一直以来,半导体行业都是国内产业生产的薄弱之处,很多技术都依赖于外企。
像EUV光刻机、芯片核心制造技术以及高端光刻胶等方面,但同样我们在芯片设计、封测技术等方面也占据了世界前列的位置。
如今,随着局势的变化,华为因芯片断供产生的后续影响已经初步显现,它让国产其他相关企业认识到只有自己掌握了核心技术才能避免在这些方面受到技术上的"卡脖子"。
11月13日,根据新浪 财经 最新报道,国内光刻胶领域迎来好消息,对于国内7nm芯片制造或可迎来重大突破。消息显示,国内宁波南大光电材料有限公司已正式宣布,首条ArF光刻胶生产线已经正式投入生产,预计项目完成后年销售额达10亿元。
目前该公司已经将生产出来的ArF光刻胶样品送至客户手中进行测试,如果测试成功,那么该公司将迎来更多ArF光刻胶方面的订单。
或许有小伙伴不太了解ArF光刻胶。
光刻胶在芯片生产中起到很关键的作用,可以说它是集成电路产生制造中的核心材料,对于芯片最终呈现的质量和性能方面都有很大的影响,因而光刻胶的成功对于生产制造芯片也有很大的帮助。
目前来说,虽然国内不乏有主营光刻胶的企业,但在ArF光刻胶这样的高端种类却几乎100%依赖于外企,而ArF光刻胶在对于28nm-7nm工艺芯片的生产起到至关重要的作用,因而可以说这一次在ArF光刻胶上的突破也预示着在7nm芯片制造上迎来突破!
根据资料显示,目前高端光刻胶主要集中于美企和日企手中,所占份额达全球光刻机份额的95%,而这一次宁波南大光电材料有限公司在ArF高端光刻胶中的突破也预示着国产半导体的逆势崛起,将打破美日企业在高端光刻胶领域上的垄断。
不过,想要避免外资企业在技术上的垄断,光靠一家公司明显后劲不足,但就如今的发展趋势来说,目前国产半导体相关企业已经纷纷在各自的领域中寻找突破之路。
上海微电子、上海华虹半导体、晶瑞股份等公司在芯片生产工艺上以及光刻机上等方面寻求突破口,照这样的趋势发展,未来国产半导体行业将迎来新生!
姓 名:李欢迎 学 号:20181214053 学 院:广研院原文链接:https://xueqiu.com/7332265621/133496263
【 嵌牛导读 】 : 半导体的应用领域很广,在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用,可以说是现代科技的骨架。半导体应用的关键领域便是集成电路。集成电路发明起源于美国,后来在日本加速发展壮大,到目前在韩国台湾分化发展。本文旨在介绍日本半导体的发家史,体会上世纪美日之间在半导体产业争霸上的血雨腥风,同时从中寻找一些我国科技产业的发展经验。
【 嵌牛鼻子 】 : 日本半导体产业
【 嵌牛提问 】 : 日本半导体产业是如何在美国技术封锁的牢笼中走向世界?
