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我國芯片行業(yè)要多久可以趕上美國?

在芯片領(lǐng)域,中美差距到底有多大?

在芯片領(lǐng)域,中美差距到底有多大?

因為中國經(jīng)濟起步太晚,在追趕方面我們肯定是按先易后難的順序搞的。芯片技術(shù)遵循摩爾定律,在同樣價格的前提下,每18~24個月元器件的數(shù)目就會翻一倍,也就是性能翻一倍。這恐怖的進化速度代表整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈能每2年就把一個先進技術(shù)搞成落后技術(shù),慢一步你之前所有的投資都會全部廢掉,根本不是以前的中國玩得起的。因為芯片技術(shù)的追趕難度在所有行業(yè)里明顯屬于最高級,所以我們放到后面去發(fā)展是非常正常的。

那么中美的芯片技術(shù)差距有多大,是不是大到壯漢打小孩那種?

中國芯片技術(shù)不如美國很多,但雙方的技術(shù)差距,也沒大家想象的那么大。完整的芯片制造鏈共有九大核心設(shè)備,只要有一個被卡斷,整個芯片生產(chǎn)系統(tǒng)就會中斷。光刻機,只是九大核心設(shè)備之一而已,并不代表你有了光刻機就能生產(chǎn)芯片。在這九大核心設(shè)備的領(lǐng)域,如果所有零件都采用純粹的國產(chǎn),不含一絲一毫的外國零件,那么中國到底能打造出什么程度的芯片產(chǎn)業(yè)鏈?

還是讓數(shù)據(jù)說話吧。

九大核心設(shè)備


列數(shù)據(jù)之前,要先列總綱,先介紹下芯片制造究竟需要哪九大核心設(shè)備。

氧化擴散機,薄膜沉積設(shè)備,光刻機,涂膠顯影機,刻蝕機,離子注入機,CMP拋光設(shè)備,檢測設(shè)備,總共是八大設(shè)備。除此之外,還有一個清洗機,貫穿多個工序,不清洗是沒辦法進入下一環(huán)節(jié)的,因此總共是九大核心設(shè)備。



這九大高精尖設(shè)備組合在一起彼此配合,才能組成一個完整的生產(chǎn)線,然后才能生產(chǎn)出一顆小小的芯片。少了其中一個,你整個生產(chǎn)線都得癱瘓。

1.清洗機

先談清洗機,因為這東西看起來很不起眼,不就洗個東西么。芯片的清洗機,和你家的洗碗機那完全就是兩碼事,可不是沖沖水就完事了,那可是超高精密度的芯片。

1 毫米=1000000 納米,也就是說,5納米=0.000005毫米,在這么細的縫隙里會有多種雜質(zhì)需要無損清除,每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都會給縫隙內(nèi)增加新的雜質(zhì),你說難不難?

清洗機分幾種原理,又各自由多少道工序組成,我今天就不說了,但你要知道清洗對于芯片制造意義非常重大,如果清洗達不到要求,那么產(chǎn)品的良率會低到慘不忍睹,直接導(dǎo)致經(jīng)濟效益喪失。

在清洗機領(lǐng)域,馬太效應(yīng)非常明顯,全球前四大企業(yè)總共占據(jù)了98%的市場份額。排第一是不是美國,而是日本,前兩大廠商都是日本的,合計占據(jù)70%的市場份額,第三名是韓國的,占14.8%,日韓合計占據(jù)84.8%的市場。



日韓很強,但中國在這個領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)了從0到1的突破,擁有了上牌桌的資格。全球第五大清洗機公司,是中國的盛美半導(dǎo)體公司,雖然只占2.3%的全球市場份額,但已經(jīng)擁有了一戰(zhàn)之力,因為美國公司的市場份額也就12.5%,這還是中國企業(yè)占了后發(fā)劣勢,別人不愿意冒險用中國產(chǎn)品的緣故。

2021年5月25日,盛美半導(dǎo)體的SASP兆聲波清洗技術(shù),榮獲中國科技進步一等獎。

目前,全球最先進的清洗機是日本的,可以匹配5nm生產(chǎn)線。美國也能搞定5nm生產(chǎn)線,但市場競爭力不如日本。中國最先進的清洗機,可以匹配14nm生產(chǎn)線,目前在研技術(shù)5/7nm。我這里指的14nm級別清洗機,是純國產(chǎn)零件組成的,哪怕美國帶著全球一起斷供中國也能自己造出來的純國產(chǎn)清洗機。除此之外,中國還有替補梯隊,北方華創(chuàng)目前可以造28nm的清洗機,至純科技目前可以造28nm的清洗機,芯源微目前可以造28nm的清洗機,技術(shù)等級僅落后盛美一代。


