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中國半導體困境!這篇講全了!

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發(fā)表時間:2018-06-22 15:38:00【

 

在半導體這個領域,中國需要挑戰(zhàn)的是,西方上百年積累起來的工業(yè)體系。

中國半導體一直是在冒著敵人的炮火匍匐前進,如今,敵人的炮火越來越兇猛。圍追堵截中,誰讓我“芯”痛?

 


美國的驚人統(tǒng)治力


1957年,晶體管之父肖克利的八個門徒,在硅谷創(chuàng)立仙童半導體公司,并開發(fā)出人類歷史上第一塊集成電路,硅谷因此成為全世界半導體技術的發(fā)源地,一直延續(xù)至今。

 

 

 

  期間,盡管發(fā)生過幾次產業(yè)轉移,七八十年代,半導體制造大量轉移至日本;90年代后,轉移至韓國和中國臺灣。但美國至今依  

  舊保留著在諸多核心領域的統(tǒng)治力。

 

以生產設備為例,全球三大巨頭應用材料、泛林和ASML,美國獨占前兩席,而且應用材料在除光刻機以外的幾乎所有領域都領先,包括蝕刻、薄膜沉積等。

 

更恐怖的是,全球三大EDA軟件(用于芯片設計)巨頭鏗騰、明導和新思,均為美國企業(yè),全世界幾乎所有芯片設計和制造企業(yè)都離不開它們。

 

高端芯片方面,中興事件暴露出來的眾多短板,包括ADC/DAC(數(shù)模轉換)、FPGA、高速光通信接口等芯片,目前也都依賴美國廠商,包括德州儀器、賽靈思、亞德諾等。

 

美國的驚人統(tǒng)治力還體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)上。

 

目前,三種主流的芯片架構X86、MIPS和ARM,前兩種都是美國血統(tǒng)。其中,英特爾的X86架構,與微軟的Windows系統(tǒng)結盟,稱霸臺式機市場。ARM架構雖然是英國血統(tǒng),卻離不開安卓和iOS系統(tǒng)的支持,兩者合計占有全球95%以上的手機市場。

 

而且,ARM其實誕生于蘋果的一款失敗產品。

 

如今,在全球20大半導體公司中,美國依舊獨占八席,處于絕對的霸主地位,并且基本都是卡住核心的關鍵性公司。

 

 



中國VS整個產業(yè)鏈
 

半導體是一個龐大的產業(yè),從大類上講,包括集成電路(IC)、光電子、分離器和傳感器等,其中IC的規(guī)模占80%以上。

 

所謂芯片,就是內含集成電路的硅片,它分為幾十個大類,上千個小類。制造一塊小小的芯片,涉及50多個學科、數(shù)千道工序,包括設計、制造和封裝三大環(huán)節(jié)。

 

在這個產業(yè)鏈上,國內企業(yè)的差距是全方位的。

 

首先看設計,華為海思和紫光展銳分列國內前兩名。目前,兩家公司在不少領域已是世界領先水平,但一個巨大的問題是,其架構授權的核心都被外人掌握。

 

目前,國內僅有中科院的龍芯和總參謀部的申威擁有自主架構,前者用于北斗導航,后者用于神威超級計算機,民用領域基本是空白。

 

設備和材料是又一大短板。制造芯片的三大設備光刻機、蝕刻機和薄膜沉積,國內僅中微半導體的介質蝕刻機能跟上行業(yè)節(jié)奏,其7納米設備已入圍臺積電名單。

 

此外,北方華創(chuàng)在氧化爐和薄膜沉積設備上成績不俗,但基本還處于28納米級別。其他設備,如離子注入機、拋光機和清洗機,也差不多。

 

差距最大的是光刻機。光刻機用于將設計好的電路圖曝光在硅片上,蝕刻機則負責微觀雕刻,刻出溝槽或接觸孔。目前ASML最先進的EUV光刻機,即將投入三星、臺積電的7納米工藝,而國內上海微電子的光刻機,仍停留在90納米量產的水平。

