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嘉峪检测网 2021-06-02 11:14
集成电路(Integrated Circuit,IC)是具有一定电路功能的微型机构单元,简称“芯片”。IC在电子信息、日常生活、航空航天、军事等领域有广泛的应用。IC产业是现代信息社会发展的基础,包括云计算、物联网、大数据、工业互联网、新一代通信网络设备(5G)等,对于当前经济社会发展、国防安全、国际竞争及社会民生具有重要战略意义。
1 IC发展回顾
1.1 IC发展历程
IC发展初期结构简单、功能单一,主要由金属互连、导电区隔离组成。1974年,世界第一台微处理器的问世,为人类通信、航天等工程以及计算机的普及奠定了坚实的基础。随着微处理器技术的成熟和升级换代,IC进入创新和成熟时期,计算机更加小巧,同时数据处理速度突飞猛进,使用更加方便。IC主要大事记如表1所示。
表1 IC发展重要事件
时间 |
大事记 |
意义 |
1947年 |
肖特莱发明了晶体管 |
微电子技术第一个里程碑 |
1958年 |
仙童公司罗伯特·诺斯仪与德仪公司杰克·基尔比分别发明了集成电路 |
开创世界微电子学历史 |
1966年 |
美国RCA公司研制出CMOS集成电路 |
第一块门阵列 |
1971年 |
Inter推出1kb动态随机存储器(DRAM) |
大规模集成电路出现的标志 |
1974年 |
美国RCA公司推出CMOS微处理器 |
世界第一台微处理器 |
1976年 |
16kb DRAM和4kb SRAM问世 |
存储能力进一步提升 |
1978年 |
64kb动态随机存储器诞生 |
标志超大规模集成电路(VLSI)时代的来临 |
1979年 |
Inter推出5MHz8088微处理器,IBM基于8008推出第一台电脑 |
世界第一台5MHz80 88 微处理器电脑 |
1985年 |
20MHz80386微处理器问世 |
电脑运行速度加快 |
1988年 |
16MDRAM问世,1cm2硅片上有3500个晶体管 |
标志进入超大规模集成电路阶段 |
1989年 |
1Mb DRAM进入市场 |
市场化 |
1992年 |
64M位随机存储器问世 |
存储能力进一步提升 |
1993年 |
66MHz奔腾器问世 |
性能进一步提升 |
1997年 |
300MHz奔腾器2问世 |
|
1999年 |
450MHz奔腾器3问世 |
|
2000年 |
1.5GHz奔腾器4问世 |
|
2002年 |
三星闪存NAND实现量产 |
三星成为全球最大的NAND闪存厂商 |
2004年 |
intel 酷睿2系列上市,采用65nm工艺 |
最新工艺 |
2006年 |
三星、IBM和特许半导体共同为高通生产出第一片90nm处理器 |
第一片90nm处理器 |
2007年 |
苹果手机Iphone以及Google推出开放式的android手机系统 |
智能移动设备普及全球 |
2009年 |
intel酷睿i系列全新推出,创纪录采用了领先的32nm工艺,并且下一代22nm工艺正在研发 |
工艺进一步创新 |
2015年 |
2015上半年国际半导体市场的3大并购,NXP(恩智浦)3月以110亿美金合并Freescale(飞思卡尔);5月下旬Avago(安华高)已创历史的370亿美金收购Broadcom(博通);Intel(英特尔)宣布斥资150亿美金收购FPGA大厂Altera。这其间数亿美元的并购案也是层出不穷 |
导体行业出现了前所未有的并购或重组风潮,标示着一个新的时代的开始 |
2017年 |
中芯国际投资天津8英寸生产线产线,产能15万片/月 |
全球单体最大的8英寸生产线 |
2018年 |
华为海思发布7nm制程芯片麒麟980 |