【 嵌牛内容 】
在集成电路行业,全球范围内的每一次技术升级都伴随模式创新,谁认清了技术、投资和模式间的关系,谁才能掌握新一轮发展主导权,在全球竞争中占据更为有利的地位,超大规模集成电路(VLSI)计划便是例证。日本的集成电路产业发展较早,在20世纪60年代便已经有了研究基础,发展至今经历了从小到大、从弱到强、转型演变的历史,其中从1976年3月开始实施的超大规模集成电路计划是一个里程碑。
日本集成电路的起点
在超大规模集成电路计划实施前,日本的集成电路行业已经有了一定的基础。作为冷战时期美国抵御苏联影响的桥头堡,日本的集成电路发展得到了美国的支持。1963年,日本电气公司便获得了仙童半导体公司的平面技术授权,而日本政府则要求日本电气将其技术与日本其他厂商分享。以此为起点,日本电气、三菱、夏普、京都电气都进入了集成电路行业。在日本早期的集成电路发展中,与美国同期以军用市场为主不同的是,日本在引进技术后侧重于民用市场。究其原因,第二次世界大战后,日本的军事建设受限,在美苏航天争霸的过程中日本的半导体技术只能用于民间市场。正是如此,日本走出了一条以民用市场需求为导向的集成电路发展之路,并在20世纪70年代和80年代一度赶超美国。
日本政府为集成电路的发展制定了一系列的政策措施,例如1957年制定的《电子工业振兴临时措施法》、1971年制定的《特定电子工业及特定机械工业振兴临时措施法》和1978年制定的《特定机械情报产业振兴临时措施法》,加上民用市场的保护使日本的集成电路具备了一定的基础。
20世纪70年代,在美国施压下,日本被迫开放其半导体和集成电路市场,而同期IBM正在研发高性能、微型化的计算机系统。在这样的背景下,1974年6月日本电子工业振兴协会向日本通产省提出了由政府、产业及研究机构共同开发“超大规模集成电路”的设想。此后,日本政府下定了自主研发芯片、缩小与美国差距的决心,并于1976—1979年组织了联合攻关计划,即超大规模集成电路计划,计划设国立研发机构——超大规模集成电路技术研究所。此计划由日本通产省牵头,以日立、三菱、富士通、东芝、日本电气五家公司为主体,以日本通产省的电气技术实验室、日本工业技术研究院电子综合研究所和计算机综合研究所为支持,其目标是集中优势人才,促进企业间相互交流和协作攻关,推动半导体和集成电路技术水平的提升,以赶超美国的集成电路技术水平。
项目实施的4年间共取得上千件专利,大幅提升了日本的集成电路技术水平,为日本企业在20世纪80年代的集成电路竞争铺平了道路,取得了预期的效果。把握世界竞争大势、研判未来发展方向,需要凝聚力量、统筹协调的专业认知作为支撑。尽管事后看,日本的超大规模集成电路计划实施效果非常理想,但是实施过程却并不顺利。根据前期测算,计划需投入3000亿日元,业界希望能够得到1500亿日元的政府资助,后来实施4年间共投入737亿日元,其中政府投入291亿日元。其间,自民党信息产业议员联盟会长桥木登美三郎多次努力,希望政府追加投入,但是未能如愿。政府投入未及预期,参与企业的士气受到了一定程度的打击。当时,参与计划的富士通公司福安一美说:“当时,大家都有一种被公司遗弃的感觉,而且并未料到竟然研制出向IBM挑战的产品。”
投入不及预期,再加上研究人员从各企业和机构间临时抽调、各行其道,一时间日本的超大规模集成电路计划开发很不顺利,不同研究室人员间互相提防、互不往来、互不沟通的现象十分普遍。 此时,垂井康夫站了出来。垂井康夫1929年出生于东京,1951年毕业于早稻田大学第一理工学院电气工学专业,1958年申请了晶体管相关的专利,是日本半导体研究的开山鼻祖,1976年超大规模集成电路技术研究会成立时被任命为联合研究所的所长。
垂井康夫在当时的日本业界颇具声望,他的领导使各成员都能信服。 垂井康夫对参与方进行积极的引导,指出参与方只有同心协力才能改变基础技术落后的局面,在基础技术开发完成后各企业再各自进行产品开发,这样才能改变在国际竞争氛围中孤军作战的困局。垂井康夫的努力,很快为研发人员所接受,各家力量得到了有效的融合,而历时4年的风雨同舟、协同努力成了日本集成电路产业发展的最好推力。除垂井康夫外,当时已从日本通产省退休的根岸正人功不可没。当时,超大规模集成电路技术研究会设理事会,日立公司社长吉ft博吉担任理事长,但是在真正的执行过程中,根岸正人发挥了很好的协调作用。
