中国半导体行业面临的挑战与机遇：核心技术自主创新的重要性

物联网智商转型

半导体行业具有典型的“金字塔”结构。上游越高，企业越少，产值越大，技术难度越高。由于起步较晚、缺乏核心技术、人才短缺，我国半导体发展受到很大限制。由于未能掌握核心技术，常常受到他人的阻挠。截至目前，关键芯片领域仍依赖进口。

2018年的中兴事件我们还记忆犹新！不久前，美国凭借掌握的半导体核心技术和设备，不断升级对华为的制裁，企图限制华为和我国在高科技领域的发展！

美国拿起“科技”长矛，刺穿我国“缺芯”软肋。在为我国半导体产业敲响警钟的同时，也让很多人和很多企业清醒地认识到，依赖美国技术是浪费时间。这是不可靠的。唯一的出路就是掌握核心技术，摆脱技术依赖！

目前，我国已将半导体产业发展上升到战略高度，将半导体产业列为国家重点发展产业。投入大量资金和人才，以实现技术突破，力争早日走上自主研发、自给自足的道路。 。目前，有待突破的是以下几大领域的核心技术。

高端光刻机

光刻机作为集成电路产业的核心设备，被称为“人类最精密、最复杂的机器”。目前，全球唯一能够制造高端光刻机的公司是荷兰的ASML，而日本的尼康和佳能则制造中低端光刻机。他们的市场份额超过80%。

光刻系统是芯片制造的核心。光刻是半导体芯片生产过程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。半导体芯片生产的难点和关键点在于将电路图从掩模版转移到硅片上。这个过程是通过光刻来实现的。光刻技术的工艺水平直接决定了芯片的工艺水平和性能水平。

高端光刻机堪称现代光学产业之花。它们的制造非常困难。现在ASML最先进的EUV极紫外光刻机可以制造5nm工艺芯片。单台光刻机的价格已超过1亿美元，中国完全自主生产的光刻机目前只能达到90nm工艺，远远落后。

开发光刻机的难点是什么？光刻机涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密材料传输、高精度微环境控制等多项先进技术。它们是所有半导体制造设备中技术最先进的设备。为了让ASML在整个设备的不同部分同时获得世界最先进的技术，ASML的光刻机中90%以上的零部件都是从外部采购的。 ASML在技术研发方面汇聚了全球最前沿的技术。比如德国的机械技术、德国顶级的蔡司镜头、美国的光源和测量设备等等，可以说ASML的高端光刻机是“人类智慧的产物”。

国际顶级制造商：ASML（荷兰）

中国制造商：SMEE上海微电子

中央处理器

CPU是超大规模集成电路，是计算机的计算核心和控制核心。其功能主要是解释计算机指令和处理计算机软件中的数据。中央处理单元主要包括算术单元（算术和逻辑运算单元）和高速缓冲存储器，以及实现它们之间连接的数据、控制和状态总线。它与内存和输入/输出设备一起，是电子计算机的三个核心部件。 CPU 依赖于计算和控制系统的指令。每个CPU都设计有一系列与其硬件电路相匹配的指令系统。指令的强弱也是CPU的一个重要指标。指令集是提高微处理器效率最有效的工具之一。

美国的英特尔和AMD几乎占据了全球所有PC市场。国产CPU的应用领域不仅涵盖嵌入式设备、服务器设备等专业领域，还涵盖消费级民用市场。由于服务对象和应用领域存在巨大差异，不同类型的国产CPU在国人心中有着不同的认知。比如专门针对服务器的飞腾、神威等，知名度并不高。

CPU发展迅速，主频、运算能力和功耗是衡量其性能的重要指标。作为后来者，我国的研发水平始终远远落后于世界先进水平。比如，龙芯的性能似乎总是落后于Intel。龙芯是中国科学院计算技术研究所自主研发的通用CPU。它使用RISC指令集，类似于MIPS指令。放。但龙芯的研制成功，帮助复兴高铁实现了100%国产化，让第四代歼20相控雷达和北斗卫星都配备了中国芯。

在移动CPU领域，高通在美国的地位依然不可动摇。华为海思的麒麟CPU虽然是站在英国巨头ARM的肩膀上，但已经足够好了。紫光展锐在移动CPU芯片方面也取得了一些成绩。但令人恼火的是，美国近期升级了对华为的制裁，试图限制华为在半导体芯片领域的发展。麒麟CPU的未来仍是未知数。