麒麟980此次实现了TSMC 7nm制造工艺在手机芯片上首发。 |
1.2 我国IC产业主要发展阶段
图1为我国IC发展4个发展阶段。虽然在1965年我国开始发展IC产业,但是发展速度较快。第1阶段:1965—1978年为IC产业初创期,国家建设层面投资大力鼓励发展基础电路产业,中国科学院专门聘请专家讲授半导体理论和技术。1957年,二极管和三极管相继研发成功;1965年二极管晶体管逻辑门电路(DTL)型和晶体管晶体管(TTL)型电路问世,标志着小规模IC在我国诞生;1976年运算1000万次的大型电子计算机由中科院研制成功。
图1 我国IC主要发展阶段
第2阶段:1978—1990年为探索发展期,改革开放后,我国积极学习国内外IC产业先进技术、引进先进生产线。在这个时期,我国IC产业培育了一大批专家人才,取得了丰硕的科研成果。但是与国际先进技术相比,还存在一定差距。
第3阶段:1990—1999年为重点建设时期,我国各部委相继出台IC产业规划、政策,改善投资环境,促进IC产业发展,重点扶植和发展华晶、华越、上海贝岭、首钢日电电子有限公司等IC企业。
第4阶段是自2000年以来我国IC产业速度发展,进入快速发展时期。在中央和地方政府的政策和资金支持下,产业聚集效应明显,培育一批具备一定国际竞争力的骨干企业,如IC设计方面有华为海思、紫光展讯、豪威科技、兆易创新、紫光国微。晶圆制造企业中芯国际、上海华虹集团有限公司、华润微电子等。有关数据表明,2018年我国IC制造行业规模达到1818.2亿元,增长率达到25.6%。
2 发展现状
2.1 全球IC产业现状
目前,全球IC产业呈现2大特点,一是优势企业市场份额加速,二是芯片及智能终端呈现飞速增长,5G、大数据等新业务板块快速发展,IC新技术不断涌现。2019年5月,世界半导体大会在南京举办,国际半导体产业协会(SEMI)全球副总裁居龙,发表题为《全球集成电路产业的新变局新形势》报告。报告指出,2008年,全球IC产业市场规模为3 000亿元;10年后的2018年,全球IC产业市场规模突破 4 000亿美元。由此可以看出,全球IC产业处于加速发展的态势。预计2019年,全球IC产业受到产能过剩、中美贸易摩擦等因素影响,市场规模增长速度将放缓,甚至会出现下滑现象。但是从中长期来看,IC产业发展仍然呈现上升态势。
2.2 我国IC产业现状
从全球IC市场规模来看,我国的电子信息产品制造和消费量最大,市场规模已经达到上万亿元,并且仍然呈上升趋势。新业务板块如5G、新型电子元器件、云计算、大数据等,各具特色,百花齐放。华为技术有限公司、紫光与阿里巴巴是我国IC产业的领路人,企业及优势产品详见表2。
我国IC产业显著的一个特点是区域性集群化发展趋势凸显。依托大城市人才、市场以及资金的优势,形成了珠三角、长三角及环渤海区域IC产业聚集区。另外,成都、西安、武汉、重庆等中西部发展速度也较快。全国IC城市中,重庆早在2005年8月就建立了电子产业园,走在IC产业前列。重庆重点发展芯片设计、制造到封装的IC全产业链生态,吸引了一大批知名企业如海力士(SK)、华润微电子有限公司、中国电科、西南集成电路设计有限公司到产业园投资建厂。截至2017年,该产业园产值已达到100亿元。目前,全国最大功率半导体基地、最大的芯片封装厂以及全球协同研发创新平台,已经在重庆开工建设。除此之外,重庆IC设计产业园在仙桃国际大数据谷成立,围绕智能汽车、智能终端、物联网、人工智能等领域芯片,未来将打造产值百亿级集成电路设计产业园。
表2 我国IC产业优势企业
优势企业 |
主要业务 |
华为海思(华为旗下) |
主要业务为芯片设计与制造,产品主要有手机芯片、智能芯片、安防芯片等;芯片发展从低端走向高端,迈入世界第7大集成电路企业;产品性能和质量接近或超越世界先进水平;2019年9月6日推出最新产品麒麟 990 芯片,采用最先进的7nm EUV工艺以及达芬奇NPU架构,该手机芯片在性能、能效以及AI智能等方面都处于世界领先水平;未来,公司将继续以开发高端芯片为目标开拓国内外市场 |