 

材料方面,日本是全球領先者。

 

在制造芯片的19種主要材料中,日本有14種位居全球第一,總份額超過60%。全球近七成的硅晶圓產自日本,那是芯片制造的根基。

 

反觀中國,硅晶圓幾乎是空白,8英寸國產率不足10%,12英寸依賴進口,打破壟斷的希望還在張汝京創(chuàng)辦的新昇半導體,今年即將量產。他也是中芯國際的創(chuàng)始人。

 

 

除了硅晶圓,國內企業(yè)還在濺射靶材、研磨液等材料上有所突破,并實現(xiàn)了國產化。前者用于制作金屬導線,后者用于芯片研磨拋光。

 

以上均為單點突破,距離整個行業(yè)的崛起還比較遠。

 

芯片制造,國內最先進的是中芯國際和廈門聯(lián)芯,目前能做到28納米量產。而它們的競爭對手,三星、臺積電等巨頭即將在今年量產7納米,相差兩三代。

 

最后是封測。這是目前大陸最接近國際水平的領域,長電科技收購新加坡星科金朋后,躋身全球第三。但全球封測中心在中國臺灣,以日月光為首的臺灣企業(yè),擁有50%以上的市場份額。

 

在這樣一個超長的產業(yè)鏈中,全球通力合作必不可少。以光刻機為例,荷蘭ASML一騎絕塵,但它的成功得益于各國的鼎力合作,鏡頭來自德國蔡司、光源來自美國,這幾乎是西方近百年工業(yè)的技術結晶。

 

 

但中國在這個產業(yè)鏈上處于不利地位,經常面對不友好的產業(yè)環(huán)境。這次的中興事件只不過是浮上臺面的斗爭與封鎖,而臺面下的爭斗幾十年來則是一直沒有消停。

 


 
巨頭封鎖與追殺
 

芯片制造是人類歷史上最復雜的工藝,加工精度為頭發(fā)絲的幾千分之一,需要上千個步驟才能完成。其難度,堪比兩彈一星。

 

如此復雜的工藝,需要巨額的投資。例如,建一個芯片工廠,就動輒需要上百億美元。這樣的投資規(guī)模,只有跨國巨頭乃至國家才能完成。

 

這讓巨頭企業(yè)在產業(yè)中更具優(yōu)勢,也直接導致了行業(yè)的不斷集中。

 

過去40年,半導體行業(yè)呈現(xiàn)加速壟斷趨勢。1995年,全球七大半導體企業(yè)投資占比24%,如今這個數(shù)字已飆升至80%以上。40年前,全球有幾十家主要的設備制造商,如今只剩下三四家。

 

不僅如此,巨頭們不但自身可以使出很多種手段懲戒后來者,甚至還組建產業(yè)聯(lián)盟扼殺后來者。

 

手段之一是低價傾銷。這里面都是套路:一開始你沒有,它通過壟斷積累暴利;等你做出來,它馬上降價傾銷,讓你越做越虧,暗無天日,最終斷了產業(yè)化的念想。

 

當年液晶大戰(zhàn)的慘痛就這樣。三星、夏普等液晶巨頭,一開始不愿在華建廠,而等深圳市政府組織國內彩電巨頭,以及京東方要展開反攻時,他們卻又主動跳出來求合作。結果導致長虹動搖并撤出,京東方則被晾在一邊,國產計劃泡湯。

 

享受這一“待遇”的,還有MOCVD設備商。MOCVD是制造LED芯片的設備,在國產化之前,美、德兩家巨頭憑借壟斷,每臺設備賣2000萬。而等國內廠商開始介入時,售價立刻暴跌至600萬。結果,數(shù)十個國內玩家,如今只剩下中微、中晟光電等少數(shù)幾家。

 

