中国芯片的极限突围

时间:2019-12-02 14:47:36    作者:匿名     阅读量:861

2018年初,《日本时报》发表了一篇题为“为什么中国不能制造出像样的半导体?”“中国目前是世界上最大的芯片市场,但中国使用的半导体只有16%是中国制造的。中国每年在芯片进口上花费2000亿美元,甚至超过石油进口。

文章还提到了中国大陆芯片发展的以下障碍:

1.时间障碍:中国大陆直到20世纪70年代才开放商业,而现代芯片是在1958年左右发明的,发展滞后20年。

2.资本障碍:几十年来,劳动密集型产业一直是中国内地致富的途径,而半导体需要数十亿前期投资,需要10年或更长时间才能见效。很少有中国企业有这样的财力或经验进行如此合理的投资。

3.技术壁垒:日本和韩国可以从美国购买技术或与之建立伙伴关系,但中国不能这样做。收购美国半导体公司经常遭到拒绝。日本和韩国等。对收购中国也采取类似的严格审查。

从上面的陈述,我们可能知道为什么这个国家在芯片上如此焦虑。

芯片是国家的头等大事,但对普通人来说却是遥不可及的。许多人不知道芯片是什么。在这里,试着用一种流行的方式来谈论它。

芯片的起源

说到芯片,这也与爱迪生国王的发明有关。1883年,爱迪生担心找到灯泡的灯丝材料。他偶然做了一个小实验,在真空灯泡内的碳线附近安装了一小块铜线,希望铜线能防止灯泡的碳线蒸发。

实验失败了,但是他发现没有连接到电路的铜线会因为接收到碳线发出的热电子而产生微弱的电流。他为这一发现申请了专利,并将它命名为“爱迪生效应”。

后来,爱迪生的助手,英国物理学家约翰·弗莱明利用“爱迪生效应”发明了世界上第一个电子二极管,也称为真空二极管。

电子管在放大电流信号方面发挥作用,是电视和收音机等早期电子产品不可或缺的组成部分。然而,电子管的体积和你的手掌一样大,消耗很多电能。世界上第一台计算机是由电子管制成的,使用了18000根电子管,占地170平方米,重30吨。

为了减小电子管的尺寸,1947年贝尔实验室的三位科学家肖克利、布莱顿和巴丁发明了一种可以代替电子管的晶体管。这是一种由锗和硅制成的组件。它能做得多小?根据目前的技术,60亿个晶体管占据的面积只有银行卡那么大。

三个人因此获得了1956年诺贝尔物理学奖。

有了晶体管,各种电子设备都可以做得足够小,但是晶体管是分散和独立的,大规模生产需要时间和精力。1958年,德州仪器工程师杰克·基尔比发明了集成电路。这项技术可以在硅片上印刷大量晶体管,从而实现晶体管的大规模生产。

科尔比和他的第一个集成电路

结果,科尔比获得了2000年诺贝尔物理学奖,集成电路就是我们常说的芯片。

芯片(Chip)是一种将晶体管和其他器件小型化并集成到硅片(也称为晶圆)中的电子器件。这是一个非常精确的设备,需要非常高的制造工艺。

英特尔和高通

英特尔是个人电脑的芯片霸主,高通是手机的芯片霸主。谈到芯片,不能绕过两家美国公司。

英特尔

1955年,上述晶体管发明家肖克利离开贝尔实验室,在硅谷建立肖克利半导体实验室。后来,该公司的八名员工辞职,并于1957年成立飞兆半导体。1968年,飞兆半导体的两位创始人罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔辞职,同年创立了英特尔。

随着个人电脑的兴起,英特尔将其业务集中在个人电脑芯片上,即cpu。从那时起,英特尔开始腾飞,成为全球个人电脑领域最赚钱的硬件供应商。

20世纪90年代个人电脑流行时,英特尔的股价飙升,达到3233亿美元的峰值市值,垄断了全球个人电脑芯片市场的90%以上。

英特尔目前在个人电脑芯片领域的主要竞争对手是amd,该公司也是由飞兆半导体的前员工创建的。

1965年,上面提到的英特尔创始人之一戈登·摩尔在《电子学》杂志上发表了一篇文章,预测集成在半导体芯片上的晶体管和电阻器的数量将每年翻一番。这就是著名的“摩尔定律”。

高通

由美国圣地亚哥加州大学的两位教授于1985年创立,最初专注于无线电通信技术的研究和开发,积累了该领域的大量专利。

随着智能手机的兴起,高通开始了手机cpu的研发。2007年,它发布了第一款小龙芯片。随后,小龙芯片迅速应用于各种智能手机、平板电脑和智能手表。

截至2017年底,高通在智能手机芯片上的市场份额为42%。

随着智能手机的普及,其股价飙升,目前市值为928亿美元。

高通2017年的收入为222.9亿美元,其中65%来自中国大陆,这表明我们对芯片进口的依赖。

日本、韩国、台湾、中国

日本

冷战期间,为了对抗苏联,美国开始向日本提供大规模援助。因此,日本以极低的价格从美国获得了大量技术授权,包括晶体管技术。

多亏了政府补贴,日本晶体管发展迅猛。1959年,包括索尼、nec、三洋和东芝在内的日本企业每年生产8650万个晶体管,规模超过了技术发源地美国。

1960年,日本通过逆向工程开发了日本第一个集成电路,距离美国集成电路的发明只有两年的时间。

1962年,日本nec公司通过技术授权从美国飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor Company)那里了解到集成电路的批量制造过程。在日本政府的领导下,日本电气公司也向三菱、京都电气等公司开放了这项技术,从而使日本的芯片产业正式扬帆起航。

