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中國半導體困境!这篇講全了!

文章出處:网責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2018-06-22 15:38:00【

 

在半導體这個領域,中國需要挑戰的是,西方上百年積累起来的工业體系。

中國半導體一直是在冒着敵人的炮火匍匐前進,如今,敵人的炮火越来越兇猛。圍追堵截中,誰讓我“芯”痛?

 


美國的驚人統治力


1957年,晶體管之父肖克利的八個門徒,在矽谷創立仙童半導體公司,并开發出人類曆史上第一塊集成電路,矽谷因此成为全世界半導體技術的發源地,一直延續至今。

 

 

 

  期間,盡管發生過幾次産业轉移,七八十年代,半導體制造大量轉移至日本;90年代後,轉移至韓國和中國台灣。但美國至今依  

  舊保留着在諸多核心領域的統治力。

 

以生産設備为例,全球三大巨頭應用材料、泛林和ASML,美國獨占前兩席,而且應用材料在除光刻機以外的幾乎所有領域都領先,包括蝕刻、薄膜沉積等。

 

更恐怖的是,全球三大EDA軟件(用于芯片設計)巨頭铿騰、明導和新思,均为美國企业,全世界幾乎所有芯片設計和制造企业都離不开它們。

 

高端芯片方面,中興事件暴露出来的衆多短闆,包括ADC/DAC(數模轉換)、FPGA、高速光通信接口等芯片,目前也都依賴美國廠商,包括德州儀器、賽靈思、亞德諾等。

 

美國的驚人統治力還體現在生态系統上。

 

目前,三種主流的芯片架構X86、MIPS和ARM,前兩種都是美國血統。其中,英特爾的X86架構,與微軟的Windows系統結盟,稱霸台式機市場。ARM架構雖然是英國血統,卻離不开安卓和iOS系統的支持,兩者合計占有全球95%以上的手機市場。

 

而且,ARM其實誕生于蘋果的一款失敗産品。

 

如今,在全球20大半導體公司中,美國依舊獨占八席,處于絕對的霸主地位,并且基本都是卡住核心的關鍵性公司。

 

 



中國VS整個産业鍊
 

半導體是一個龐大的産业,從大類上講,包括集成電路(IC)、光電子、分離器和傳感器等,其中IC的規模占80%以上。

 

所謂芯片,就是内含集成電路的矽片,它分为幾十個大類,上千個小類。制造一塊小小的芯片,涉及50多個学科、數千道工序,包括設計、制造和封裝三大環節。

 

在这個産业鍊上,國内企业的差距是全方位的。

 

首先看設計,華为海思和紫光展銳分列國内前兩名。目前,兩家公司在不少領域已是世界領先水平,但一個巨大的問題是,其架構授權的核心都被外人掌握。

 

目前,國内僅有中科院的龍芯和總參謀部的申威擁有自主架構,前者用于北鬥導航,後者用于神威超級計算機,民用領域基本是空白。

 

設備和材料是又一大短闆。制造芯片的三大設備光刻機、蝕刻機和薄膜沉積,國内僅中微半導體的介質蝕刻機能跟上行业節奏,其7納米設備已入圍台積電名單。

 

此外,北方華創在氧化爐和薄膜沉積設備上成績不俗,但基本還處于28納米級别。其他設備,如離子注入機、抛光機和清洗機,也差不多。

 

差距最大的是光刻機。光刻機用于将設計好的電路圖曝光在矽片上,蝕刻機則負責微觀雕刻,刻出溝槽或接觸孔。目前ASML最先進的EUV光刻機,即将投入三星、台積電的7納米工藝,而國内上海微電子的光刻機,仍停留在90納米量産的水平。

 

材料方面,日本是全球領先者。

 

在制造芯片的19種主要材料中,日本有14種位居全球第一,總份額超過60%。全球近七成的矽晶圓産自日本,那是芯片制造的根基。

 

反觀中國,矽晶圓幾乎是空白,8英寸國産率不足10%,12英寸依賴進口,打破壟斷的希望還在張汝京創辦的新昇半導體,今年即将量産。他也是中芯國際的創始人。

 

 

除了矽晶圓,國内企业還在濺射靶材、研磨液等材料上有所突破,并實現了國産化。前者用于制作金屬導線,後者用于芯片研磨抛光。

 

