中国半导体三大“潜力股
日期:2023-01-01 17:38:02 / 人气:233
2022年10月,美国发布了最新的出口管制条例,旨在升级对中国大陆半导体产业的限制。这一次,它主要涉及高性能计算(HPC)处理器和先进工艺半导体设备。
美国的这一波限制政策,不仅“封杀”了中国的半导体产业,也帮助本土相关产业和企业进一步坚定了决心,尤其是以高性能CPU和GPU为代表的HPC处理器,以及半导体器件。此外,除了上述两个半导体“成熟”的业务板块,新业务的发展也提上日程,因为在新领域,中国与国际半导体巨头的差距没有那么大,有更大的机会实现相对快速的发展,占据市场份额,典型代表就是碳化硅(SiC)行业。
下面简单介绍一下中国相关产业的发展情况,重点是处理器、半导体设备和碳化硅。
处理器
首先看CPU。
目前国产CPU与国际厂商的差距:首先是CPU参数(核心数、主频、内存通道等)有很大的提升空间。)和性能。国产CPU与Intel、AMD相比,在先进工艺的晶圆加工技术上也与国际厂商有差距,这也会影响整体性能;其次,国产CPU除了自身性能之外,在生态系统建设方面也需要时间积累经验,主要体现在软硬件的适配,操作系统与应用的兼容。目前Wintel和AA生态系统分别垄断了PC和移动市场,甚至苹果也花费了大量的时间和资源来实现一些突破。
虽然有差距,但在科技竞争加剧的背景下,考虑到国家安全,中国大陆正在通信、金融、电子政务等关键领域加快CPU等核心芯片的国产化。
目前国内CPU代表企业主要有龙芯中科、华为海思、腾飞、兆芯等。
以龙骑士为例。经过20多年的自主研发,该公司已经构建了多种CPU,并推出了自己的指令集LoongArch和基于该指令集的产品。此外,腾飞在高端嵌入式CPU、高性能服务器CPU、高性能桌面CPU三大产品领域填补了国内多项空白。2020年,腾飞CPU的交付量已经增加到150万,2021年,已经超过200万。一方面,出货量的增长反映了本地化趋势的加速;另一方面也说明了国产化CPU正在被更多的终端需求所接受。
目前国产CPU在生态建设方面已经有所建树,如龙芯中科推出的LoongArch指令集架构,神威推出的SW64架构。他们正在积累中国关键信息领域的经验,他们的目标是实现商业化的突破。此外,腾飞CPU一直在加速软件适配,构建的生态系统已与百度、搜狗、腾讯等多家互联网和系统厂商合作。截至2021年12月,已有超过2000款国产软件获得腾飞平台兼容认证。
再来看看GPU。
Nvidia等国际领先的GPU公司已经牢牢筑起了专利墙,中国厂商在开发过程中很难绕开现有的专利。不过,就像龙芯经过多年潜心研究彻底了解MIPS,然后开发自己的指令集和芯片一样,只要有坐十年冷板凳的决心和毅力,开发自己的可控GPU也是值得期待的。
经纬是国内老牌GPU企业,率先研发了自己的GPU,并实现了大规模的工程应用。以JM5、JM7、JM9系列等GPU为代表,正在从商用向民用市场拓展。除了京嘉维,广海的DCU系列基于GPGPU架构,兼容ROCm和CUDA生态系统,可应用于大数据处理、人工智能(AI)等领域。
近年来,市场上涌现出一批国产GPU新势力,如芯科技、墙科技、摩尔线程、牧溪ic、天之鑫等。
以新动科技为例,该公司推出的桌面GPU“风华二号”集超低功耗、强渲染、4K高清三屏显示、4K视频解码、智能AI计算于一体,像素填充率48G Pixel/s,浮点运算能力FP32为1.5TFLOPS,最低功耗4W,能效比优于竞品。摩尔线程推出了MTT S60,像素填充速率192G Pixel/s,FP32为6TFLOPS,是全球首款支持AV1格式编码加速的GPU。
