獨(dú)家|北美運(yùn)動學(xué)博士深度分析堂主體檢報(bào)告
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在全球科技競爭日益激烈的當(dāng)下,半導(dǎo)體自主可控已成為國家科技安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。以下是半導(dǎo)體領(lǐng)域中幾個自主可控較為緊迫的細(xì)分領(lǐng)域:
一、EDA軟件
EDA是半導(dǎo)體行業(yè)的基石,廣泛應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)、制造和封裝的各個環(huán)節(jié)。然而,我國EDA軟件的國產(chǎn)化率不足5%。目前,國內(nèi)最大的EDA公司也只能滿足部分產(chǎn)業(yè)需求,短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)完全國產(chǎn)替代。
EDA工具與芯片工藝高度相關(guān),會隨著制程進(jìn)步不斷更新升級。若國外EDA廠商停止供貨,雖短期內(nèi)對現(xiàn)有設(shè)計(jì)影響較小,但從長遠(yuǎn)來看,將嚴(yán)重阻礙國內(nèi)高端芯片的設(shè)計(jì)與研發(fā),使我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)無法跟上國際先進(jìn)制程的發(fā)展步伐。
二、半導(dǎo)體設(shè)備
(一)光刻機(jī)
光刻機(jī)是半導(dǎo)體制造的核心設(shè)備,國產(chǎn)化率不足1%。其內(nèi)部零件復(fù)雜,光源、光學(xué)系統(tǒng)、雙工件臺等核心部件技術(shù)難度極高。全球IC光刻機(jī)市場呈現(xiàn)“一超雙強(qiáng)”的競爭格局,ASML、Nikon和Canon三家占據(jù)了絕大部分市場。
光刻機(jī)在半導(dǎo)體前道制造設(shè)備中的占比約為20%,加上配套的涂膠顯影設(shè)備和光刻工藝所需的掩模版、光刻膠等耗材,整體光刻工藝的費(fèi)用約占芯片生產(chǎn)成本的1/3左右,耗費(fèi)時間約占40%-50%。因此,光刻機(jī)的自主可控是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
(二)刻蝕機(jī)
刻蝕機(jī)用于將電路圖案精確地刻在硅片上,是決定集成電路特征尺寸的核心技術(shù)之一。目前,我國刻蝕機(jī)的國產(chǎn)化率為23%。全球刻蝕設(shè)備市場格局高度集中,海外三大廠商占據(jù)總市場份額的約90%。
國內(nèi)中微公司和北方華創(chuàng)是刻蝕機(jī)領(lǐng)域的頭部廠商。中微公司的CCP高能與ICP低能等離子體刻蝕設(shè)備已覆蓋國內(nèi)95%以上的刻蝕需求;北方華創(chuàng)的ICP刻蝕設(shè)備也已形成對刻蝕工藝的全覆蓋。但在高端刻蝕技術(shù)方面,仍需進(jìn)一步突破,以滿足先進(jìn)制程芯片制造的需求。
(三)薄膜沉積設(shè)備
薄膜沉積設(shè)備用于在硅片表面沉積各種功能薄膜,如導(dǎo)電薄膜、絕緣薄膜和阻擋層薄膜等。我國薄膜沉積設(shè)備的國產(chǎn)化率不足5%。全球薄膜沉積設(shè)備市場主要由應(yīng)用材料公司、東京電子、泛林半導(dǎo)體等廠商主導(dǎo)。
國內(nèi)拓荊科技是CVD設(shè)備頭部企業(yè),北方華創(chuàng)在PVD設(shè)備領(lǐng)域引領(lǐng)市場,中微公司是MOCVD設(shè)備細(xì)分領(lǐng)域全球龍頭。隨著芯片制造工藝向更高精度發(fā)展,對薄膜沉積設(shè)備的性能和精度要求也越來越高,實(shí)現(xiàn)薄膜沉積設(shè)備的自主可控迫在眉睫。
(四)其他設(shè)備
除了上述設(shè)備外,清洗機(jī)、涂膠顯影設(shè)備、化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備、離子注入設(shè)備、量測設(shè)備等半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)化率也較低。這些設(shè)備在半導(dǎo)體制造過程中都起著不可或缺的作用,例如化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備是目前公認(rèn)的納米級全局平坦化精密加工技術(shù),對于先進(jìn)封裝領(lǐng)域至關(guān)重要。提升這些設(shè)備的國產(chǎn)化水平,是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主可控的重要任務(wù)。
三、半導(dǎo)體材料