這么短的時間內(nèi)搞出14~28nm的技術(shù)強不強?反正,我覺得不算弱了。

2.氧化擴散機

氧化擴散設(shè)備,目前最先進的國家是日本,技術(shù)等級是5nm,占據(jù)了全球總共81%的市場份額。這個領(lǐng)域美國能造5nm產(chǎn)品,但市場份額就是打醬油的,自己都引用日本設(shè)備,目前日本擁有全套自產(chǎn)零件,因此美國的技術(shù)制裁令管不到日本的氧化爐身上,所以在這個領(lǐng)域我們很少提及,因為無需擔(dān)心美國卡脖子,里面的美國零件很少

但中國的對手不止是美國,雖然日本目前和中國關(guān)系還可以,愿意提供設(shè)備,但我們也要防一手。只要不是中國的,那就是外國的,判斷標準非常簡單粗暴。目前,中國的北方華創(chuàng)可以獨立生產(chǎn)14nm的氧化擴散爐,足以匹配14nm的芯片生產(chǎn)線。北方華創(chuàng)的產(chǎn)品目前占據(jù)國內(nèi)市場6%,國際數(shù)據(jù)暫時沒有。市場份額不多,但只要你要,產(chǎn)品還是可以提供的。

3.薄膜沉積設(shè)備

薄膜沉積設(shè)備領(lǐng)域最強的是美國和日本,都可以搞定5nm技術(shù),兩國合計占據(jù)70~80%左右的市場份額。目前,中國國內(nèi)的存量薄膜沉積設(shè)備98%來自于進口,國產(chǎn)化率僅為2%,因為中國以前造不出來。但最近幾年,中國取得了技術(shù)突破,最先進廠商為北方華創(chuàng)。目前,中國28nm級別的設(shè)備已經(jīng)成功實現(xiàn)銷售,14nm設(shè)備正在生產(chǎn)線進行磨合驗證。



中國最先進廠商已成功實現(xiàn)銷售,成功實現(xiàn)銷售這六個字,足以看出國產(chǎn)設(shè)備要取得技術(shù)突破,要取得市場認可,到底有多難。除了北方華創(chuàng),沈陽拓荊也很強,雙方的技術(shù)等級都是一致的,目前都可以搞定14nm的技術(shù),都正在研發(fā)7/5nm的技術(shù)。




技術(shù)產(chǎn)品是研發(fā)出來了,甚至已經(jīng)突破到了14nm,7/5nm的技術(shù)過幾年也能搞出來,但產(chǎn)品很難賣,一直在虧本砸錢,悶頭搞研發(fā),暫時不考慮大規(guī)模銷售的事。

后發(fā)者想追趕,就是很難。怎么說呢,總算是突破了,中國已經(jīng)掌握了14nm的技術(shù)。沒辦法買產(chǎn)品支援來盡自己一份心意,我這里鼓個掌,不過分吧。

4.光刻機設(shè)備

來到最出名的光刻機環(huán)節(jié)了,光刻機是整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈中國最落后的一個環(huán)節(jié),因此也成了各路媒體報道最多的對象。大家想必已經(jīng)很熟悉了,但為了保持九大設(shè)備環(huán)節(jié)的完整性,我這里還是多說幾句。

目前全球光刻機設(shè)備最厲害的企業(yè)是荷蘭的ASML,占據(jù)84%的市場份額,其他的市場份額基本是日本佳能和尼康的,再然后就沒有了,所有國家都是打醬油的,包括美國。美國甚至都沒有做光刻機的企業(yè),只能造光刻機里面的光源。當然了,荷蘭也有辦法單獨造出光刻機,核心零件被多個國家掌控著,光源來自于美國,鏡頭來自于日本,納米級數(shù)控機械系統(tǒng)來自于德國,總共十萬多個零件由西方各國幾百家企業(yè)進行提供,然后由荷蘭ASML組合成光刻機。

美國的工程師說過:僅僅是光刻機其中的一個小零件我都調(diào)了整整十年!荷蘭ASML表示:我就算公開圖紙,別人也造不出光刻機。其實,如果全球?qū)商mASML斷供,他自己對著圖紙也造不出光刻機。簡單的說,光刻機是所有芯片核心設(shè)備里最復(fù)雜的一個,目前全球沒有任何國家都實現(xiàn)完全的國產(chǎn)化,都必須通過國際合作才可以實現(xiàn)生產(chǎn),包括美國和荷蘭。