紫光展锐(紫光旗下) |
主要业务是手机芯片和存储领域;海思手机芯片未对外销售,所以在手机芯片领域,紫光展锐与高通、联发科位于我国前3企业;紫光展锐作为三星、中兴等知名手机的供应商,每年销售15亿颗手机芯片。紫光展锐在5G领域处于世界第一梯队,2019年2月16号,紫光展锐在世界移动通信大会上5G信息平台—马克鲁,以及5G基带芯片—春藤510;除此之外,紫光展锐在存储器也迈出了坚实的一步,其旗下长江存储规划10 万片/月产能产线已经竣工,主要生产64层NAND;预计到2020年,长江存储将进入国际大厂行列 |
平头哥(阿里巴巴旗下) |
2018年9月,阿里巴巴成立平头哥公司,公司主要业务是推进云端一体化的芯片布局。虽然成立时间短,但是在处理器芯片、服务器芯片以及云端神经网络芯片3个领域均走在整个行业最前沿。最强处理器玄铁910(Xuan Tie910)芯片,将在5G、人工智能以及自动驾驶等领域广泛应用;研发的服务器专用 So C 芯片,可大幅提高服务器网络存储功能,解决云计算难题,未来作为核心组件 MOC 卡,用于新一代阿里云神龙服务器;网络芯片 Ali—NPU云端神经研发也取得了突破性进展 |
SK海力士半导体(中国)有限公司 |
SK海力士于2005年在江苏无锡独资修建,产品主要以12英寸集成电路晶圆为主,范围涉及存储器,消费类产品,移动SOC及系统IC等领域。该工厂为SK海力士本部提供一半以上的产品份额,在中国市场占有率确保遥遥领先于其他竞争对手 |
华润微电子有限公司 |
华润集团旗下子公司,业务包括集成电路设计、掩模制造、晶圆制造、封装测试及分立器件,目前拥有6-8英寸晶圆生产线4条、封装生产线2条、掩模生产线1条、设计公司4家,为国内唯一拥有齐全半导体产业链的公司 |
中电科电子装备集团有限公司 |
中国电子科技集团公司独资公司,生产研发集成电路制造装备、新型平板显示装备、光伏新能源装备等,2015年销售收入突破100亿元 |
西安微电子技术研究所 |
又名骊山微电子公司,始建于1965年10月,主要从事计算机、半导体集成电路、混合集成3大专业的研制开发、批产配套、检测经营,是中国航天微电子和计算机的先驱和主力军 |
深圳市中兴微电子技术有限公司 |
由中兴通讯全资控股,其前身是中兴通讯于1996年成立的IC设计部,规模已跻身全国IC设计行业前3 |
中芯国际集成电路制造有限公司 |
中芯国际目前是国内规模最大,制造工艺最先进的晶圆制造厂。2018年10月,中芯国际连续宣布新厂投资计划,在上海和深圳分别新建一条12英寸生产线,天津的8英寸生产线产能预计将从4.5万片/月扩大至15万片/月,成为全球单体最大的8英寸生产线 |
北京北方华创微电子装备有限公司 |
由七星电子和北方微电子战略重组而成,是目前国内集成电路高端工艺装备的龙头企业。拥有半导体装备、真空装备、新能源锂电装备及精密元器件4个事业群 |
三星(中国)半导体有限公司 |
是三星电子在华全资子公司,位于西安的工厂拥有半导体芯片制造及封装测试生产线,是三星在海外规模最大的一笔单项投资,也是三星海外半导体存储芯片领域非常重要的基地 |
2.2.1云计算