去年,高通在華推出重磅計劃,與大唐電信旗下的聯(lián)芯科技成立領盛科技,聯(lián)手進軍中低端芯片市場。關心國內芯片產業(yè)的很多人士都一致認為,這是高通要“借刀殺人”,要以領盛科技用價格戰(zhàn)的方式絞殺正在向中高端芯片市場進軍的紫光展訊。而5月4日的最新消息顯示,這家合資企業(yè)已正式獲批。

 

 

手段之二是發(fā)動專利戰(zhàn),拖住對手,打擊下游客戶信心。

 

2000年,張汝京出走臺灣,在上海創(chuàng)建中芯國際。之后,他從臺積電四處挖人,使得中芯短時間內迅速崛起。但厄運隨之而來,老冤家張忠謀很快就發(fā)起了專利戰(zhàn)。這場持續(xù)近七年的戰(zhàn)爭,最終的結果是中芯割地賠款,張汝京黯然出局。

 

臺積電通過此舉,成功拖住了中芯。而當初引進張汝京的江上舟,也在兩年后辭世,死前一直惦記著中芯的未來。

 

同樣的一幕發(fā)生在中微身上。2007年,尹志堯領銜的中微剛推出自己的蝕刻機,就被老東家美國應用材料告上法庭。緊接著,另一巨頭泛林火上澆油。好在中微從一開始就小心規(guī)避專利陷阱,最終贏得了訴訟。

 

 

但結果卻不甚理想,中微不但賠上巨額的訴訟費,還賠上了下游客戶的信心。再加上適逢經濟危機,不得不暫時砍掉MOCVD業(yè)務。


 

很不友好的環(huán)境

 

事實上,中國很早就重視了半導體的大戰(zhàn)。最早可追溯至上世紀60年代。但在后來的發(fā)展中,由于自身路徑,國內產研環(huán)境,以及不友好的產業(yè)環(huán)境等多種原因,逐漸掉隊。

 

中國半導體一直是在冒著敵人的炮火匍匐地前進。而今,敵人的炮火更是越來越兇猛,越來越密集。

 

西方一直有一個針對出口管制的制度安排,最早是1949年成立的巴黎統(tǒng)籌委員會,之后在1996年演變?yōu)橥呱{協(xié)定。該協(xié)定包含軍用、民用兩份控制清單,目的是限制向相關國家出口敏感產品和技術,中國就屬于被限制的對象。

 

過去幾十年,國家一直在努力突破這種封鎖。90年代,先后批復908/909工程,時任領導人表態(tài):砸鍋賣鐵也要把半導體搞上去。國務院則用財政赤字撥款。

 

然而,作為兩項工程的產物,華晶、華虹等企業(yè)到國際上采購設備卻遭到抵制,最終發(fā)展受限,一直未有大的突破。

 

2006年以后,國家又搞了01和02專項。前者劍指核心電子器件、高端通用芯片和基礎軟件,俗稱核高基;后者劍指IC制造和成套工藝。

 

近年來,兩個專項相繼開花結果,例如中微的蝕刻機已看齊世界水平,中芯國際的工藝已挺進到28納米,但受限于不友好的產業(yè)環(huán)境,水平還是差強人意。

 

以光刻機為例,ASML的EUV光刻機即將投入7納米工藝,而國內最先進的量產水平是90納米。之所以差距驚人,原因之一是買不到高水平的鏡頭和光源,這是光刻機的核心部件,而國內缺乏相關的技術。

 

坊間一直傳說,瓦森納協(xié)定禁止向中國出口高端光刻機。這種說法后來遭到ASML公司的否認,該公司聲稱,最快將于2019年在中國晶圓廠見到EUV光刻機。

 

 

但業(yè)內人士透露,在瓦森納協(xié)定中,確實是有光刻機限售條款的,只不過每隔幾年,條款就會作相應的調整。之所以調的原因也是,國產水平在不斷提高,所謂的調整,頂多也就是“敵人”不斷地根據(jù)我方的進展調整炮火的輕重與射程。

