中国的IC行业水平

这里就是重点中的重点了?中国的经济实力是在最近十年左右才爆发性增长的?由于ICFAB工厂所需投资额巨大,十几年前中国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中国什么芯片获得突破,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:中国目前(2018年初)最先进的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纳米制程作为研发重点,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?

那么世界最先进水平呢?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ASML最先进的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,中国的IC制程技术比世界最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中国大陆IC制造设备的禁运目标?

IC制造设备种类非常多,价格都非常昂贵,其中最重要的是光刻机?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,世界上唯一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,最近美国高通公司要收购NXP,需要得到中国政府的批准,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的中国区销售总监对媒体说,ASML最先进的EUV光刻机对中国没有禁运,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,就那三个最先进的IC厂家:三星?台积电?英特尔,中国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,让中国落后于最先进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,中国IC制程落后的最主要原因,并不是买不到光刻机,或者是光刻机到货太晚?最主要的原因在于没有足够的人才和技术!!现状就是,即使把所有最先进的生产设备都马上交给中国IC制造企业,中国IC企业在三年内也没有能力量产最先进的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?再说一遍:最大的瓶颈在于缺乏技术和人才!!

IC生产工艺异常复杂,是人类目前生产的最复杂的产品,没有之一,有了最先进的生产设备,就比如给了我最高级的画笔和颜料,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,怎么勾线,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?而中国懂这些技术成都变压器厂家的人才太少太少?中国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,为什么中国的IC制造企业大量高薪挖台湾日本韩国的IC制造人才?指望买到最先进的生产设备,短时间就赶上世界最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?

那么到底有没有机会赶上呢?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?

各大领先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,各领先企业都会停滞在3纳米制程附近,正是中国赶上来的好机会?但是也有可能,未来5年真会有技术突破,那么领先企业还会继续领跑,中国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,中国紫光刚刚量产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?这种技术也是中国企业需要突破的?

但是,除了对速度和功耗有极致要求的一些IC需要追求最先进的制程工艺外,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最先进的制程工艺?实际上,目前业内公认性价比最高的制程工艺是28纳米,而这一工艺正在被中国大陆企业掌握?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最高的?只要把这块市场拿下,做大,中国的IC企业就能占据大半江山了?

再说说Fabless IC设计企业?这个行业中国进步是比较快的,当然这也和能买到现成的IC设计方案有关(业内叫IP Core),其中最有名的就是ARM架构的CPU了?2017年底,中国大陆的Fabless IC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)?

而世界上的手机成都干式变压器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(魅族最爱用),紫光展锐?苹果,华为和小米的CPU不外卖?不过,最近华为的麒麟970CPU开始向联想K9 Plus手机供货了,不知是不是在中国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?而中国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,中国的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?高端芯片比低端芯片强的主要不在制程工艺上,甚至低端芯片的制程工艺和高端芯片可能是一样的甚至更高?

高端芯片高在这几个方面:1.拥有专利,甚至写入了行业标准?2.能领导行业标准的升级,性能更好功能更多?3.在推出时间上能领先低端厂家,吃掉产品生命周期中利润最丰厚的时段?

以WIFI芯片为例:国际大厂如英特尔,博通,Marvell,等,都养了一大批研究人员,对未来几年的技术进行研究,同时在IEEE的WIFI标准化组织里投递研究成果,和同行PK,争取把自己的专利写进下一版标准中去?同时工程部门同步做实现,能在IEEE开会的时候拿出样品做成果展示?当WIFI标准一定稿,立即推出产品?国内做WIFI芯片的小厂根本没有这个实力参与这个游戏,只能等WIFI新版标准发布之后,拿到文档,仔细研究,然后研发生产?

更多的时候,最新标准还无法实现,只能生产老版标准的产品?这就是低端产品和高端产品的主要差别?

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?

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