基础设施即服务(Infrastructure—as—a—Service,IaaS),平台即服务(Platform—as—a—Service,PaaS)和软件即服务(Software—as—a—Service,SaaS)是构成云计算服务市场的3个主要组成部分。目前,我国云计算公司业务主要集中在IaaS,主要涵盖服务器、存储等方面。我国联想、华为、浪潮市场份额跻身世界前10名。由于IaaS核心芯片目前还主要依赖进口,因此,云计算低端市场的利润小。在云计算高端市场,我国阿里在世界市场有一定的话语权。2018年国际数据公司(IDC)公布的数据显示,我国阿里云在全球云市场份额持续攀升,位居世界第3(详见图2)。阿里在云PaaS平台服务,如操作系统、开发工具、数据库等均取得了阶段性成果,处于世界领先水平。因此,美国亚马逊(aws)和微软(Microsoft)云巨头公司,把阿里作为全球最主要的竞争对手。
图2 全球云计算企业排名
数据来源:IDC全球云市场调研数据
2.2.2半导体
我国半导体发展经历了有3个时间节点(详见图3)。02专项主要是是跟踪和保持技术能力,大基金支持半导体产业赶超。经过10年发展,到2018年,销售额超过百亿龙头企业大批涌现,比如华为海思、中芯国际、豪威科技、紫光展锐等,龙头企业自身加快创新发展,也促使企业不断向前发展。2018年发生“中兴事件”,我国半导体行业推到了风头浪尖。中兴的“芯”病,中国的心病。美国上游芯片供应商禁运,导致中兴直接的业务停业3个多月。虽然“中兴事件”给我国半导体带了一定的负面影响,但是也同时给半导体以及其他行业以警示,只有加快自主创新,实现制造业强国,才能不受制于人。
图3 我国半导体发展历程
当前,我国半导体发展存在的问题主要是芯片设计领域相对薄弱。国内只有华为海思在世界处于领先水平,其他芯片设计企业与海思还存在很大差距,未能形成一定的集群效应。长江存储和合肥长近2年发展较快,将来有可能与海思并肩作战,在IC产业版图占有一席之地。
3 我国IC产业趋势与展望
3.1 我国IC产业发展机遇
我国IC产业有3大发展机遇,一是自2010年以来,全球半导体销售和投资进入新一轮高增长;二是我国IC产业主要依赖进口,迫切需求国产化;三是国家大基金成立,加大对IC产业的投资,重点扶植IC产业。通过产融结合,推动产业链各环节协同发展,形成上下游成龙配套体系,从而真正实现IC产业的跨越式发展。
3.2 我国IC产业存在问题
现阶段,我国IC产业与欧美相比依然存在不小的差距,主要问题表现在如下几方面。
一是IC产业技术创新滞后。我国在IC产业面起步晚,西方国家发达掌握大部分核心专利。我国IC产业专利创新能力不足,缺乏系统性和整体性。
二是IC高端产品开发不足。低端消费电子领域占据了我国IC市场的大部分份额。高端工业智能制造以及航空航天领域份额小。
三是供求不平衡。手机、家电等消费电子IC产能过剩。
四是基础研究投入小。由于IC产业具有高风险、高投入、周期短的特点,企业一般注重应用研究。但是基础研究为应用研究提供原动力,如果缺乏基础研究,应用研究就不能得到长足发展。
3.3我国IC发展的对策建议
以下是对我国IC产业发展的3点建议。
一是吸纳海内外高端人才,培养本土专家人才。制定优惠政策,营造良好的科研环境,从国外吸纳高端人才,保障引进人才工作、生活需求。同时,通过培训、学习IC相关理论、经验以及实战技术,大力培养本土专家人才,使人才梯队培养与集成电路产业发展相适应。
二是重视研发,加大基础研究的投入。国家制定IC产业中长期规划,对于IC研发,尤其是基础研发,国家、企业以及科研院所应加大资金以及人才支持力度,保护知识产权,加快科研成果到产业化的转化步伐。在研发的过程中,一定要持续的投入资本,加强高科技产业的发展,形成一种较为宽松的发挥空间,只有如此才能让研发团队灵感激发出来,创造出与市场情况下吻合的产品。
三是立足国际,完善产业链。鼓励IC企业走出去,参与国际合作,从全球产业链化的角度分析和问题,加强全球化的合作。当前,全球经济总体平稳向好,我国经济由高速度向高质量发展转型。在这样经济背景下,IC市场规模将不断扩大,5G、人工智能、大数据等新业务突飞猛进,IC产业发展潜力巨大。我国的IC产业一定会进入快车道,推动社会经济不断向前发展。
来源:新材料产业