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中国半导体产业现状-大使

中国半导体产业现状-大使

外交作家郭慈定期与来自世界各地的主题专家、政策从业者和政策从业者接触,以获取对美国亚洲政策的不同见解。 作为丹麦哥本哈根商学院经济、政府和商业系的副教授,Dr. 与道格拉斯·富勒的对话 位于第 385 位 “跨太平洋景观系列”。

解释华为最新 5G 智能手机中 7 纳米 (nm) 芯片的影响。

我们已经知道华为的海思设计部门有能力设计先进的芯片,尤其是智能手机芯片。 随着华为公司上市指定的具体规定将于 2020 年底生效,关键问题是华为可以在哪里生产此类芯片。 中芯国际 [Semiconductor Manufacturing International Corporation, the Chinese company that made the 7 nm chip for Huawei] 如果没有此类许可证,则使用美国设备并因此违反美国出口限制的可能性更大。

即使是华为使用的电子设计自动化(EDA)——用于设计芯片的软件——也更有可能涉及美国的EDA工具,尽管该软件长期以来因存在盗版和盗版的可能性而被认为是出口管制的薄弱环节。 黑客攻击。

分析美国限制对华投资和先进芯片出口是否加速了该国国内半导体自给自足的发展。

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一个主要担忧是,美国的出口管制将加速美国政府试图用作瓶颈的关键投入:EDA 工具和资本设备。

在EDA方面,有新兴的中国竞争对手。 然而,它们在中国以外的市场份额很少,而且结构性限制阻止这些公司成为三巨头(Cadence、Synapsys 和西门子/Mentor Graphics)的竞争对手。 主要障碍是,当代工厂推出其领先工艺时,他们与三巨头合作以确保设计到制造界面的顺利进行。 这种互动为 EDA 工具供应商提供了竞争优势。 代工厂不太可能引入其他 EDA 供应商来处理这个关键接口,除非这些供应商已经是主要的国际供应商,提供在国际技术边界附近运行的完整设计流程软件。 中国的 EDA 供应商不符合这些标准。

在资本设备方面,中国供应商在组装和测试设备方面取得了进步,尽管该设备不是主要的瓶颈。 主要重点是制造资本设备。 这方面的进展非常有限,特别是在先进制造业领域。

四种最重要的制造设备类型是:光刻、沉积、蚀刻和过程控制(检查和计量)设备。

光刻设备(应用设备 鳞片周围的光线和直射光线) 由荷兰的 ASML 主导,还有一些规模较小的日本竞争对手。 从2023年9月起,中国将无法负担其已经最先进的设备——极紫外(EUV)光刻设备,以及ASML第二台最先进的设备——氟化氩浸没(ArFI)深紫外(DUV)设备。

尽管经过多年的宣传,中国的上海微电子设备公司 (SMEE) 仍未推出任何晶圆厂就绪设备,不过有传言称 SMEE 将在今年秋季推出适用于 28 纳米工艺的光刻设备。 即使SMEE打破了这一记录,它在技术前沿仍然远远落后。

在沉积(添加薄层和能量以引发化学反应)方面,据说至少有五家中国制造商正在量产设备:Piotech、NAURA、AMEC、ACMR 和 Wanye。 就市场份额而言,NAURA 和 Piotech 是主要供应商。 总体而言,本土供应商占据了市场份额,从 2020 年中国国内代工厂采购量的 8.5% 上升到 2022 年前 10 个月的 25%。

然而, 中国制造商仍主要在落后利润和非关键工艺领域增加市场份额。 在先进外延和原子层沉积(ALD)等关键和前沿应用领域,中国制造商尚未取得太大进展。

沉积步骤通常用于先进制造节点,因为小光刻线宽和 3D 芯片结构都需要大量沉积。 结果,对存款工具的需求增加。 尖端工艺中沉积物使用的增加实际上有利于全球市场上的外国现有企业,因为由于出口限制,大多数尖端工艺产能都受到限制,而外国制造商不太可能在关键任务中使用中国设备。 出于商业和地缘政治原因。

