中国的芯片产业落后已经不是什么秘密了。中国大陆在芯片设计、封装和测试领域表现出色,但在其他子行业中占比相对较低,受制于人的情况非常严峻。
国产芯片受制于人
在EDA工具、半导体IP、半导体设备、材料等芯片产业链的上游,我国陷入了瓶颈。
在中游制造业,中国的芯片产能也与市场地位严重不匹配;中国是世界上最大的芯片市场,但在2020年中国芯片市场总量中,中国大陆企业创造的产值仅占5.9%。
芯片是工业的“粮食”,实现芯片自主可控便是保障国家工业安全。 ,但现在中国的芯片产业依赖进口,这显然令人担忧。
那么,国产芯片有可能突破吗?答案是肯定的。
国产芯片未来有希望
现在国内芯片受制于人的情况越来越受到关注。越来越多的资本、人才、福利和政策正涌入中国的芯片行业。这就把国产芯片推上了快车道。
与此同时,中国芯片市场连续16年位居世界第一,巨大的消费市场给了中国企业足够的发展空间。国内替代的趋势给了中国本土企业更多的机会。
更重要的是,中国正处于从摩尔时代到后摩尔时代的产业转型过程中,这给了中国芯片产业巨大的机遇。
先简单科普一下摩尔定律:摩尔定律最初是被英特尔创始人戈登摩尔在1965年提出的一个概念,核心内容为:在价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目每隔18-24个月便会增加一倍,性能也会提升一倍。
摩尔定律被认为是芯片行业的黄金法则,但它在20nm失效:100万个晶体管的价格在28nm时为2.7美分,但在20nm时上升到2.9美分。这违反了摩尔定律最基本的条件,价格不变。
由此,后摩尔时代带来了旧的法律与芯片行业现状的脱节。芯片行业需要寻求新技术来推动芯片向前发展,中国有望抓住机遇迎头赶上。
这既是挑战,也是机遇
在6月9日的2021世界半导体大会上,中国工程院院士吴汉明,阐述了后摩尔时代芯片制造的三大核心挑战,这对中国来说既是挑战,也是机遇。
一是,基础挑战:精密图形。
当波长大于物理尺寸时,分辨率会极其模糊。目前芯片制造中使用的主要技术是用193nm波长光源曝光数十纳米图形,其未来发展将受到欧战的挑战。
二是,核心挑战:新材料、新工艺。
原有的材料已经逐渐不能满足芯片开发的需要。为了继续推动芯片性能的提高,需要新的材料。比如主流硅基芯片很难进一步细化,阻碍了芯片性能的提高。因此,业界正在寻找新的材料。
三是,终极挑战:提升良率。
提高产量是非常困难的。如果成品率不达标,在芯片制造过程中会产生大量的浪费,很难降低生产成本。从这个角度来看,后摩尔时代有很多挑战。
但在后摩尔时代,芯片研制难度与成本快速攀升,使得行业脚步放慢。而放缓的摩尔定律,对中国这样的追赶者来说,是一个难得的赶超机会。
同时,后摩尔时代先进制程前进困难,成熟制程有望迸发出巨大的发展空间。
为此,中芯国际以先进制造工艺为发展方向,也在积极开发先进包装,以应对后摩尔时代。与此同时,台积电成熟工艺的比例也在增加。
写在最后
今天,虽然中国的芯片产业还很落后,但如果能抓住后摩尔时代的机遇,国产芯片就能从自主控制走得更远,赶上芯片领域。
在2021世界半导体大会南京江北新区的展位上,停放着一辆崭新的 汽车 ——MARVEL R。该车是上汽R 汽车 旗下的一款5G智能电动SUV,是全球首款整舱交互5G量产车,也是集智设计理念在SUV产品上的首次量产演绎。据悉,同属R品牌下的智能网联纯电动 汽车 ER6,已在南汽江北新区基地量产。
一个半导体的展会上何以会高调展示一辆 汽车 呢?原因很简单,MARVEL R全车搭载了430多片车用半导体芯片,主要分布在智能感知、5G智能驾驶、智能驾舱、电池电机智能管控等方面。所用芯片均采用国内外主流品牌芯片,包括华为巴龙5000、NXP、英飞凌、瑞萨、博世、三星等。该车率先落地红绿灯信息推送、停车起步引导、弯道速度预警、交叉路口避免冲突等17个5G V2X(车对外界的信息交换)功能场景,实现了“人-车-路-云”的高度协同与无缝衔接。
