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芯片技术 中国芯片技术 ZG芯片技术现状究竟如何?

ZG芯片技术现状究竟如何?

芯片是电子工业的粮食,是所有信息产业的基础。芯片技术包括芯片制造技术与设计技术,主要体现在芯片加工设备,加工工艺,封装测试,批量生产及设计创新的能力上。那么我国芯片的技术在环节上能力如何,ZG芯片技术现状到底是怎样的呢?下面我们一一为您解答。



芯片技术是如何向前发展的




摩尔定律



人人都听说过摩尔定律,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。有一段时间,人们说摩尔定律失效了,英特尔自己都做不到了,也有人说实际上IC行业发展比摩尔定律更快了。不论如何,半导体企业一直投入巨资研究新的制程工艺,其标志就是集成的半导体元件的线宽。每一次制程工艺的进步,都带来更小的线宽,更小的功耗,更高的工作频率,能够集成更多的元件,有更强的性能。说此前芯片技术就是按摩尔定律向前发展的,也很合理。



线宽



注意,1毫米=1000微米=1000000纳米,一千倍的关系。从我对半导体行业有印象的时候开始,半导体行业Z先进的制程工艺从几十微米到几微米,再到几百纳米, 130纳米,65纳米,45纳米,28纳米,20纳米,16纳米,14纳米,10纳米,直到今年三星就要量产的7纳米, (中间可能还有个别其它的线宽)。每隔两三年就更新一代, 但是基于这些线宽,各个厂家仍然有不同的工艺技术。 



晶圆(Wafer)



晶圆是圆柱形的单晶硅切割成的圆形硅薄片,所有的IC都是在晶圆上加工而成的,晶圆越大,能在晶圆上制造的IC就越多,成本就越低。所以在半导体行业发展的近几十年里,晶圆的尺寸不断加大,从4英寸、6英寸、8英寸发展到现在的主流12英寸,未来会有更大的晶圆。原理上讲,用多少纳米线宽的制程工艺和晶圆的尺寸没有必然的联系,7纳米也可以用4英寸晶圆,但实际上IC工厂通常会采用那个时代Z大的晶圆来降低成本。



投资和行业



摩尔定律只告诉你了IC工艺如何进步,但没告诉你建造IC工厂的投资如何增长。实际上每一代制程工艺的进步,新建工厂所需投资都大幅度增长。从70年代的几千万美元,到几亿美元,十几亿美元,几十亿美元,上百亿美元,而Z近三星,英特尔和台积电投资的7纳米生产厂,投资额都已经超过二百亿美元。





ZG的集成电路芯片行业水平:




芯片技术,为什么只有ZG有可能后来居上



芯片工厂天价的建设成本让小国或者新进入IC行业的国家,已经没有经济实力追求Z先进的制程工艺了。台湾和韩国都是举政府之力全力支持,并且从几十年前IC工厂所需投资还没那么大的时候就进入行业,经过以厂养厂的良性循环,利用旧工厂的高利润才能撑得起对新厂房的投入。而投入稍微不足,便一步落后步步落后,如今欧洲和日本的IC企业都已经无力再追寻Z先进的制程工艺了。


全世界Z先进的IC制程工艺只掌握在三家公司手中:三星,台积电,英特尔。而目前唯yi有可能赶上来的,就是ZG。



当前”ZG芯“水平在世界上处于什么位置



Z近十年左右ZG的经济实力才开始爆发性增长的。由于IC FAB工厂所需投资额巨大,十几年前ZG实际上没有多少钱投入,水平落后是必然的。再加上科研体制的问题,早期有一帮公司靠打磨进口芯片冒充自己的产品,造成了极其恶劣的影响,首当其冲的就是“汉芯”,以至于网上一有新闻说ZG什么芯片获得突破,立即有人蹦出来说:是打磨掉人家的标打上自己的标的吧? 这种情况直到近些年才有所改观。


