⑴ 一个晶圆大小的芯片,会成为主流吗
在之前,Cerebras用单个晶圆做了个芯片,这引起了广泛讨论。因为构建这些巨大的未来机器站点的概念证明很有可能为某些最苛刻的计算环境中的下一步做好准备。
但从通用的角度来看,这似乎又有点不切实际。
目前的选择也似乎是乘着摩尔定律的衰落或登上量子计算列车。第一个是不可避免的。第二个远非通用目的,特别是对于拥有数十年之久的核和其他关键任务模拟代码库的最大政府实验室而言,这些模拟是为传统计算量身定制的。
但实际上有一条中间路线。虽然它有它的挑战和它自己的扩展限制,但它可以将超级计算的性能在未来很长一段时间内持续提升,同时世界(表面上)为实际量子或任何真正的下一个方案做好准备。
这就是为什么这个中间选项,一个超异构、可定制的晶圆级平台有意义。让我们从技术和市场的角度来看:
在市场方面,世界在很大程度上要归功于 AI 系统初创公司 Cerebras,因为它不仅重新引入了晶圆级的概念,而且还证明了它们可以工作。其实这个概念并不新鲜,早在 1980 年代它就是一个热门话题,并在 90 年代重新出现。但因为在这么多晶体管(当时)中出现故障太常见了,因此开发者们在运行这些芯片时,产生了无用的挫败感。
市场基本原理也仅到此为止。Cerebras 专注于人工智能训练和推理,可以选择做一些我们在这里讨论的通用工作。但计算考量的是数字上的能力,SRAM 很小并且在内核之间共享。它非常适合 AI,但对于有能力投资、试验和围绕新晶圆级构建的 HPC 而言,则不那么完美。这就是技术准备就绪的地方。
Cerebras 已经证明这是可以做到的,并且有一些客户愿意看一看(主要是国家实验室),但他们没有证明,在所有大型计算中,互连是使用晶圆级芯片的最大瓶颈,这也是释放主流潜力的关键。另一方面,AMD 正在证明小芯片方法是持续扩展的最有希望的途径。在其他方面,英特尔、IBM 和 AMD 也在展示互连级别的可能性。
那么为什么不把这些东西放在一起,构建一个可以利用小芯片实现超异构的晶圆级互连,创建大型系统来消除最紧迫的瓶颈,达成增加可扩展性和可定制性的方案呢?这样的话就可以使底层的晶圆级互连开放标准,以便所有可能的小芯片或(小芯片)都可以参与其中,包括大小处理器、DRAM、HBM,所有纳段颂配置都可以适合工作负载。
当然,这不会便宜。但是,在量子计算上押下 10 亿美元的赌注不也是为了在后摩尔定律时代有所期待?
随着主要供应商致力于从 EMIB 到 AMD 的小芯片战略,这些都是有可能实现的。现在,有一些开创性的工作表明,从设计、可靠性和可制造性的角度来看,这一切都是实用的。
2015 年,加州大学洛杉矶分校的 Saptadeep Pal 与一个团队合作研究晶圆级的概念。这发生在 Cerebras 出现,并向市场证明他们的方案是有效之前。Pal 告诉 The Next Platform,他的团队中的一些人飞到圣何塞与 Andrew Feldman 和 Cerebras 团队会面,但他们没有交换技术,只是交谈。
“主要想法是构建一个具有许多核心的系统。不仅仅是计算核心;内存和不同类型的内存都紧密互连,不像今天的系统,而是通过在晶圆上构建互连。”
Pal 说,过去,晶圆级因为晶体管故障而被驳回,但答案根本不是构建晶体管,而是创建互连,然后采用可以单独构建和测试的普通芯片,获取已知好的芯片来自不同来源(处理器、DRAM、闪存等)的数据,并将它们打包到晶圆级互连中,以捕捉所有世界中最好的东西。“在晶圆上,我们已经知道如何构建元层。我们可以看到如何将这些小芯片连接到晶圆上以获得真正的异质晶圆,这是我们 2015 年的起点。”
强调 Cerebras 所做的与 Pal 和团队提出的建议之间的差异对于此类设备的特定与主流未来很重要。
从物理上讲,Cerebras 正在构建一个带有连接数千个内核的晶体管的晶洞郑圆。Pal 的团队正在做的是从不同来源获取芯片,将它们放在互连晶圆上,然后互连芯片。这导致密度相同,但异质性更大。
“Cerebras 所做的对于 ML 来说非常有用,在一个晶圆上有如此多的内核,而所有的小 SRAM 都连接在一个网状网络中。每几个内核共享一些 SRAM。但是我们正在采用这么燃桥多不同的芯片,现在每个芯片上的 Arm 内核和 DRAM 作为许多可能的实验之一,现在我们可以拥有具有 100k 或 200k 内核和 TB 内存的晶圆。这些存储器可以堆叠以提高密度,例如,我们可以在晶圆上看到每毫米边缘 1TB/s 的速度。”
我们需要考虑的事情是混合和匹配的可能性。适用于 HPC 的强劲 X86 内核、适用于特定工作负载的加速器、堆叠内存、高密度。选择是无穷无尽的。“而 Cerebras 通过展示如何为这些设备供电和冷却方面,确实做了令人印象深刻的工作。”
尽管 Pal 和团队取得了成功,并且 Cerebras 解决了制造/市场/可靠性问题,但将其推入更广泛的 HPC 领域仍然存在一些广泛的挑战(因为它必须从那里开始)。软件挑战是其中一个方面。另外,此类设备上可能的芯片组合数量如此之多,这可能会引致无穷无尽的问题,因此我们暂时不会为您解决这些问题。除了软件之外,仅在硬件方面将它们推向市场将需要更好的生态系统来测试小芯片的可靠性等。
“测试小芯片,将它们放在晶圆上,这样您就可以在键合后获得 99.9% 的成功?这绝对是一个挑战。但与此同时,因为我们是基于小芯片的,我们可以测试单独的设备,并且已经学会了一些技巧,可以在 Cerebras 必须在其架构中构建的冗余之外获得更高的信心。”
他说真正的困难在于,一旦拥有它,一切都非常昂贵,即使使用软件堆栈,您如何应对这个市场?“现在,我们只是在构建 Arm,我们还没有接触到编译器级别的东西。现在是让人们知道这种方案可以提供 100 倍以上性能,并给他们证明方案是否可靠。” 他补充说,人们对现在的系统构建方式感到满意。他们可以替换系统中的元素。有什么可以处理这样的系统上的故障,尤其是会影响整体功能的故障?
“系统越来越大;HPC 运行在数百个相距很远的节点上,互连就是瓶颈。我们需要一个统一的系统。将它们全部放在一块负责互连的硅片上就是答案。摩尔定律将发展到 2nm 或 1nm,而且成本也会很高。但是,正如 AMD 所展示的那样,转向小芯片是有效的。也显示了用晶圆级扩展它。找到一个今天每个人都可以接受的通用软件堆栈是我们接下来将首先使用 X86 和 Arm 做的事情,”Pal 补充道。
伊利诺伊大学与 Pal 的晶圆级合作伙伴 Rakesh Kumar 补充说:“基于小芯片的方法允许在晶圆上进行异构技术集成。这意味着基于小芯片的晶圆级处理器可以将高密度存储器(例如 DRAM、闪存等)驻留在同一处理器上。与无法在处理器上支持异构技术的 Cerebras 方法相比,这可以实现更好的内存容量特性,从而限制了处理器的内存容量。这对于许多应用程序(包括许多 ML 模型)来说至关重要,其应用程序要求远远超过 Cerebras 处理器提供的要求。
正如 Kumar 解释的那样,“基于小芯片的晶圆级处理器也可能具有良率优势,因为与 Cerebras 方法不同,不需要制造大型单片芯片。”
AMD 在构建这些方面处于有利地位。英特尔和 IBM 也可以做到。Cerebras 展示了一家初创公司也可以设法实现这一目标,但无法进入任何大市场或获得美国能源部的大型交易,如果可以展示后摩尔时代的能力,这些交易将在那里进行。有需求,有能力,有制造和市场的角度。
时机恰到好处,与超级计算等领域的量子不同,这些部分都具有让代码运行的已知机制。归根结底,这就是后百亿亿级/后摩尔的 HPC 领域所需要的答案。
⑵ 进军科创板融资120亿,国内第三大晶圆代工厂崛起
(文/陈辰 编辑/尹哲)众所周知,芯片制造主要简单分为设计、制造和封装三大环节。其中,芯片制造是国内半导体被“卡脖子”最重要的环节。
近年来,随着产业发展及国际形势变化,中芯国际一度成为“全村的希望”。因此,在一路“绿灯”下,中芯国际顺利登上科创板,成为国内晶圆代工第一股。
如今,继中芯国际之后,第三大晶圆代工企业——合肥晶合集成电路股份有限公司(下称“晶合集成”)也拟进军科创板,以实现多元化发展。
5月11日,晶合集成的首次公开发行股票招股书(申报稿)已获上交所科创板受理,并于6月6日变更为“已问询”状态。
招股书显示, 公司拟发行不超过5.02亿股,募集资金120亿元,预计全部投入位于合肥的12英寸晶圆制造二厂项目。
根据规划, 募投项目将建设一条产能为4万片/月的晶圆代工生产线,主要产品包括电源管理芯片(PMIC)、显示驱动整合芯片(DDIC)、CMOS图像传感芯片(CIS)。
图源:晶合集成招股书,下同
自12英寸晶圆制造一厂投产以来,晶合集成主要从事显示面板驱动芯片代工业务,产品广泛应用于液晶面板领域,其中包括电脑、电视和智能手机等产品。