因此,在光刻機領(lǐng)域,中國突破起來最為困難。

光刻機的零部件實在是太多了,而光刻機整機的等級由最弱的那個部件來決定。因此,光刻機整機目前最先進的企業(yè)是上海微電子,目前成功突破90nm的技術(shù),反復(fù)曝光下可強行生產(chǎn)28nm的芯片,但成本較高,沒有經(jīng)濟價值,在研技術(shù)為65nm。雖然中國的純國產(chǎn)光刻機只能達到90nm的技術(shù)等級,但你可別忘了這是在全球技術(shù)封鎖的前提下實現(xiàn)的。像美國這種力度的技術(shù)斷供制裁扔到了美國自己頭上,他能造出什么等級的光刻機還真不好說。你只有個光源強,沒用的,光刻機等級是由主要零件里最弱的那一環(huán)決定的。

5.涂膠顯影機

全球涂膠顯影設(shè)備市場中,日本TEL這一家公司的市占率達到87%,達到了絕對壟斷地位。DNS公司,西美事公司,SCREEN公司,這三家公司合起來才占了13%。這個領(lǐng)域中外差距極大,以前根本就沒有中國公司什么事。目前涂膠顯影設(shè)備中國已經(jīng)取得了突破,芯源微和沈陽芯源可以制造國產(chǎn)替代產(chǎn)品,目前已經(jīng)達到了28nm的工藝水平,14nm設(shè)備即將研發(fā)成功。在中國國內(nèi)市場,只有芯源微打開了市場,目前占據(jù)了4%的市場銷售額,國際市場暫時就不想了。



很可憐,但短短幾年取得了這種技術(shù)突破,很可貴。涂膠顯影機設(shè)備的國產(chǎn)化替代率,已經(jīng)取得了零的突破,而且目前的技術(shù)等級并不算太低,趕超速度非??臁?/span>

6.刻蝕機

如果說光刻機是中國最弱的一個環(huán)節(jié),那刻蝕機就是中國最強的一個環(huán)節(jié)。

中國可以生產(chǎn)出5nm技術(shù)等級的刻蝕機!生產(chǎn)公司是中微半導(dǎo)體。目前,中微半導(dǎo)體的5nm級別刻蝕機已經(jīng)賣掉了50多臺,甚至成為了目前最先進5nm芯片生產(chǎn)線臺積電的設(shè)備供應(yīng)商。



目前,中微半導(dǎo)體正在研發(fā)3nm級別的刻蝕機技術(shù),完全站在了國際最強第一線。但是中微半導(dǎo)體沒賺多少錢。

2015年2月4日,美國商務(wù)部簽署命令,解除了針對中國的“刻蝕機禁令”,給出的理由是“中國已經(jīng)從事實上獲取了來自中國企業(yè)的、和美國產(chǎn)品數(shù)量、品質(zhì)相當?shù)目涛g設(shè)備,繼續(xù)實施國家安全出口管制措施已然毫無意義?!币驗榻畹耐耆獬蠓搅觿莸闹形⒐竞茈y推銷出自己的產(chǎn)品,別人的生產(chǎn)線不愿意冒險采用你的機器。因此,中微半導(dǎo)體雖然有技術(shù),但只拿下了全球1.4%的市場份額,這已經(jīng)是中國第一強的刻蝕機企業(yè)了。



沒什么好辦法,這是美國的陽謀,他解除了技術(shù)禁令你總不能自己封掉吧,這和改革開放的宗旨相違背?,F(xiàn)在,只能等中國3nm的刻蝕機研發(fā)成功了,誰先行一步,誰就占據(jù)天大的先機。

7.離子注入機

離子注入機屬于僅次于光刻機的卡脖子環(huán)節(jié)。在這個領(lǐng)域被卡脖子,是因為此領(lǐng)域美國產(chǎn)品占據(jù)了絕對壟斷地位,拿下了全球89%的市場份額。

離子注入機市場規(guī)模很小,不值錢,在整套芯片生產(chǎn)線里,刻蝕機價值占比20%,光刻機價值占比20%,而離子注入機占比僅為3%,整個2020年的全球市場銷售額只有18億美元,屬于一個小環(huán)節(jié)設(shè)備。但是整套芯片生產(chǎn)線是環(huán)環(huán)相扣的,缺一個就能斷你整條生產(chǎn)線,哪一個環(huán)節(jié)都不能少。沒有離子注入機,你其余97%的設(shè)備全部搞定都沒有,這3%就能讓你全線停工。