半导体的展会上出现 汽车 其实并不奇怪,细心的人会发现,在近年举办的车展上,开始看到越来越多集成电路厂商的身影,比如AI芯片厂商地平线等。
统计数字显示,目前,在消费电子增长放缓的背景下, 汽车 芯片正在成为全球半导体市场的增量驱动主力。伴随着新能源驱动和智能驾驶渗透率迅速攀升, 汽车 所需要的芯片越来越多,智能新能源 汽车 用芯片市场年复合增长率高达21%。2017年,全球半导体市场销售收入为4203亿美元,全球 汽车 芯片市场销售收入为374亿美元。预计2022年,全球半导体市场销售收入为5426亿美元,全球 汽车 芯片市场销售收入为656亿美元,份额占比由8.9%上升至12.1%。
2019年,单车 汽车 芯片成本均值为400美元;2022年,单车的 汽车 芯片成本均值大概是600美元。“预计2022年我国 汽车 市场规模为2500万辆,简单换算,整个 汽车 芯片市场大概有150亿美元的市场潜力,约占全球市场的22%甚至更高。”国家新能源 汽车 技术创新中心副总经理邹广才在首届世界 汽车 半导体创新协作论坛上如是说。
对于 汽车 芯片市场的增长潜力,参加同一论坛的英飞凌大中华区 汽车 电子事业部高级总监仲小龙有着相同的感受,“ 汽车 用半导体的份额将会大大加快”。英飞凌去年是全球十大半导体企业之一,仲小龙表示,目前国内比较先进的智能 汽车 单车上用的英飞凌半导体产品的价值达6500元人民币,接近1000美元,“远远超出我们之前的预期”。“而且明年这个数字将奔向1万元人民币,可能超出我们之前的预测。之前我们都认为到2025年,整车半导体的价值会达到750美元,这个数字在今天看来是保守了。”他的语气中透露着兴奋。
众所周知,近几年国内新兴 汽车 制造商快速崛起, 汽车 日趋电动化、智能化和网联化。在2021世界半导体大会·创新峰会上,英飞凌 科技 全球高级副总裁、大中华区总裁苏华打了一个比方,“ 汽车 实际上就是一个手机加了四个轮子,只是把手机做大一点”。
而英飞凌显然就是想“把手机做大一点”的厂商之一。据介绍,英飞凌全球业务超过四成是 汽车 电子,去年全球 汽车 电子市场英飞凌的占比为13.4%。其产品集中在传感器、微控制器、功率半导体和存储半导体四部分。
仲小龙认为,目前新能源 汽车 的成本相对较高,为进一步提升新能源 汽车 的竞争力,全产业链都在携手推动整车成本降低,实现真正的市场化。而这种变化,对 汽车 半导体显然既是挑战,更是巨大的机遇。
自动驾驶目前越来越火爆,大部分的车都做到L2+的水平,有预测到2025年能够实现L2+水平的整车将达到250万辆以上;到2030年,达到L4、L5水平的车将会逐渐量产。“在激光雷达和传感器上融合的器件,可能将会占半导体物料成本的的一半以上。网联化方面目前主要是基于蓝牙、WiFi技术实现车到车、车到终端或到云端等一系列连接技术,也有产品组合能实现远程的 娱乐 信息处理和车身处理,未来的车不再是简单的交通工具,还会成为人们可信赖的第二生活起居室或者第二办公区域。”仲小龙说。
提到智能网联离不开4G、5G。高通技术公司产品市场高级总监艾和志介绍,在4G元年时,全球只有一两家 汽车 厂商首先采用4G技术,但是在5G时代,全球有超过18家车厂采用高通的5G解决方案。在他看来, 汽车 是极致的移动性平台。“未来的 汽车 ,不仅仅是大号的带着四个轮子的智能手机,而且是个极致的移动平台;不仅仅对生活和驾驶体验带来翻天覆地的变化,而且对于 社会 也会带来全新的体验。”
截至目前,全球有超过1.5亿辆 汽车 采用高通平台化技术,全球领先的车厂超过22家采用高通数字化的数字座舱平台。艾和志说:“从芯片、技术提供商的角度讲,我们认为 汽车 需要各种各样的技术,包括自动驾驶、数字算法、网联连接、安全及充电等一系列技术,不仅需求量大,而且要求也非常高。”
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