与此同时,随着产能持续抬升以及工艺不断精进,晶合集成的营业收入实现高速增长。
而在这背后, 晶合集成的经营发展也存在系列风险,其中包括产品结构较单一、客户集中度极高、盈利能力不足,以及扩产项目能否达成预期业绩等 。
因此,尽管自带“国内第三大晶圆代工企业”光环,但晶合集成未来数年发展走势如何,仍是一个尚难定论的未知数。而要实现多元化及技术突破,其还需攻坚克难、砥砺前行。
诞生与发迹“错配”
近十年来,合肥新型显示产业异军突起,加剧了“有屏无芯”的矛盾。同时,电子信息企业快速集聚橘缺,更激起地方政府打造“IC之都”的雄心。
“大约在2013年左右,家电、平板显示已经作为合肥的支柱产业,但在寻求转型升级时都遇到了同一个问题——缺‘芯’。”合肥市半导体行业协会理事长陈军宁教授曾表示。
为了解决缺芯问题,合肥市邀请了中国半导体行业的十几名专家一起参与讨论和论证,最终制定了合肥市第一份集成电路产业发展规划。
基于此,2015年,合肥建投与台湾力晶集团合作建设安徽省首家12英寸晶圆代工厂——晶合集成。
据部分媒体报道, 这一项目旨在解决京东方的面板驱动芯片供应问题。
晶合集成合肥12英寸晶圆代工厂
根据总体规划,晶合集成将在合肥新站高新技术产业开发区综合保税区内,建置四座12寸晶圆厂。其中一期投资128亿元,制程工艺为150nm、110nm以及90nm。
至于力晶达成合作的重要原因,是其当时遭遇了产能过剩危机重创,便致力于从动态存储芯片(DRAM)厂商转型为芯片代工企业。
2017年10月,晶合集成的显示面板驱动芯片(DDIC)生产线正式投产。这是安徽省第一座12寸晶圆代工厂,也是安徽省首个超百亿级集成电路项目。
随后,晶合集成的产能实现迅速爬升。招股书显示,2018年至2020年(下称“报告期内”), 公司产能分别为7.5万片/年、18.2万片/年和26.6万片/年,年均复合增长率达88.59%。
与此同时,其产品也迅速占领市场。据央视报道称,2020年占全球出货量20%的手机、14%的电视机和7%的笔记本电脑,采用的都是晶合集成的驱动芯片产品。
对于近五年实现快速发展的原因,晶合集成董事长蔡国智曾总结为,首先是“选对合作伙伴很重要”,以及公司对市场趋势判断正确、不间断的投资和新冠疫情带来的“红利”。
但稍显“遗憾”的是,报告期内, 晶埋伍则合集成向境外客户销售收入分别为2.15亿元、4.68亿元和弯棚12.63亿元,占当期总营收比例为98.59%、87.69%、83.51%。
其中,鉴于公司的台湾“背景”及相关资源,晶合集成的境外客户中中国台湾地区客户占比颇高。
这也就是说,京东方并没有大量采购晶合集成的面板驱动芯片。业内数据统计,我国驱动芯片仍以进口为主。2019年,京东方驱动芯片采购额为60亿元,国产化率还不到5%,可见配套差距之大。
此外,晶合集成依赖境外市场同时,还存在客户集中度极高的问题。
报告期内, 其源自前五大客户的收入占总营收比例均约九成。其中,2019年和2020年,公司过半总营收来自第一大客户。 这显然对公司的议价能力和稳定经营不利。
国资台资加持主控
诚然,如蔡国智所言,晶合集成的快速成长的确得益于“不间断的投资”。
2015年5月12日,合肥市国资委发文同意合肥建投组建全资子公司晶合有限(晶合集成前身),注册资本为1000万元。
成立之初,晶合有限仅有合肥建投一个股东。随后,在国内半导体产业以及合肥电子信息产业迅速发展情况下,公司决定大搞建设。
2018年10月,晶合有限增资,合肥芯屏、力晶 科技 入股。具体股比上,合肥建投持股32.71%,合肥芯屏持股26.01%,力晶 科技 持股41.28%。
后来经过数次减资、增资,晶合有限于2020年11月正式整体变更设立为股份公司,即晶合集成。
截至招股书签署日, 合肥建投直接持有发行人31.14%股份,并通过合肥芯屏控制晶合集成21.85%股份,合计占有52.99%股份。而力晶 科技 的持股比例降至27.44%。
值得一提,合肥市国资委持有合肥建投100%的股权,因而为晶合集成的实际控制人。
那么,多次出现且持股一度占优的力晶 科技 是什么来头?
资料显示,力晶 科技 是一家1994年注册在中国台湾的公司。经过业务重组,其于2019年将其晶圆代工业务转让至力积电,并持有力积电26.82%的股权,成为控股型公司。
得益于力晶 科技 的较强势“助攻”,力积电的晶圆代工业务迅速实现位居世界前列。
调研机构预估,力积电2020年前三季度营收2.89亿美元左右,位列全球十大芯片代工第7名,领先另一家台湾半导体企业——世界先进一个名次。
而除了力晶 科技 和合肥市国资委之外,晶合集成还曾于2020年9月引入中安智芯等12家外部投资者。
其中, 美的集团旗下的美的创新持有晶合集成5.85%股权。而持股0.12%的中金公司则是晶合集成此次IPO的保荐机构。
不过,证监会及沪深交易所今年初发布公告显示,申报前12个月内产生的新股东将被认定为突击入股,且上述新增股东应当承诺所持新增股份自取得之日起36个月内不得转让。
鉴于晶合集成的申报稿是于2021年5月11日被上交所受理,美的创新、海通创新等12家股东均属于突击入股 ,才搭上了晶合集成奔赴上市的列车。
对此,晶合集成解释称,股东入股是正常的商业行为,是对公司前景的长期看好。
“上述公司/企业已承诺取得晶合集成股份之日起36个月内不转让或者委托他人管理在本次发行上市前直接或间接持有的晶合集成股份,也不由晶合集成回购在本次发行上市前直接或间接持有的晶合集成股份。”
经营业绩持续增长
背靠有半导体技术基因的力晶 科技 ,以及资金雄厚且自带官方背书的合肥建投,晶合集成近年来在营收方面有较明显增长。
报告期内, 晶合集成的营业收入分别为2.18亿、5.34亿和15.12亿元人民币,主营业务收入年均复合增长率达163.55%。
其中,2020年,疫情刺激全球宅经济、远距经济等需求大举攀升,而半导体作为 科技 产品的基础元件也自然受惠。因此,晶合集成的业绩同比大增达183.1%。
美国调研咨询机构Frost&Sullivan的统计显示, 按照2020年的销售额排名,晶合集成已成为中国大陆收入第三大的晶圆代工企业,仅次于中芯国际和华虹半导体。
值得注意,这一排名不包含在大陆设厂的外资控股企业,也不包含IDM半导体企业。
不过,相比业内可比公司的经营状况,晶合集成仍有不小差距。比如,2020年,中芯国际营收274.71亿元,华虹半导体营收62.72亿元,分别是晶合集成的18倍及4倍以上。
另一方面,晶合集成已经搭建了150nm至55nm制程的研发平台,涵盖DDIC(面板驱动)、CIS(图像传感器)、MCU(微控制)、PMIC(电源管理)、E-Tag(电子标签)、Mini LED及其他逻辑芯片等领域。
但公司的市场拓展及经营高度依赖DDIC晶圆代工服务,因而主营业务极为单一。
报告期内, 晶合集成DDIC晶圆代工服务收入,分别为2.18亿元、5.33亿元、14.84亿元,占主营业务收入比例分别为99.96%、99.99%、98.15%。
然而,正因如此,晶合集成预计,如果未来CIS和MCU等产品量产以及更先进制程落地,企业的收入和产能还有机会迎来新一波增长。
目前,晶合集成在12英寸晶圆代工量产方面已积累了比较成熟的经验,但工艺主要为150nm、110nm和90nm制程节点。
其中,90nm制程是业内DDIC类产品最为主流的制程之一,而提供90nm制程的DDIC产品服务也逐渐成为晶合集成的主营业务。
报告期内, 晶合集成90nm制程类产品收入年均复合增长率达652.15%,占营收比重从2018年6.52%逐年升至2020年的53.09%。 这一定程度上体现其收入结构正在优化。
此外,晶合集成正在进行55nm制程节点的12英寸晶圆代工平台研发,预计之后会在55nm制程产品研究中投入15.6亿元人民币,以推进先进制程的收入转化。
另据招股书透露,2021年,90nmCIS产品及110nmMCU产品将实现量产;55nm的触控与显示驱动整合芯片平台已与客户合作,计划在2021年10月量产。而55nm逻辑芯片平台预计于2021年12月开发完成,并导入客户流片。
基于此,晶合集成的企业版图未来确有望进一步扩充,而营业收入也势必会有不同程度的增加。
盈利毛利“满盘皆负”
虽然持续增收,但作为半导体行业新晋企业,晶合集成要实现盈利并不容易。由于设备采购投入过大,以及每年产生大量折旧费用等因素,晶合集成近年来净利润一直在亏损。
报告期内, 晶合集成归母净利润分别为-11.91亿元、- 12.43亿元和-12.58亿元。扣除非经常性损益后归母净利润分别为-12.54亿元、-13.48亿元和-12.33亿元,三年扣非净利润合计为-38.35亿元。
