在與西方之間持續(xù)的貿易緊張關系中，中國正在加速發(fā)展其國內半導體產業(yè)，以期變得更加自給自足。

該國在IC技術方面仍然落后，并且距離自力更生還很遙遠，但它正在取得顯著進步。直到最近，中國的國內芯片制造商仍受制于成熟的代工工藝，并且沒有內存。不過，最近，一家中國代工廠進入了14nm finFET市場，研發(fā)能力為7nm。中國也正在擴大記憶。在晶圓廠設備領域，中國正在開發(fā)自己的極紫外（EUV）光刻系統(tǒng)，該技術可以對芯片中最先進的特征進行圖案化。

中國不太可能在短期內發(fā)展自己的EUV系統(tǒng)。就此而言，至少在目前，美國的鑄造和記憶工作還很薄弱。而且中國不會很快超過跨國芯片制造商。

盡管如此，它出于幾個原因正在發(fā)展其國內IC產業(yè)。一方面，中國從外國供應商那里進口了大部分芯片，這造成了巨大的貿易缺口。中國擁有龐大的集成電路產業(yè)，但規(guī)模還不足以彌合差距。作為回應，美國正在向集成電路產業(yè)投入數(shù)十億美元，并計劃制造更多自己的芯片。簡而言之，它希望減少對外國供應商的依賴。

中國最近加快了這些努力，特別是當美國與該國發(fā)動多方貿易戰(zhàn)時。僅舉一個例子，美國使華為更難獲得美國的芯片和軟件。最近，美國阻止了ASML將EUV掃描儀運送給中國最大的晶圓代工廠商SMIC。中國將這些行動和其他行動視為阻礙其增長的一種方式，促使其加快自身技術的發(fā)展。

同時，美國表示其與貿易有關的行為是有道理的，聲稱中國從事不公平的貿易做法，并且未能保護美國的知識產權。中國駁回了這些主張。盡管如此，該行業(yè)需要密切關注貿易問題以及中國在半導體領域的進步。它們包括：

• 中芯國際正在交付14nm finFET，并在研發(fā)中采用類似7nm的工藝。

• 揚子存儲技術有限公司（YMTC）最近憑借64層設備進入了3D NAND市場。128層技術正在研發(fā)中。

• ChangXin Memory Technology（CXMT）正在發(fā)售其第一款產品，即19nm DRAM產品線。

• 中國正向包括氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）的復合半導體領域擴展。

• 中國的OSAT正在開發(fā)更高級的軟件包。

這一切聽起來令人印象深刻，但中國仍在落后。中國在瘋狂地消費。中國的戰(zhàn)略是成為半導體制造業(yè)的參與者。VLSI Research總裁Risto Puhakka表示：“這是因為希望在國內制造能力中占有更大份額以及出于安全考慮。“但是中國在內存中的份額很小。在邏輯方面，他們落后于臺積電。從任何合理的方面來看，中國都遠遠不能自給自足。”

這些不是唯一的問題。D2S首席產品官Leo Pang說：“中國仍然面臨許多挑戰(zhàn)，包括需要更多的人才和IP來制造半導體，以及需要進一步縮小領先工藝技術之間的差距?！?/span>“最大的挑戰(zhàn)是美國和中國政府之間的緊張關系，這導致制造設備和EDA軟件供應的不確定性?！?/span>

中國的戰(zhàn)略
中國已經(jīng)參與了集成電路行業(yè)數(shù)十年。在1980年代，它擁有幾家技術過時的國有芯片制造商。因此，當時中國推出了一些舉措，以實現(xiàn)其集成電路產業(yè)的現(xiàn)代化。在外國關注的幫助下，該國在1980年代和1990年代發(fā)起了幾家芯片企業(yè)。

盡管如此，由于多種原因，中國在半導體技術方面仍落后于西方。當時，西方國家對中國實施了嚴格的出口管制。禁止設備供應商將最先進的工具運往中國。

然后在2000年，中國推出了兩家新興的國內代工廠商-Grace和SMIC。到那時，中國的出口管制放松了。設備供應商只需要獲得將工具運到中國的許可證即可。

大約在那個時候，中國成為了一個勞動力低廉的大型制造業(yè)基地。對芯片的需求猛增。隨著時間的流逝，美國成為全球最大的芯片市場。

從2000年代后期開始，跨國芯片制造商開始在中國建立晶圓廠以進入市場。英特爾，三星和SK海力士在中國建立了存儲器工廠。臺積電和聯(lián)電在那建立了晶圓代工廠。