在云GPGPU方面,天智信是近几年异军突起的本土企业。2021年,公司推出7nm工艺自研云训练GPGPU“天罡100”,2022年发布7nm云推理GPGPU“智凯100”,可为云ai训练和HPC通用计算提供高计算能力和高能效比。
其他几家公司也在近两三年推出了用于数据中心和人工智能的GPU,如碧湖科技的BR100,摩尔线程的MTT S2000和牧溪IC的MXC系列。
总体来看,随着中国大数据和AI产业的快速崛起,市场规模不断扩大,为国产GPU的发展提供了广阔的空间。同时,随着高端芯片国产化需求的不断增加,中国本土GPU企业也将迎来发展良机。
半导体器件
2022年全球半导体行业一路走低,2023年还会进一步走低。在这种情况下,中国大陆晶圆厂的产能扩张仍然非常强劲。在产业不景气的背景下,中国大陆成为全球晶圆厂扩张焦点的步伐正在加快。
据SEMI统计,2021年全球晶圆产能中,中国大陆占16%,2021-2022年全球新增晶圆厂约29家,其中中国大陆新增9家,占比超过30%。2021年中国大陆12英寸晶圆产能增加46.8万片/月,2022年达到52.3万片/月。据估计,2000年新的能力将继续增加。
近年来,随着国际贸易环境的巨大变化,中国大陆本土晶圆厂逐渐将发展战略从“提高产品良率和产量”转向“供应链安全”。这些晶圆厂的扩张为本土产业链尤其是上游半导体设备和材料的发展提供了良好的土壤,在一定程度上抵消了大环境的低迷,有效促进了本土厂商的技术突破和业绩提升。
包括SMIC和长联在内的六家大型晶圆厂的半导体设备国产化率从2018年的平均10%上升至2021年的约30%。据中国电子专用设备行业协会统计,2021年地方晶圆厂半导体设备国产化率达到20.24%。
目前,中国本土半导体厂商正在加速突破前后设备领域。
在前置设备方面,热处理、清洗、蚀刻、除胶、CMP等领域的市场占有率较高,约为20%或更高。以CMP为例,华海清科已经实现了28nm以上12英寸逻辑工艺DRAM全覆盖,128层3D NAND,1X/1Y工艺,14nm及更先进的工艺设备正在验证过程中;在刻蚀设备方面,中威公司已经实现了CCP设备5nm工艺量产,北方华创14nm ICP设备也进入SMIC国际生产线验证。
薄膜沉积、离子注入设备等领域的市场占有率还比较低,但近年来有了较大的突破。比如拓晶科技的28nm以上工艺的PECVD在国内生产线拿下了订单,SACVD和ALD设备也拿下了订单,这是一个很大的突破。科思通的多种离子注入设备都收到了客户的重复采购订单。
在后通道设备方面,以测试设备为例,华丰测控、长传科技、华星源创都有较大突破。其中长传科技的数字测试机D9000集成了1024个数字通道,数字测试速率为200MHz,并实现量产。
碳化硅
传统硅基半导体物理特性的局限性越来越明显。以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有宽带隙、高热导率、耐高温、耐高压、高功率密度等优点。在高频、高压、高温等应用场景下,碳化硅材料可以提高能效,减小器件体积。
碳化硅产业链主要分为衬底、外延片和器件三部分。
国际碳化硅制造商主要有Wolfspeed、Roma、ST、II-VI(更名为Coherent)、Anson等。中国本土碳化硅制造商主要包括三安光电、泰科天润、基础半导体和文泰科技。国内厂商起步较晚,往往依靠某项技术突破从特定领域切入碳化硅产业链,只专注于产业链的特定环节。例如,田玉娥先进和田可何达专注于基板,东冠天宇和汉天成专注于外延,士兰威和华润微专注于器件。
作者:开丰娱乐
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