截至2020年12月31日, 公司经审计的未分配利润达-43.69亿元。
对此,在招股书中,晶合集成也做出“尚未盈利及存在累计未弥补亏损及持续亏损的风险”提示,并称“预计首次公开发行股票并上市后,公司短期内无法进行现金分红,对投资者的投资收益造成一定影响。”
另一方面,为满足产能扩充需求,晶合集成持续追加生产设备等资本性投入,折旧、 摊销等固定成本规模较高。这使得其在产销规模尚有限的情况下产品毛利率较低。
报告期各期, 晶合集成的产品综合毛利分别为-6.02亿元、-5.37亿元及-1.29亿元,综合毛利率则分别为-276.55%、-100.55%与-8.57%。
与行业可比公司相比,晶合集成的毛利率差距巨大,而且远低于可比公司毛利率的平均值。
值得一提,同期台积电的毛利率遥遥领先。而在大陆的半导体代工企业中,中芯国际及华润微的毛利率均低于平均值,仅有华虹半导体于2018年和2019年略高于平均值。
不过,随着产销规模逐步增长且规模效应使得单位成本快速下降,晶合集成的毛利率与可比公司均值的差距正在快速缩短。2020年,其综合毛利率已大幅改善至-8.57%。
与此同时,晶合集成各制程产品的毛利率也在持续改善。
招股书显示,2020年,公司150nm制程产品毛利已实现扭负为正,而110nm及150nm制程产品毛利率,相对优于90nm制程产品的毛利率。其主要原因为90nm制程产品工艺流程较为复杂,固定成本分摊比例较高。
晶合集成似乎对未来盈利很有信心,在招股书中称“主营业务毛利率虽然连年为负,但呈现快速改善趋势... 未来规模效应的增强有望使得公司盈利能力进一步改善。”
其实早在去年底,晶合集成就定下四大战略目标:即 在“十四五”开局之年,实现月产能达到10万片、科创板上市、三厂启动以及企业盈利。 不难看出其对实现盈利的重视。
但是,参考近三年利润总额和净利润,并未看出晶合集成的亏损有明显好转趋势。更有行业人士称,“由于每年设备折旧费用可能吃掉大部分利润,收回成本可能要历时数年。”
技术研发依赖“友商”
毋庸置疑,晶圆代工行业属于技术和资本密集型行业,除需大量资本运作外,对研发能力要求也极高。可以说,研发能力的强弱直接决定了企业的核心竞争力。
一般来说,半导体企业的研发能力,主要通过研发费用投入占总收入比例、研发人员占总人员比例、科研成果转化率等评判。
首先,在研发费用投入方面。近年来,尽管一直“入不敷出”,但晶合集成的研发投入总额依然保持着较快上涨。
报告期内, 公司研发费用分别为1.31亿元、1.70亿元及2.45亿元。 然而,鉴于营业额的更快速增长,其 研发投入占比则出现持续下滑,分别为60.28%、31.87%及16.18% 。
不过,目前晶合集成的研发费用率仍高于同行业的平均水平。这主要是因其处于快速发展阶段,收入规模较可比公司相对较低,但研发投入维持在较高强度。
其次,在研发人员投入方面。 报告期各期末, 晶合集成研发人员数量持续增长,分别为119人、207人和280人, 占员工总数比例分别为9.47%、15.16%和16.81%。
相比之下,截至2020年12月31日,中芯国际、华虹半导体、华润微研发人员分别为2335人、未知、697人,占总人员比例分别为13.5%、未知、7.7%。
由此可见,晶合集成的研发人员占比超过已知的中芯国际和华润微,但在研发人员总数量上仍逊色不少。
另招股书显示,晶合集成现有5名核心技术人员,分别为蔡辉嘉(总经理)、詹奕鹏(副总经理)、 邱显寰(副总经理)、张伟墐(N1 厂厂长)、李庆民(协理兼技术开发二处处长)。
然而,根据背景信息介绍, 5名核心技术人员全部为台湾籍人士,而且除了詹奕鹏外,其余4人均曾任职于力晶 科技 。 这说明晶合集成的核心技术研发极为依赖力晶 科技 。
另外,在科研成果转化方面。截至2020年12月31日, 晶合集成及其子公司拥有境内专利共计54项,境外专利共计44项, 形成主营业务收入的发明专利共71项 。
在行业可比公司方面,中芯国际仅2020年内便新增申请发明专利、实用新型专利、布图设计权总计991项,新增获得数1284项;累计申请数17973项,获得数12141项;
华虹半导体2020年申请专利576项,累计获得中美发明授权专利超过3600项;
华润微2020年已获授权并维持有效的专利共计1711项,其中境内专利1492项、境外专利219项。
可以看出, 中芯国际、华虹半导体、华润微拥有的专利均超过了1000项,大幅领先于不足百项的晶合集成。
当然,对成立较短的半导体企业来说,这是必然会遭遇的问题之一。但要加强技术专利的积累及实现追赶,晶合集成还有很长的路要走。
募资百亿转型多元化
近年来,随着全球信息化和数字化持续发展,新能源 汽车 、人工智能、消费及工业电子、移动通信、物联网、云计算等新兴领域的快速成长,带动了全球集成电路和晶圆代工行业市场规模不断增长。
为抓住产业发展契机及进一步争取行业有力地位,晶合集成自2020开始便积极谋划在科创板上市,预计在2021年下半年完成。而这一时程较原计划提早了一年。
具体而言,本次科创板IPO, 晶合集成拟公开发行不超过约5.02亿股,占公司发行后总股本的比例不超过25%,同时计划募集资金120亿元。据此,公司估值为480亿元。
截至6月11日,科创板受理企业总数已达575家,其中仅9家公司拟募资超过100亿元。也就是说,晶合集成的募资规模已进入科创板受理企业前十。
在用途方面,公司的募集资金将全部投入12英寸晶圆制造二厂项目。该 项目总投资约为165亿元,其中建设投资为155亿元,流动资金为10亿元。
如果募集资金不足以满足全部投资,晶合集成计划通过银行融资等方式获取补足资金缺口。
根据规划,二厂项目将建设一条产能为4万片/月的12英寸晶圆代工生产线。其中,产品包括电源管理芯片(PMIC)、显示驱动整合芯片(DDIC)、CMOS图像传感芯片(CIS)等,主要面向物联网、 汽车 电子、5G等创新应用领域。
在图像传感器技术方面,晶合集成目前已完成第一阶段90nm图像传感器技术的开发,未来将进一步将图像传感器技术推进至55nm,并于二厂导入量产;
在电源管理芯片技术方面,晶合集成计划在现有90nm技术平台基础上进一步开发BCD工艺平台,辅以IP验证、模型验证、模拟仿真等构建90nm电源管理芯片平台,并于二厂导入量产;
在显示面板驱动芯片方面,晶合集成已在现有的90nm触控与显示驱动芯片平台基础上进一步提升工艺制程能力,将技术节点推进至55nm。
招股书显示,12英寸晶圆制造二厂的项目进度为:2021年3月,洁净室开始装设;8月,土建及机电安装完成及工艺设备开始搬入;12月,达到3万片/月的产能。
此外,2022年3月,即项目启动建设一周年,达到3万片/月的满载产能。同年, 晶合集成还将装设一条40nmOLED显示驱动芯片微生产线。
未来,随着项目逐步推进建设及产能落地,晶合集成将继续坚持当前的战略规划:
依托合肥平板显示、 汽车 电子、家用电器等产业优势,结合不同产业发展趋势及产品需求,形成显示驱动、图像传感、微控制器、电源管理(“显 像 微 电”)四大特色工艺的产品线。
结语
依托台湾技术团队及合肥的国有资本等,晶合集成成立仅五年就成为了全球重要的显示面板驱动芯片代工厂商,并且剑指显示器驱动芯片代工市占率第一桂冠。
这样的成就对国内半导体企业来说,实属难能可贵。但长年押宝在“一根稻草”上,晶合集成的经营发展无疑潜在较多重大风险。同时,行业的激烈竞争及国际形势变化等外部压力也越来越大。
晶合集成董事长蔡国智,2020年上任,曾在宏碁股份、力晶 科技 和力积电等公司任职。
对此,晶合集成近年来正致力于推动企业转型,并制定了详细的三年发展计划。2020年7月,晶合集成董事长蔡国智接受问芯Voice采访时,曾透露了公司的具体战略规划:
2021年:目标是营收要倍增至30亿,公司必须开始获利赚钱,同时要完成N2建厂、产品多元化以及科创板IPO上市;
2022年:目标是N2厂正式进入量产阶段,公司营收突破50亿元大关,并维持稳定获利;
2023年:目标是单月产能要达到7.5万片,公司营收达70亿,并且开始规划N3和N4厂房的建设。
但在清晰的目标背后,晶合集成不可避免的面临一系列挑战。
比如现阶段半导体代工行业“马太效应”愈发明显,晶合集成要如何扭转劣势或突围?在现有企业规模及相关储备下,其多元化战略是否还能顺利推进并攻下市场?
此外,由于客户主要在境外,公司要如何真正提高关键国产芯片的自给率?
基于此,即便科创板上市成功,晶合集成还需要克服诸多问题及困难,其中包括改善盈利、升级工艺、募集资本、招揽人才、推进多元化及应对行业竞争等等。
至于本次募资的12英寸晶圆代工项目是否能达到预期业绩,以及相关战略未来是否能卓有成效落地,从而改善当前的系列问题,促使晶合集成进一步壮大乃至真正崛起,且拭目以待!
