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中國芯片現狀全方位解析:光刻機差距大,但封測領域走在世界前列

發布時間:2021.06.21 15:13 瀏覽次數:172 文章來源:騰訊網
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在整個半導體產業鏈中,EDA、制造、和關鍵設備如光刻機和世界先進水平差距較大;設計方面,移動處理器與國際先進水平差距較小,桌面CPU,GPU等與國際差距明顯,部分細分領域也較為落后。封測領域走在世界前列。

存儲芯片的設計和制造也比較薄弱,但也不乏亮點,模擬芯片國內發展的相對成熟,國產替代化正在加速!

EDA(Electronic Design Automation)

EDA領域三大巨頭,Synopsys、Cadence 和西門子旗下的 Mentor Graphics ,占了全球65%左右的份額,而在國內這三家的份額更是占到了95%以上,可以說處于絕對的壟斷地位。 吉林市網站建設 全球市場占有率

Synopsys(新思科技)

成立于1986年,總部位于美國硅谷,是全球排名第一的電子設計自動化(EDA) 解決方案提供商。2018年,新思科技在EDA行業市場占有率在32.1%左右。

Synopsys的EDA軟件覆蓋了IC的整個流程,并且性能非常強大。 吉林市網站建設 來源:新思官網

Cadence(楷登電子,也譯作鏗騰電子)

在1988年由SDA與ECAD兩家公司合并而成,總部位于美國加州圣何塞(San Jose)。Cadence產品涵蓋了電子設計的整個流程,包括系統級設計、功能驗證、集成電路綜合及布局布線、IC物理驗證、模擬混合信號及射頻集成電路設計、全定制集成電路設計、PCCE設計和硬件仿真建模等。2018年Cadence在EDA全球占有率大概為22%

Mentor Graphics(明導國際,西門子旗下)

Mentor是全球著名的EDA工具廠商,提供芯片與系統開發所需的各種設計、仿真與制造工具,與Synopsys和Cadence并稱全球三大EDA公司。其2015年營收在12億美元左右,營運利潤約為20.2%,現在全球有5700名員工。

Mentor 除EDA工具外,還具備非常多助力汽車電子廠商的產品,包括嵌入式軟件等。Mentor 的策略是在主業即EDA工具方面持續加強自主研發,每年30%的銷售收入作為科研經費投入。在EDA工具中,硬件仿真器以24%的速率保持超高速率成長。

2016 年 11 月,西門子公司以 45 億美元收購Mentor Graphics。

在國內的EDA公司中,華大九天是目前國內規模最大、技術實力最強的EDA龍頭企業??商峁┠M/數?;旌螴C設計全流程解決方案、數字SoC IC設計與優化解決方案、晶圓制造專用EDA工具和平板顯示(FPD)設計全流程解決方案。但其在性能和先進工藝的支持上,顯然無法和三大巨頭抗衡。

其余的EDA公司,芯華章,芯禾科技,廣立微,概倫電子,若貝,芯愿景等都只在某一環節做支持或者優化,競爭力比較弱。

EDA企業的發展是和芯片設計公司相互依賴的,在技術的快速迭代中不斷修復EDA的bug以及提升性能,從而形成良性循環。而想短期內靠大量的資金投入以及人才投入來改變國內EDA現狀是比較困難的。

結合國內EDA人才短缺以及EDA公司產品比較零散的現狀,未來加大在EDA人才方面的培養,以及EDA企業之間加強合作或者國內EDA公司進行整合,也許是將來發展出路。想要在國際擁有競爭力,首先腳踏實地攻克全流程的解決方案,再去逐步的縮小與國際的差距。EDA將來很可能會被卡脖子,所以不能掉以輕心。

芯片制造

在芯片制造方面,國內最先進的是中芯國際的14nm工藝,而三星和臺積電5nm已經量產,差距在3代左右。 吉林市網站建設 來源:國元證券、億歐整理

在制造工藝的關鍵設備光刻機方面,與國際先進水平差距非常大。國內最先進的光刻機為上海微電子裝備(SMEE)的可制造90nm工藝制程的DUV(ArF 193nm光源)光刻機。

