晶片禁令即將啟動,中國穩坐釣魚台,難道晶片之爭,中國已取勝?

科技銘程 發佈 2024-03-12T14:04:34.602988+00:00

根據彭博社報導,拜登政府已向美國企業簡報最新晶片限制措施,預計下月正式啟動。目前,這五家公司主導了全球半導體設備,如果不能拿到這些公司的設備,就無法製造出先進晶片,包括16/14nm及以下邏輯晶片,128層及以上NAND快閃記憶體晶片、18nm及以下存儲晶片。

根據彭博社報導,拜登政府已向美國企業簡報最新晶片限制措施,預計下月正式啟動。

美國三大半導體供應商應用材料、科磊、泛林集團將會率先響應這一政策,受限設備將擴大至2倍。如果荷蘭ASML、日本東京電子也參與其中,那麼受限設備將會更多。

目前,這五家公司主導了全球半導體設備,如果不能拿到這些公司的設備,就無法製造出先進晶片,包括16/14nm及以下邏輯晶片,128層及以上NAND快閃記憶體晶片、18nm及以下存儲晶片。

什麼概念呢?也就是說華為麒麟晶片、5G基站晶片、龍芯3A系列、長江存儲晶片等都將無法生產,這絕對是極限打壓。

如此看來,國產晶片將面臨著更難的境地,但實際上,率先頭疼的卻是美國的應用材料、科磊等半導體設備廠商,我國晶片企業反而表現平淡,這又是什麼情況呢?

根據多方面的數據及研究報告,在這次中美晶片之爭中,中國或許已經取得了成熟晶片領域的階段性勝利。

那麼接下來,我們就一起看一看,國產晶片究竟取得了哪些傲人的成績。

我國是第三大光刻機製造國

光刻機是晶片製造的核心設備,它採用類似照片沖印的技術,把掩膜版上的精細圖形通過光線的曝光印製到矽片上。

提起光刻機,我們都想到了荷蘭ASML,甚至很多網友認為只有這家公司能夠製造光刻機,但實際上,日本尼康、我國的上海微電子都可以製造。

光刻機根據精度分為G線、I線、KrF、ArF、ArFi、EUV六代光刻機,我國處於什麼級別呢?與頂級的EUV光刻機差距有多大呢?

第一二代光刻機為接觸式光刻機,光源為紫外線,不同的是G線光刻機光源波長為436nm,I線光刻機波長為365nm,可以製造350nm以上晶片。

第三代光刻機為投影式光刻機,利用光學透鏡將深紫外光匯聚,折射到晶圓上,從而實現投影式光刻,同時深紫外光線波長也進一步降低到248nm,可以製造130nm以上晶片。

第四代光刻機同樣採用投影技術,將光源波長進一步升級,達到了193nm,通過多次曝光,可以製造65nm晶片。

第五代光刻機,採用了一種新技術—「浸潤式」。當深紫外光線進入「純水」中,發生折射,可以等效的製造出134nm波長的光線,從而實現14nm、甚至7nm工藝。

第六代光刻機為EUV光刻機,可以說是大跨步升級,採用了13.5nm的極紫外光,可以製造出7nm以下工藝晶片,目前只有荷蘭ASML能夠製造。

我國光刻機製造企業代表為上海微電子,能夠製造90nm精度的光刻機,這套光刻系統能夠製造出65nm晶片,但是良品率比不上ASML。

也就是說,國產光刻機目前仍是第四代的水平,這與國際領先的第六代差距還是很大的。但即便如此,我國仍然是世界前三的光刻機製造大國,而且我國的光刻機自主性更高。

荷蘭是最大的光刻機製造國,典型代表為ASML。

ASML雖然能夠製造頂級的EUV光刻機,但其只掌握了10%的核心技術,光學透鏡離不開德國蔡司、雷射發射器離不開德國通快。

根據ASML公布的相關數據,EUV光刻機售價1.2億美元,有10萬個零部件、4000個軸承、3000條線纜、2公里管道,所有零部件由全球2000家供應商共同提供。

ASML將這些組合起來,最終實現了EUV光刻機。

第二大光刻機製造國是日本,其擁有尼康、佳能兩大製造商。

上世紀90年代,光刻機市場的老大是日本,當時僅尼康市場份額就達到了50%,再加上佳能,其實力可想而知。

1999年的尼康共出售了6000台光刻機,包括解析度436nm、365nm、250nm、193nm四個型號。這在全球任何一個時期都是高產。

有網友問了,那ASML當時在幹嘛?當時的ASML也在做光刻機,但技術、營收與尼康差距巨大。

但隨後,在157nm光刻機方面,ASML與台積電合作率先推出了浸潤式DUV光刻機,一舉逆襲了尼康,之後在美國、歐洲的幫助下研發了EUV光刻機,成為了光刻機龍頭。

但尼康畢竟是昔日龍頭,之後也研發出了浸潤式DUV光刻機,成為了僅次於ASML的廠家。

我國是第三大光刻機國家

在光刻機製造上,我國取得了長足的進步。目前上海微電子研發的90nm光刻機,可以製造出65nm工藝的晶片,只是在良品率上不夠理想。

儘管表面看起來,我國的光刻機在精確度、良品率方面比不上荷蘭、日本,但是在自主度上卻是最高的,這一點難能可貴。

這主要「得益」於《瓦森納協定》和美國的晶片禁令。

《瓦森納協定》的目的就是監督和控制常規武器、高新技術、設備及零部件。高端光刻機就在協定內。

協定的成員國包括美、日、英、法德國40個國家,當然中國不在其中,成員國之間可以互通信息,但對非成員國來說就是「打壓、限制」。

美國的晶片禁令則是直接針對中國企業,華為因此失去了台積電代工的資格,中芯國際買不到先進的光刻機,上海微電子買不到零部件。

因此,國產光刻機唯有自主研發一條路可走。

上海微電子的光刻機就是集中了中科院、清華大學、哈工大、卓精科技等多家研究機構、高校和企業的相關技術,做到了光源、曝光系統、工作檯、光學透鏡等關鍵設備、技術的國產化。