⑶ 英特尔为何在大连建厂
据英特尔方面介绍,目前,世界上大部分的数据中心都采用了英特尔的服务器芯片和固态硬盘。非易失性存储固态硬盘项目是英特尔核心计算业务,英特尔将利用大连晶圆厂拓展非易失性存储芯片制造能力,大连新工厂也将成为英特尔在全球第一个用300毫米晶圆领先生产技术的非易失性存储产品集成电路制造中心。
英特尔公司全球副总裁、中国区总裁杨旭表示,该战略性计划是英特尔深化其非易失腔仿性存储器业务发展战略的一个重要举措。今年恰逢英特尔扎根中国30周年,这项投资将成为英特尔进一步践枣滑行“生根中国,绽放世界”战略的重要里程碑。
(3)非存储晶圆发展扩展阅读:
英特尔会将其与美光合资开发的最新“非易失性存储技术”引入中国,并在大连工厂完成制造环节。英特尔大连工厂自2010年起投产运营,是英特尔在亚洲唯一的晶圆制造工厂。在过去的5年中,该工厂拥有了世界先进水平的基础设施、运营管理、人才储备和专业能力。
大连市市长肖盛峰在签约仪式上表示,大连是中国对外开放最早、经济合作功能最全的城市之一,已经成为跨国公司投资发展的一片热土。英特尔公司作为全球知名跨国公司和集成电路领域的领军企业,以雄厚的技术实力和巨额投资参与大连的产业发展,必将为集成电路产业迅速壮大起到积极的推动作用。
⑷ 半导体的未来发展
半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。现在大部分电子产品中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。
一、2019年全球半导体材料市场销颤圆售额达521.2亿美元
SEMI报告茄拦塌指出,2019年全球半导体材料市场销售额为521.2亿美元,小幅下降-1.1%。分区域来看,中国台湾、韩国、中国大陆、日本、北美、欧洲半导体销售额分别为113.4亿美元、88.3亿美元、86.9亿美元、77.0亿美元、56.2亿美元、38.9亿美元,分别占全球半导体材料市场份额的22%、17%、17%、15%、11%、17%。中国大陆是2019年各地区中唯一增长的半导体材料市场,销售规模位居第三。
—— 以上数据来源于前瞻产业研究院《半导体硅片、外延片行业市场前景预测与投资战略规划分析报告》
⑸ 合肥长鑫和长江存储两个企业的存储芯片和未来发展哪个更有潜力
长鑫是内存,长江是闪存。内存断电数据丢失,闪存断电数据依然在,技术层面,闪存技术难度更高!另外长鑫是买的国外底层技术,然后升级优化发展,发展有一定局限性,且与世界一流水平有2-3代的差距!而长存完全自主研发,技术几乎达到世界一流水平。从市场发展来看,内存技术有天花板,需求市场几乎停止增长,而闪存技术革新空间很大,市场需求每年更是以30%的增长速度扩张。综合来看长江存储发展前景更大!
两家企业之间内部高层人员同属于紫光派系。因此在产业结构分工上是协调合作方式。合肥长鑫主攻可读存储;长江存储以研发可写存储。
长江存储属于国家队,合肥长鑫地地道道属省级队。由此看来,长江存储比合肥长鑫起步高。不过合肥长鑫率先将上市产品对标到世界同等级别,而长江存储还需时日。
另外,众所周知,玩存储晶圆是个烧钱项目,风险变数极大,所以这些企业背靠的是有实力的大级别体量玩家。长江存储背靠武汉,是国家倾尽全力打造的存储之都;合肥近几年靠集成芯片(京东方)实实在在是挣到百千亿的,夹持国家科学中心名头不可小觑!
综叙,潜力谁大不好说,一个是小狮子,逐渐霸气侧漏想挑战王位;一个是小老虎,虎虎生威欲占山为王!
冲出重围千亿起步,强敌环伺巨头统治。
存储芯片的前景如何展望?
合肥长鑫,成立于2016年5月, 专注于DRAM领域 ,整体投资预计超过1500亿元。目前一期已投入超过220亿元,19nm8GbDDR4已实现量产,产能已达到2万片/月,预计2020年一季度末达4万片/月,三期完成后产能为36万片/月, 有望成为全球第四大DRAM厂商。
长江存储,成立于2016年7月, 专注于3DNANDFlash领域 ,整体投资额240亿美元,目前64层产品已量产。根据集邦咨询数据,2019年Q4长江存储产能在2万片/月,到2020年底有望扩产至7万片/月,2023年目标扩产至30万片/月产能, 有望成为全球第三大NANDFlash厂商。
最近利基型内存(Specialty DRAM)的价格大涨,我们今天就来聊聊 DRAM 是什么?
Dynamic Random Access Memory,缩写DRAM。动态随机存取存储器,作用原理是利用电容内存储电荷的多寡,来代表一个二进制比特是1还是0。这一段听不懂,听不懂没关系,你只需要知道,它运算速度快、常应用于系统硬件的运行内存,计算机、手机中得有它,你可能没听说过DRAM,但你一定知道内存条, 没错,DRAM的最常见出现形式就是内存条。
近几年的全球DRAM市场,呈现巨头垄断不变,市场规模多变的局面。
全球DRAM生产巨头是三星、SK海力士和美光,分别占据了41.3%、28.2%和25%的市场份额。
2019年市场销售额为620亿美元,同比下降了37%。其中美国占比39%排名第一,中国占比34%排名第二,中美是全球DRAM的主要消费市场。细分市场,手机/移动端占比40%,服务器占比34%。
总结来说,巨头垄断,使得中国企业没有议价权,DRAM芯片受外部制约严重。 当前手机和移动设备是最大的应用领域,但未来随着数据向云端转移,市场会逐步向服务器倾斜。
未来,由于DRAM的技术路径发展没有发生明显变化,微缩制程来提高存储密度。那么在进入20nm的存储制程工艺后,制造难度越来越高,厂商对工艺的定义已不再是具体线宽,而是要在具体制程范围内提升技术,提高存储密度。
当前供需状况,由于疫情在韩、美两国发展速度超过预期,国内DRAM企业发展得到有利发展。
合肥长鑫、长江存储 两家都是好公司,都在各自的赛道中冲刺,希望他们能够在未来打破寡头垄断的格局。
看哪家产品已经销售了,其他吹得再好都是假的
目前看合肥长鑫优势明显
合肥长鑫和长江存储两个企业的存储芯片和未来发展哪个更有潜力?闪存也好内存也罢都是国内相当薄弱的环节,都是要在国外垄断企业口里夺食,如果发展得好都是相当有潜力的企业。只是对于市场应用的广度而言,合肥长鑫的内存可能相对来说更有潜力一些。
这两家企业一家合肥长鑫以DRAM为主要的专注领域,长江存储以NAND FLAH领域,而且投资都相当巨大,都是一千亿元以上的投资。长江存储除了企业投资之外,还有湖北地方产业基金,另外还有国家集成电路产业投资基金的介入,显得更为有气势。而合肥长鑫主要以合肥地方投资为主,从投资来看看似长江存储更有力度更有潜力一些。
不管时闪存还是内存,目前都被美国、韩国、日本等国外的几家主要企业所垄断,价格的涨跌几乎都已经被操纵,国内企业已经吃过不少这方面的苦。DRAM领域的三星、海力士、镁光,NAND领域有三星、东芝、新帝、海力士、镁光、英特尔等,包括其他芯片一起,国内企业每一年花在这上面购买资金高达3000多亿美金,并且一直往上攀升。
这两家企业携裹着大量投资进入该领域,但短时间之内要改变这种态势还很难,一个是技术实力落后,另一个是市场号召力极弱。目前与国外的技术距离差不多在三年左右,况且这两家的良品率和产能还并不高没有完全释放,在市场应用上的差距就更为悬殊。
从市场应用上来看,各种电子产品特别是手机及移动产品将会蓬勃发展,内存的应用地方相当多,甚至不可缺少,这带来极大的需求量。相对而言,闪存应用地方可能要稍稍窄小一点,但需求同样庞大。
国外三星、海力士等处于极强的强势地位,而合肥长鑫和长江存储要想从他们嘴里争夺是相当不容易的。不过有国内这个庞大的市场作后盾,相信这两家未来都有不错的前景,一旦发展起来被卡脖子的状况将会大为改观。
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理论上说长江存储潜力更大,技术水平距离三星更近。长鑫的话制程跟三星还有一些差距,另外gddr5和ddr5长鑫都还没影。
市场来说长鑫的dram内存价值更大。
但是不论nand还是dram存储市场都是需要巨额投入和多年坚持的,所以谁钱多谁潜力大。
合肥长鑫是国产芯片的代表企业,主要从事存储芯片行业中DRAM的研发、生产和销售。企业计划总投资超过 2200 亿元,目前已经建立了一支拥有自主研发实力、工作经验丰富的成建制国际化团队,员工总数超过 2700 人,核心技术人员超过 500。
长江存储成立于2016年7月,总部位于武汉,是一家专注于3D NAND闪存设计制造一体化的IDM集成电路企业。目前全球员工已超 6000 余人,其中资深研发工程师约 2200人,已宣布 128 层 TLC/QLC 两款产品研发成功,且进入加速扩产期,目前产能约 7.5 万片/月,拥有业界最高的IO速度,最高的存储密度和最高的单颗容量。
存储芯片行业属于技术密集型产业,中国存储芯片行业起步晚,缺乏技术经验累积。中国本土制造商长江存储、合肥长鑫仍在努力追赶。
谁先做出产品谁就有潜力,两家现在主要方向也不一样,一个nand一个dram,也得看技术和顶级玩家三星的差距
当然是长江存储更有潜力,长江存储有自主知识产权的3d堆叠工艺平台,是国家存储产业基地,长鑫买的外国专利授权,发展受到外国技术限制。长江存储可以依靠3d堆叠工艺平台轻松杀入dram领域,而长鑫却没有可能进入nand领域。
⑹ 推进半导体技术发展的五大趋势
过去几十年,全球半导体行业增长主要受台式机、笔记本电脑和无线通信产品等尖端电子设备的需求,以及基于云计算兴起的推动。这些增长将继续为高性能计算市场领域开发新应用程序。
