您当前的位置:检测资讯 > 科研开发

集成电路产业发展现状与趋势展望

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。

 

集成电路产业发展现状与趋势展望

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。

 
 
分享到:

来源:新材料产业