以上均为單點突破,距離整個行业的崛起還比較遠。

 

芯片制造,國内最先進的是中芯國際和廈門聯芯,目前能做到28納米量産。而它們的競争對手,三星、台積電等巨頭即将在今年量産7納米,相差兩三代。

 

最後是封測。这是目前大陸最接近國際水平的領域,長電科技收購新加坡星科金朋後,跻身全球第三。但全球封測中心在中國台灣,以日月光为首的台灣企业,擁有50%以上的市場份額。

 

在这樣一個超長的産业鍊中,全球通力合作必不可少。以光刻機为例,荷蘭ASML一騎絕塵,但它的成功得益于各國的鼎力合作,鏡頭来自德國蔡司、光源来自美國,这幾乎是西方近百年工业的技術結晶。

 

 

但中國在这個産业鍊上處于不利地位,经常面對不友好的産业環境。这次的中興事件隻不過是浮上台面的鬥争與封鎖,而台面下的争鬥幾十年来則是一直沒有消停。

 


 
巨頭封鎖與追殺
 

芯片制造是人類曆史上最複雜的工藝,加工精度为頭發絲的幾千分之一,需要上千個步驟才能完成。其難度,堪比兩彈一星。

 

如此複雜的工藝,需要巨額的投资。例如,建一個芯片工廠,就动辄需要上百億美元。这樣的投资規模,隻有跨國巨頭乃至國家才能完成。

 

这讓巨頭企业在産业中更具優勢,也直接導致了行业的不斷集中。

 

過去40年,半導體行业呈現加速壟斷趨勢。1995年,全球七大半導體企业投资占比24%,如今这個數字已飙升至80%以上。40年前,全球有幾十家主要的設備制造商,如今隻剩下三四家。

 

不僅如此,巨頭們不但自身可以使出很多種手段懲戒後来者,甚至還組建産业聯盟扼殺後来者。

 

手段之一是低价傾銷。这里面都是套路:一开始你沒有,它通過壟斷積累暴利;等你做出来,它馬上降价傾銷,讓你越做越虧,暗無天日,最終斷了産业化的念想。

 

當年液晶大戰的慘痛就这樣。三星、夏普等液晶巨頭,一开始不願在華建廠,而等深圳市政府組織國内彩電巨頭,以及京東方要展开反攻時,他們卻又主动跳出来求合作。結果導致長虹动搖并撤出,京東方則被晾在一邊,國産計劃泡湯。

 

享受这一“待遇”的,還有MOCVD設備商。MOCVD是制造LED芯片的設備,在國産化之前,美、德兩家巨頭憑借壟斷,每台設備賣2000萬。而等國内廠商开始介入時,售价立刻暴跌至600萬。結果,數十個國内玩家,如今隻剩下中微、中晟光電等少數幾家。

 

去年,高通在華推出重磅計劃,與大唐電信旗下的聯芯科技成立領盛科技,聯手進軍中低端芯片市場。關心國内芯片産业的很多人士都一致認为,这是高通要“借刀殺人”,要以領盛科技用价格戰的方式絞殺正在向中高端芯片市場進軍的紫光展訊。而5月4日的最新消息顯示,这家合资企业已正式獲批。

 

 

手段之二是發动专利戰,拖住對手,打擊下遊客户信心。

 

2000年,張汝京出走台灣,在上海創建中芯國際。之後,他從台積電四處挖人,使得中芯短時間内迅速崛起。但厄運随之而来,老冤家張忠謀很快就發起了专利戰。这場持續近七年的戰争,最終的結果是中芯割地賠款,張汝京黯然出局。

 

台積電通過此舉,成功拖住了中芯。而當初引進張汝京的江上舟,也在兩年後辭世,死前一直惦記着中芯的未来。

 

同樣的一幕發生在中微身上。2007年,尹志堯領銜的中微剛推出自己的蝕刻機,就被老東家美國應用材料告上法庭。緊接着,另一巨頭泛林火上澆油。好在中微從一开始就小心規避专利陷阱,最終赢得了訴訟。

 

 

但結果卻不甚理想,中微不但賠上巨額的訴訟费,還賠上了下遊客户的信心。再加上适逢经濟危機,不得不暫時砍掉MOCVD业務。


 

