【儀表網 儀表上游】因為落后，所以努力。
 

　　在與西方之間持續的貿易緊張關系中，中國正在加速發展其國內半導體產業，以期變得更加自給自足。目前中國在IC技術方面仍然落后，國內芯片制造商仍受制于成熟的代工工藝，距離自力更生還很遙遠，但它正在取得顯著進步。
 

　　中國代工廠中芯進入了14nm finFET市場，研發能力為7nm。同時，中國也在向內存領域擴張。在制造設備領域，中國正在開發自己的極紫外(EUV)光刻系統，該技術可以對芯片中進的功能進行圖案化。盡管中國不太可能在短期內發展自己的EUV系統，且中國不會很快超過跨國芯片制造商，但受多方原因驅動，中國正在大力發展國內IC產業。
 

　　中國從外國供應商那里進口了大部分芯片，這造成了巨大的貿易缺口。中國擁有龐大的集成電路產業，但規模還不足以彌合差距。為此，中國正在向集成電路產業投入數十億美元，并計劃制造更多自己的芯片。簡而言之，它希望減少對外國供應商的依賴。中國近加快了這些努力，特別是當美國與中國發動多方貿易戰時。僅舉一個例子，美國使華為更難獲得美國的芯片和軟件。近，美國阻止了ASML將EUV掃描儀運送給中國大的晶圓代工廠商SMIC.中國將這些和其他行動視為阻礙中國經濟增長的一種方式，促使中國加快發展自己的技術。
 

　　目前中國在半導體領域取得的新進展包括：
 

　　中芯正在交付14nm finFET,并在研發中采用類似7nm的工藝。
 

　　長江存儲技術公司(YMTC)近憑借64層設備進入了3D NAND市場。128層技術正在研發中。
 

　　長鑫內存(CXMT)正在交付其第一款產品，即19nm DRAM產品線。
 

　　中國正在向包括氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)的復合半導體領域擴展。
 

　　中國的OSAT正在開發更高級的軟件包。
 

　　盡管這一切進展喜人，但中國在半導體領域仍然落后。“中國的半導體消費市場很大，中國的戰略是成為半導體制造業的參與者。——目前中國在內存中的份額很小，出于安全考慮，希望國產占有更大份額。從邏輯上來說，中國遠沒有實現自給自足。”VLSI Research總裁Risto Puhakka如此說。
 

　　這些不是的問題。
 

　　D2S產品官Leo Pang表示：“中國仍然面臨許多挑戰，包括在半導體制造領域需要更多的人才和IP,還需要進一步縮小工藝技術的差距。而大的挑戰是美國和中國政府之間的緊張關系，這導致制造設備和EDA軟件供應的不確定性。”
 

　　中國的半導體戰略
 

　　中國已經參與了集成電路行業數十年。在1980年代，它有幾家技術過時的國有芯片制造商。因此，當時中國推出了一些舉措，以實現其集成電路產業的現代化。在外國關注的幫助下，該國在1980年代和1990年代發起了幾家芯片企業。
 

　　盡管如此，由于多種原因，中國在半導體技術方面仍落后于西方。當時，西方國家對中國實施了嚴格的出口管制。禁止設備供應商將進的工具運往中國。
 

　　然后在2000年，中國推出了兩家新興的國內代工廠商——Grace和SMIC.到那時，中國的出口管制放松了。設備供應商只需要獲得將工具運到中國的許可證即可。
 

　　大約在那個時候，中國成為了一個勞動力低廉的大型制造業基地。對芯片的需求猛增。隨著時間的流逝，美國成為大的芯片市場。
 

　　從2000年代后期開始，跨國芯片制造商開始在中國建立晶圓廠以進入市場。英特爾，三星和SK海力士在中國建立了存儲器工廠。臺積電和聯電在那建立了晶圓廠。
 

　　根據IC Insights的數據，到2014年，中國消費了價值770億美元的芯片，但其中大多數進口。另外，根據IC Insights的數據，中國僅生產了這些芯片的15.1%。其余的在中國境外制造。
 

