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2024年,全球半导体收入预计达到6420亿美元,至2030年有望突破万亿美元大关。数据显示,2024年前三季度中国半导体芯片出货规模达到了1153亿美元,直接实现了对韩国的赶超。同时,中国集成电路出口金额也在逐年攀升,2024年前11个月已达到1.03万亿元,同比增长20.3%。

我国高端芯片被“卡脖子”的问题,是当前我国芯片产业发展面临的重要挑战。美国等西方国家筑起层层贸易壁垒,频繁出台出口管制新规,对半导体制造设备、软件工具以及关键芯片等实施禁运或限制出口,还将众多中国半导体企业列入 “实体清单”,切断其获取先进技术与设备的渠道。美国的封锁和制裁不仅限制了我国高端芯片的发展,还对我国整个芯片产业链造成了冲击。

中国的半导体产业已经构建了较为完备的产业链,包括上游供应,EDA、IP核、半导体材料、半导体设备等,中游制造,传感器、光电子器件、分立器件、集成电路等,以及下游应用PC、医疗、电子、通信、汽车等。

然而,产业链的布局发展均衡性仍有待提升,尤其是在设备、材料领域。

芯片设计:中国拥有众多芯片设计企业,在 AI 芯片、存储芯片、SoC 芯片等领域都有一定的竞争力,如寒武纪的 AI 推理芯片、兆易创新的存储芯片等。EDA 工具和芯片 IP 方面也有华大九天、芯原股份等企业在不断发展。

半导体材料:光刻胶、半导体硅片、抛光材料、特种气体、湿电子化学品等都有国产企业在供应,如容大感光、沪硅产业、安集科技等,但部分高端材料仍依赖进口。

半导体设备:刻蚀设备、沉积设备、清洗设备、抛光设备等领域有北方华创、中微公司、盛美上海等企业,但光刻机等核心设备与国际先进水平还有较大差距。

封装测试:中国在封装测试领域发展较为成熟,长电科技、通富微电、华天科技等企业在传统封装技术和先进封装技术方面都有一定的优势,全球前十的封测厂商中,中国有三家。

随着人工智能、物联网、新能源汽车等新兴技术的深度融合与广泛应用,对高性能芯片、先进半导体器件的需求将呈井喷之势,为中国半导体产业提供了广阔的市场空间。

国家集成电路产业投资基金一、二期已累计投资超万亿元,三期注册资本高达 3440 亿元,重点聚焦晶圆制造、关键设备材料国产化以及 AI 相关领域。

此外,国家还出台了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》等,从财税、投融资、研发创新等多方面给予优惠。

欧美半导体企业纷纷加码 “中国制造”,欧洲芯片大厂正加大与中国晶圆厂的合作,如英飞凌、恩智浦、意法半导体等,这为中国半导体产业提供了学习和合作的机会。

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尽管我国芯片产业在中低端领域取得了显著进展,但在高端芯片领域仍面临技术瓶颈。

中国在半导体、芯片制造等方面存在对美国技术的依赖,源于过去的技术积累不足和研发投入不够,曾经长时间在“自产”和“拿来”的路线之间摇摆。国家曾经大力扶持的IT领军企业热衷“拧毛巾”,忽视了自主研发,没有起到领军企业应有的作用和责任,导致行业关键核心技术的自主创新能力相对较弱。

半导体制造的关键环节光刻技术,中国与国际先进水平存在不小差距,高端光刻机长期依赖进口且受到外部严格限制。此外,芯片设计的 EDA 工具、半导体材料的纯度和性能等方面也有待提高。

半导体产业是一个技术密集型产业,对人才的需求非常大。中国在半导体领域的专业人才相对短缺,尤其是高端人才和复合型人才的缺乏,制约了产业的快速发展。这些条件对于许多企业来说都是难以承受的。在缺乏政府有效扶持和补贴的情况下,许多企业选择避开这一领域,转而投向其他更具盈利潜力的市场。