国际顶级厂商：Intel（美国）、AMD（美国）

中国厂商：华为海思、紫光展锐、龙芯中科（龙芯CPU）、天津飞腾（飞腾CPU）、上海兆芯（兆芯CPU）等。

EDA芯片设计软件

目前全球主要的集成电路EDA软件公司有3家，分别是Mentor Graphics、Cadence和Synopsys。这三大美国公司在EDA行业的市场份额几乎形成垄断。目前，能够覆盖整个芯片设计和生产流程的EDA提供商只有Cadence和Synopsys。

英特尔、苹果和高通等主要芯片生产和设计制造商都需要从这两家公司购买EDA软件和相关服务。中国顶尖的芯片设计公司华为海思、长江存储、紫光展锐等都从这些美国公司采购EDA设计软件。

国内EDA厂商华大九天、信和科技、光力微电子等只能提供部分EDA设计工具，无法提供覆盖IC设计、布线、验证、仿真等全产业链的EDA工具。而且国内EDA软件与先进技术的结合不好，对先进技术的芯片支持不足。因此，国内EDA企业的技术能力还远远无法与这些国际顶级EDA企业抗衡。

国际顶级厂商：Mentor Graphics（美国）、Cadence（美国）、Synopsys（美国）

中国厂商：华大九天、信合科技、光利微等。

DRAM/NAND闪存

DRAM 是动态随机存取存储器，是最常见的系统存储器。美国美光、韩国三星、SK海力士占据绝对垄断地位，主导DRAM市场。

中国三大存储芯片企业长江存储、合肥长鑫、兆易创新已开始布局存储芯片并投产，有望打破韩国、美国、日本对存储芯片的垄断。

长江存储今年实现了基于Xtacking架构的64层3D NAND闪存的量产。随后他们直接跳过了业界常见的96层，成功研发出128层3D NAND闪存。

合肥长鑫2019年采用19nm工艺实现8G DDR4内存量产，并将于今年将自主研发的光微逸PRO DDR4内存正式商用并推向消费市场。

兆易创新在国内NOR闪存市场占有率排名第一，也是全球前三大NOR闪存供应商之一。目前正逐步进军NAND闪存，并积极布局DRAM业务。

DRAM是需要突破的核心半导体技术中最有可能在中国量产的，值得期待。

国际顶级厂商：美光（美国）、三星（韩国）、SK海力士（韩国）等。

中国厂商：长江存储、合肥长鑫、兆易创新

超高射频芯片

射频芯片是指将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形并通过天线谐振发送出去的电子元件。射频芯片架构包括两部分：接收通道和发射通道。对于现有的GSM和TD-SCDMA制式，如果终端支持额外的频段，其射频芯片会相应增加接收通道。但是否需要新的传输信道取决于新的频段与原频段的关系。当然。

中国是全球最大的手机生产国，但无法生产高端手机射频器件。这需要扎实的材料、工艺和设计经验的积累。国内从事中低端射频芯片的企业有很多，也占据了相当一部分市场。不过，在高端射频芯片领域，仍有很大的增长空间。

国际顶级厂商：Skyworks（美国）、Qorvo（美国）等

中国厂商：紫光展锐、伟杰创新、中普微等。

可编程逻辑器件/现场可编程门阵列

CPLD是由PAL和GAL器件发展而来的器件。它规模比较大，结构复杂，属于大规模集成电路的范围。它是一种数字集成电路，允许用户根据自己的需要构造逻辑功能。基本设计方法是利用集成开发软件平台，利用原理图、硬件描述语言等方法生成相应的目标文件，然后通过下载线将代码传输到目标芯片（“在系统”编程） ）来实现所设计的数字系统。 。

FPGA是现场可编程门阵列，是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产品。它作为专用集成电路（ASIC）领域的半定制电路出现，不仅解决了定制电路的缺点，而且克服了原有可编程器件中门数有限的缺点。

FPGA行业的进入壁垒很高。近十几年来，英特尔、IBM、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星等60多家公司尝试涉足这一领域。除了英特尔以167亿美元收购Altera成功进入该领域外，其他公司均纷纷打折。戟没入沙中。目前的FPGA市场，FPGA巨头均在美国，如Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel、Avago、Cypress等，各家都有自己独特的秘密武器。其中，Xilinx是全球FPGA霸主，是千万门、16纳米的领先者； Actel是反熔丝的先驱，也是航空级的先驱。其他任何公司的产品都是工业级、军工级、航天级产品。不可或缺的核心芯片，也是世界各国从事尖端技术的短板和痛苦之源。其中，Xilinx和Altera两家公司占据了90%的市场份额。国内厂商与国外厂商在技术水平上存在较大差距。国内FPGA厂商虽然有上百家竞争，但基本分布在中低端市场。其中大部分是千万门级左右的FPGA。虽然有少数2000万门级的FPGA是自主研发的。中国电子科技的3500万门级FPGA和中国电子的7000万门级FPGA是重大技术突破。