很不友好的環境

 

事實上,中國很早就重視了半導體的大戰。最早可追溯至上世紀60年代。但在後来的發展中,由于自身路徑,國内産研環境,以及不友好的産业環境等多種原因,逐漸掉隊。

 

中國半導體一直是在冒着敵人的炮火匍匐地前進。而今,敵人的炮火更是越来越兇猛,越来越密集。

 

西方一直有一個針對出口管制的制度安排,最早是1949年成立的巴黎統籌委員會,之後在1996年演變为瓦森納協定。該協定包含軍用、民用兩份控制清單,目的是限制向相關國家出口敏感産品和技術,中國就屬于被限制的對象。

 

過去幾十年,國家一直在努力突破这種封鎖。90年代,先後批複908/909工程,時任領導人表态:砸鍋賣鐵也要把半導體搞上去。國務院則用财政赤字撥款。

 

然而,作为兩項工程的産物,華晶、華虹等企业到國際上采購設備卻遭到抵制,最終發展受限,一直未有大的突破。

 

2006年以後,國家又搞了01和02专項。前者劍指核心電子器件、高端通用芯片和基礎軟件,俗稱核高基;後者劍指IC制造和成套工藝。

 

近年来,兩個专項相繼开花結果,例如中微的蝕刻機已看齊世界水平,中芯國際的工藝已挺進到28納米,但受限于不友好的産业環境,水平還是差強人意。

 

以光刻機为例,ASML的EUV光刻機即将投入7納米工藝,而國内最先進的量産水平是90納米。之所以差距驚人,原因之一是買不到高水平的鏡頭和光源,这是光刻機的核心部件,而國内缺乏相關的技術。

 

坊間一直傳說,瓦森納協定禁止向中國出口高端光刻機。这種說法後来遭到ASML公司的否認,該公司聲稱,最快将于2019年在中國晶圓廠見到EUV光刻機。

 

 

但业内人士透露,在瓦森納協定中,确實是有光刻機限售條款的,隻不過每隔幾年,條款就會作相應的調整。之所以調的原因也是,國産水平在不斷提高,所謂的調整,頂多也就是“敵人”不斷地根據我方的進展調整炮火的輕重與射程。

 


 

一個有意思的細節是,國内研究機構在相關技術上取得突破不久,ASML公司就否認了禁售的傳聞。

 

産业環境并不是唯一的障礙,来自國家層面的幹預更加要命。

 

美國政府曾多次否決中國企业針對美企的收購行为,包括著名的紫光并購美光計劃。最近更是制裁了中興通訊,斷供其芯片。

 

2016年,國内某基金收購德國愛思強時,連FBI都跳出来施壓,最終迫使德方放棄了交易。而據中興員工透露,在中興斷芯事件前,FBI就入駐了公司内部。


 

为錢一把辛酸淚

 

半導體是一個燒錢的行业。上世紀90年代,中央在财政非常拮據的情況下,特批了40億元搞半導體。但这點錢隻是杯水車薪。

 

向民間要投资,更遭到冷遇。

 

这個行业不但燒錢,而且周期長,技術更新快,你剛研發出来,别人已经开始打价格戰。这意味着,前期要不斷砸錢,還見不到水花。對民營资本而言,这是無法承受之痛。

 

 

中微董事長尹志堯2004年滿腔熱血回國創业,就遇到了这個難題

 

 

为造蝕刻機,中微在短時間内,燒光了地方政府和自籌资金,隻好四處籌錢續命。當時民間资本對这個行业缺乏了解,也缺乏意願,尹的一腔熱血隻能碰一鼻子灰。

 

萬般無奈之下,隻好赴矽谷融资。兩周内,十幾家風投踏破門檻,願意提供5000萬美元。此情此景,令報國心切的尹志堯百感交集:難道隻有美國造得出蝕刻機?