根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，到2014年，中國消費了價值770億美元的芯片，但進口了大部分芯片。另外，根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，中國僅生產了這些芯片的15.1％。其余的在中國境外制造。

作為回應，在獲得數(shù)十億美元資金支持后，中國政府在2014年推出了一項新計劃。目標是加快中國在14nm finFET，存儲器和封裝方面的努力。

然后，在2015年，中國又發(fā)起了一項名為“中國制造2025”的倡議。目標是增加10個領域的零部件的國內含量-IT，機器人技術，航空航天，航運，鐵路，電動汽車，電力設備，材料，醫(yī)藥和機械。此外，據(jù)IC Insights稱，中國希望變得更加自給自足，并希望到2025年將其國內產量提高到70％。

根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，2019年中國消費了價值1,250億美元的芯片，但仍進口了大部分芯片。中國僅生產了這些芯片的15.7％，因此不太可能在2025年之前達到其生產目標。

圖1：中國集成電路市場與生產趨勢的關系資料來源：IC Insights

中國也面臨其他挑戰(zhàn)，特別是技術人才短缺。D2S'Pang指出：“中國仍在尋求更多的半導體制造人才。”“這主要是因為中國正在建設十二個新的晶圓廠。它已經(jīng)通過向臺灣，韓國，日本乃至美國的晶圓廠招募了成千上萬甚至數(shù)萬名經(jīng)驗豐富的半導體工程師，并為其支付了非常誘人的薪酬。

好的一面是，中國從今年初的Covid-19大流行中迅速復蘇。2020年上半年，中國及其他地區(qū)對芯片和設備的需求強勁。“ 200mm的容量已在各種最終應用中繼續(xù)滿負荷運行。在過去的一年中，在300mm區(qū)域也出現(xiàn)了類似情況?！?/span>UMC業(yè)務發(fā)展副總裁Walter Ng表示。

其他人看到類似的趨勢。“在Covid-19大會期間，中國半導體測試和封裝市場一直保持韌性，”FormFactor高級副總裁艾米·梁（Amy Leong）說。“由于“中國制造2025”倡議在過去幾年中建立的勢頭以及中美緊張局勢下最近的“恐慌建立/購買”，兩者的結合推動了需求的穩(wěn)定。話雖如此，隨著對全球經(jīng)濟衰退的擔憂日益加劇，我們看到中國需求不確定性的水平正在上升。”

心情也很緊張。從2018年開始，美國與中國發(fā)動貿易戰(zhàn)，對中國制成品征收關稅。中國已進行報復。

貿易戰(zhàn)正在升級。去年，美國將華為及其內部芯片部門海思（HiSilicon）加入了“實體名單”，稱兩家公司構成了安全隱患。要與華為開展業(yè)務，一家美國公司必須獲得美國政府的許可。許多美國供應商被拒絕，這影響了他們的底線。

然后，今年早些時候，美國擴大了中國“軍事最終用戶”的定義。這是為了防止中國軍方獲得美國的任何技術。

今年五月，美國開始阻止海外工廠向華為輸送芯片。“展望未來，如果滿足以下三個條件，海外晶圓廠必須停止對華為的銷售：A）晶圓廠使用美國的設備或軟件制造芯片；B）芯片是華為設計的；C）芯片制造商知道所生產的產品將運往華為?！?Cowen的分析師Paul Gallant說。“（這要求）外國芯片制造商在將芯片出售給華為之前，先使用美國的設備獲得許可證。但是新規(guī)則的措詞實際上可能并未禁止這種銷售。從好的方面來看，新規(guī)定僅涵蓋海思半導體實際設計的芯片，而不是將海外晶圓廠生產的所有芯片都出售給華為。