　　對此，中國政府在獲得數十億美元資金的支持下，于2014年推出了一項新計劃。目標是加快中國在14nm finFET,存儲器和封裝方面的努力。
 

　　然后，在2015年，中國又發起了一項名為“中國制造2025”的倡議。目標是增加10個領域的零部件的國內含量——IT,機器人技術，航空航天，航運，鐵路，電動汽車，電力設備，材料，醫藥和機械。此外，據IC Insights稱，中國希望變得更加自給自足，并希望到2025年將其國內產量提高到70%。
 

　　根據IC Insights的數據，2019年中國消費了價值1,250億美元的芯片，但仍進口了大部分芯片。中國只生產了這些芯片的15.7%，因此不太可能在2025年之前達到其生產目標。
 

 

中國集成電路市場與生產趨勢的關系，資料來源：IC Insights
 

　　中國也面臨其他挑戰，特別是技術人才短缺。D2S的Leo Pang表示：“中國仍在尋求更多的半導體制造人才。” “這主要是因為中國正在建造十二個新工廠。它已經通過向中國臺灣，韓國，日本乃至美國的晶圓廠招募了成千上萬甚至數萬名經驗豐富的半導體工程師，并為其支付了非常誘人的薪酬。
 

　　好的一面是，中國從今年初的Covid-19大流行中迅速復蘇。2020年上半年，中國及其他地區對芯片和設備的需求強勁。“ 200mm的容量已在各種終應用中繼續滿負荷運行。在過去的一年中，在300mm區域也出現了類似情況。” UMC業務發展副總裁Walter Ng表示。
 

　　其他人看到類似的趨勢。“在Covid-19大會期間，中國的半導體測試和封裝市場一直保持韌性。” FormFactor的高級副總裁Amy Leong說。“由于“中國制造2025”倡議在過去幾年中建立的勢頭以及中美緊張局勢下近的“恐慌促進購買”，兩者的結合推動了需求的穩定。話雖如此，隨著人們對經濟衰退的擔憂日益加劇，我們看到中國需求不確定性的水平正在上升。”
 

　　從2018年開始，美國與中國發動貿易戰，對中國制成品征收關稅。如今，貿易戰正在升級。去年，美國將華為及其內部芯片部門海思列入了“*”，稱這兩家公司構成了安全隱患。與華為開展業務，一家美國公司必須獲得美國政府的許可。許多美國供應商得不到許可，從而導致利潤下跌。
 

　　

 

　　Cowen分析師保羅·蓋蘭特(Paul Gallant)表示：“未來，如果海外工廠滿足以下三個條件，必須停止對華為的銷售：A)晶圓廠使用美國設備或軟件制造芯片；B)芯片由華為設計；C)芯片制造商知道生產的產品是為華為生產的。這要求使用美國設備的外國芯片制造商在向華為出售芯片之前必須獲得許可證。但新規的措辭可能并沒有真正禁止此類銷售。有利的一面是，新規定只涵蓋海思實際設計的芯片，而不是所有海外晶圓廠生產的芯片。”
 

　　現在不好的消息是，臺積電已經中止華為的新訂單。
 

　　擴張晶圓代工，研發EUV
 

　　在貿易戰之前，中國已經處于大型晶圓廠擴張計劃之中。根據SEMI的“世界晶圓廠預測報告”，在2017年和2018年，中國有18座晶圓廠正在建設中。終，這些晶圓廠建成了。
 

　　據SEMI稱，中國目前在建3個晶圓廠。“其中兩個晶圓廠用于鑄造。一個是8英寸，另一個是12英寸。還有一個用于存儲的內存(12英寸)。SEMI的分析師Christian Dieseldorff表示，還剩下7個。
 

　　晶圓代工業占中國晶圓廠產能的很大一部分。中國的鑄造業分為兩類：國內和跨國廠商。
 

　　臺積電和聯電都是跨國公司。臺積電在上海經營200mm晶圓廠。臺積電于2018年開始在南京的另一家工廠出貨16nm finFET.
 