高端光刻機技術被荷蘭ASML公司壟斷,其最先進的光刻機為光源波長13.5nm的極紫外光刻機(EUV)??蓾M足5nm、3nm工藝的芯片制造。

IC設計

邏輯計算芯片

在移動處理器設計方面,國內最先進的當屬海思麒麟9000系列,在華為未被美國制裁的時候,麒麟芯片已經達到世界領先水平。和主流的蘋果A系列,高通驍龍還有三星的獵戶座可以掰一掰手腕。

紫光展銳也是一家值得關注的移動端SoC設計公司,其虎賁處理器主要應用在千元機上。

在桌面CPU領域,商用市場基本被Intel和AMD瓜分,在國內最出名的大概是龍芯,主要應用于國防軍事,航空航天等領域。 吉林市網站建設

在GPU行業,我國擁有的開發經驗還太少,目前基于國產GPU的應用案例也寥寥。但近幾年國內開始出現了一些GPU的初創公司,例如沐曦、壁仞,天數,景嘉微,摩爾線程等。

GPU在人工智能算力芯片需求穩中有增、個人消費市場持續火熱的大環境下,會吸引一些有經濟實力、對GPU產品有需求的企業投入到這一市場中去。

我們也欣慰的看到,已經有技術團隊從世界各地的芯片公司回到中國大陸,組建新的公司開發國產GPU和GPGPU,他們豐富的產品開發經驗將會加速這些產品的開發。通過沐曦集成電路、摩爾線程這樣新創公司頻繁獲得融資,不難發現一級市場對GPU行業也在持續給予資金和關注。綜合多方面的有利條件,我國GPU技術的發展已經駛入快車道。

而在MCU、MPU、DSP領域,主要市場份額依然被國外瓜分,目前國內MCU企業業務發展較好的有兆易創新、中穎電子、上海貝嶺。這部分芯片設計壁壘相對不是很高,國產替代廠商可以從這方面入手。 吉林市網站建設 來源:ASPENCORE

存儲芯片

存儲芯片也是國內薄弱的環節之一,除了在市場占有率5%左右的Flash閃存芯片中擁有少數企業布局之外,其他常見的存儲芯片基本都由三星、東芝、美光等老牌存儲芯片企業壟斷。

存儲芯片也分為不同的種類,詳細分類見下圖: 吉林市網站建設 來源:億歐整理

Nor Flash存儲芯片

NOR Flash最早是由Intel公司于1988年開發出的,是現在市場上兩種主要的非易失性存儲器之一。

兆易創新在這一領域已經進入世界前列,市場占有率世界第三。這家公 司業務布局覆蓋“存儲、控制、傳感”領域,主營產品為Nor Flash、 SLC Nand Flash、MCU和生物識別芯片。

武漢新芯提供從90nm 到45nm 的高性能NOR Flash 技術服務, 是全球技術領先的NOR Flash 制造商。武漢新芯是全球首家量產45nm NOR Flash 的制造商,單顆容量達到8Gb。

截至2018年底,武漢新芯NOR Flash 晶圓累計出貨量達78 萬片,覆蓋從消費類到物聯網、可穿戴設備乃至汽車、工控等NOR Flash 市場。

SMIC也有相關業務。 吉林市網站建設

nand flash

1989年,東芝公司發表了NAND flash結構。

長江存儲是國內Nand Flash領域的領頭羊,其專注于3D Nand閃存設計 制造一體化的IDM芯片企業。

紫光集團于2017年在南京投資興建了用于生產3D Nand Flash和DRAM 存儲芯片的工廠,這一工廠建成后,月產能也將達到十萬片量級。2020 年下半年開始的芯片短缺導致價格上漲,Nand Flash芯片由于需求的旺盛價格居高不下,在今年下半年,國內外產能均提升的情況下會有一定 的轉變。

東芯半導體通過引進韓國現有的成熟Nand Flash技術工藝及研發團隊, 發展中小容量Nand、Nor、DRAM芯片業務,涵蓋設計、生產和銷售。 東芯半導體2017年完成國內首顆38nm工藝的2G容量SPI Nand芯片流 片,是一個突破。公司于2018年獲得未披露金額的A輪融資,2020年中 旬接受上市輔導,目前還在科創板IPO進程當中。