同時,國產光刻機技術還在不斷的提升、更新,28nm光刻機已經提上日程,相信很快就能量產。

成熟晶片國產產業鏈打造完畢

晶片經歷設計、製造、封裝、測試等多個環節,又涉及EDA工具、設備、架構、材料等多個領域,可以想像其難度。

但是有一個好消息,那就是國產晶片全產業鏈已經打造完畢,當然只是在成熟工藝中。

架構方面:

目前,晶片架構基本被ARM、英特爾、AMD所把控,全球90%以上的移動嵌入式晶片都採用了ARM的架構,智慧型手機更是超過95%的市場份額被ARM把控。

桌面、伺服器被英特爾和AMD壟斷,二者合計掌握了超過90%的市場份額。

國產晶片雖然眾多,麒麟、鯤鵬、兆芯、海光等大都採用了ARM、X86架構,只有龍芯採用了自主研發的LoongArch架構,並且經過第三方專業機構的認證。

1、LoongArch的指令系統、指令編碼、指令格式、尋址模式是自主設計;

2、LoongArch的指令手冊、指令說明、內容表達上與國際主要指令區別明顯;

3、LoongArch未對國際主要指令系統構成侵權風險。

這三點足以證明龍芯是真正的國產晶片架構,未來將會下大力氣打造自主的LoongArch生態。

EDA工具

EDA即電子設計自動化,是晶片行業之母,它對整個晶片行業具有極強的戰略意義。

目前EDA基本被「三巨頭」(新思科技、楷登電子、西門子EDA)所把控,這三家企業拿到了全球80%的份額,國內市場也被其壟斷。

不過近日國產EDA工具傳來好消息,概倫電子的核心關鍵產品均具備國際市場競爭力,能夠支持7nm、5nm、3nm等先進工藝節點和FinFET,構建了較高的行業壁壘。

華大九天作為國內規模最大、產品線最完整、綜合實力最強的EDA工具廠商,也實現了部分5nm數字工具,並且已經商業化。

可以說,在EDA工具上,國產企業已經足夠滿足國產晶片的需求,甚至在不久的將來可以和國際三巨頭競爭。

製造端

晶片製造的典型代表為中芯國際,目前已經實現了14nm及12nm工藝的量產,當然光刻機採用的荷蘭ASML的,但至少證明了其擁有足夠的製造技術。

為了擴大在成熟工藝上的優勢,中芯國際加大了投資力度,先後斥巨資在北京、深圳、上海、天津等地建造晶圓廠。

這些晶圓廠建成後,中芯國際的產能將實現翻倍,不僅可以滿足國內客戶的需求,還可以將部分產能提供給海外客戶。

目前,中芯國際支持軍工、工業、Wifi、通信和絕大部分汽車使用的晶片,可以滿足國內80%以上的晶片需求。

智慧型手機、部分PC等先進工藝仍無法滿足,究其原因主要是缺少核心設備EUV光刻機。

封裝及材料方面:

在晶片的封裝領域,我國還是很有實力的,長期處於世界領先地位。

2022年11月21日,長電科技表示:公司已經實現4nm工藝製程的手機晶片封裝,在晶片和封裝設計方面和客戶展開合作,可幫助客戶將2.5D和3D等各類先進封裝集成到智慧型手機和平板電腦。

這個成績排在了全球第三位,僅次於日月光和安靠,是非常值得肯定的。

可能很多人認為封裝意義不大,其實並非如此。先進的封裝技術可以使晶片更加輕薄、更有利於散熱,先進的封裝還能助推Chiplet技術的快速發展。

半導體材料方面長期被日本企業壟斷,19種關鍵材料,有14種是日本製造的,這14種材料的出貨量達到了50%以上。

晶圓、光刻膠、掩膜版、特殊氣體這四大類核心材料,日企的市場占有率同樣超過了50%。

最近幾年,國產半導體材料快速發展。滬矽產業、立昂微電子、超矽半導體等企業在晶圓領域快速發力,產能和技術不斷提升。

光刻膠方面,南大光電具備ArF(干法、浸沒式)光刻膠,北京科華、徐州博康已經量產KrF光刻膠,可以滿足國內晶片製造使用。

同時,多家企業表示開展7nm光刻膠的研發,可見國產替代一直在路上。

至於晶片設計,可以說是我們的強項,華為海思、阿里平頭哥、紫光集團、中興等都具備設計高端晶片的能力,設計軍工晶片、工業晶片更是不在話下。

總的來說,在成熟領域,我國晶片完全具備架構、設計、製造、軟體、設備全產業鏈的能力,即便是遇到打壓限制也不會影響到軍事、工業等領域,受影響最大的依然是個人手機、PC等業務。

寫到最後

無論是《瓦森納協定》、《晶片科學法案》還是新的晶片禁令,對我國的晶片產業來說影響不會很大,因為我國決心要走國產替代的道路。

美國打壓限制的越多越狠,恰好證明前期的打壓沒有效果,只能加大力度。但是令其頭疼的是,我國晶片在打壓限制中,自利率依然從5%增長到了17%.

最近,矽谷大裁員,說明美國科技公司的日子不好過,只要我們堅持自主研發,減少採購進口產品,未來在晶片領域誰說了算還真不好說。

所以,只要國產晶片前進一步,美國晶片就會後退一步,不斷的前進遲早能夠逆襲超越。這就是我國穩坐釣魚台的真正原因。


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