根岸正人有多年推动大型国家研究计划的经验,他对计划各参与方的能力、利益诉求都颇为了解,在计划中通过其有效的沟通化解了冲 突,为垂井康夫成功地凝聚团队做了背后的铺垫。 可以看出,在集成电路的研发攻关中,除了资金和资源投入外,团队协调和技术融合更是成功的关键。
从超大规模集成电路计划的组织架构来看,除垂井康夫领导的联合研究所外,先前成立的两个联合研究机构也参与了超大规模集成电路计划,分别是日立、三菱、富士通联合建立的计算机综合研究所,以及由日本电气和东芝联合成立的日电东芝信息系统。三个研究所分别从事超大规模集成电路、计算机和信息系统的研发,其中联合研究所负责基础及通用技术的研发,另两个研究所则负责实用化技术开发(重点为64KB及256KB内存芯片的设计及开发)。在各方的协同努力下,参与方都派遣了其最优秀的工程师。来自各地的工程师们肩并肩地在同一研究所内共同工作、共同生活、集中研 究,在微细加工技术及相关设备、硅晶圆的结晶技术、集成电路设计技术、工艺技术和测试技术上取得了突破。其中,联合研究所主要负责微细加工技术及相关设备、硅晶圆的结晶技术的攻关,其他技术的通用部分也由其负责,实用化的开发则由另两个研究所负责。
具体来看,六个研究室中,分别由不同企业负责协调:第一、第二、第三研究室主要攻关微细加工技术,分别由日立、富士通和东芝负责协调;第四研究室攻关结晶技术,由工业技术研究院电子综合研究所负责协调;第五研究室负责工艺技术,由三菱负责协调;第六研究室攻关测试、评价及产品技 术,由日本电气负责协调。微细加工技术是计划的重心,从联合研究所的研究成果来看,日本当时开发了三种电子束描绘装置、电子束描绘软件、高解析度掩膜及检查装置、硅晶圆含氧量及碳量的分析技术等。垂井康夫评估说,计划实施完毕后日本的半导体技术已和IBM并驾齐驱。在计划中,日本企业对于动态随机存储器有了深入的理解,其更高质量、更高性能的动态随机存储器芯片为日本赶超美国提供了机遇。
从1980年至1986年,日本企业的半导体市场份额由26%上升至45%,而美国企业的半导体市场份额则从61%下滑至43%。 1980年,联合研究所的研究工作已全部结束,而另两个研究所则追加资金(共约1300亿日元)作进一步的技术开发, 以1980年至1982年为第一期,1983至1986年为第二期。 这些系统化的布局为日本的半导体行业腾飞发挥了至关重要的作用。
从人员来看,计划开展期间的联合研究所研发人员数量为100人左右,计算机综合研究所的研发人员数量为400人左右,日电东芝信息系统则为370人左右。在后续投入阶段,研究人员数量减少,1985年计算机综合研究所研发人员已减至90人左右,而日电东芝信息系统则减至30人左右。尽管联合研究所研发人员相对较少,但事关各企业的未来发展基础,因此各企业都派遣一流人才参与。在此过程中,垂井康夫对各企业都十分了解,点名要求各企业派遣其看中的人才。
在实施超大规模集成电路计划及后续的资助计划后,1986年日本半导体产品已占世界市场的45%,超越美国成为全球第一半导体生产大 国。 1989年,在存储芯片领域,日本企业的市场份额已达53%,与美国该领域37%的市场份额形成了鲜明对比。 在日本企业的巅峰时期,日本电气、东芝和日立三家企业排名动态存储器领域的全球前三,其市场份额甚至超90%,与之相比,美国德州仪器和镁光科技则苦苦支撑。
半导体芯片作为新一代信息技术的核心,它不仅是现代数字经济时代的基石,而且是能更快抓住新一轮产业和 科技 革命机遇的重要构件。 无论是日常生活的需要,还是国家 科技 水平的发展,都离不开指甲盖大小的芯片。 而半导体行业的发展高低,一定程度决定了国与国之间的竞争结果。
正是因为半导体芯片的重要性,美国一直在想方设法地遏制我国半导体芯片行业的发展。例如华为被无故制裁事件,例如光刻机被针对限制购买事件。 面对美国在芯片方面的“卡脖子”,我国一直深入科研,加大投入,追赶抢先。 眼看着我国半导体芯片的国产替代事业蒸蒸日上,美国方面又坐不住了,开始出来“作妖”。
