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美国欲切断华为芯片供应链,国产替代十分紧迫

2020-05-19 17:16
中国传动网
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现阶段,在半导体制造上,要完全避开美国的半导体设备难于登天。根据VLSIResearch的统计数据显示,2018年全球半导体设备系统及服务销售额为811亿美元,前五大设备厂商当中,美国就占了两家,其中美国应用材料公司以17.27%市场份额排名第一,美国泛林半导体以13.4%的市场份额排名第四。两家合计占了全球31.12%的市场份额。

光刻机是生产芯片的核心设备,高精度的IC芯片光刻机长期由ASML、尼康和佳能三大巨头垄断,几乎占据了全球99%的光刻机市场份额。近三年,尼康和佳能在高端光刻机市场的优势日益减弱,ASML光刻机占据了全球80%的市场份额,市场地位极其稳固。ASML所生产的光刻机的核心部件——光源和计量设备分别来自美国企业Cymer、Keysight。

国内唯一一家研发、生产以及销售高端光刻机的企业是上海微电子装备(集团)股份有限公司。上海微电子能实现量产、性能最好的光刻机是90nm光刻机,正在攻克45nm的工艺技术,而ASML公司的光刻机已经在向7nm、5nm迈进,与全球巨头相比,其在制程上的差距非常大。

《瓦森纳协定》限制光刻机对华出口

此外,中国想购买光刻机也并不容易。1996年,以美国为首的33个国西方国家签署了《瓦森纳协定》,又称"瓦森纳安排机制",限制了成员国的高精尖技术和产品向中国出口。ASML研发的最新光刻机之一,NXT2000i,是进行7nm乃至于未来5nm制程的最佳利器,单台售价达到上亿美元。但国内迟迟买不到,就是受到荷兰在设备、技术出口管制方面的限制。

因为受《瓦森纳协定》的影响,国内芯片生产企业一直发展得很艰难,无法获取到最先进的光刻机设备。没有先进的光刻机设备,就无法与IC设计厂商、晶圆体代工厂直接进行技术交流、改进工艺,无法形成一条完整的产业链,拥有完整的半导体生态。

美国等西方国家对华出口管制,使得中国半导体设备制造业同国际先进水平还有2-3代的差距,落后国际先进水平10年左右。半导体产业的问题,只是中国参与全球生产体系时,由于以美国为首的西方国家对华出口管制而出现困境的一个缩影。在计算机、航天、芯片研究与制造等诸多产业同样面临这样的问题。

台积电、中芯国际两大代工厂各有其难

刚开始,美方制定了“对在其境外生产、使用其技术原产值占比高于25%的产品,限制向华为出口”的规定,对华为芯片的最大代工厂----台积电并没有影响,因为其生产过程中使用到美方相关技术低于25%。在传言比例降低至10%时,还有人在暗自庆幸,台积电在7nm、5nm的工艺上,源于美国的技术占比要低于10%,不存在被“断供”的风险。而现在新规执行后,台积电或将无法为华为生产。

中芯国际是华为在大陆最大的芯片代工厂,也是国内企业中,唯一能够提供14纳米制程的晶圆代工企业。华为已经将14nm芯片的生产由台积电转移给中芯国际,但华为还有大量的5nm、7nm的手机芯片或5G基带芯片需求,中芯国际还实现不了7nm芯片的制程工艺。与台积电、三星等国际大型企业的实力相比,中芯国际仍存在明显的技术差距。

一旦无法在台积电下单,而中芯国际技术和产能爬坡仍需一定时间,则华为大量自研的芯片将无法实现量产和应用,因此成为本次美国制裁政策的切入点。

华为供应链国产替代非常紧迫

美国对华为芯片限制升级,将加速半导体软件、设备和材料的国产化。因此有人认为,华为供应链国产替代是国内半导体产业链十年难得的大机遇。目前来看,国内企业是否有能力接住这个天降而来的机遇才是关键问题。

就目前来看,华为供应链完全实现国产替代非常难。过去一年,华为在IC设计端已基本实现自研替代或非美供应商切换,但在制造端仍高度依赖台积电,且上游半导体设备、EDA软件仍被美国厂商垄断。

在EDA软件方面,目前IC设计的EDA工具仍基本由Cadence、Synopsys、Mentor三家美国公司垄断,并且三家的IP各有所长,一线芯片设计企业一般都三家的软件一起用,短期内难以完全替代。

在半导体设备方面,目前国内在刻蚀机、PVD、CVD、清洗机、氧化/退火设备等方面已经可以进行一些国产替代,但在在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、清洗、检测等关键工艺方面,应用材料、泛林集团和KLA三大美国半导体设备制造商控制着全球约40%的市场,短期内难以完全避开美国半导体设备。

以光刻机来说,其研发的技术门槛和资金门槛非常高,正是因为如此,能生产高端光刻机的厂商非常少。目前,最先进的7-14nm光刻机仅剩下ASML能生产,日本佳能和尼康早已经基本放弃EUV光刻机的研发。仅是研发的费用就耗资巨大。ASML在研发7nm制程芯片的光刻机时就因投入过大一度想放弃。

制程工艺上,台积电在2018年最早实现了7nm 制程的突破并量产,台积电计划于2020年投产5nm技术,而2022年投产3nm技术。紧随其后的是三星,在台积电之后也成功实现了7nm 制程的量产,目前,留给中国企业的时间并不多。

中芯国际定制的那台7nm紫外光刻机迟迟未到,目前正研发”N+1“工艺”来达到7nm的技术标准,该芯片将会在今年的年底投入量产使用。


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