首先,5G将让数据量呈指数级增长。我们需要越来越多的服务器来处理和存储这些数据。2020年Yole报告,这些服务器核心的高端CPU和GPU的复合年增长率有望达到29%。它们将支持大量的数据中心应用,比如超级计算和高性能计算服务。在云 游戏 和人工智能等新兴应用的推动下,GPU预计将实现更快增长。例如,2020年3月,互联网流量增长了近50%,法兰克福的商业互联网数据交换创下了数据吞吐量超过每秒9.1兆兆位的新世界纪录。
第二个主要驱动因素是移动SoC——智能手机芯片。这个细分市场增长虽然没有那么快, 但这些SoC在尺寸受限的芯片领域对更多功能的需求,将推动进一步技术创新。
除了逻辑、内存和3D互联的传统维度扩展之外,这些新兴应用程序将需要利用跨领域的创新。这需要在器件、块和SoC级别进行新模块、新材料和架构的改变,以实现在系统级别的效益。我们将这些创新归纳为半导体技术的五大发展趋势。
趋势一:摩尔定律还有用,将为半导体技术续命8到10年…
在接下来的8到10年里,CMOS晶体管的密度缩放将大致遵循摩尔定律。这将主要通过EUV模式和引入新器件架构来实现逻辑标准单元缩放。
在7nm技术节点上引入了极紫外(EUV)光刻,可在单个曝光步骤中对一些最关键的芯片结构进行了设计。在5nm技术节点之外(即关键线后端(BEOL)金属节距低于28-30nm时),多模式EUV光刻将不可避免地增加了晶圆成本。最终,我们希望高数值孔径(High-NA) EUV光刻技术能够用于行业1nm节点的最关键层上。这种技术将推动这些层中的一些多图案化回到单图案化,从而提供成本、产量和周期时间的优势。
Imec对随机缺陷的研究对EUV光刻技术的发展具有重要意义。随机打印故障是指随机的、非重复的、孤立的缺陷,如微桥、局部断线、触点丢失或合并。改善随机缺陷可使用低剂量照射,从而提高吞吐量和成本。
为了加速高NA EUV的引入,我们正在安装Attolab,它可以在高NA EUV工具面世之前测试一些关键的高NA EUV材料(如掩膜吸收层和电阻)。目前Attolab已经成功地完成了第一阶段安装,预计在未来几个月将出现高NA EUV曝光。
除了EUV光刻技术的进步之外,如果没有前沿线端(FEOL)设备架构的创新,摩尔定律就无法延续。如今,FinFET是主流晶体管架构,最先进的节点在6T标准单元中有2个鳍。然而,将鳍片长度缩小到5T标准单元会导致鳍片数量减少,标准单元中每个设备只有一个鳍片,导致设备的单位面积性能急剧下降。这里,垂直堆叠纳米薄片晶体管被认为是下一代设备,可以更有效地利用设备占用空间。另一个关键的除垢助推器是埋地动力轨(BPR)。埋在芯片的FEOL而不是BEOL,这些BPR将释放互连资源路由。
将纳米片缩放到2nm一代将受到n-to-p空间约束的限制。Imec设想将Forksheet作为下一代设备。通过用电介质墙定义n- p空间,轨道高度可以进一步缩放。与传统的HVH设计相反,另一个有助于提高路由效率的标准单元架构发展是针对金属线路的垂直-水平-垂直(VHV)设计。最终通过互补场效应晶体管(CFET)将标准cell缩小到4T,之后充分利用cell层面上的第三维度,互补场效应晶体管通过将n-场效应晶体管与p-场效应晶体管折叠。
趋势2: 在固定功率下,逻辑性能的提高会慢下来
有了上述的创新,我们期望晶体管密度能遵循摩尔所规划的路径。但是在固定电源下,节点到节点的性能改进——被称Dennard缩放比例定律,Dennard缩放比例定律(Dennard scaling)表明,随着晶体管变得越来越小,它们的功率密度保持不变,因此功率的使用与面积成比例;电压和电流的规模与长度成比例。
世界各地的研究人员都在寻找方法来弥补这种减速,并进一步提高芯片性能。上述埋地电力轨道预计将提供一个性能提高在系统水平由于改进的电力分配。此外,imec还着眼于在纳米片和叉片装置中加入应力,以及提高中线的接触电阻(MOL)。
二维材料如二硫化钨(WS2)在通道中有望提高性能,因为它们比Si或SiGe具有更强的栅长伸缩能力。其中基于2d的设备架构包括多个堆叠的薄片非常有前景,每个薄片被一个栅极堆叠包围并从侧面接触。模拟表明,这些器件在1nm节点或更大节点上比纳米片的性能更好。为了进一步改善这些器件的驱动电流,我们着重改善通道生长质量,在这些新材料中加入掺杂剂和提高接触电阻。我们试图通过将物理特性(如生长质量)与电气特性相关联来加快这些设备的学习周期。
除了FEOL, 走线拥挤和BEOL RC延迟,这些已经成为性能改善的重要瓶颈。为了提高通径电阻,我们正在研究使用Ru或Mo的混合金属化。我们预计半镶嵌(semi-damascene)金属化模块可同时改善紧密距金属层的电阻和电容。半镶嵌(semi-damascene) 可通过直接模式和使用气隙作为介电在线路之间(控制电容增加)
允许我们增加宽高比的金属线(以降低电阻)。同时,我们筛选了各种替代导体,如二元合金,它作为‘good old’ Cu的替代品,以进一步降低线路电阻。
趋势3:3D技术使更多的异构集成成为可能
在工业领域,通过利用2.5D或3D连接的异构集成来构建系统。这些有助于解决内存问题,可在受形状因素限制的系统中添加功能,或提高大型芯片系统的产量。随着逻辑PPAC(性能-区域-成本)的放缓,SoC 的智能功能分区可以提供另一个缩放旋钮。一个典型的例子是高带宽内存栈(HBM),它由堆叠的DRAM芯片组成,这些芯片通过短的interposer链路直接连接到处理器芯片,例如GPU或CPU。最典型的案例是Intel Lakefield CPU上的模对模堆叠, AMD 7nm Epyc CPU。在未来,我们希望看到更多这样的异构SOC,它是提高芯片性能的最佳桥梁。
在imec,我们通过利用我们在不同领域(如逻辑、内存、3D…)所进行的创新,在SoC级别带来了一些好处。为了将技术与系统级别性能联系起来,我们建立了一个名为S-EAT的框架(用于实现高级技术的系统基准测试)。这个框架可评估特定技术对系统级性能的影响。例如:我们能从缓存层次结构较低级别的片上内存的3D分区中获益吗?如果SRAM被磁存储器(MRAM)取代,在系统级会发生什么?
为了能够在缓存层次结构的这些更深层次上进行分区,我们需要一种高密度的晶片到晶片的堆叠技术。我们已经开发了700nm间距的晶圆-晶圆混合键合,相信在不久的将来,键合技术的进步将使500nm间距的键合成为可能。
通过3D集成技术实现异质集成。我们已经开发了一种基于sn的微突起互连方法,互连间距降低到7µm。这种高密度连接充分利用了透硅通孔技术的潜力,使>16x更高的三维互联密度在模具之间或模具与硅插接器之间成为可能。这样就大大降低了对HBM I/O接口的SoC区域需求(从6 mm2降至1 mm2),并可能将HBM内存栈的互连长度缩短至多1 mm。使用混合铜键合也可以将模具直接与硅结合。我们正在开发3µm间距的模具到晶圆的混合键合,它具有高公差和放置精度。
由于SoC变得越来越异质化,一个芯片上的不同功能(逻辑、内存、I/O接口、模拟…)不需要来自单一的CMOS技术。对不同的子系统采用不同的工艺技术来优化设计成本和产量可能更有利。这种演变也可以满足更多芯片的多样化和定制化需求。
趋势4:NAND和DRAM被推到极限;非易失性存储器正在兴起
内存芯片市场预测显示,2020年内存将与2019年持平——这一变化可能部分与COVID-19减缓有关。2021年后,这个市场有望再次开始增长。新兴非易失性存储器市场预计将以>50%的复合年增长率增长,主要受嵌入式磁随机存取存储器(MRAM)和独立相变存储器(PCM)的需求推动。
NAND存储将继续递增,在未来几年内可能不会出现颠覆性架构变化。当今最先进的NAND产品具有128层存储能力。由于晶片之间的结合,可能会产生更多的层,从而使3D扩展继续下去。Imec通过开发像钌这样的低电阻字线金属,研究备用存储介质堆,提高通道电流,并确定控制压力的方法来实现这一路线图。我们还专注于用更先进的FinFET器件取代NAND外围的平面逻辑晶体管。我们正在 探索 3D FeFET与新型纤锌矿材料,作为3D NAND替代高端存储应用。作为传统3D NAND的替代品,我们正在评估新型存储器的可行性。
对于DRAM,单元缩放速度减慢,EUV光刻可能需要改进图案。三星最近宣布EUV DRAM产品将用于10nm (1a)级。除了 探索 EUV光刻用于关键DRAM结构的模式,imec还为真正的3D DRAM解决方案提供了构建模块。
在嵌入式内存领域,我通过大量的努力来理解并最终拆除所谓的内存墙,CPU从DRAM或基于SRAM的缓存中访问数据的速度有多快?如何确保多个CPU核心访问共享缓存时的缓存一致性?限制速度的瓶颈是什么? 我们正在研究各种各样的磁随机存取存储器(MRAM),包括自旋转移转矩(STT)-MRAM,自旋轨道转矩(SOT)-MRAM和电压控制磁各向异性(VCMA)-MRAM),以潜在地取代一些传统的基于SRAM的L1、L2和L3缓存(图4)。每一种MRAM存储器都有其自身的优点和挑战,并可能通过提高速度、功耗和/或内存密度来帮助我们克服内存瓶颈。为了进一步提高密度,我们还在积极研究可与磁隧道结相结合的选择器,这些是MRAM的核心。
趋势5:边缘人工智能芯片行业崛起
边缘 AI预计在未来五年内将实现100%的增长。与基于云的人工智能不同,推理功能是嵌入在位于网络边缘的物联网端点(如手机和智能扬声器)上的。物联网设备与一个相对靠近边缘服务器进行无线通信。该服务器决定将哪些数据发送到云服务器(通常是时间敏感性较低的任务所需的数据,如重新培训),以及在边缘服务器上处理哪些数据。
