芯片产业是由很多环节组成的,共同分工合作促成行业的发展。其中,涵括芯片设计,芯片制造,芯片封测测试,半导体设备端等等几大环节。而其中芯片设计环节,国内以海思,紫光展锐,联发科,汇顶科技等为主导;芯片制造环节,国内以中芯国际,北方华创,华虹宏力等为主导;芯片封测测试环节,国内以长电科技,通富微电,晶方科技等为主导;半导体设备端环节,国内以北方华创,中微半导体,盛美股份等为主导。
目前国内已经拥有六家国产电脑芯片研发企业,他们所研发的芯片分别是龙芯、华为鲲鹏、沸腾、海光、申威、兆芯,那这六大国产芯片巨头实力到底如何呢?我们从这六大国产电脑芯片产品可以看出,实力最强则是华为鲲鹏920芯片,在2019年就达到了 7nm工艺制程水准,随后便是海光达到了14nm工艺水准,飞腾、兆芯也达到了16nm工艺水准,剩下龙芯、申威这两家芯片企业依旧停留在28nm工艺水准,而这六款芯片也采用了不同的芯片架构,有主流的ARM、X86芯片架构,也有MIPS、alpha架构。
这也代表了目前国产芯片发展三大路线,分别是IP内核授权模式、指令集架构授权模式、授权+自主研制模式。我们可以看到这三大国产芯片发展路线,也是各有优劣,但由于目前国产芯片整体实力依旧还有着较大差距,如果单从芯片设计能力水平方面来看,无疑以华为为代表的指令集架构授权模式更好,而华为海思也是目前唯一能够跻身于世界顶尖水平的国产芯片企业。
当然,这些芯片公司主要都是在移动芯片领域上有着较为不错的成绩,其他芯片领域还是有着不少企业影响力也不小,希望经历这次的国外芯片垄断后,中国能够研发出自己的世界品牌,在国际芯片领域上逐步产生话语权。
loongson是龙芯芯片。
2002年8月10日诞生的“龙芯一号”是我国首枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯片。龙芯从2001年以来共开发了1号、2号、3号三个系列处理器和龙芯桥片系列,在政企、安全、金融、能源等应用场景得到了广泛的应用。
2015年3月31日,中国发射首枚使用“龙芯”北斗卫星。
2019年12月24日,龙芯3A4000/3B4000在北京发布,使用与上一代产品相同的28nm工艺,通过设计优化,实现了性能的成倍提升。龙芯坚持自主研发,芯片中的所有功能模块,包括CPU核心等在内的所有源代码均实现自主设计,所有定制模块也均为自主研发。
2020年3月3日,360公司与龙芯中科技术有限公司联合宣布,双方将加深多维度合作,在芯片应用和网络安全开发等领域进行研发创新,并展开多方面技术与市场合作。
2021年4月龙芯自主指令系统架构(Loongson Architecture,以下简称龙芯架构或LoongArch)的基础架构通过国内第三方知名知识产权评估机构的评估。
2021年12月17日,龙芯中科技术股份有限公司(简称“龙芯中科”)首发上会。
2022年6月24日,龙芯中科在经历近一年的IPO审核后,成功登陆科创板,成为“国产CPU第一股”。
龙芯架构:
2020年,龙芯中科基于二十年的CPU研制和生态建设积累推出了龙芯架构(LoongArch),包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分,近2000条指令。
2021年4月15日,龙芯自主指令系统架构(Loongson Architecture,以下简称龙芯架构或LoongArch)的基础架构通过国内第三方知名知识产权评估机构的评估,并在2021年信息技术应用创新论坛主论坛上正式对外发布。
龙芯架构具有完全自主、技术先进、兼容生态三方面特点。
龙芯架构从整个架构的顶层规划,到各部分的功能定义,再到细节上每条指令的编码、名称、含义,在架构上进行自主重新设计,具有充分的自主性。
龙芯架构摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容,吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果。
龙芯架构在设计时充分考虑兼容生态需求,融合了各国际主流指令系统的主要功能特性,同时依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新,不仅能够确保现有龙芯电脑上应用二进制的无损迁移,而且能够实现多种国际主流指令系统的高效二进制翻译。
芯片行业是一个产业,而不是某一个企业,这里面所涉及的上下游企业比较多,有半导体材料,芯片设备,芯片设计、芯片制造、芯片产品封测等多个环节。这里面任何一个环节对技术的要求都非常高,而且很复杂,单凭一个企业不可能完成芯片所有程序的制造。