 


 

一個有意思的細節(jié)是,國內研究機構在相關技術上取得突破不久,ASML公司就否認了禁售的傳聞。

 

產業(yè)環(huán)境并不是唯一的障礙,來自國家層面的干預更加要命。

 

美國政府曾多次否決中國企業(yè)針對美企的收購行為,包括著名的紫光并購美光計劃。最近更是制裁了中興通訊,斷供其芯片。

 

2016年,國內某基金收購德國愛思強時,連FBI都跳出來施壓,最終迫使德方放棄了交易。而據(jù)中興員工透露,在中興斷芯事件前,F(xiàn)BI就入駐了公司內部。


 

為錢一把辛酸淚

 

半導體是一個燒錢的行業(yè)。上世紀90年代,中央在財政非常拮據(jù)的情況下,特批了40億元搞半導體。但這點錢只是杯水車薪。

 

向民間要投資,更遭到冷遇。

 

這個行業(yè)不但燒錢,而且周期長,技術更新快,你剛研發(fā)出來,別人已經開始打價格戰(zhàn)。這意味著,前期要不斷砸錢,還見不到水花。對民營資本而言,這是無法承受之痛。

 

 

中微董事長尹志堯2004年滿腔熱血回國創(chuàng)業(yè),就遇到了這個難題

 

 

為造蝕刻機,中微在短時間內,燒光了地方政府和自籌資金,只好四處籌錢續(xù)命。當時民間資本對這個行業(yè)缺乏了解,也缺乏意愿,尹的一腔熱血只能碰一鼻子灰。

 

萬般無奈之下,只好赴硅谷融資。兩周內,十幾家風投踏破門檻,愿意提供5000萬美元。此情此景,令報國心切的尹志堯百感交集:難道只有美國造得出蝕刻機?

 

苦心積慮,只為國產化,絕不能大權旁落。在拿回幾筆續(xù)命錢后,尹志堯繼續(xù)尋找國內投資人。后來,在江上舟的引薦下,終于有國開行為中微背書。

 

跟中微有類似遭遇的,還有京東方。

 

做液晶面板20年,京東方一直伴隨各種非議。尤其是它越虧越投的做法,更是被人質疑為綁架政府,因為其大部分資金來自銀行和地方政府。

 

在資本市場上,由于不斷增發(fā),京東方背上了圈錢的罵名。但這些錢,大部分來自國資背景。其間,京東方曾多次拉私募基金入股,均被拒絕,理由是投資大,短期難見利。

 

幸運的是,苦熬多年后,京東方靚麗崛起,勇奪五個全球第一,讓當初的堅持者賺得盆滿缽滿。

 

近年來,國家加大了對半導體行業(yè)的投入。大基金一期投入1300億,已收尾;二期預計超過2000億。乍一看,錢不少,但需要投資的項目也很多,涵蓋芯片設計、制造、封測、設備等諸多領域。以一期為例,累計投資62個項目,涉及23家上市公司。

 

這樣平均下來,每家獲得的投資額并不多,跟撒胡椒面一樣。

 

而純靠市場手段去募集資金的難度同樣非常大。以紫光為例,真正的大規(guī)模投資還沒開始,市場就已不乏圈錢的質疑聲,跟京東方當年惡戰(zhàn)面板產業(yè)時所遭遇的挑戰(zhàn)幾乎沒有兩樣。

 

顯然,這樣的投資強度是不夠的。再看一組數(shù)據(jù),就更能看出差距。

 

全球芯片三巨頭,三星、英特爾、臺積電,每年的投資都在百億美元級別,而中芯國際不到對方的十分之一。

 

 

設備三巨頭,應用材料、泛林、東京電子,每年在研發(fā)上投入5—10億美元不等,而中微半導體直到去年,收入才破10億,還是人民幣。


 