蚀刻(选择性去除沉积在秤上的物质)设备 LAM Research(一家美国公司)占据主导地位,其次是日本的东京电子和美国的应用材料公司,技术趋势发挥了他们的主导地位。 随着逻辑制造节点的技术前沿从 14/16 nm 进步到 5 nm,NAND 中的 64L(L 代表层)进步到 192L,蚀刻工具的市场已经翻了一番。 因此,拥有成熟前端客户的现有企业拥有与存款类似的优势。

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中国公司往往在落后或成熟(例如28纳米)节点上表现良好,这些节点的蚀刻工具使用较少,因此需求较少。 NAURA和AMEC都已进入该市场。 AMEC 提供用于非关键和半关键工艺的 28 nm 导体和电介质蚀刻设备以及 5 nm 的非关键设备。 NAURA 提供用于 28 nm 半导体蚀刻的非关键和半关键设备。

过程控制仪表几乎都是重要的设备,因为这些设备直接影响生产的良率。 因此,此类设备的购买者在尝试未经证实的新设备时非常谨慎。 该领域是进入技术壁垒最高的领域之一。 当前该领域出现了新的优势,因为使用从现有操作机器收集的数据进行数据分析对于该设备领域的进步变得越来越重要。

考虑到这些因素,中国供应商除了简单的任务之外几乎没有取得什么进展就不足为奇了,这些任务的障碍不像光刻那么高——例如,在制造过程之前检查晶圆。

鉴于先进领域缺乏进展,中芯国际的先进晶圆厂充满了美国设备(通常是通过法律可疑手段获得的),以及在各自政府开始出口管制之前获得的荷兰先进 DUV 和日本设备,这也就不足为奇了。

确定中美硅霸权竞争的主要优势和劣势。

中国的主要优势是芯片的高市场需求、大量接受过芯片设计和逻辑工艺技术培训的工程师以及政府的支持。 中国工业的弱点是关键投入、EDA,尤其是资本设备。 政府支持是一把双刃剑,因为它鼓励政府对企业管理和基于绩效以外的指标的资本配置进行过度干预。

美国在芯片设计(例如英伟达)、制造(例如英特尔)和关键投入方面拥有大量公司。 然而,与中国、韩国和台湾的有效政策相比,二十多年来政府的忽视导致美国一些最深远的能力受到侵蚀。 此外,这种忽视也是年轻人不将其视为成长职业的原因,许多有技术头脑的年轻人正在进入软件行业。 CHIPS 法案是纠正这种政策忽视的开始。

美国必须解决如何在《芯片法案》五年期限之后为芯片行业创新提供资金的问题。 由于前期成本高且能源法回报率低,美国风险投资不感兴趣。 美国没有韩国那样的巨大耐心资本,甚至没有效率更低的中国那样的耐心资本。

中国当前的经济放缓可能会如何影响该国半导体发展的进展?

中国政府已经看到,在今年发布的第三期大基金中,地区/地方政府的水平较低。 这种缺乏热情表明地方政府债务开始影响到中国政府具有重大战略利益的领域。 我仍然认为中央政府会想方设法为大基金第三期所需的相对较少的资金提供充足的资金,但从长远来看,中国政府将在大手笔的产业政策融资和更多融资之间面临越来越困难的选择。 中国的重大任务如内防和大型预算项目如军队。

评估中美芯片竞争对全球供应链和市场份额的影响。

华为Mate 60 Pro芯片由中芯国际代工的泄密表明,美国对中芯国际的许可非常宽松。 美国商务部长吉娜·雷蒙多在向国会提交的最新证词中表示,她的部门将堵住他们发现的漏洞。 如果采取这样的措施,更先进的DUV技术不流入中国,中国在先进领域增加产能的能力将受到限制。 中国可能面临加拉帕戈斯效应,即中国设备供应商可以向中国成熟的晶圆厂供货。

中国希望在28纳米等成熟节点快速扩张,因为这些节点有许多不断增长的需求,例如电动汽车芯片。 对中国来说不幸的是,欧洲和日本非常不愿意就其汽车工业与中国达成一致,而美国已经征收了关税。 除了汽车行业之外,考虑到地缘政治态度的变化,主要国外市场在成熟节点接受大量中国芯片的意愿也不太可能。

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