与基于云的AI(数据需要从端点到云服务器来回移动)相比,边缘 AI更容易解决隐私问题。它还提供了响应速度和减少云服务器工作负载的优点。想象一下,一辆需要基于人工智能做出决定的自动 汽车 。由于需要非常迅速地做出决策,系统不能等待数据传输到服务器并返回。考虑到通常由电池供电的物联网设备施加的功率限制,这些物联网设备中的推理引擎也需要非常节能。
今天,商业上可用的边缘 AI芯片,加上快速GPU或ASIC,可达到1-100 Tops/W运算效率。对于物联网的实现,将需要更高的效率。Imec的目标是证明推理效率在10.000个Tops /W。
通过研究模拟内存计算架构,我们正在开发一种不同的方法。这种方法打破了传统的冯·诺伊曼计算模式,基于从内存发送数据到CPU(或GPU)进行计算。使用模拟内存计算,节省了来回移动数据的大量能量。2019年,我们演示了基于SRAM的模拟内存计算单元(内置22nm FD-SOI技术),实现了1000Tops/W的效率。为了进一步提高到10.000Tops/W,我们正在研究非易失性存储器,如SOT-MRAM, FeFET和基于IGZO(铟镓锌氧化物)的存储器。
⑺ 半导体产业深度报告:制造业巅峰,晶圆代工赛道持续繁荣
台积电开启晶圆代工时代,成为集成电路中最为重要的一个环节。 1987 年,台积电的成立开启了 晶圆代工时代,尤其在得到了英特尔的认证以后,晶圆代工被更多的半导体厂商所接受。晶圆代工 打破了 IDM 单一模式,成就了晶圆代工+IC 设计模式。目前,半导体行业垂直分工成为了主流, 新进入者大多数拥抱 fabless 模式,部分 IDM 厂商也在逐渐走向 fabless 或者 fablite 模式。
全球晶圆代工市场一直呈现快速增长,未来有望持续 。晶圆代工+IC 设计成为行业趋势以后,受益 互联网、移动互联网时代产品的强劲需求,整个行业一直保持快速增长,以台积电为例,其营业收 入从 1991 年的 1.7 亿美元增长到 2019 年的 346 亿美元,1991-2019 年,CAGR 为 21%。2019 年全球晶圆代工市场达到了 627 亿美元,占全球半导体市场约 15%。未来进入物联网时代,在 5G、 人工智能、大数据强劲需求下,晶圆代工行业有望保持持续快速增长。
晶圆代工行业现状:行业呈现寡头集中。 晶圆代工是制造业的颠覆,呈现资金壁垒高、技术难度大、 技术迭代快等特点,也因此导致了行业呈现寡头集中,其中台积电是晶圆代工行业绝对的领导者, 营收占比超过 50%,CR5 约为 90%。
晶圆代工行业资金壁垒高。 晶圆代工厂的资本性支出巨大,并且随着制程的提升,代工厂的资本支 出中枢不断提升。台积电资本支出从 11 年的 443 亿元增长到 19 年的 1094 亿元,CAGR 为 12%。 中芯国际资本性支出从 11 年的 30 亿元增长到了 19 年的 131 亿元,CAGR 为 20%,并且随着 14 nm 及 N+1 制程的推进,公司将显着增加 2020 年资本性支出,计划为 455 亿元。巨额投资将众多 追赶者挡在门外,新进入者难度极大。
随着制程提升,晶圆代工难度显着提升。 随着代工制程的提升,晶体管工艺、光刻、沉积、刻蚀、 检测、封装等技术需要全面创新,以此来支撑芯片性能天花板获得突破。
晶体管工艺持续创新。 传统的晶体管工艺为 bulk Si,也称为体硅平面结构(Planar FET)。 随着 MOS 管的尺寸不断的变小,即沟道的不断变小,会出现各种问题,如栅极漏电、泄漏功 率大等诸多问题,原先的结构开始力不从心,因此改进型的 SOI MOS 出现,与传统 MOS 结 构主要区别在于:SOI 器件具有掩埋氧化层,通常为 SiO2,其将基体与衬底隔离。由于氧化 层的存在,消除了远离栅极的泄漏路径,这可以降低功耗。随着制程持续提升,常规的二氧 化硅氧化层厚度变得极薄,例如在 65nm 工艺的晶体管中的二氧化硅层已经缩小仅有 5 个氧 原子的厚度了。二氧化硅层很难再进一步缩小了,否则产生的漏电流会让晶体管无法正常工 作。因此在 28nm 工艺中,高介电常数(K)的介电材料被引入代替了二氧化硅氧化层(又称 HKMG 技术)。随着设备尺寸的缩小,在较低的技术节点,例如 22nm 的,短沟道效应开始 变得更明显,降低了器件的性能。为了克服这个问题,FinFET 就此横空出世。FinFET 结构 结构提供了改进的电气控制的通道传导,能降低漏电流并克服一些短沟道效应。目前先进制 程都是采用 FinFET 结构。
制程提升,需要更精细的芯片,光刻机性能持续提升。 负责“雕刻”电路图案的核心制造设备是光刻机,它是芯片制造阶段最核心的设备之一,光刻机的精度决定了制程的精度。第四 代深紫外光刻机分为步进扫描投影光刻机和浸没式步进扫描投影光刻机,其中前者能实现最 小 130-65nm 工艺节点芯片的生产,后者能实现最小 45-22nm 工艺节点芯片的生产。通过多 次曝光刻蚀,浸没式步进扫描投影光刻机能实现 22/16/14/10nm 芯片制作。到了 7/5nm 工艺, DUV 光刻机已经较难实现生产,需要更为先进的 EUV 光刻机。EUV 生产难度极大,零部件 高达 10 万多个,全球仅 ASML 一家具备生产能力。目前 EUV 光刻机产量有限而且价格昂 贵,2019 年全年,ASML EUV 销量仅为 26 台,单台 EUV 售价高达 1.2 亿美元。
晶圆代工技术迭代快,利于头部代工厂。 芯片制程进入 90nm 节点以后,技术迭代变快,新的制程 几乎每两到三年就会出现。先进制程不但需要持续的研发投入,也需要持续的巨额资本性支出,而 且新投入的设备折旧很快,以台积电为例,新设备折旧年限为 5 年,5 年以后设备折旧完成,生产 成本会大幅度下降,头部厂商完成折旧以后会迅速降低代工价格,后进入者难以盈利。
2.1摩尔定律延续,技术难度与资本投入显着提升
追寻摩尔定律能让消费者享受更便宜的 算 力,晶圆代工是推动摩尔定律最重要的环节。 1965 年, 英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔提出,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目, 约每隔 18-24 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,这也是全球电子产品整体性能不断进化的核 心驱动力,以上定律就是着名的摩尔定律。换而言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔 18- 24 个月翻一倍以上。推动摩尔定律的核心内容是发展更先进的制程,而晶圆代工是其中最重要的 环节。
摩尔定律仍在延续。 市场上一直有关于摩尔定律失效的顾虑,但是随着 45nm、28nm、10nm 持续 的推出,摩尔定律仍然保持着延续。台积电在 2018 年推出 7nm 先进工艺,2020 年开始量产 5nm, 并持续推进 3nm 的研究,预计 2022 年量产 3nm 工艺。IMEC 更是规划到了 1nm 的节点。此外, 美国国防高级研究计划局进一步提出了先进封装、存算一体、软件定义硬件处理器三个未来发展研 究与发展方向,以此来超越摩尔定律。在现在的时间点上来看,摩尔定律仍然在维持,但进一步提 升推动摩尔定律难度会显着提升。
先进制程资本性投入进一步飙升 。根据 IBS 的统计,先进制程资本性支出会显着提升。以 5nm 节 点为例,其投资成本高达数百亿美金,是 14nm 的两倍,是 28nm 的四倍。为了建设 5nm 产线, 2020 年,台积电计划全年资本性将达到 150-160 亿美元。先进制程不仅需要巨额的建设成本,而 且也提高了设计企业的门槛,根据 IBS 的预测,3nm 设计成本将会高达 5-15 亿美元。
3nm 及以下制程需要采用全新的晶体管工艺。 FinFET 已经历 16nm/14nm 和 10nm/7nm 两个工艺 世代,随着深宽比不断拉高,FinFET 逼近物理极限,为了制造出密度更高的芯片,环绕式栅极晶 体管(GAAFET,Gate-All-Ground FET)成为新的技术选择。不同于 FinFET,GAAFET 的沟道被 栅极四面包围,沟道电流比三面包裹的 FinFET 更加顺畅,能进一步改善对电流的控制,从而优化 栅极长度的微缩。三星、台积电、英特尔均引入 GAA 技术的研究,其中三星已经先一步将 GAA 用 于 3nm 芯片。如果制程到了 2nm 甚至 1nm 时,GAA 结构也许也会失效,需要更为先进的 2 维 、 甚至 3 维立体结构,目前微电子研究中心(Imec)正在开发面向 2nm 的 forksheet FET 结构。
3nm 及以下制程,光刻机也需要升级。 面向 3nm 及更先进的工艺,芯片制造商或将需要一种称为 高数值孔径 EUV(high-NA EUV)的光刻新技术。根据 ASML 年报,公司正在研发的下一代极紫 外光刻机将采用 high-NA 技术,有更高的数值孔径、分辨率和覆盖能力,较当前的 EUV 光刻机将 提高 70%。ASML 预测高数值孔径 EUV 将在 2022 年以后量产。
除上面提到巨额资本与技术难题以外,先进制程对沉积与刻蚀、检测、封装等环节也均有更高的要 求。正是因为面临巨大的资本和技术挑战,目前全球仅有台积电、三星、intel 在进一步追求摩尔定 律,中芯国际在持续追赶,而像联电、格罗方德等晶圆代工厂商已经放弃了 10nm 及以下制程工艺 的研发,全面转向特色工艺的研究与开发。先进制程的进一步推荐节奏将会放缓,为中芯国际追赶 创造了机会。
2.2先进制程占比持续提升,成熟工艺市场不断增长