在某個時候，臺積電可能會中止向華為的新訂單。尚不清楚這將如何進行。規(guī)則是模糊的，可能會在一夜之間發(fā)生變化。

晶圓代工，EUV的努力
即使在貿易戰(zhàn)之前，中國仍處于大型晶圓廠擴張計劃的中間。根據(jù)SEMI的“世界晶圓廠預測報告”，在2017年和2018年，中國有18座晶圓廠正在建設中。最終，這些晶圓廠建成了。

據(jù)SEMI稱，中國目前在建3個晶圓廠。“其中兩個晶圓廠用于鑄造。一個是8英寸，另一個是12英寸。還有一個用于存儲的內存（12英寸）。SEMI的分析師Christian Dieseldorff表示，還剩下7個。

晶圓代工業(yè)占中國晶圓廠產能的很大一部分。中國的鑄造業(yè)分為兩類：國內和跨國廠商。

臺積電和聯(lián)電都是跨國公司。臺積電在上海經(jīng)營200mm晶圓廠。臺積電于2018年開始在南京的另一家工廠出貨16nm finFET。

聯(lián)電正在蘇州的200mm晶圓廠生產芯片。聯(lián)電在廈門也有一家新的300mm鑄造廠，出貨量為40nm和28nm。

同時，中國的國內代工廠商，例如ASMC，CS Micro和華虹集團，都專注于成熟的工藝。處于領先地位的初創(chuàng)公司HSMC正在研發(fā)14nm和7nm芯片。

根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，中國最先進的代工公司中芯國際是全球第五大代工供應商，僅次于臺積電，三星，GlobalFoundries和聯(lián)電。

直到去年，中芯國際最先進的工藝是28nm平面技術。相比之下，臺積電在十年前推出了28nm。時至今日，臺積電在研發(fā)方面已將5nm提升至3nm。

這是中國政府的痛處。由于中國落后，中國OEM必須從國外供應商那里獲得最先進的芯片。

另一方面，中國成熟的流程沒有差距。D2S'Pang說：“對于大多數(shù)晶圓廠而言，技術節(jié)點差距不是問題，因為用于物聯(lián)網(wǎng)和汽車應用的大多數(shù)芯片都不需要前沿節(jié)點。”

盡管如此，中芯國際仍在嘗試開發(fā)先進的工藝。2015年，中芯國際，華為，Imec和高通在中國成立了一家研發(fā)芯片技術合資企業(yè)，計劃開發(fā)14nm finFET工藝。

這是很大的一步。“遷移到14nm的finFET并不容易。每個人都為此感到掙扎，” VLSI Research的Puhakka說。“中芯國際也是如此。他們要做什么很難。”

盡管如此，此舉對于繼續(xù)擴展至關重要。在20nm處，傳統(tǒng)的平面晶體管已經(jīng)用盡了。這就是為什么英特爾在2011年轉向22nm的finFET晶體管的原因。與平面晶體管相比，F(xiàn)inFET的功率更低，速度更快，但制造起來也更困難，更昂貴。

后來，GlobalFoundries，三星，臺積電和聯(lián)電采用了16nm / 14nm的finFET。（英特爾的22nm工藝大致相當于代工廠的16nm / 14nm。）

最終，經(jīng)過多年的研發(fā)，中芯國際在2019年通過交付中國首批14nm finFET達到了一個里程碑。今天，14nm僅占SMIC銷售額的一小部分。“我們的客戶對14nm的反饋是積極的。我們的14nm產品涵蓋了低端應用處理器，基帶和與消費者相關的產品，涵蓋了通信和汽車領域?！敝行緡H的聯(lián)合首席執(zhí)行官趙海軍和梁孟松在電話會議上說。

盡管如此，中芯國際遲到了。例如，應用處理器是智能手機中最先進的芯片。當今的智能手機集成了基于7nm的應用處理器。智能手機中的其他大多數(shù)芯片（例如圖像傳感器和RF）都基于成熟的節(jié)點。

對于最先進的應用處理器，14nm并不具有成本競爭力。中芯國際開始生產14nm。但是，如果您看智能手機，則設計為7納米?！?IBS首席執(zhí)行官漢德爾·瓊斯（Handel Jones）說。“如果看一下7nm的晶體管成本，那么十億個晶體管的成本從2.67美元到2.68美元不等。10億個14nm晶體管的成本約為3.88美元。因此，您的成本差異很大?！?/span>