(一)光刻膠
光刻膠是光刻工藝的關(guān)鍵材料,國產(chǎn)化率不足5%。光刻膠的性能直接影響光刻工藝的精度和芯片的質(zhì)量。目前,ArF光刻膠僅南大光電通過客戶驗(yàn)證,EUV光刻膠暫無國內(nèi)廠商可量產(chǎn)。
日本在全球光刻膠市場占據(jù)領(lǐng)先地位,一旦對中國大陸實(shí)施出口限制,將嚴(yán)重影響我國半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此,加快光刻膠的自主研發(fā)和生產(chǎn),是保障半導(dǎo)體供應(yīng)鏈安全的重要舉措。
(二)大硅片
大硅片是半導(dǎo)體制造的主要原材料,國產(chǎn)化率不足10%。大硅片的生產(chǎn)技術(shù)難度高,需要大規(guī)模的資金投入和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備。目前,全球大硅片市場主要被日本、韓國等國家的企業(yè)壟斷。
隨著我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,對大硅片的需求不斷增加。實(shí)現(xiàn)大硅片的自主可控,不僅可以降低生產(chǎn)成本,還能保障原材料的穩(wěn)定供應(yīng)。
(三)高端靶材
高端靶材用于薄膜沉積等工藝,國產(chǎn)化率為3%。靶材的純度和性能對薄膜的質(zhì)量和性能有著重要影響。國內(nèi)高端靶材市場主要依賴進(jìn)口,缺乏具有國際競爭力的本土企業(yè)。
發(fā)展高端靶材產(chǎn)業(yè),需要加強(qiáng)技術(shù)研發(fā),提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能,打破國外企業(yè)的壟斷。
(四)掩膜版
掩膜版是光刻工藝中的重要耗材,國產(chǎn)化率不足5%。掩膜版的精度和質(zhì)量直接影響光刻圖案的轉(zhuǎn)移精度。目前,國內(nèi)掩膜版企業(yè)在技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模上與國外企業(yè)仍存在較大差距。
提升掩膜版的國產(chǎn)化水平,對于提高我國半導(dǎo)體制造工藝的精度和效率具有重要意義。
四、高端芯片
我國在高性能的中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)等高端邏輯芯片方面嚴(yán)重依賴海外廠商。國內(nèi)在7nm及以下制程邏輯芯片量產(chǎn)能力上與國際巨頭存在差距,該制程芯片主要應(yīng)用于高端手機(jī)、AI等領(lǐng)域,國產(chǎn)芯片受制于設(shè)備和工藝瓶頸尚無法滿足國內(nèi)需求。
隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等技術(shù)的快速發(fā)展,對高端芯片的需求將持續(xù)增長。實(shí)現(xiàn)高端芯片的自主可控,是提升我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵。
五、先進(jìn)封裝技術(shù)
先進(jìn)封裝技術(shù)如Chiplet架構(gòu),通過成熟工藝的產(chǎn)品堆疊實(shí)現(xiàn)高性能芯片的效果,在國外對先進(jìn)制程限制的情況下,為國產(chǎn)替代提供了新路徑。目前,國內(nèi)先進(jìn)封裝技術(shù)處于導(dǎo)入階段,雖然在封測領(lǐng)域我國已經(jīng)具有一定的優(yōu)勢,但在先進(jìn)封裝材料和工藝方面仍需進(jìn)一步提升。
封測行業(yè)對國產(chǎn)材料的需求強(qiáng)烈,但國產(chǎn)材料的穩(wěn)定性和工業(yè)量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不足,驗(yàn)證周期較長。此外,先進(jìn)封裝技術(shù)的研發(fā)需要大量的資金和技術(shù)投入,國內(nèi)企業(yè)需要加強(qiáng)合作,共同推動先進(jìn)封裝技術(shù)的自主可控。
六、RISC-V架構(gòu)
全球范圍內(nèi)RISC-V陣營正在迅速擴(kuò)大,目前尚未有企業(yè)建立起專利壁壘。中國芯片企業(yè)若發(fā)展RISC-V架構(gòu),可快速獲得專利優(yōu)勢。RISC-V架構(gòu)具有開源、靈活、可定制等特點(diǎn),有望在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
發(fā)展RISC-V架構(gòu),有助于我國在芯片架構(gòu)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主創(chuàng)新,減少對國外架構(gòu)的依賴。