高性能芯片需求旺盛,先进制程占比有望持续提升。 移动终端产品、高性能计算、 汽车 电子和通信 及物联网应用对算力的要求不断提升,要求更为先进的芯片,同时随着数据处理量的增加,存储芯 片的制程也在不断升级,先进制程的芯片占比有望持续提升。根据 ASML2018 年底的预测,到 2025 年,12 寸晶圆的先进制程占比有望达到 2/3。2019 年中,台积电 16nm 以上和以下制程分别占比 50%,根据公司预计,到 2020 年,16nm 及以下制程有望达到 55%。
CPU、逻辑 IC、存储器等一般采用先进制程(12 英寸),而功率分立器件、MEMS、模拟、CIS、 射频、电源芯片等产品(从 6μm 到 40nm 不等)则更多的采用成熟工艺(8 寸片)。 汽车 、移动 终端及可穿戴设备中超过 70%的芯片是在不大于 8 英寸的晶圆上制作完成。相比 12 寸晶圆产线,8 寸晶圆制造厂具备达到成本效益生产量要求较低的优势,因此 8 寸晶圆和 12 寸晶圆能够实现优 势互补、长期共存。
受益于物联网、 汽车 电子的快速发展,MCU、电源管理 IC、MOSFET、ToF、传感器 IC、射频芯 片等需求持续快速增长。 社会 已经从移动互联网时代进入了物联网时代,移动互联网时代联网设备 主要是以手机为主,联网设备数量级在 40 亿左右,物联网时代,设备联网数量将会成倍增加,高 通预计到 2020 年联网 设备数量有望达到 250 亿以上。飙升的物联网设备需要需要大量的成熟工艺 制程的芯片。以电源管理芯片为例,根据台积电年报数据,公司高压及电源管理晶片出货量从 2014 年的 1800 万片(8 寸)增长到 2019 年的 2900 万片,CAGR 为 10%。根据 IHS 的预测,成熟晶 圆代工市场规模有望从 2020 年的 372 亿美元增长到 2025 年的 415 亿美元。
特色工艺前景依旧广阔,主要代工厂积极布局特色工艺。 巨大的物联网市场前景,吸引了众多 IC 设计公司开发新产品。晶圆代工企业也瞄准了物联网的巨大商机,频频推出新技术,配合设计公司 更快、更好地推出新一代芯片,助力物联网产业高速发展。台积电和三星不仅在先进工艺方面领先布局,在特色工艺方面也深入布局,例如台积电在图像传感器领域、三星在存储芯片领域都深入布 局。联电、格罗方德、中芯国际、华虹半导体等代工厂也全面布局各自的特色工艺,在射频、 汽车 电子、IOT 等领域,形成了各自的特色。
5G 时代终端应用数据量爆炸式提升增加了对半导体芯片的需求,晶圆代工赛道持续繁荣。 随着对 于 5G 通信网络的建设不断推进,不仅带动数据量的爆炸式提升,要求芯片对数据的采集、处理、 存 储 效率更高,而且也催生了诸多 4G 时代难以实现的终端应用,如物联网、车联网等,增加了终 端对芯片的需求范围。对于芯片需求的增长将使得下游的晶圆代工赛道收益,未来市场前景极其广 阔。根据 IHS 预测,晶圆代工市场规模有望从 2020 年的 584 亿美元,增长到 2025 年的 857 亿美 元,CAGR 为 8%。
3.15G 推动手机芯片需求量上涨
5G 手机渗透率快速提升。手机已经进入存量时代,主要以换机为主。2019 年全球智能手机出货量 为 13.7 亿部,2020 年受疫情影响,IDC 等预测手机总体出货量为 12.5 亿台,后续随着疫情的恢 复以及 5G 产业链的成熟,5G 手机有望快速渗透并带动整个手机出货。根据 IDC 等机构预测,5G 手机出货量有望从 2020 年的 1.83 增长到 2024 年的 11.63 亿台,CAGR 为 59%。
5G 手机 SOC、存储和图像传感器全面升级,晶圆代工行业充分受益。 消费者对手机的要求越来越 高,需要更清晰的拍照功能、更好的 游戏 体验、多任务处理等等,因此手机 SOC 性能、存储性能、 图像传感器性能全面提升。目前旗舰机的芯片都已经达到了 7nm 制程,随着台积电下半年 5 nm 产 能的释放,手机 SOC 有望进入 5nm 时代。照片精度的提高,王者荣耀、吃鸡等大型手游和 VLOG 视频等内容的盛行,对手机闪存容量和速度也提出了更高的要求,LPDDR5 在 2020 年初已经正式 亮相小米 10 系列和三星 S20 系列,相较于上一代的 LPDDR4,新的 LPDDR5 标准将其 I/O 速 度从 3200MT/s 提升到 6400MT/s,理论上每秒可以传输 51.2GB 的数据。相机创新是消费者更 换新机的主要动力之一,近些年来相机创新一直在快速迭代,一方面,多摄弥补了单一相机功能不 足的缺点,另一方面,主摄像素提升带给消费者更多的高清瞬间,这两个方向的创新对晶圆及代工 的需求都显着提升。5G 时代,手机芯片晶圆代工市场将会迎来量价齐升。
5G 手机信号频段增加,射频前端芯片市场有望持续快速增长。射频前端担任信号的收发工作,包 括低噪放大器、功率放大器、滤波器、双工器、开关等。相较于 4G 频段,5G 的频段增加了中高 频的 Sub-6 频段,以及未来的更高频的毫米波频段。根据 yole 预测,射频前端市场有望从 2018 年 的 149 亿美元,增长到 2023 年的 313 亿美元,CAGR 为 16%。
3.2云计算前景广阔,服务器有望迎来快速增长
2020 年是国内 5G 大规模落地元年,有望带来更多数据流量需求 。据中国信通院在 2019 年 12 月 份发布的报告,2020 年中国 5G 用户将从去年的 446 万增长到 1 亿人,到 2024 年我国 5G 用户 渗透率将达到 45%,人数将超过 7.7 亿人,全球将达到 12 亿人,5G 用户数的高增长带来流量的 更高增长。
5G 时代来临,云计算产业前景广阔。 进入 5G 时代,IoT 设备数量将快速增加,同时应用的在线 使用需求和访问流量将快速爆发,这将进一步推动云计算产业规模的增长。根据前瞻产业研究院的 报告,2018 年中国云计算产业规模达到了 963 亿元,到 2024 年有望增长到 4445 亿元,CAGR 为 29%,产业前景广阔。
边缘计算是云计算的重要补充,迎来新一轮发展高潮。 根据赛迪顾问的数据,2018 年全球边缘计 算市场规模达到 51.4 亿美元,同比增长率 57.7%,预计未来年均复合增长率将超过 50%。而中国 边缘计算市场规模在 2018 年达到了 77.4 亿元,并且 2018-2021 将保持 61%的年复合增长率,到 2021 年达到 325.3 亿元。
服务器大成长周期确定性强。 服务器短期拐点已现,受益在线办公和在线教育需求旺盛,2020 年 服务器需求有望维持快速增长。长期来看,受益于 5G、云计算、边缘计算强劲需求,服务器销量 有望保持持续高增长。根据 IDC 预测,2024 年全球服务器销量有望达到 1938 万台,19-24 年, CAGR 为 13%。
服务器半导体需求持续有望迎来快速增长,晶圆代工充分受益。 随着服务器数量和性能的提升,服 务器逻辑芯片、存储芯片对晶圆的需求有望快速增长,根据 Sumco 的预测,服务器对 12 寸晶圆 需求有望从 2019 年的 80 万片/月,增长到 2024 年的 158 万片/月,19-24 年 CAGR 为 8%。晶圆 代工市场有望充分受益服务器芯片量价齐升。
3.3三大趋势推动 汽车 半导体价值量提升
传统内燃机主要价值量主要集中在其动力系统。 而随着人们对于 汽车 出行便捷性、信息化的要求逐 渐提高, 汽车 逐步走向电动化、智能化、网联化,这将促使微处理器、存储器、功率器件、传感器、 车载摄像头、雷达等更为广泛的用于 汽车 发动机控制、底盘控制、电池控制、车身控制、导航及车 载 娱乐 系统中, 汽车 半导体产品的用量显着增加。
车用半导体有望迎来加速增长。 根据 IHS 的报告,车用半导体销售额 2019 年为 410 亿美元,13- 19 年 CAGR 为 8%。随着 汽车 加速电动化、智能化、网联化,车用芯片市场规模有望迎来加速, 根据 Gartner 的数据,全球 汽车 半导体市场 2019 年销售规模达 410.13 亿美元,预计 2022 年有望 达到 651 亿美元,占全球半导体市场规模的比例有望达到 12%,并成为半导体下游应用领域中增 速最快的部分。
自动驾驶芯片要求高,有望进一步拉动先进制程需求。 自动驾驶是通过雷达、摄像头等将采集车辆 周边的信息,然后通过自动驾驶芯片处理数据并给出反馈,以此降低交通事故的发生率、提高城市 中的运载效率并降低驾驶员的驾驶强度。自动驾驶要求多传感器之间能够及时、高效地传递信息, 并同时完成路线规划和决策,因此需要完成大量的数据运算和处理工作。随着自动驾驶级别的上升, 对于芯片算力的要求也越高,产生的半导体需求和价值量也随之水涨船高。英伟达自动驾驶芯片随 着自动驾驶级别的提升,芯片制程也显着提升,最早 Drive PX 采用的是 20nm 工艺,而最新 2019 年发布的 Drive AGX Orin 将会采用三星 8nm 工艺。根据英飞凌的预测,自动驾驶给 汽车 所需要的 半导体价值带来相当可观的增量,一辆车如果实现 Level2 自动驾驶,半导体价值增量就将达到 160 美元,若自动驾驶级别达到 level4&5,增量将会达到 970 美元。
3.4IoT 快速增长,芯片类型多
随着行业标准完善、技术不断进步、政策的扶持,全球物联网市场有望迎来爆发性增长。GSMA 预 测,中国 IOT 设备联网数将会从 2019 年的 36 亿台, 增到 到 2025 年的 80 亿台,19-25 年 CAGR 为 17.3%。根据全球第二大市场研究机构 MarketsandMarkets 的报告,2018 年全球 IoT 市场规模 为 795 亿美元,预计到 2023 年将增长到 2196 亿美元,18-23 年 CAGR 为 22.5%。