据路透社消息,美国总统拜登于当地时间8月9日签署《芯片与科学法案》,用于补贴美国的半导体产业。值得注意的是,该法案明确要求 获得补贴的半导体企业,要在未来10年内禁止在大陆投资和新建或者扩建先进制程的半导体工厂。 这是美国针对我国特意制定的禁令,毫不夸张地说,该法案对我国半导体芯片行业的发展是充满了恶意。
不仅如此,早在今年3月份,美国就 以“牵制大陆半导体崛起”为目的,向韩国、日本和中国台湾地区提议出加入“芯片四方联盟”的半导体同盟构想 。不过让人意外的是,韩国方面这次并不想再为虎作祟。
韩国方面8月7号表示,韩国将 把“不刺激中国”作为协商原则与美国讨论半导体合作的必要性。 美国对此很不满意,已经要求韩国方面在8月31号之前答复是否加入该同盟。
值得一提的是,对于美国在半导体行业的无理修改规则,韩国并不是第一个不妥协的人,上一个明确拒绝美国的是ASML公司。
作为光刻机领域的佼佼者,ASML公司有着垄断行业的地位。受于华为事件的影响,美国对该公司有明令限制,就是最先进的EUV光刻机是不能卖给我们的。因为公司核心技术来自于美国,ASML也不得不从。但低端一点的DUV光刻机是可以自由正常出货。
据了解,仅仅是2022年的第一季度,我们就购买了20多台DUV光刻机, 中国市场成为了ASML公司在海外的最大客户。 这美国当然看不下去了,就想进一步让ASML公司限制DUV光刻机出货给我们。这相当于切断了ASML公司的赚钱财路,这一次 ASML对美国的无理要求也是直接表示了反对的态度。
无论是韩国方面,还是ASML公司,敢公然违背美国的意思,无不是看上了国内最大的市场,这也是我们半导体芯片行业最大的底气。 毕竟没了市场,产品再好也没有销路。
目前美国的半导体市场,就已经出现了堆压货物的情况。因为美国多次修改了芯片规则,美国芯片不能正常出货给大陆,导致了像 英特尔、高通这样的大厂商出现了严重的库存积压。 甚至一些厂商已经在折价处理,并呼吁我们能够帮助他们消耗一部分库存。
而在国内市场,除了7纳米以上的高端芯片仍需要购买,其它工艺的芯片早已经可以实现国产替代。面对国内这庞大的市场,国产替代因为成本低的优势,往往供不应求。
根据市场研究机构发布的《2022年第一季度全球十大晶圆厂营收排名及市场份额》显示, 中国三家芯片代工企业的营收增速最快。
这主要原因就在于国内市场需求十分大,而且国产替代的成本比较低,因此实现了较快营收增速。目前国内能量产的成熟工艺制程, 晶合集成的最先进工艺是65nm,上海华虹最先进也就28nm,而中芯国际能做到14nm。
而更先进工艺的芯片,国内最近也取得可观的成果。就在8月7日,芯原股份披露了其有可能成为全球第一批面向客户推出Chiplet商用产品的企业。让人欣慰的是,基于该技术的5nm系统级芯片,目前已经成功流片。这足以证明成功攻破5nm的难关也只是时间问题。
不过,最先进工艺的芯片,主要应用在日常生活中的智能手机、平板电脑等消费电子产品,目前在这方面的需求并不是很大。国内市场在 汽车 芯片上的需求更大,毕竟一台 汽车 包含了上千个精密芯片,而在这方面 我们国内的芯片厂商的成熟工艺完全有能力自给自足。
现在美国只能卡我们在先进工艺上的芯片,但这种伤敌一千自损八百的“卡脖子”方案,只会让美国更快失去它盟友对它的信心。例如韩国的犹豫不决和ASML公司的明确拒绝,以后这样的反对声音只会越来越多。
中西方在半导体行业的竞争已经趋于白热化,美国在这方面的权威日渐下降,而我们的市场让我们赢得更多的合作机会。彼 消此涨,我们的半导体行业得到了空前的快速发展。
正是我们在成熟工艺方面的高速发展让美国害怕了,让它把仅有的先进工艺芯片这一张牌握得越来越紧。 频繁出台针对我国半导体行业发展的相关文件,更加证明了 美国在半导体行业的黔驴技穷 。
虽然美帝打压我国半导体是吃了秤砣,铁了心肠的,但国内半导体芯片的发展已经势不可挡,坐拥着全球最大的市场,我们有底气有信心弯道超车。总的来说,未来可期。
让我们拭目以待。
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