　　聯電正在蘇州的200mm晶圓廠生產芯片。聯電在廈門也有一家新的300mm鑄造廠，出貨量為40nm和28nm.
 

　　同時，中國的國內代工廠商，例如ASMC,CS Micro和華虹集團，都專注于成熟的工藝。處于地位的初創公司HSMC正在研發14nm和7nm芯片。
 

　　根據TrendForce的數據，中國進的代工公司中芯是第五大代工供應商，僅次于臺積電，三星，GlobalFoundries和聯電。直到去年，中芯進的工藝還是28nm平面技術。相比之下，臺積電在十年前推出了28nm。時至今日，臺積電在研發方面已將5nm提升至3nm.
 

　　這是中國的痛處。由于落后，中國OEM必須從國外供應商那里獲得進的芯片。
 

　　但中國成熟的流程與國外差距不大。D2S'Pang說：“對于大多數晶圓廠來說，技術節點差距不是問題，因為在物聯網和汽車應用中使用的大多數芯片都不需要前沿節點。”
 

　　盡管如此，中芯仍在嘗試開發先進的工藝。2015年，中芯，華為，Imec和高通在中國成立了一家研發芯片技術合資企業，計劃開發14nm finFET工藝。
 

　　這是很大的一步，這一舉動對于繼續擴展至關重要。
 

　　“遷移到14nm的finFET并不容易。每個人都為此感到掙扎。” VLSI Research的Puhakka說。“中芯也是如此，他們要做這個很難。”
 

　　在20nm處，傳統的平面晶體管已經用盡了。這就是為什么英特爾在2011年轉向22nm的finFET晶體管的原因。與平面晶體管相比，FinFET的功率更低，速度更快，但制造起來也更困難，更昂貴。
 

　　后來，GlobalFoundries,三星，臺積電和聯電采用了16nm / 14nm的finFET.(英特爾的22nm工藝大致相當于代工廠的16nm / 14nm.)
 

　　終，經過多年的研發，中芯在2019年通過交付中國首批14nm finFET達到了一個里程碑。今天，14nm僅占SMIC銷售額的一小部分。“我們的客戶對14nm的反饋是積極的。我們的14nm產品涵蓋了低端應用處理器，基帶和與消費者相關的產品，涵蓋了通信和汽車領域。”中芯的聯合執行官趙海軍和梁孟松在電話會議上說。
 

　　但不得不說的一個事實是，中芯已經晚了。例如，應用處理器是智能手機中進的芯片。當今的智能手機集成了基于7nm的應用處理器。智能手機中的其他大多數芯片(例如圖像傳感器和RF)都基于成熟的節點。對于進的應用處理器，14nm并不具有成本競爭力。
 

　　IBS執行官漢德爾·瓊斯(Handel Jones)說。“如果看一下7nm的晶體管成本，十億個晶體管的成本從2.67美元到2.68美元不等。10億個14nm晶體管的成本約為3.88美元。因此，兩者成本差異很大。”
 

　　不過，14nm在其他市場上仍然可行。14納米技術可用于低端4G和5G智能手機，擁有適當處理器和系統架構的14nm可以用于5G基礎設施應用。
 

　　現在，在政府的資助下，中芯正在開發12nm finFET及其所謂的“ N + 1”。12nm是14nm的縮小版本。到年底，N + 1被稱為7nm技術。
 

　　Gartner分析師Samuel Wang說：“中芯的N + 1相當于三星的8nm,比臺積電的10nm稍好。”
 

　　但中芯今年實現N + 1可能性不大，到2020年底，12nm倒可能已準備就緒。因此，中芯可能再次錯過市場窗口。
 

　　但更重要的是，這不是的問題。中芯還需要下一代光刻技術EUV。
 

　　美國近阻止了ASML將其EUV掃描儀運送到SMIC。如果中芯無法獲得EUV,則該公司將停留在8nm / 7nm。
 

　　“根據瓦瑟納爾協議，美國阻止了EUV出售給中芯(去年)。我無法預見在可預見的將來向中國運送EUV的情況。但由于14納米僅占SMIC銷售額的1%，因此幾年來他們不再需要EUV技術。” Cowen and Co的分析師Krish Sankar說。
 

