღ、高电流机器爱香瞬ღღ,适用于生产低至 28 nm节点的各种芯片ღღ。

  将自己定位像Applied Materials 一样的一站式供应商ღღ。北方华创在蚀刻ღღ、沉积ღღ、晶圆清洗和热退火设备方面尤其强大ღღ。

  随着中国努力开发本土半导体设备ღღ,到2024年ღღ,中国可以将国内消费的半导体产量翻一番ღღ,至少满足其需求的30%ღღ。许多人认为这是达到自力更生的最低门槛ღღ。

  专注于28 nm及以上芯片的生产能力ღღ,将有助于中国半导体公司满足中国的大部分半导体需求ღღ。上海微电子应该在今年开始出货28 nm的光刻机ღღ,这将帮助中国缓解产能限制ღღ。

  中芯国际已经在生产14 nm的芯片ღღ,并将最早在2022年通过更多来自ASMLღღ、尼康或上海微电子的DUV光刻机来扩大产能ღღ。

  在未来的一到两年的时间里ღღ,中国的电子系统厂商不得不接受国内供应商提供的低于领先水平的芯片ღღ,直到国产7 nmDUV光刻机上市ღღ,可能也将首先由上海微电子提供ღღ。

  对于生产5 nm及以下芯片ღღ,中国国内的EUV机器或使用替代光刻技术的机器可能还需要几年时间才能进入市场ღღ。

  如果一个国家支持以低于国内价格的价格出口半导体以增加市场份额ღღ,这被认为是倾销爱香瞬ღღ。如果可以证明对其他国家的供应商造成损害ღღ,世贸组织将允许从中国购买芯片的国家针对中国征收关税等反倾销措施ღღ。

  随着各国对半导体行业实行补贴和其他激励措施ღღ,世界可能进入新的竞争ღღ,这是一场看谁能在本土半导体开发上投入最多的竞争ღღ。在这样的环境下ღღ,Strategy Analytics认为ღღ,只有通过明智的支出ღღ,各国才能希望取得更大的成功ღღ。

  中国现在拥有完善的专利体系ღღ,在很多方面令世界其他国家羡慕ღღ。在中国的专利体系下ღღ,侵犯非中国公司的专利ღღ,更不用说中国本土公司的专利了ღღ,可能会导致严重的金钱损失ღღ。

  如果针对中国公司就侵犯知识产权有可信的指控ღღ,将会招致额外的制裁ღღ,这可能会进一步扰乱所有人的半导体供应ღღ,而不仅仅是中国ღღ。

  对于中国在光刻技术方面的努力来说ღღ,利好消息是ღღ,ASML/Cymer 和尼康最早持有的一些浸入式光刻专利将在未来两年内到期ღღ。

  中国需要更多具有半导体设备经验的工程师和科学家ღღ,以缩小与老牌供应商的差距凯发k8国际娱乐官网ღღ。乔治敦大学安全和新兴技术中心认为ღღ,加快放宽许可证豁免和更快处理许可证申请ღღ,允许半导体设备和零部件进入中国ღღ,将有助于在美工作的中国公民留在美国ღღ。

  如果中国被认为在获取人才方面过于激进ღღ,这将导致美国和其他国家的强烈反对ღღ,并可能导致更严厉的制裁ღღ。

  中国的半导体设备公司应该同时瞄准国内外客户ღღ,加快发展ღღ。半导体生产商总是倾向于从可靠的供应商那里购买设备ღღ,而成熟的设备公司与全球领先的半导体生产商有着密切的关系ღღ,并能从他们那里获得产品反馈ღღ。中国设备供应商在中国销售时可能不再需要突破这一现有优势ღღ,但在海外的销售仍将提供有价值的信息以协助半导体设备的开发ღღ。

  本报告中提出的许多建议也适用于美国ღღ、欧盟ღღ、韩国爱香瞬ღღ、印度和其他对自给自足感兴趣的国家ღღ。每个国家都应审视其在整个半导体供应链上的优势和劣势ღღ,并考虑到本国半导体需求和目标ღღ,优先考虑最严重的缺陷ღღ。中国看来在这方面做得相当有效ღღ。