 

苦心積慮,隻为國産化,絕不能大權旁落。在拿回幾筆續命錢後,尹志堯繼續尋找國内投资人。後来,在江上舟的引薦下,終于有國开行为中微背書。

 

跟中微有類似遭遇的,還有京東方。

 

做液晶面闆20年,京東方一直伴随各種非議。尤其是它越虧越投的做法,更是被人質疑为綁架政府,因为其大部分资金来自銀行和地方政府。

 

在资本市場上,由于不斷增發,京東方背上了圈錢的罵名。但这些錢,大部分来自國资背景。其間,京東方曾多次拉私募基金入股,均被拒絕,理由是投资大,短期難見利。

 

幸運的是,苦熬多年後,京東方靓麗崛起,勇奪五個全球第一,讓當初的堅持者賺得盆滿缽滿。

 

近年来,國家加大了對半導體行业的投入。大基金一期投入1300億,已收尾;二期預計超過2000億。乍一看,錢不少,但需要投资的項目也很多,涵蓋芯片設計、制造、封測、設備等諸多領域。以一期为例,累計投资62個項目,涉及23家上市公司。

 

这樣平均下来,每家獲得的投资額并不多,跟撒胡椒面一樣。

 

而純靠市場手段去募集资金的難度同樣非常大。以紫光为例,真正的大規模投资還沒开始,市場就已不乏圈錢的質疑聲,跟京東方當年惡戰面闆産业時所遭遇的挑戰幾乎沒有兩樣。

 

顯然,这樣的投资強度是不夠的。再看一組數據,就更能看出差距。

 

全球芯片三巨頭,三星、英特爾、台積電,每年的投资都在百億美元級别,而中芯國際不到對方的十分之一。

 

 

設備三巨頭,應用材料、泛林、東京電子,每年在研發上投入5—10億美元不等,而中微半導體直到去年,收入才破10億,還是人民币。


 

人才的切膚之痛

 

搞好半導體,主要靠三件事:一個是錢,一個是人,外加一個政策。錢的事好說,畢竟这些年國家不差錢;人的事很難搞,因为非一朝一夕之功。

 

數據顯示,我國未来需要70萬半導體人才,目前隻有不到30萬,缺口40萬。

 

我們尤其缺行业的領軍人物。这些年,01/02专項取得的重大突破,很多都是海歸創造的,他們長期任職于歐美半導體公司,擁有豐富的行业经验。

 

張汝京,德州儀器工作20年,在全球蓋過20座芯片工廠。回國後,創辦了中芯國際,以及國内第一家12寸矽晶圓廠,被譽为中國半導體之父。

 

尹志堯,闖蕩矽谷20年,先後任職于英特爾、泛林和應用材料。回國後,創辦中微半導體,幾乎以一己之力,将國内介質蝕刻機帶到了世界水平。

 

此外,曾任職于霍尼韋爾的姚力軍,回國後做出了高純度濺射靶材;美國留学歸来的王淑敏,研發出國内第一款研磨液,打破了國外壟斷。

 

日本、韓國和中國台灣地區,也是半導體人才的重要来源。大陸兩大代工廠,中芯國際和廈門聯芯,都有台灣背景,很多技術人員也来自台灣。

 

这幾年,國内存儲器的跨越式發展,也離不开日本、韓國、中國台灣技術人員的貢獻。日本廠商爾必达破産後,大批日本人赴中國尋找機會,包括前社長坂本幸雄。

 

以紫光为例,外界看到其董事長趙偉國在资本和産业上动作頻頻,而事實上,他用心同樣多的也是找人。其總投资預計1000億美元左右的長江儲存的執行董事長高啟全,便是他费盡心思從台灣争搶過来的世界級半導體産业猛人。

 

 

目前,長江存儲的3D NAND閃存已经獲得第一筆訂單,總計10776顆芯片,将用于8GB USD存儲卡産品。今年10月,我國首批擁有完全自主知识産權的32層三維NAND閃存芯片将在这里實現量産,这也是中國集成電路閃存芯片産业規模化發展“零”的突破。

 

 

然而,引進人才畢竟不是長久之計。國内半導體行业要想大發展,必須立足于培養本土人才。

 

一方面,外来人才和本土人才,在利益、觀念等方面是有沖突的。中芯國際在江上舟離世後,就陷入外来人員和本土人員的派系之争,一度影響到公司的發展。

 

另一方面,半導體是微加工行业,工藝很關鍵。很多外國技術人員之所以牛,是他們一輩子隻幹一件事積累起来的。

 