　　中國為了超越7納米，所以正在開發自己的EUV技術。其EUV子系統正在多家研究機構中開發。例如，去年中國科學院上海光學精密機械研究所(CAS)描述了由千瓦激光驅動的EUV的發展。2020年，中國科學院微電子研究所的研究人員發表了一篇論文“通過循環一致學習進行EUV多層缺陷表征”。
 

　　VLSI Research的Puhakka表示：“圍繞EUV的不同組件進行了大量研究。” “我認為他們沒有先進的可制造的EUV工具。開發自己的EUV將是一個漫長的過程。我不會說永遠不會，但這是一條漫長而艱難的道路。”
 

　　其他人表示同意。“我認為我們只能看到中國正在做的事情的一部分。就像冰山一樣，大部分都看不見。他們的院士發表了有關EUV技術的論文，但是我所看到的工作基本上只是理論上的。我認為這里面有一些潛在的硬件。
 

　　在內存方面的努力
 

　　與此同時，中國在內存方面存在巨大的貿易缺口，即DRAM和NAND閃存。DRAM用于系統中的主存儲器，而NAND用于存儲。中國進口了大部分內存。英特爾，三星和SK海力士在中國經營內存工廠，為國內和市場生產芯片。
 

　　為了減少對國外內存的依賴，中國正在發展其國內存儲器產業。2016年，YMTC出現了進入3D NAND業務的計劃。CXMT目前正在擴大中國的第一個本地DRAM.
 

　　兩者都是競爭市場，尤其是NAND.3D NAND是平面NAND閃存的后繼產品。與2D結構的平面NAND不同，3D NAND類似于一個垂直摩天大樓，其中存儲單元的水平層堆疊在一起，然后使用微小的垂直通道進行連接。通過堆疊在設備中的層數來量化3D NAND.隨著增加更多的層，系統中的位密度增加。但是，隨著添加更多層，制造挑戰將升級。
 

　　Lam Research執行副總裁兼CTO Rick Gottscho表示：“擴展3D NAND面臨兩個重大挑戰。“其中之一是，當您沉積越來越多的層時，薄膜中的應力會增加，這會使晶圓翹曲并使圖案變形。然后，當您進入雙層或三層時，對齊將成為更大的挑戰。”
 

　　而YMTC似乎已經克服了其中一些挑戰。去年，YMTC交付了其第一款產品– 64層3D NAND設備。現在，YMTC正在采樣128層3D技術。
 

　　但相比之下，中國還是落后了。跨國公司正在發售92層/ 96層3D NAND設備，還在增加112/128層產品。
 

　　盡管如此，YMTC至少在中國的發展前景是非常好的， YMTC的芯片已被納入中國公司的USB卡和SSD中。TechInsights分析師Jeongdong Choe說，“如果中國OEM采用YMTC的技術，可能會破壞NAND市場份額。”
 

　　不過，可以肯定的是，在成為主要的競爭對手之前，中國還有很長的路要走。IC Insights總裁Bill McClean表示：“ IC Insights仍然極度懷疑該國是否能在未來10年內發展出一個具有競爭優勢的大型本地存儲行業，而這幾乎可以滿足其存儲IC的需求。對于模擬，邏輯，混合信號和射頻也是如此。中國公司要在非內存IC產品領域競爭要花費數十年的時間。”
 

　　同時，中國出現了幾家中國的GaN和SiC供應商。他們似乎是代工供應商和材料供應商，但顯然，這方面中國依然落后。GaN用于功率半導體和射頻，而SiC用于功率器件。
 

　　YoleDéveloppement的技術和市場分析師Ahmed Ben Slimane表示：“中國市場是電力電子行業的重要機遇，主要是在汽車和消費電子領域。在電動汽車/混合動力汽車的應用推動下，SiC器件開始被中國的汽車制造商所采用，例如比亞迪在其Han EV模型中。在功率GaN行業中，小米，華為，Oppo和Vivo等中國智能手機OEM廠商已選擇采用GaN快速充電器技術。在中國強大的系統制造商的推動下，考慮到當前中美沖突的背景，在成本競爭力和質量提高方面，中國晶圓和設備生產商無疑處于有利地位。”
 