所以離子注入機屬于僅次于光刻機的卡脖子環(huán)節(jié)。

目前,中國的中科信公司、凱世通公司,已經(jīng)成功生產(chǎn)出工藝達到28nm的離子注入機,目前正在研發(fā)14nm的技術(shù)。市場份額幾乎沒有,畢竟是個市場新人,取得生產(chǎn)線企業(yè)的信任非常困難,但設(shè)備畢竟是研發(fā)出來了,目前還在繼續(xù)砸錢研發(fā)。這么短時間弄出了28nm的設(shè)備,雖然因為時間短暫還沒有成功打開市場。

但我覺得,還行。

8.CMP拋光設(shè)備

拋光設(shè)備最先進的國家是美國,可以搞定5nm的技術(shù),占據(jù)了全球71%的市場份額。此領(lǐng)域卡脖子不嚴重的原因,是因為中國的華海清科和中電科已經(jīng)搞定了14nm的技術(shù),正在研發(fā)7/5nm的技術(shù)。

當然,只占了15%的市場份額,而且只是國內(nèi)市場。全球市場美國拿走了71.3%,日本拿走了26.7%,兩者合計98%,人類其他所有國家共享2%。要不是中國不惜血本砸技術(shù),硬生生的砸開了一道口子,我覺得連著2%都不會有。14nm已經(jīng)相當先進,離7nm只差一代,只要肯砸錢,最多兩三年就能搞定。

9.檢測設(shè)備

檢測設(shè)備貫穿芯片制造每一個工藝,比清洗機用的還要頻繁,及早檢測出不良芯片淘汰掉可以大幅提高經(jīng)濟效益。



因此,這個環(huán)節(jié)的全球市場空間超百億美元,相當?shù)闹靛X。在這個領(lǐng)域,最先進的國家是美國,可以搞定3nm的技術(shù),占據(jù)全球70%的市場份額。目前,中國的檢測設(shè)備不惜重金砸出來了28nm的技術(shù)。至于市場份額和賺錢能力。

有一點,那么一點點。報紙上是這么說的:

“目前我國量檢測設(shè)備基本已實現(xiàn)從0-1的階段,已吹響國產(chǎn)替代號角,有望步入國產(chǎn)替代的快車道?!?/span>

我翻譯一下,就是在暫時基本沒啥市場份額。但是,我國已經(jīng)實現(xiàn)了從0到1的突破,砸出了我們自己的設(shè)備。28nm的已經(jīng)搞定,正在研發(fā)14nm的。

慢慢來,萬事萬物總有個過程,從0到1就行。

中國的芯片能力


   

在美國的所有技術(shù)領(lǐng)域里,芯片是最強的一個,屬于美國的技術(shù)榮耀。

我們把芯片生產(chǎn)的多個核心設(shè)備拆解之后去看,發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)商要么是美國,要么是日本,要么就是韓國,德國有那么一點點,其余就是荷蘭的光刻機了。日本和韓國基本就是美國的殖民地,國防都由美軍負責(zé)的,美國讓干啥就得干啥,德國領(lǐng)土上有美軍基地,荷蘭也處于美國的軍事控制之下。因此,美國的芯片制裁才會那么有威力。你以為你對抗的是美國,實際上你對抗的是全世界。

二戰(zhàn)后,美國是新一代的日不落帝國,軍事基地遍布全球,和美國為敵的國家基本都被打的經(jīng)濟崩盤了,沒有能力在經(jīng)濟領(lǐng)域和美國產(chǎn)品一爭長短。高科技產(chǎn)品,要么是美國造的,要么就是美國的盟國造的。所以美國的技術(shù)封鎖和斷供令才會看起來那么可怕,因為他是在挾天下大勢來壓你,遠不止他自己一個國家的力量。

芯片領(lǐng)域由于摩爾定律,是典型的贏家通吃,一步快步步快,后來者根本無法生存,所以美國系產(chǎn)品才得以壟斷天下。硬頂著摩爾定律的壓制去趕超芯片技術(shù),全球沒有國家敢這么做。

但中國敢,而且看起來還做的很不錯。

目前,純粹國產(chǎn)化的芯片生產(chǎn)線只能做到90nm的級別,因為目前純國產(chǎn)的光刻機是90nm的。最弱的一環(huán),決定了整個生產(chǎn)線的技術(shù)等級。這種比較其實并不公平,是因為這是拿中國一家去對比全世界,而且是拿中國幾年沖刺的結(jié)果去對比全世界幾十年的技術(shù)積累。2019年全球芯片營收在4123億美元左右,中國大陸只占了5%,美國公司占了47%??雌饋硎?0倍差距,但如果你把幾大核心設(shè)備一拆分,就會發(fā)現(xiàn)中國的技術(shù)等級并不算弱,很多設(shè)備硬頂著賣不掉沒盈利的壓力,活生生的把技術(shù)水平給追上來的,趕超速度非常之快。