物联网的发展需要大量芯片支撑,半导体市场规模有望迎来进一步增长 。物联网感知层的核心部件 是传感器系统,产品需要从现实世界中采集图像、温度、声音等多种信息,以实现对于所处场景的 智能分析。感知需要向设备中植入大量的 MEMS 芯片,例如麦克风、陀螺仪、加速度计等;设备 互通互联需要大量的通信芯片,包括蓝牙、WIFI、蜂窝网等;物联网时代终端数量和数据传输通道 数量大幅增加,安全性成为最重要的需求之一,为了避免产品受到恶意攻击,需要各种类型的安全 芯片作支持;同时,身份识别能够保障信息不被盗用,催生了对于虹膜识别和指纹识别芯片的需求; 作为物联网终端的总控制点,MCU 芯片更是至关重要,根据 IC Insights 的预测,2018 年 MCU 市 场规模增长 11%,预计未来四年内 CAGR 达 7.2%,到 2022 年将超过 240 亿美元。
4.1 国内 IC 设计企业快速增长,代工需求进一步放量
国内集成电路需求旺盛,有望持续维持快速增长。 国内集成电路市场需求旺盛,从 2013 年的 820 亿美元快速增长到 2018 年的 1550 亿美元,CAGR 为 13.6%,IC insight 预测,到 2023 年,中国 集成电路市场需求有望达到 2290 亿美元,CAGR 为 8%。但是同时,国内集成电路自给率也严重 不足,2018 年仅为 15%,IC insight 在 2019 年预测,到 2023 年,国内集成电路自给率为 20%。
需求驱动,国内 IC 设计快速成长。 在市场巨大的需求驱动下,国内 IC 设计企业数量快速增加,尤 其近几年,在国内政策的鼓励下,以及中美贸易摩擦大的背景下,IC 设计企业数量加速增加,2019 年底,国内 IC 设计企业数量已经达到了 1780 家,2010-2019 年,CAGR 为 13%。根据中芯国际 的数据,国内 IC 设计公司营收 2020 年有望达到 480 亿美元,2011-2020 年 CAGR 为 24%,远 高于同期国际 4%的复合增长率。
国内已逐步形成头部 IC 设计企业。 根据中国半导体行业协会的统计,2019 年营收前十的入围门槛 从 30 亿元大幅上升到 48 亿元,这十大企业的增速也同样十分惊人,达到 47%。国内 IC 企业逐步 做大做强,部分领域已经形成了一些头部企业:手机 SoC 芯片领域有华为海思、中兴微电子深度 布局;图像传感领域韦尔豪威大放异彩;汇顶 科技 于 2019 年引爆了光学屏下指纹市场;卓胜微、 澜起 科技 分别在射频开关和内存接口领域取得全球领先。IC 设计企业快速成长有望保持对晶圆代 工的强劲需求。
晶圆代工自给率不足。 中国是全球最大的半导体需求市场,根据中芯国际的预测,2020 年中国对 半导体产品的需求为 2130 亿美元,占全球总市场份额为 49%,但是与之相比的是晶圆代工市场份 额严重不足,根据拓墣研究的数据,2020Q2,中芯国际和华虹半导体份额加起来才 6%,晶圆代 工自给率严重不足,尤其考虑到中国 IC 设计企业数量快速增长,未来的需求有望持续增长,而且, 美国对华为等企业的禁令,更是让我们意识到了提升本土晶圆代工技术和产能的重要性。
4.2政策与融资支持,中国晶圆代工企业迎来良机(略)
晶圆代工需求不断增长,但国内自给严重不足,受益需求与国内政策双重驱动,国内晶圆代工迎来 良机。建议关注:国内晶圆代工龙头,突破先进制程瓶颈的中芯国际-U、特色化晶 圆代工与功率半导体 IDM 双翼发展的华润微华润微、坚持特色工艺,盈利能力强的华虹半导体华虹半导体。
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(报告观点属于原作者,仅供参考。作者:东方证券,蒯剑、马天翼)
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⑻ 半导体原材料拥有哪些特点与发展前景eimkt
半导体晶圆行业的产业链上游企业为中游制造厂商提供生产所需的一切原材料、设备以及线路设计,中游企业负责半导体晶圆的加工制造和封装测试,下游则涉及产品的最终应用。
——全球晶圆整体保持稳定
受终端半导体市场需求上行影响,半导体晶圆制造产能也随之提升,根据IC Insight数据,2018年全球晶圆产能为1945万片/月,预计到2022年全球晶圆产能将上升至2391万片/月,较2018年增长22.93%,年复合增长率为5.3%。
根据IC Insight统计数据,2018年中国晶圆产能243万片/月(等效于8寸晶圆),中国大陆晶圆产能占全球晶圆产能12.5%。根据IC Insight对未来产能扩张预测,随着半导体制造硅晶圆产能持续向中国转移,2022年中国大陆晶圆厂产能将达410万片/月,占全球产能17.15%。2018-2022年中国硅晶圆产能的年均复合增长率达14%,远高于全球产能年均复合增长率5.3%。
——更多数据参考前瞻产业研究院发布的《半导体硅片、外延片行业市场前景预测与投资战略规划分析报告》
⑼ 工信部回应芯片行业缺货潮,芯片行业未来发展前景如何
总的来看,当前我国芯片产业,一方面具备比较优势的中游制造环节已出现了较好的发展态势;另一方面国内芯片产业依然还是处于发展初期,关键领域芯片的自给率仍然较低。分析人士表示,以芯片产业为代表的新兴产业,其涌现具有划时代的意义,它不仅是中国及世界经济转型发展的风向标,也是新兴产业崛起的一次契机。随着我国芯片产业的持续发展及利好政策的陆续出台,该领域已开始受到资含亩本市场的关注。
国家信息安全大战略造安全芯片大市场:芯片作为信息产业的核心,其重要性不言而喻。但是长久以来中国的芯片市场被国外企业垄断,即使在政谈者森务、金融、民政、公安这样的关键领域,我们也广泛使用外国芯片,信息安全隐患巨大。“菱镜门亊件”更是将这种隐患表现的淋漓尽致 。
芯片设计位于半导体产业的最上游,是半导体产业最核心的基础,拥有极高的技术壁垒,需要大量的人力、物力投入,需要较长时间的技术积累和经验沉淀。目前,国内企业在 CPU 等关键领域与国外企业仍有较大的技术差距,短时间内实现赶超具有很大难度。但从近几年的产业发展来看,技术差距正在逐步缩小。同时,在国家大力倡导发展半导体的背景下,逐步实现芯片国产化可期。
⑽ 存储芯片与晶圆的前途
目前市场上存在着的芯片会被分为不同的功能,很多手机都有性价比特别高的处理器,我们经常将其称之为手机智能芯片。除此之外,还有一种芯尘数激片也关乎智能设备的发展,那就是存储芯片。每当消费者购买新款手机,他们首先查看的是手机的各项配置,尤其是手机的内部存储和虚拟存储。
曾经,西方国家和日韩等国掌握着先进的存储芯片制造技术和研发技术,我国受制于外国,很难实现技术突破。现如今,合肥长鑫公司拥有重大突破派袜,有望每月生产12万晶圆,真正体现中国企业的实力。
西方国家的存储芯片优势十分明显
上个世纪初,多个国家的工业化发展进入了关键阶段,尤其是以英美为首的多个国家。随着时间的流逝,这些国家已经达到了高度工业化的目标。一直以来,老美的工业化发展十分迅速,尤其是在半导体领域的优势十分明显。
截至目前,尽管多个国家已经制定了发展半导体产业的目标,但是以老美为首的西方国家却掌握着先进的生产技术,并且牢牢守住技术研发门槛。21世纪以来,日本和韩国在半导体行业的发展变得尤为迅速,尤其是以韩国三星为首的多家日韩企业。
近年来,我国大力扶持芯片行业,无论是取决于性能的智能芯片,还是担负着存储功能的智能芯片,这些芯片都和智能设备的各项功能存在着直接的联系。为了进一步发展芯片行业,我国多个地区的相关部门给予众多企业适当的扶持政策和有利条件。如此一来,众多企业顺利而生,尤其是长江存储以及合肥长鑫。这两家公司在存储芯片领域都有所收获,尤其后者实力不容小觑。
合肥长鑫公司顺势而起
合肥长鑫集成电路基地的总投资金额超过了2200亿元,直到2019年9月份,该公司正式宣布完成8 GB DDR4的芯片研发和生产,不仅将要制造出超低损耗的LPDDR5 DRAM产品,还要面向中高端市场,生产出全新的存储芯片。
2021年,内存芯片和智能芯片同等重要,DRAM芯片同样可以为智能设备带来更多的存储空间,从而提升智能设备的存储能力。合肥长鑫公司的DRAM产能已达到六万晶圆,根据官方公布的信息以及外界推测的结果,2022年,该公司月产晶圆将实现翻倍。
合肥长鑫公司一直处于稳定发展的状态,为了进一步提高公司的生产能力,该公司吸引了大量的优质人才,逐步提高公司的产能。2020年,该公司在存储芯片的产能只能达到每个月4.5万晶圆,2021年,该公司的月产晶圆数量增加了1.5万片。随着产能的不断提升,该公司逐渐与多个智能设备生产公司达成合作事宜,从而顺利地完成毕扮存储芯片的销售,最终该公司的目标产能保持在每月30万片晶圆左右。
2021年,全球各大公司每月晶圆生产量达到了150万片,三星产能占据了33%,紧随其后的是sk海力士,该公司的产能为36万片晶圆。美光科技宣布解散上海实验室,并为四十多位核心员工提供移民服务,该公司的晶圆产量十分可观,达到了每月33.5万片。按照合肥长鑫公司的初步计划,该公司顺利完成每月产能时,将会排在全球第四。
总结
我国存储芯片企业虽然面临着众多的挑战和研发难题,但相关部门给予众多企业更好的发展环境,从而使得多个企业在相关领域的优势变得越来越突出。这不仅体现了中国存储芯片行业的发展,还能够体现出科技公司正在不断地进行技术研发,这对我国来说无疑是一件幸事。