人才的切膚之痛

 

搞好半導體,主要靠三件事:一個是錢,一個是人,外加一個政策。錢的事好說,畢竟這些年國家不差錢;人的事很難搞,因為非一朝一夕之功。

 

數(shù)據(jù)顯示,我國未來需要70萬半導體人才,目前只有不到30萬,缺口40萬。

 

我們尤其缺行業(yè)的領軍人物。這些年,01/02專項取得的重大突破,很多都是海歸創(chuàng)造的,他們長期任職于歐美半導體公司,擁有豐富的行業(yè)經驗。

 

張汝京,德州儀器工作20年,在全球蓋過20座芯片工廠?;貒螅瑒?chuàng)辦了中芯國際,以及國內第一家12寸硅晶圓廠,被譽為中國半導體之父。

 

尹志堯,闖蕩硅谷20年,先后任職于英特爾、泛林和應用材料?;貒?,創(chuàng)辦中微半導體,幾乎以一己之力,將國內介質蝕刻機帶到了世界水平。

 

此外,曾任職于霍尼韋爾的姚力軍,回國后做出了高純度濺射靶材;美國留學歸來的王淑敏,研發(fā)出國內第一款研磨液,打破了國外壟斷。

 

日本、韓國和中國臺灣地區(qū),也是半導體人才的重要來源。大陸兩大代工廠,中芯國際和廈門聯(lián)芯,都有臺灣背景,很多技術人員也來自臺灣。

 

這幾年,國內存儲器的跨越式發(fā)展,也離不開日本、韓國、中國臺灣技術人員的貢獻。日本廠商爾必達破產后,大批日本人赴中國尋找機會,包括前社長坂本幸雄。

 

以紫光為例,外界看到其董事長趙偉國在資本和產業(yè)上動作頻頻,而事實上,他用心同樣多的也是找人。其總投資預計1000億美元左右的長江儲存的執(zhí)行董事長高啟全,便是他費盡心思從臺灣爭搶過來的世界級半導體產業(yè)猛人。

 

 

目前,長江存儲的3D NAND閃存已經獲得第一筆訂單,總計10776顆芯片,將用于8GB USD存儲卡產品。今年10月,我國首批擁有完全自主知識產權的32層三維NAND閃存芯片將在這里實現(xiàn)量產,這也是中國集成電路閃存芯片產業(yè)規(guī)?;l(fā)展“零”的突破。

 

 

然而,引進人才畢竟不是長久之計。國內半導體行業(yè)要想大發(fā)展,必須立足于培養(yǎng)本土人才。

 

一方面,外來人才和本土人才,在利益、觀念等方面是有沖突的。中芯國際在江上舟離世后,就陷入外來人員和本土人員的派系之爭,一度影響到公司的發(fā)展。

 

另一方面,半導體是微加工行業(yè),工藝很關鍵。很多外國技術人員之所以牛,是他們一輩子只干一件事積累起來的。

 

2002年,上海微電子總經理赴德國考察,有工程師告訴他:“給你們全套圖紙,也做不出來。”開始他不服,后來明白了。那里的拋光工人,祖孫三代干著同樣一件事,“同樣一個鏡片,不同工人去磨,光潔度相差十倍。

 

這恰是中國半導體行業(yè)的一個切膚之痛。

 

我們不缺設計人員,但缺工藝工程師,而這類人才很難靠引進來滿足。

 

中芯國際之所以在制程上落后2-3代,除了光刻機等設備受限外,工藝上的經驗欠缺才是更重要的原因。

 

 

遺憾的是,目前國內不少高校的人才培養(yǎng),與現(xiàn)實脫節(jié)。大多數(shù)學生跑去做軟件,做應用,卻不愿搞更基礎的計算機系統(tǒng)和底層結構。


 

不容樂觀的生態(tài)鏈

 

在自然界,動植物要生存,必須融入生物鏈。

 