下圖把國內(nèi)水平和全世界最頂級的水平進行對比,只分中國和外國。


很明顯,我們不算太弱,技術(shù)突擊速度非常之快。

很多核心設(shè)備我們研發(fā)出來之后根本賣不掉,因為是個新人,生產(chǎn)線企業(yè)不敢冒險接納,生怕替換了一個產(chǎn)品影響到了整個生產(chǎn)線。但我們還是要不斷的研發(fā),不斷砸錢去沖新技術(shù)。因為美國的制裁就像一個彈簧,你越強它就越弱,你越弱它就越強。如果你不能生產(chǎn)某個核心設(shè)備,那么制裁的大棒就會立刻砸到你頭上。但如果你有了,根本不需要談判,對方就會立刻解除限制。

比如說,在芯片生產(chǎn)線上售價和昂貴的光刻機幾乎等同的刻蝕機,美國就完全不封鎖中國,因為中國有國產(chǎn)的刻蝕機,而且技術(shù)等級達到了5nm的最頂級級別,封鎖刻蝕機毫無意義。

所以你的眼光不要只盯著光刻機,這東西之所以報道多是因為中國還沒有完成突破,是整個產(chǎn)業(yè)鏈里最落后的一環(huán),但并不代表光刻機有多貴多稀罕,刻蝕機的價值占比和光刻機一樣,都是生產(chǎn)線的20%,一樣昂貴,中國活生生的給懟到了5nm的級別,直接逼的美國解除了技術(shù)封鎖。

中國目前的芯片技術(shù)等級比美國落后,這是事實,畢竟我們以前沒有優(yōu)先發(fā)展這個。

但你要說中國追不上芯片技術(shù),那你就錯了,大錯特錯。

芯片是一定會追上的,而且只需要幾年時間,你把九大核心設(shè)備目前的技術(shù)等級全部拆開看之后,就知道中國的技術(shù)追逐速度到底有多快了。光刻機不等于芯片生產(chǎn)線的全部,而且只是生產(chǎn)線的一小部分。除光刻機外,中國所有的設(shè)備已經(jīng)基本能生產(chǎn)主流成熟芯片的水平,占了整個生產(chǎn)線的80%。換句話說,中國憑一己之力,在短短幾年時間里,弄出了80%的純國產(chǎn)芯片生產(chǎn)線。

那再給幾年時間呢?

據(jù)說光刻機技術(shù)明年就能突破28nm的水平。一旦28nm的國產(chǎn)光刻機技術(shù)被突破,中國立刻就能打造一條純國產(chǎn)化的28nm芯片生產(chǎn)線,因為其余80%的技術(shù)設(shè)備早就已經(jīng)全部就位,只等光刻機。不要覺得28nm的芯片沒用,其實只有手機這么小的東西才會追逐最新的5nm和7nm芯片,絕大多數(shù)電子產(chǎn)品使用的都是14/28nm的芯片。等中國再突破14nm的光刻機,絕大多數(shù)芯片需求都能依靠純國產(chǎn)設(shè)備搞定。中國和美國搞芯片博弈最大的底氣就是中國那龐大的半導(dǎo)體需求市場,每年進口額高達3000億美元。

一旦美國的技術(shù)封鎖時間長了,中國的設(shè)備廠商完全可能實現(xiàn)趁機驅(qū)逐美國產(chǎn)品的市場影響,趁機上位。而僅憑中國本土的市場份額需求,就足以養(yǎng)活這么多中國芯片公司。所以你封鎖也好,不封鎖也罷,對中國最大的影響不過是手機晚幾年升級換代而已,其他對中國幾乎是毫無影響。你不封鎖,對中國有好處,封鎖,對中國其實也有好處。因為中國的廠商爬技術(shù)等級爬的太快了。所以中國才會這么淡定,一點都不著急,愛賣不賣。再多封鎖個兩三年,你想賣我們都不要了。

中美在經(jīng)濟上較量了兩年多,美國本以為只要加了關(guān)稅中國就得崩潰,沒想到中國對美順差居然越來越大,出口貿(mào)易不減反增。貿(mào)易戰(zhàn)的爆發(fā)對中國來說本是禍事,但在正面戰(zhàn)場上取得了優(yōu)勢之后反而變成了天大的好事。在經(jīng)濟領(lǐng)域,我們本來視美國如天人,認為美國陸軍不能打的人有很多,認為美國經(jīng)濟不能打的人還真沒幾個。但真打起來,那可真是不打不知道。

原來美國所謂的經(jīng)濟戰(zhàn),也就那么回事。


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