首先看IC制造FAB企业的水平:ZG目前(2018年初)Z先进的IC制程工艺是中芯国际和厦门联芯的28纳米制程。厦门联芯的28纳米良品率已经超过95%,而中芯国际的28纳米良品率还不高,实际上对这一工艺还没完全搞利索。而中芯国际已经把14纳米制程作为研发ZD,争取在2019年底之前量产。另外台积电在南京投资的16纳米工厂,目标是2018年底量产。


那么世界Z先进水平呢?上周刚刚爆出的消息,三星的7纳米制程刚刚量产成功,而且是应用了ASMLZ先进的EUV光刻机完成的。而台积电没有使用EUV光刻机的7纳米工艺要到今年底才能量产,英特尔会更晚些。使用EUV光刻机未来可升级到更先进的5纳米制程。


这样看来,ZG的芯片制程技术比世界Z先进水平落后两代以上,时间上落后三年多(台积电和三星的14/16纳米制程工艺都是在2015年开始量产的)。这实际上就是美国对ZG大陆IC制造设备的禁运目标。





ZG芯片技术落后的根本原因



IC制造设备种类非常多,价格都非常昂贵,其中Z重要的是光刻机。光刻机的生产厂家并不多,在28纳米以上线宽的时代,日本的佳能和尼康都能制造(对,就是造单反相机的那个佳能和尼康),但是IC制程工艺进步到十几纳米以下时,佳能和尼康就落后了,基本退出了光刻机市场。


目前,世界上唯yi的光刻机厂家就剩下ASML。ASML是荷兰飞利浦公司的半导体部门拆分出来的独立公司(飞利浦半导体部门拆分出的另一家公司是NXP恩智浦,Z近美国高通公司要收购NXP,需要得到ZG政府的批准,赶上美帝对中兴禁运,那么,就拭目以待吧)。ASML的主要股东是飞利浦,但三星,台积电和英特尔都占有股份。去年底, ASML的ZG区销售总监对媒体说,ASMLZ先进的EUV光刻机对ZG没有禁运。但是美国政府又的确有禁运的指示。


那么,到底禁运不禁运?这个问题得这么看: ASML每年光刻机的产量只有不多的几十台,每台卖一亿多美元,只能优先供应它的主要股东。对,就那三个Z先进的IC厂家:三星、台积电、英特尔,ZG企业如果订货得排在后面等,交货期将近两年,交货后生产线调试,工艺调整还要一年左右,加到一起,从下订单到量产要至少三年。这样通过正常的商业逻辑和流程,就能达到美国政府制定的,让ZG落后于Z先进IC工艺至少三年的目标。那美国政府何必要蹦出来说禁运呢?


但是在这里必须说明,ZGIC制程落后的Z主要原因,并不是买不到光刻机,或者是光刻机到货太晚。Z主要的原因在于没有足够的人才和技术!现状就是,即使把所有Z先进的生产设备都马上交给ZGIC制造企业,ZGIC企业在三年内也没有能力量产Z先进的IC制程。事实上中芯国际目前就有14纳米制程的全套设备,而他们的28纳米制程都没整利索。重要的事情说三遍:Z大的瓶颈在于缺乏技术和人才,人才和技术!!!。


IC芯片生产工艺异常复杂,是人类目前生产的Z复杂的产品,没有之一,有了Z先进的生产设备,就比如给了我Z 高 级的画笔和颜料,我仍然画不出一幅能看的画来,因为我根本不会画画,不知道怎么落笔,怎么钩线,怎么涂色。用IC生产设备生产IC,需要经过大量的工艺研发,需要知道用什么材料,制作成什么形状,怎么布局,等等,才能保证良品率。而ZG懂这些技术的人才太少太少。ZG自己的大学微电子专业离业界先进水平太远,培养出的合格工程师太少。这也解释了,为什么ZG的IC制造企业大量高薪挖台湾日本韩国的IC制造人才。指望买到Z先进的生产设备,让ZG芯片技术短时间就赶上世界Z先进水平是不现实的。技术的积累和人才的培养都需要很长时间。