从产业链角度来看,半导体全产业链是一个高度集成和复杂的系统,涵盖了从原材料供应到最终产品应用的各个环节。

上游产业

半导体材料是半导体产业的基础,主要包括硅、锗等基础材料,以及光刻胶、电子特气、湿电子化学品等制造材料。这些材料具有高纯度、高性能的特点,是制造半导体器件的关键原料。随着技术的不断进步,第三代半导体材料如氮化镓、碳化硅等也逐渐得到应用,这些材料具有更高的性能,能够满足更高端的应用需求。

半导体设备是半导体生产过程中的关键工具,包括光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机等。这些设备的技术水平和性能直接影响到半导体器件的质量和性能。目前,半导体设备市场高度集中,少数欧美和日本企业占据了主导地位。然而,随着国产化进程的加速,中国半导体设备企业也在不断发展壮大。

中游产业

芯片设计是将具体的产品功能、性能等产品要求转化为物理层面的电路设计版图的过程。这个环节需要运用EDA电子设计自动化等软件进行设计,并制作出掩模以供后续光刻步骤使用。芯片设计企业通常被称为无晶圆厂模式公司(Fabless),它们专注于设计环节,将制造和封测环节外包给专业的代工厂和封测厂。

晶圆制造是根据电路设计版图,通过光刻、刻蚀、离子注入等工艺流程,在半导体晶片上生成电路图形的过程。这个环节需要高精度的设备和工艺控制,以确保芯片的质量和性能。晶圆制造企业通常被称为Foundry(晶圆代工厂),它们接受芯片设计企业的委托,进行晶圆的生产和加工。

封测是将制造好的芯片进行封装和测试的过程,以确保其质量和性能。这个环节包括将芯片封装在独立元件中、提供芯片和PCB互联的工序,以及对最终产品的功能和性能进行测试。

封测企业通常被称为OSAT(封装测试企业),它们为芯片设计企业和晶圆制造企业提供封装和测试服务。

下游产业

半导体产品的应用领域包括新能源、消费电子、通信、汽车电子、工业控制、航空航天等多个领域。

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从历史上来看,当我国政府下定决心要做一件事情的时候,绝大多数都能够干成。

随着外围限制的增加和国内政策的支持,半导体全产业链的国产化进程正在加速。越来越多的国内企业开始涉足半导体产业,并在各个环节取得突破。

12月5月,根据市场研究机构TrendForce集邦咨询最新公布的晶圆代工营收显示,中芯国际三季度继续站稳全球第三,其营收环比增长14.2%至21.71亿美元,市场份额环比提升了0.3个百分点至6%。

另外,中芯国际宣布在福建晋江投资200亿美元,该项目剑指7纳米以下芯片制程技术。这是当前半导体制造领域的前沿技术。

连云港神汇硅材料科技有限公司计划年产10万件半导体级石英制品。安徽博芯微半导体科技有限公司和安徽富乐德半导体材料有限公司分别投资建设的项目,专注于半导体核心部件的研发与生产。

华虹无锡集成电路研发和制造基地二期项目,聚焦车规级芯片制造,建设一条月产能8.3万片的12英寸特色工艺生产线,预计2024年底前试生产。

长飞先进武汉基地项目主要聚焦于第三代半导体功率器件研发与生产,致力于打造一个集芯片设计、制造及先进技术研发于一体的现代化半导体制造基地。项目投产后可年产36万片SiC晶圆及外延、6100万个功率器件模块。赛腾精密电子(湖州)有限公司投资建设的项目,专注于高端半导体、新能源及消费电子智能装备的研发与生产。

此外,还有国镓芯科(池州)半导体科技有限公司年产80000片氮化镓晶体项目、浙江晶引电子科技有限公司超薄精密柔性薄膜封装基板(COF)生产线项目、南通三责精密陶瓷有限公司泛半导体领域3D智造结构陶瓷产业化项目等多个项目。

木欣欣以向荣,泉涓涓而始流。这些企业在复杂多变的国际形势下,依旧坚守初心地深耕半导体领域,我们不禁要为它们点赞。这里边的每一次突破都如同闪耀的星光,让我们满怀希望。而这星星之火,足以点燃对中国半导体产业未来的燎原希望。

期盼着不久的将来,中国 “芯” 能傲立潮头,领航科技产业发展新征程。