DRAM

DRAM (Dynamic RAM)即動態RAM,是RAM家族中最大的成員,通常所講的RAM即指DRAM。主要用來做電腦或者手機的內存,如DDR,LPDDR等。

長鑫存儲坐落于合肥,是一家專注于DRAM領域的集設計、研發、生產和銷售為一體 的IDM公司。目前已建成第一座12英寸晶圓廠并投產DDR4芯片,并在 盡力推動DDR5代芯片的量產。

矽成半導體(ISSI)從納斯達克退市后被國內芯片企業北京君正收購,公 司業務涉及DRAM、Flash、LED驅動芯片的設計,應用于通信設備、汽 車和工業控制領域。2021年,矽成半導體在行業巨頭的壓力和內部管理 經營不善的雙重作用下,業績出現波動。

從億歐調研的數據來看,國內的市場占比依然很少,大量的需求不得不從國外進口。 吉林市網站建設

模擬芯片

國內的模擬芯片這幾年發展的有聲有色。包括5G物聯網,WI-FI芯片,藍牙芯片,射頻芯片,信號鏈芯片,隔離接口芯片,電源管理芯片,傳感器等。

從發展趨勢來看,模擬芯片相對CPU,GPU門檻較低,國產替代化進程較快,同時也比較受資本青睞。

封測領域

ATE方面,國內市場上80%以上的份額被泰瑞達(Teradyne)和愛德萬(Advantest)瓜分。這兩家公司產品線非常廣,覆蓋了數字芯片,模擬芯片,SoC芯片以及分立器件的測試。由于ATE設備更新換代較慢,這兩家擁有深厚技術沉淀的公司可以說充分享受著龐大市場帶來的利潤。 吉林市網站建設 來源:賽迪顧問,廣發證券

國內目前主要的測試設備商包括華峰測控、長川科技、武漢精鴻等。其中在模擬測試機領域,國內包括華峰測控、長川科技已經占據國內相當一部分市場份額,在存儲測試機領域,武漢精鴻已經取得長江存儲訂單,在SoC測試機領域,包括華峰測控等已經在積極布局。

封測在芯片整個產業鏈相對簡單,注意只是相對,也是國內優先發展的方向,目前國內在封測領域處于領先地位。大陸的封測廠主要有以下幾家:

1、長電科技

長電科技是全球第3大封測企業,市占率全國第一。長電科技并購星科金朋成為全球市占率13%的第三大封測企業。

其擁有有江陰基地、滁州廠、宿遷廠與長電先進四個生產基地。同時有子公司星科金朋與長電韓國。 吉林市網站建設

2、晶方科技

晶方是豪威科技、Sony、格科微電子、海力士、匯頂科技等的封測商。最近發展勢頭良好,值得關注。

3、華天科技

華天科技的封裝能力和銷售收入均位列我國同行業上市公司第二位。

人才市場

國內半導體人才缺口很大,各企業搶人的態勢也愈發明顯。EE科班畢業的學生更是各家公司的香餑餑。IC設計這個曾經高門檻的職位,在火熱的市場面前也降低了門檻,因為招人是真的難。

在此背景下,物理,材料,通信,化學,機械等理工科專業的紛紛轉行半導體行業,Fab長等工藝職位也紛紛轉行做設計。而IC設計所涉及到的知識又紛繁復雜,深且廣,而培訓班則成為了轉行的一個跳板。路科驗證創始人路桑給我透漏,僅2021春季驗證班,報名的同學就近200人。市場的火爆程度可見一斑。

總結

過去幾十年,全球半導體產業屬于分工模式,而在美國對中國公司發起制裁之后,擁有完整的半導體產業鏈對一個國家來說變得至關重要!韓國擬計劃在未來十年投資4500億美元投資半導體,而歐盟17國也簽署聲明,聯合發展半導體??梢哉f在國際半導體行業態勢動蕩的情況下,夯實自己的產業鏈,不被卡脖子才是當務之急。半導體行業的發展不是一蹴而就的,而是要一步一個腳印,我們在封測領域的成功或許可以給其他環節提供借鑒意義。

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