ZG芯片技术想追赶,今后五年很关键



也许未来5年左右是个弯道超车的机会,但要看运气。原因在于,新一代制程工艺对于半导体线宽的缩小不是无限制的。业界普遍认为,以目前的工艺技术,到了3纳米以下的时候,电子在半导体内的流动就不是按照我们所理解的理论来走了,而是会遇到神秘的量子效应,当前的工艺技术就失效了。各大lingxian企业都投入巨资研发全新的工艺和技术,试图突破这一限制,媒体上经常能见到某某公司又有什么突破。但到目前为止,还见不到实用的技术突破。所以,也许,在5年之内,各lingxian企业都会停滞在3纳米制程附近,正是ZG赶上来的好机会。但是也有可能,未来5年真会有技术突破,那么lingxian企业还会继续领跑,ZG还得在后面苦苦追赶。


不过IC制程工艺未来有一个发展方向是实用的并且已经在闪存行业应用了:那就是向多层发展,3D堆叠。目前三星已经量产64层堆叠的NAND Flash芯片,正在开发96层堆叠的技术,ZG紫光刚刚量产32层堆叠的NAND Flash芯片,64层的计划到2019年才能量产。而除了闪存芯片之外的CPU类IC,目前都是平面的一层,未来肯定会向多层发展,能够成多倍地提高IC的集成度。这种技术也是ZG企业需要突破的。


但是,除了对速度和功耗有ji致要求的一些IC需要追求Z先进的制程工艺外,比如各种CPU和GPU等,其它大部分的IC产品实际上并不需要使用Z先进的制程工艺。实际上,目前业内公认性价比Z高的制程工艺是28纳米,而这一工艺正在被ZG大陆企业掌握。还有一个事实就是,28纳米工艺的营业额目前是台积电所有工艺里Z高的。只要把这块市场拿下,做大,ZG的IC企业就能占据大半江山了。



ic芯片设计,ZG正在布局



这个行业ZG进步是比较快的,当然这也和能买到现成的IC设计方案有关(业内叫IP core),其中Z有名的就是ARM架构的CPU了。2017年底,ZG大陆的FABLESS企业的营业额已经超过了台湾,而且还在高速发展中。


这里可以举一个每个人都用的产品的例子:手机CPU。目前世界上拥有自主CPU的智能手机厂家只有四个:三星,苹果,华为(麒麟处理器),小米(小米的松果CPU是基于大唐的技术)。而世界上的手机生产企业能外购到的智能手机CPU也只有四家的产品:高通,联发科(MTK),三星(魅族Z 爱用),紫光展锐。苹果,华为和小米的CPU不外卖。不过,Z近华为的麒麟970 CPU开始向联想K9 Plus手机供货了,不知是不是在ZG政府的压力下华为才放开的。另外,去年听说,小米的松果CPU也和生产诺基亚品牌手机的HMD公司签订了一个意向书。紫光展锐的智能手机CPU主要用在低端手机上,但是别看低端,2017年紫光展锐的营业额及市场占有率都和台湾联发科MTK相差无几了,在大陆市场的推动下,超过联发科是必然的事。


不要认为国内智能手机CPU企业都靠买ARM的IP core,没什么了不起。要知道,数年以前美国买ARM方案做手机CPU的IC企业可有不少,比如NVidia,Marvell,TI。他们后来都退出了智能手机CPU市场。而ZG这几家企业坚持下来了并且发展壮大,很了不起。


在很多产品线上,比如WIFI芯片,蓝牙芯片,交换机芯片,FPGA芯片,ZG的FABLESS企业都有布局,都有产品,只不过产品还比较低端,占据高端的都是国际大厂。那么怎么才能走向高端?


总之,在FABLESS设计行业,我国企业的布局已经展开,发展迅猛。主要的问题是,仍然有一些空白点需要填补,已有的产品偏向低端,需要慢慢向高端拓展。


2018-04-25      浏览次数:30161次
本文来源:https://www.yiqi.com/retiao/detail_2049.html
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