到1989年,日本在世界上的芯片市场份额达到53%,超过美国的37%。

1990年,日本占据了全球十大半导体公司中的6家,数据由云峰金融汇编

日本的快速发展令美国震惊。为了改善美国的贸易赤字,美国与日本和其他三个国家签署了广场协议(Plaza Accord),加速了日元的升值。

由于日元的快速升值,芯片出口变得无利可图。日本国内资本已经涌入房地产和金融领域。泡沫越来越大。最后,泡沫破裂,日本进入了“失落的十年”。自那以后,芯片行业直线下滑。美国在1993年重新获得了世界芯片份额的最高位置。

日本的衰退给同样获得美国许可的韩国和台湾提供了一个机会。

南韩

由于朝鲜战争,韩国起步较晚。1969年,当日本nec和三菱已经大规模生产集成电路时,韩国三星只是一家传统的纺织品、化肥和糖公司。

在朴正熙的铁腕之下,韩国开发了具有全国实力的芯片。20世纪80年代,韩国电子通信研究所与三星、lg、现代和韩国的6所大学领导了dram (Memory)芯片领域的联合技术研究,投资1.1亿美元研发成本,其中政府承担了57%。

1983年,三星电子在韩国建立了该国第一家半导体工厂。

为了平衡日本,美国强烈支持韩国。仅在三年时间里,美国就向韩国提供了超过20亿美元的援助,并且在技术许可方面非常慷慨。

1989年,韩国三星成功实现了400万dram的大规模生产,几乎与日本同时上市。从那以后,韩国成功赶上了日本。

在日本泡沫时期,韩国开始疯狂扩张。自1990年以来,三星建立了26个研发中心,lg建立了18个,现代建立了14个。芯片领域的研发投资从1980年的850万美元飙升至1994年的9亿美元。专利数量也从1989年的708项飙升至1994年的3336项。

到2008年,仅韩国三星和sk Hynix就占据了全球dram市场的75%。

中国台湾

台湾的芯片起步比韩国晚一点。1975年,当时的经济部长孙云轩访问韩国,当他看到韩国政府从美国雇佣高薪的韩国工程师回国发展时,他深受感动。

回到台湾后,他成立了台湾工业技术研究所(Taiwan Institute of Industrial Technology),并派了一批工程师到rca学习集成电路设计和制造技术。这些工程师中有蔡明杰,他后来创建了mtk。

台湾芯片产业的一半属于TSMC。

1987年,已经55岁的张忠谋创立了台湾集成电路制造公司(TSMC)。在此之前,他是德州仪器公司的高级副总裁。他毕业于麻省理工学院,27岁时加入德州仪器公司。他有非常深厚的半导体技术积累。

当时,世界上许多芯片公司都处于idm模式,也就是说,他们从芯片设计和制造到封装都是自己做的。投资巨大,门槛极高。TSMC没有采用这种模式,而是颠覆了规则,专注于制造过程,将自己定位为世界主要芯片公司的晶圆生产工厂。这种模式被称为铸造。

依靠张忠谋的联系,TSMC于1988年邀请时任英特尔首席执行官安迪·格罗夫参观工厂,经过严格审查,TSMC成功获得了英特尔的认证和订单。

依靠“合同制造”的创新模式,TSMC能够比其他芯片公司更加专注,从而抓住机会疯狂成长。到2002年,TSMC以超过50亿美元的收入进入全球半导体行业前十名,成为全球最大的晶圆代工制造公司。

TSMC“合同制造”路线的成功催生了芯片行业的无工厂模式(专注于芯片设计,而不是建造工厂)。2000年,世界20大芯片公司中有四家采用了无寓言模式。

迄今为止,TSMC在晶圆代工领域的全球市场份额已经达到60%,远远领先于第二大三星。

从股价也可以看出TSMC的迅速崛起,市值至今已达2325亿美元。

中国大陆已经突破了它的极限。

早在1956年,周恩来总理就主持制定了《1956-1967年科学技术发展长期规划》,将半导体、计算机、自动化和电子列为中国急需发展的高新技术。

1958年,中国科学院半导体研究室成功研制出第一个锗晶体管,1959年研制出第一个硅晶体管,1968年研制出第一个集成电路,所有这些都仅比美国晚10年,甚至比韩国和台湾早。

然而,由于不可抗力的历史原因,中国大陆的半导体发展远远落后。1983年,一份报告指出,中国大陆的芯片产业比美国和日本落后15年。

从智湖北风的回答

1978年,中国大陆刚刚改革开放,一贫如洗。普通人甚至吃东西都有困难。与生活密切相关的各种行业,如纺织业、农业、家用电器等。,都急需开发。然而,对芯片的大量投资只会推迟那些后来才开始生效的行业的优先地位。

例如,2000年中国的国内生产总值为1.2万亿美元,而仅英特尔一家的市场价值就为3280亿美元,接近中国国内生产总值的30%。人们在研发上花费数百亿美元。我们在哪里付款?