所以具体10年之后,哪些芯片企业有机会成为我国芯片行业的龙头,不应该从某个企业独立去分析,而是要从多个环节中当中的优秀企业去分析。我们就按照芯片制造的上下游从上到下来分析一下哪些企业有这样的潜力。
1、芯片设计代表企业:华为海思和紫光集团。
处理器代表企业:华为海思。
中国芯片设计跟世界其他国家仍然有较大的差距,目前唯一能拿得出手的就是华为海思,华为海思在一些关键芯片设计上已经处于世界先进水平。比如手机cpu,华为海思的麒麟系列已经达到了世界前5的水平,其中麒麟 980 处理器与苹果的 A12 处理器均采用了台积电的 7nm 工艺,是目前世界上少数采用 7nm 工艺的厂商之一。此外华为在ISP芯片、人工智能芯片等方面也具有一定的优势。
存储器代表企业:紫光集团。
紫光集团是清华大学旗下的高科技企业,是国内的存储芯片设计龙头,目前紫光集团是中国最大的综合性集成电路企业,全球第三大手机芯片企业;在企业级IT服务细分领域排名中国第一、世界第二;
2、半导体材料:浙江金瑞泓和南京国盛电子。
浙江金瑞泓,它是国内半导体硅材料行业的龙头,目前是我国大陆唯一具有硅单晶锭、硅研磨片、硅抛光片、硅仆延片、芯片制造的完整产业链的半导体企业。
南京国盛电子,这是中国电子科技集团第五十五研究所下属单位,主要从事高性能半导体硅外延片的研发、设计、制造和加工,多年来市场占有率一直稳居第一,是国内领先的硅外延材料供应商。
3、芯片制造设备:上海微电子和中微电子。
芯片制造是一个复杂的过程,而且需要很多高精尖的设备,目我国制作芯片的高端设备基本上都依赖于进口,不过目前我国也有一些企业技术已经取得一些突破,来10年将会有很大的进步空间,我们来列举两个典型的例子。
光刻机设备生产商代表:上海微电子
上海微电子是在国家科技部和上海市政府共同推动下,由国内多家企业集团和投资公司共同投资组建的高科技企业,目前是我国光刻机的领先企业,能够生产90纳米工艺的光刻机。
除了上海微电子之外,未来我国还有可能诞生一家更加厉害的光刻机企业,因为目前中科院光电所已经研究出了光刻深度达到22nm级的技术,在经过曝光技术升级后可以应用制造10nm级芯片,关键是使用这一技术的光刻设备成本仅为国外同类设备的1/3,如果基于这个技术的光刻设备能够实现量产,那无疑会打破目前ASML在高端光刻机垄断的局面,不过目前这一技术什么时候能够用在芯片以及智能芯片制造上,仍然是一个未知数。
蚀刻机设备代表企业:中微半导体。
说到光刻机大家都熟悉,但说到蚀刻机可能很多朋友并不熟悉,但光刻机和蚀刻机都是生产芯片非常重要的设备,刻蚀机不同于光刻机。光刻机是激光将掩膜版上的电路临时复制到硅晶圆片上,而刻蚀机是按光刻机在硅片上刻好的电路结构在硅片上进行微观雕刻。
目前我国在芯片制造设备上呈现两个极端,光刻机跟国际先进水平有很大的差距,但蚀刻机却已经达到世界先进水平,而蚀刻机的主要代表企业是中微电子。目前中微半导体能够提供7纳米蚀刻机,这个水平目前也是处于世界先进水平,中微半导体也是台积电5大蚀刻机供应商之一。更关键的是中微半导体自主研发的5纳米等离子体蚀刻机已通过台积电验证,而且性能表现优异,这也是目前全球集成电路芯片上的最小线宽,预计2020年它将用于台积电世界上第一条5纳米工艺生产线。
4、晶圆代工(芯片制造):中芯国际和华虹集团。
最近几年中国在芯片制造方面的进步是非常明显的,目前中芯国际、华虹集团在中低端芯片制造市场具有一定竞争力的,其中中芯国际在高端芯片制造上也具有一定的能力。
目前,中芯国际最为先进并已投入量产的工艺是28nm工艺,2019年中芯国际有望投产14nm工艺生产线,而且未来随着中芯国际从荷兰进口7纳米的光刻机,也有可能上线7纳米工艺生产线。
5、封装测试代表企业:长电科技
芯片并不是制造出来马上就能使用,还需要经过封装测试才能成为最终的成品。目前我国的芯片封装测试技术水平和世界一流水平已经不存在代差,体量已经进入世界前三位,且发展速度显著高于其他竞争对手。在芯片封测这个环节上,目前最具有代表性的企业是长电科技,长电科技成立于1972年,目前长电科技已成为全球知名的集成电路封装测试企业。
以上是目前芯片行业当中我国最具有代表性的企业,也是未来10年之内我国在芯片行业里最具潜力的企业。但是芯片行业的发展不是固定不变的,未来随着技术的不断进步,很有可能会出现一些更加先进的企业出来。不管怎么样,我们希望我国的芯片发展越来越好,能够诞生越来越多的优秀芯片企业,这样才能突破一些国家的封锁,真正做到独立自主。
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