2002年,上海微電子總经理赴德國考察,有工程師告訴他:“給你們全套圖紙,也做不出来。”开始他不服,後来明白了。那里的抛光工人,祖孫三代幹着同樣一件事,“同樣一個鏡片,不同工人去磨,光潔度相差十倍。

 

这恰是中國半導體行业的一個切膚之痛。

 

我們不缺設計人員,但缺工藝工程師,而这類人才很難靠引進来滿足。

 

中芯國際之所以在制程上落後2-3代,除了光刻機等設備受限外,工藝上的经验欠缺才是更重要的原因。

 

 

遺憾的是,目前國内不少高校的人才培養,與現實脫節。大多數学生跑去做軟件,做應用,卻不願搞更基礎的計算機系統和底層結構。


 

不容樂觀的生态鍊

 

在自然界,动植物要生存,必須融入生物鍊。

 

做企业也一樣。隻不過,在企业这個生态鍊中,先行者有成本優勢,再加上穩定可靠的供應鍊,使得他們能夠持續盈利,進而支撐着技術的不斷進步。

 

这對後来者而言,如同一道不可逾越的壁壘。

 

这些年,中國半導體産业面臨的一大難題,就是如何融入这個生态鍊。

 

龍芯是一個很好的例子。这款中科院計算所自主研發的芯片,盡管性能不俗,但一直遊離在民用市場外。原因很簡單,市場上有更成熟、性价比更高的處理器。

 

龍芯的遭遇并非個案。大部分芯片制造廠,在采購裝備時,一定考慮的是進口設備,因为國産設備剛起步,質量不穩定、一致性差。

 

當年,LED芯片剛在國内興起時,各大芯片廠均隻認美、德設備,而地方政府的補貼也隻給進口設備。

 

内憂外患,将國内MOCVD設備商逼到了絕境,“客户不太願意用……因为不信任,需要重新验證,这又要花錢。”中晟光電負責人陳愛華說。

 

直到後来,工信部为每台國産設備提供2000萬補貼,形勢才开始好轉。

 

新産品研制出来,沒有人用,就不可能盈利;沒有盈利,就沒錢搞研發。結果隻能是惡性循環,胎死腹中。

 

这個時候,需要来自生态鍊的支持。國内半導體行业近年来的進步,尤其是設備和材料領域,很大程度上得益于中芯國際、廈門聯芯等晶圓制造廠的帶动。

 

但这種機會,不是國外廠商所能提供的。那種一切交給市場的想法,不能說幼稚,至少也是罔顧事實的。

 

幾年前,韓國SK海力士曾采購過中微半導體的蝕刻機,後来放棄了。表面上是因为性能不及預期,實際是擔心洩露核心工藝的秘密。

 

一個有意思的細節是,盡管中國民用芯片九成依賴進口,但軍用芯片卻基本能自給自足,甚至還有出口。比如,龍芯就穩定運行在北鬥導航系統上。

 

另一款自主芯片,来自總參56所的申威,則撐起了我們的太湖之光超級計算機。

 

軍用很出彩,民用卻賣不出去?問題就在生态鍊上。

 

軍用市場是一個封閉的小圈子,産品追求穩定性和抗幹擾,對性能并不敏感。龍芯和申威在这里能找到自己的位置。

 

 

反觀民用市場,性能为王,技術疊代快,龍芯和申威很難融入这樣的生态鍊。


結束語

 

通過以上梳理,我們看到,國内造不好高端芯片,有外部因素,也有自身原因。

 

形勢看似悲觀,前景卻很光明。

 

一方面,半導體行业向中國轉移的大趨勢不會改變。另一方面,摩爾定律在工藝上逐漸趨近極限,客觀上給了國内企业追趕的機會,而國家也正進一步加大支持和投入。

 

 

最近,我國國家領導人在武漢考察時,就特别到長江存儲作了考察與指示。受此鼓舞的趙偉國則表示,公司将盡快在全球集成電路産业占據重要地位,用5到10年時間成为全球三維閃存主要供應商之一。

 

 

在國家的支持和企业的自身努力下,國内半導體産业鍊正在出現由點到面的突破,而在三大曆史性機遇的支持下,我們也必須迎頭趕上。

 

 

否則,後面的仗将會越来越難打,因为半導體産业不光是現代高科技産业的基礎,更是支撐和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性産业,而且重要性會越来越大。


 

 

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