更困难的是,芯片不仅是制造业的顶级产业,也是高度市场化的产业。你如何解释这种市场化?

例如,2002年,中国大陆80%的手机市场为外国公司所有。

假设一个国内芯片在这个时候出现,并且它的性能落后于美国和日本十多年,为什么摩托罗拉和诺基亚会使用它?不仅国外品牌不敢使用,国内波导、tcl等也不敢使用。也不敢使用它们,因为它们在与外资的竞争中处于劣势。

这也是我们害怕大规模投资芯片的原因之一。我们在等待一个机会,当我们有足够的资金和国内电子产品足够受欢迎的时候。

在等待的过程中,我们悄悄种下了两颗种子,一颗叫SMIC,2000年在上海成立,另一颗叫华为海斯,2004年在深圳成立。

你还记得上面提到的芯片业务分为idm(全包)、代工(合同制造)和无工厂(专注于设计,没有工厂)吗?

SMIC属于铸造厂。对TSMC、台湾、中国来说,华为海斯是没有神话的。它有自己的芯片品牌,但没有工厂,对于中国台湾的mtk来说也是如此。

说到SMIC,它与TSMC也有着悠久的历史。SMIC的创始人是张汝京。像TSMC创始人张忠谋一样,他在美国德克萨斯仪器公司工作了几十年,然后回到台湾建立时代半导体。三年后,世达成为台湾第三大芯片铸造公司。

就在他即将竭尽全力的时候,张忠谋与世界大学的主要股东举行了秘密会谈,最终以50亿美元收购了世界大学。张汝京被迫逃离,开始计划他的第二次冒险。

当他在新加坡、香港和上海摇摆不定时,上海政府提供了极其慷慨的条件,最后他决定在上海建立SMIC。

SMIC度过了一段美好的时光。当时,张汝京一方面找到了日本东芝、富士通、欧洲微电子等企业的合作,并为大陆引进了先进的技术和设备。另一方面,它从海外和台湾引进了400多名技术人才。在他的不懈努力下,SMIC在成立仅三年后就同时在美国和香港上市。

SMIC的高调让TSMC感到受到威胁。2004年,TSMC在美国起诉SMIC侵犯其知识产权。由于张汝京创立的世界大会被TSMC收购,其所有知识产权都属于TSMC。然而,张汝京在原始领域的开拓性工作不可避免地涉及到以前技术的积累。

诉讼持续到2009年,最终以SMIC赔偿3.7亿美元和张汝京辞职而告终。

后来,SMIC经历了一系列高层动荡,直到2011年第三代首席执行官邱慈云上任,才最终稳定下来。

SMIC以其在中国大陆的广阔市场为依托,稳步发展,从其股价可以看出,自2011年以来,股价一直在稳步上涨。

2017年,SMIC迎来了其第四任首席执行官,他曾在TSMC担任R&D高级董事,在三星电子担任R&D副总经理梁梦松。

这种技术牛市的加入使SMIC在技术上迅速发展。据媒体报道,SMIC在2019年下半年的技术和工艺已经相当于台湾第二大芯片生产厂。

从2019年第一季度的收入来看,SMIC已经成功进入世界前五名。

排名第九的华虹半导体也来自中国大陆。

之后,SMIC对海斯说。虽然海斯成立于2004年,但它实际上是诞生于1991年成立的华为asic设计中心(asic指专用集成电路),当时华为才成立四年。

1993年,asic设计中心成功开发出华为首款数字asic,随后在1996年、2000年和2003年先后开发了10万门、1000门和10000门asic,逐渐引起华为高级管理层的关注。

2004年,华为销售额达到462亿元人民币,员工超过1万人。这时,asic设计中心正式独立,改名为海斯硅有限公司,海斯的英文名是hi-silicon,即silicon。硅是制造芯片最重要的半导体材料。

与芯片行业的男性首席执行官不同,海斯总裁何廷博是女性。他毕业于北京邮电大学,获得硕士学位,并于1996年加入华为。

2009年,海耶斯推出了第一款面向市场的手机芯片k3。

2013年底,海耶斯推出了首款soc手机芯片——麒麟910,这是高通芯片品牌——小龙的对应物。

随着华为手机销量飙升,海斯的研发成本也在上升。2018年,海斯在研发上支出147亿美元,超过英特尔和苹果,其中很大一部分用于海斯。

2018年,华为手机在全球手机销售中升至第三位。

idc的数据

2018年,海斯的收入在中国大陆排名第一,在全球芯片设计(无晶圆厂)公司排名第五。

英特尔是一家idm公司,因此未在上面列出。

媒体预测,海斯将取代台湾的mtk,在2019年进入世界前四名。

你还记得上面提到的“我们在等待机会,等待资金充足、国内电子产品足够普及的机会”吗?

时机已到!

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