　　反過來，這又推動了生態系統的發展。YoleDéveloppement技術和市場分析師Ezgi Dogmus表示：“在電力電子市場中出現寬帶隙半導體之后，中國確實在推動創新技術，并開始建立其國內價值鏈。” “在中國的功率SiC生態系統中，我們看到各種參與者都參與了晶圓，外延晶片和器件級別。這包括晶圓廠的Tankeblue和SICC,晶圓廠Epiwafer的Epiworld和TYSiC以及晶圓代工業務的Sanan IC等。關于功率GaN市場，從2019年開始，我們見證了有競爭力的GaN器件制造商的加入，例如Innoscience和快速充電器領域的各種系統集成商。”
 

　　中國封裝計劃
 

　　中國在封裝方面也有大計劃。JCET是中國大的包裝公司，它還具有其他幾個OSAT.
 

　　“中國的OSAT技術對于主流行業能力來說是新的，與前端晶圓制造技術相比，這被視為縮小了技術差距。它們能夠支持幾乎所有流行的封裝類型。但新興的2.5D / 3D異構集成技術在中國仍在開發中，明顯落后于臺積電，英特爾和三星等者。”FormFactor的Leong說。
 

　　如今，對于高級設計，業界通常使用芯片縮放來開發ASIC.這可以在每個節點上縮小不同的功能，然后將它們打包到單片式芯片上。但是這種方法在每個節點上變得越來越昂貴。
 

　　業界正在尋找新方法。開發系統級設計的另一種方法是在高級封裝中組裝復雜的模具。隨著摩爾定律的放慢，與先進封裝技術的異質集成代表了中國追趕半導體的千載難逢的機會，” Leong說。
 

　　后，網友對于以上觀點的看法也非常值得一看：
 

　　地球上沒有哪個國家可以在芯片制造領域實現自給自足，因此我發現本文有些誤導。中國正在做的事情比阿波羅計劃更具野心，目標正在移動，因此我懷疑他們能否取得成功。但是它們可能會破壞美國在供應鏈中某些領域的壟斷(無論是中國公司還是通過激勵非美國公司)。
 

　　——GsGill

 

　　據我了解，包含美國技術的ASML EUV光刻工具的組成部分就是EUV源。因此，似乎沒有來源的ASML EUV工具將僅包含歐洲技術，因此不應被美國禁令所涵蓋。如果是這樣，中國可以購買沒有源代碼的ASML EUV工具，然后在工具中安裝自己的源代碼。
 

　　—— 邁克爾

 

　　對于中國而言，別無選擇。他們要不建立自己的技術，自己的半導體，而無需西方的投入，要不就永遠受西方的力量支配。這意味著將來市場會更小，這意味著西方產品的成本會更高(因為購買者減少)。由于中國生產的產品多，他們可以決定從哪種部件購買。由于勞動力成本，西方生產的產品成本不變。如果沒有自動化降低成本，西方國家將蒙受損失。
 

　　——Ponder

 

　　在當前環境下，中國別無選擇，只能開發本土解決方案。我認為這比技術能力更根本。
 

　　從供應方的角度來看，中國可能會遠遠落后。但是，它們的國內需求側市場具有巨大的增長空間——如今無需“前沿*”即可利用這一市場。他們也可以輕松利用貿易壁壘來確保國內成功。
 

　　隨著市場的分化，中國公司無需提供7nm和5nm形式的產品來“競爭”。如果西方國家阻止了ASML EUV,那么他們可以在解決技術空白的同時，輕推國內市場在采用更大規格的國內產品中的采用。
 

　　——Robert R.Derber

 

　　當我在文章中的某些場合讀到“中國永遠不會成功……”之類的短語時，我不得不思考當中所犯的重大錯誤，這種不斷的自欺欺人和自大將是西方的損失。
 

　　——A.Krupp