不過，14nm在其他市場上仍然可行。“ 14納米技術可用于低端4G和5G智能手機，但不適用于主流或高端智能手機。擁有適當處理器和系統(tǒng)架構的14nm可以用于5G基礎設施應用。

現(xiàn)在，在政府的資助下，中芯國際正在開發(fā)12nm finFET及其所謂的“ N + 1”。12nm是14nm的縮小版本。N + 1計劃在年底之前被稱為7nm技術。

N + 1看起來并不完全是。Gartner分析師Samuel Wang說：“中芯國際的N + 1相當于三星的8nm，比臺積電的10nm稍好?！?/span>中芯國際今年的N + 1可能性不大。到2020年底，12nm可能已準備就緒?！?/span>

再一次，中芯國際可能會錯過市場窗口。到2021年出貨8nm時，智能手機OEM廠商將把其5nm作為應用處理器。

這不是唯一的問題。中芯國際可以使用現(xiàn)有的晶圓廠設備生產8nm或7nm。除此之外，當前的光刻設備已經(jīng)用光了。因此，除了7nm以外，芯片制造商還需要下一代光刻技術EUV。

但是，美國最近阻止了ASML將其EUV掃描儀運送到SMIC。如果中芯國際無法獲得EUV，則該公司將停留在8nm / 7nm。“根據(jù)瓦森納爾協(xié)議，美國阻止了EUV出售給中芯國際（去年）。我無法預見在可預見的將來向中國運送EUV的情況。但是，由于14nm僅占SMIC銷售額的1％，因此幾年來他們不再需要EUV技術。” Cowen and Co.分析師Krish Sankar說。

不過，在某個時候，中國希望超越7納米。這就是中國致力于自己的EUV技術的原因。中國尚未開發(fā)出功能完善的EUV掃描儀-它可能永遠不會開發(fā)出。但是競技場上的工作正在進行中。EUV子系統(tǒng)正在多家研究機構中開發(fā)。例如，去年中國科學院上海光學精密機械研究所（CAS）描述了由千瓦激光器驅動的EUV的發(fā)展。2020年，中國科學院微電子研究所的研究人員發(fā)表了一篇論文“通過循環(huán)一致學習進行EUV多層缺陷表征”。

VLSI Research的Puhakka表示：“圍繞EUV的不同組件進行了大量研究。“我認為他們沒有先進的可制造的EUV工具。開發(fā)自己的EUV將是一個漫長的過程。我不會說永遠不會，但這是一條漫長而艱難的道路?！?/span>

其他人表示同意。“我認為我們只能看到中國正在做的事情的一部分。就像冰山一樣，大部分都看不見。他們的院士發(fā)表了有關EUV技術的論文，但是我所看到的工作基本上只是理論上的。我認為其中存在一些底層硬件。” HJL光刻技術負責人哈里·萊文森（Harry Levinson）說。

內存，非內存方面的努力
與此同時，中國在內存方面存在巨大的貿易缺口，即DRAM和NAND閃存。DRAM用于系統(tǒng)中的主存儲器，而NAND用于存儲。

中國進口了大部分記憶。英特爾，三星和SK海力士在中國經(jīng)營存儲器工廠，為國內和國際市場生產芯片。

為了減少對這里的依賴，中國正在發(fā)展其國內存儲器產業(yè)。2016年，YMTC出現(xiàn)了進入3D NAND業(yè)務的計劃。而且，CXMT目前正在擴大中國的第一個本地DRAM。

兩者都是競爭市場，尤其是NAND。3D NAND是平面NAND閃存的后繼產品。與2D結構的平面NAND不同，3D NAND類似于一個垂直摩天大樓，其中堆疊了存儲單元的水平層，然后使用微小的垂直通道進行連接。

通過堆疊在設備中的層數(shù)來量化3D NAND。隨著增加更多的層，系統(tǒng)中的位密度增加。但是，隨著添加更多層，制造挑戰(zhàn)將升級。

Lam Research執(zhí)行副總裁兼首席技術官Rick Gottscho表示：“擴展3D NAND面臨兩個重大挑戰(zhàn)。“其中之一是，當您沉積越來越多的層時，薄膜中的應力會增加，這會使晶圓翹曲并使圖案變形。然后，當您進入雙層或三層時，對齊將成為更大的挑戰(zhàn)?！?/span>