做企業(yè)也一樣。只不過,在企業(yè)這個生態(tài)鏈中,先行者有成本優(yōu)勢,再加上穩(wěn)定可靠的供應鏈,使得他們能夠持續(xù)盈利,進而支撐著技術的不斷進步。

 

這對后來者而言,如同一道不可逾越的壁壘。

 

這些年,中國半導體產業(yè)面臨的一大難題,就是如何融入這個生態(tài)鏈。

 

龍芯是一個很好的例子。這款中科院計算所自主研發(fā)的芯片,盡管性能不俗,但一直游離在民用市場外。原因很簡單,市場上有更成熟、性價比更高的處理器。

 

龍芯的遭遇并非個案。大部分芯片制造廠,在采購裝備時,一定考慮的是進口設備,因為國產設備剛起步,質量不穩(wěn)定、一致性差。

 

當年,LED芯片剛在國內興起時,各大芯片廠均只認美、德設備,而地方政府的補貼也只給進口設備。

 

內憂外患,將國內MOCVD設備商逼到了絕境,“客戶不太愿意用……因為不信任,需要重新驗證,這又要花錢。”中晟光電負責人陳愛華說。

 

直到后來,工信部為每臺國產設備提供2000萬補貼,形勢才開始好轉。

 

新產品研制出來,沒有人用,就不可能盈利;沒有盈利,就沒錢搞研發(fā)。結果只能是惡性循環(huán),胎死腹中。

 

這個時候,需要來自生態(tài)鏈的支持。國內半導體行業(yè)近年來的進步,尤其是設備和材料領域,很大程度上得益于中芯國際、廈門聯(lián)芯等晶圓制造廠的帶動。

 

但這種機會,不是國外廠商所能提供的。那種一切交給市場的想法,不能說幼稚,至少也是罔顧事實的。

 

幾年前,韓國SK海力士曾采購過中微半導體的蝕刻機,后來放棄了。表面上是因為性能不及預期,實際是擔心泄露核心工藝的秘密。

 

一個有意思的細節(jié)是,盡管中國民用芯片九成依賴進口,但軍用芯片卻基本能自給自足,甚至還有出口。比如,龍芯就穩(wěn)定運行在北斗導航系統(tǒng)上。

 

另一款自主芯片,來自總參56所的申威,則撐起了我們的太湖之光超級計算機。

 

軍用很出彩,民用卻賣不出去?問題就在生態(tài)鏈上。

 

軍用市場是一個封閉的小圈子,產品追求穩(wěn)定性和抗干擾,對性能并不敏感。龍芯和申威在這里能找到自己的位置。

 

 

反觀民用市場,性能為王,技術迭代快,龍芯和申威很難融入這樣的生態(tài)鏈。


結束語

 

通過以上梳理,我們看到,國內造不好高端芯片,有外部因素,也有自身原因。

 

形勢看似悲觀,前景卻很光明。

 

一方面,半導體行業(yè)向中國轉移的大趨勢不會改變。另一方面,摩爾定律在工藝上逐漸趨近極限,客觀上給了國內企業(yè)追趕的機會,而國家也正進一步加大支持和投入。

 

 

最近,我國國家領導人在武漢考察時,就特別到長江存儲作了考察與指示。受此鼓舞的趙偉國則表示,公司將盡快在全球集成電路產業(yè)占據(jù)重要地位,用5到10年時間成為全球三維閃存主要供應商之一。

 

 

在國家的支持和企業(yè)的自身努力下,國內半導體產業(yè)鏈正在出現(xiàn)由點到面的突破,而在三大歷史性機遇的支持下,我們也必須迎頭趕上。

 

 

否則,后面的仗將會越來越難打,因為半導體產業(yè)不光是現(xiàn)代高科技產業(yè)的基礎,更是支撐和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎性和先導性產業(yè),而且重要性會越來越大。


 

 

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