紫光展锐同创持续引领中国FPGA产业发展。在实现国内首款千万门级FPGA产品量产出货后，加速开发并陆续补充完善了3000万门规模以下中低端器件的全部产品型号，包括全系列Logos和Compact设备已投入量产。 Logos2和Titan2系列器件将于今年全部量产，可满足国内所有中低端应用的需求。市场份额覆盖60%左右，基本能够满足我国电子信息产业的稳定发展。需要。

国外顶级厂商：Xilinx（美国）、Altera（美国）等

中国厂商：深圳紫光展锐、上海复旦微电子、北京微电子等。

DSP芯片

DSP芯片是指能够实现数字信号处理技术的芯片。 DSP芯片内部采用程序与数据分离的哈佛结构。它具有专用的硬件乘法器，广泛采用流水线运算，并提供专用的DSP指令，可用于快速实现各种数字信号处理算法。

DSP芯片自诞生以来，发展迅速。他们一方面受益于集成电路的发展，另一方面也受益于巨大的市场。短短二十年的时间，DSP芯片已广泛应用于信号处理、通信、雷达、成像、军事、仪器仪表、自动化等众多领域。

目前，全球DSP芯片市场仍被巨头垄断。德州仪器、ADI、飞思卡尔、摩托罗拉等都是该行业的领导者。国产DSP芯片起步较晚。 2006年，中国电科院十四院与龙芯公司合作开发国产DSP芯片。他们2012年开发的“华锐一号”性能优于飞思卡尔的MPC8640D。 2017年，国产DSP芯片“华锐2号”进入市场。

国外顶级厂商：TI德州仪器（美国）、ADI模拟器件（美国）等。

中国厂商：中电14、中电38、湖南金鑫电子、北京中兴微电子等。

图形处理器

又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是个人电脑、工作站、游戏机以及一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上专门进行图像计算的微处理器。目的是转换和驱动计算机系统所需的显示信息，向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示。它是连接显示器和个人电脑主板的重要部件，也是“人机对话”的重要器件之一。

说到GPU，首先想到的就是NVIDIA，它占据了全球GPU市场一半以上的份额，AMD的GPU也占有一席之地。我国GPU企业尚未形成巨大规模，相关技术也在积极研发中。目前国内研究GPU的公司有上海兆芯、华为、图芯、天数智芯、华夏芯片、CoreView以及中国船舶重工集团709所、中航631等。据OFweek电子工程网编辑介绍，领九GP101拥有完全自主知识产权的中国船舶重工集团公司刷新了我国国产显卡领域的空白。灵久GP101是一款高性能、低功耗的图形处理卡。与欧美等先进厂商相比，芯片要达到世界领先水平还有很长的路要走。

国外顶级厂商：Imagination（英国）、Qualcomm（美国）、NVIDIA（美国）、AMD（美国）等。

中国制造商：景嘉威、上海兆信

微处理器

MPU也称为微处理器或存储器保护单元。 MPU是单个芯片，而芯片组是由一组芯片组成。早期的芯片甚至有7、8颗之多，但现在大多组合成两个芯片，一般称为北桥芯片和南桥芯片。桥）芯片。 MPU是计算机的计算、判断或控制中心。有人称其为“计算机的心脏”。

英特尔、高通、三星、飞思卡尔、联发科和展讯等供应商是该市场的领导者。国内MPU市场份额很小，几乎为零，华大基因、华为、紫光展锐等公司都在加大相关技术的研发力度。

国外顶级厂商：英特尔（英国）、高通（美国）、飞思卡尔（美国）等。

中国厂商：紫光展锐、联发科

半导体原材料

半导体制造材料主要包括硅片、电子气、光掩模、光刻胶辅助化学品、抛光材料、光刻胶、湿法化学品和溅射靶材等。

全球半导体材料产业仍由日本、美国、韩国、德国等国家绝对主导。我国半导体材料在靶材、封装基板、抛光液、光刻胶等产品细分领域取得了重大突破。部分产品技术标准已达到世界一流水平，但总体水平与国际一流水平仍有较大差距。 。

国外顶级厂商：美国、日本、韩国等公司。

中国厂商：苏州瑞虹、浙江金瑞虹科技、宁波江丰电子等。