同時，YMTC似乎已經(jīng)克服了其中一些挑戰(zhàn)。去年，YMTC交付了其第一款產品– 64層3D NAND設備。現(xiàn)在，YMTC正在采樣128層3D技術。

公司落后了。相比之下，跨國供應商正在發(fā)售92層/ 96層3D NAND設備。他們還在增加112層/ 128層產品。

盡管如此，YMTC至少在中國可能成為一個因素。YMTC的芯片已被納入中國公司的USB卡和SSD中。TechInsights分析師Jeongdong Choe表示，如果中國OEM采用YMTC的技術，“這可能會破壞NAND市場份額。”

但可以肯定的是，在成為主要競爭對手之前，中國還有很長一段路要走。IC Insights總裁Bill McClean表示：“ IC Insights仍然非常懷疑該國是否能夠在未來10年內發(fā)展出一個龐大的競爭性本地存儲行業(yè)，而這個行業(yè)幾乎可以滿足其存儲IC的需求?！?/span>

對于模擬，邏輯，混合信號和射頻也是如此。麥克林說：“中國公司要在非內存IC產品領域競爭要花費數(shù)十年的時間。”

同時，中國出現(xiàn)了幾家中國的GaN和SiC供應商。他們似乎是代工供應商和材料供應商，但顯然，中國落后于舞臺。GaN用于功率半導體和射頻，而SiC用于功率器件。

YoleDéveloppement的技術和市場分析師Ahmed Ben Slimane表示：“中國市場在全球電力電子行業(yè)中代表著巨大的機遇，主要是在汽車和消費類領域?！?/span>在電動汽車/混合動力汽車應用的推動下，SiC器件開始被中國領先的汽車制造商采用，例如比亞迪在其Han EV模型中。在功率GaN行業(yè)中，小米，華為，Oppo和Vivo等中國智能手機OEM廠商已選擇采用GaN快速充電器技術。在中國強大的系統(tǒng)制造商的推動下，考慮到當前中美沖突的背景，在成本競爭力和質量提高方面，中國晶圓和設備制造商無疑處于有利地位?！?/span>

反過來，這又推動了生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。YoleDéveloppement技術與市場分析師Ezgi Dogmus表示：“在電力電子市場中出現(xiàn)寬帶隙半導體之后，中國確實在推動創(chuàng)新技術，并開始建立其國內價值鏈?！?/span>“在中國的功率SiC生態(tài)系統(tǒng)中，我們看到各種參與者都參與了晶圓，外延晶片和器件級別。這包括晶圓廠的Tankeblue和SICC，晶圓廠Epiwafer的Epiworld和TYSiC以及晶圓代工業(yè)務的Sanan IC等。關于功率GaN市場，從2019年開始，我們見證了有競爭力的GaN器件制造商的加入，例如Innoscience和快速充電器領域的各種系統(tǒng)集成商?！?/span>

包裝計劃
中國在包裝方面也有大計劃。JCET是中國最大的包裝公司。它還具有其他幾個OSAT。

“中國的OSAT技術對于主流行業(yè)能力來說是最新的，與前端晶圓制造技術相比，這被認為是技術上的差距要縮小得多。它們能夠支持幾乎所有流行的包裝類型，” FormFactor的Leong說。“新興的2.5D / 3D異構集成技術在中國仍在開發(fā)中，明顯落后于臺積電，英特爾和三星等行業(yè)領導者?！?/span>

不過，先進的包裝可能是中國可以縮小差距的地方。這不僅在包裝中，而且在半導體技術中。

如今，對于高級設計，業(yè)界通常使用芯片縮放來開發(fā)ASIC。在這里，您可以在每個節(jié)點上縮小不同的功能，然后將它們打包到單片式芯片上。但是這種方法在每個節(jié)點上變得越來越昂貴。

業(yè)界正在尋找新方法。開發(fā)系統(tǒng)級設計的另一種方法是在高級封裝中組裝復雜的模具。梁啟超說：“隨著摩爾定律放慢，與先進封裝技術的異質集成代表了中國千載難逢的機會，趕上了半導體?！?/span>