在与西方持续存在贸易紧张关系的情况下，中国正在加快推进国内半导体产业的发展，以期变得更加自给自足。
中国在集成电路技术方面仍然落后，离自力更生还差得很远，但正在取得显着进步。直到最近，中国国内的芯片制造商还停留在成熟的代工工艺上，而在内存中没有存在。不过，最近一家中国代工厂进入了 14nm FinFET 市场，研发了 7nm。中国也在向内存扩张。在晶圆厂设备领域，中国正在开发自己的极紫外(EUV) 光刻系统，这是一种在芯片中形成最先进特征的技术。
中国近期内不太可能开发自己的 EUV 系统。就此而言，国家的铸造和记忆努力是适度的，至少目前是这样。中国不会很快超越跨国芯片制造商。
尽管如此，出于几个原因，它正在发展其国内 IC 产业。一方面，中国从外国供应商那里进口大部分芯片，造成了巨大的贸易逆差。中国有相当大的集成电路产业，但还不足以缩小差距。作为回应，该国正在向其 IC 行业投入数十亿美元，并计划制造更多自己的芯片。简而言之，它希望减少对外国供应商的依赖。
中国最近加快了这些努力，尤其是当美国与中国发起多管齐下的贸易战时。仅举一个例子，美国让华为更难获得美国的芯片和软件。最近，美国阻止了 ASML 向中国最大的代工供应商中芯国际运送 EUV 扫描仪。中国将这些和其他行动视为阻碍其增长的一种方式，促使其加快发展自己的技术。
与此同时，美国称其与贸易有关的行为是正当的，声称中国从事不公平的贸易行为，未能保护美国的知识产权。中国驳斥了这些说法。尽管如此，业界仍需密切关注贸易问题以及中国在半导体领域的进展。他们包括：
中芯国际正在出货 14nm finFET，研发中采用类似 7nm 的工艺。
长江存储科技（YMTC）最近以 64 层设备进入 3D NAND 市场。128层技术正在研发中。
ChangXin Memory Technology (CXMT) 正在出货其第一款产品，即 19nm DRAM 生产线。
中国正在向复合半导体领域扩张，包括氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC)。
中国的 OSAT 正在开发更先进的封装。
这一切听起来令人印象深刻，但中国仍然落后。“中国正在疯狂地消费。中国的战略是成为半导体制造的参与者。VLSI Research 总裁 Risto Puhakka 表示：“这是出于希望在国内制造能力中占有更大份额，以及出于安全考虑。” “但中国在记忆中的份额很小。在逻辑方面，他们落后于台积电。从任何合理的角度来看，中国都远非自给自足。”
这些不是唯一的问题。D2S首席产品官 Leo Pang 表示：“中国仍然面临许多挑战，包括在半导体制造方面需要更多的人才和知识产权，以及需要进一步缩小领先工艺技术的差距。 ” “最大的挑战是美国和中国政府之间的紧张关系，这导致制造设备和EDA软件供应的不确定性。”
中国战略
中国涉足集成电路产业已有数十年。在 1980 年代，它拥有几家技术落后的国营芯片制造商。因此，当时中国推出了多项举措来实现其集成电路产业的现代化。在外国关注的帮助下，该国在 1980 年代和 1990 年代推出了几家芯片企业。
尽管如此，中国发现自己在半导体技术方面落后于西方有几个原因。当时，西方对中国实施了严格的出口管制。禁止设备供应商向中国运送最先进的工具。
然后在 2000 年，中国推出了两家新的现代国内代工供应商——格雷斯和中芯国际。那时，中国的出口管制放松了。设备供应商只需获得许可证即可将工具运往中国。
大约在那个时候，中国成为劳动力低的大型制造业基地。对芯片的需求猛增。随着时间的推移，该国成为世界上最大的芯片市场。
从 2000 年代后期开始，跨国芯片制造商开始在中国建立晶圆厂以进入市场。英特尔、三星和 SK 海力士在中国建立了内存工厂。台积电和联电在那里建立了晶圆厂。
根据 IC Insights 的数据，到 2014 年，中国消费了价值 770 亿美元的芯片，但其中大部分是进口的。此外，根据 IC Insights 的数据，中国仅生产了其中 15.1% 的芯片。其余的都是在中国境外制造的。
作为回应，中国政府在数十亿美元的资金支持下，于 2014 年公布了一项新计划。目标是加快中国在 14nm finFET、内存和封装方面的努力。
然后，在 2015 年，中国发起了另一项名为“中国制造 2025”的倡议。目标是提高信息技术、机器人、航空航天、航运、铁路、电动汽车、电力设备、材料、医药和机械等10个领域的零部件国产化含量。此外，根据 IC Insights 的数据，中国希望在 IC 方面变得更加自给自足，并希望到 2025 年将其国内产量提高到 70%。
根据 IC Insights 的数据，2019 年中国消耗了价值 1250 亿美元的芯片，但其中大部分仍依赖进口。中国仅制造了这些芯片的 15.7%，因此该国不太可能在 2025 年之前实现其生产目标。
图 1：中国 IC 市场与生产趋势 来源：IC Insights
中国还面临其他挑战，尤其是技术人才短缺。“中国仍在寻求更多的半导体制造人才，”D2S 的 Pang 观察到。“这主要是因为中国正在建设十几个新的晶圆厂。它已经从台湾、韩国、日本甚至美国的晶圆厂招募了数千甚至数万经验丰富的半导体工程师，并为他们提供了极具吸引力的薪酬待遇。”
好的一面是，中国在今年早些时候从 Covid-19 大流行中迅速复苏。2020年上半年，中国及其他地区的芯片和设备需求强劲。“200 毫米容量继续满负荷运行，适用于各种终端应用。在 300 毫米区域，过去一年的情况类似，”联华电子业务发展副总裁 Walter Ng 表示。
其他人也看到了类似的趋势。FormFactor高级副总裁 Amy Leong 表示：“中国半导体测试和封装市场在整个 Covid-19 期间一直保持弹性。“在过去几年‘中国制造2025’倡议所形成的势头以及最近中美紧张局势中的‘恐慌建造/购买’共同推动下，需求依然强劲。话虽如此，随着对全球经济衰退的担忧加剧，我们看到中国的需求不确定性越来越高。”
心情也很紧张。从2018年开始，美国对中国发动贸易战，对中国制造的商品征收关税。中国进行了报复。
贸易战正在升级。去年，美国将华为及其内部芯片部门海思加入“实体名单”，称这些公司构成安全风险。美国公司要与华为开展业务，必须获得美国政府的许可。许多美国供应商被拒绝，这影响了他们的底线。
然后，今年早些时候，美国扩大了中国“军事最终用户”的定义。这是为了防止中国军方获得任何美国技术。
今年 5 月，美国采取行动阻止芯片从海外晶圆厂流向华为。“展望未来，符合以下三个条件的海外晶圆厂必须停止向华为销售：A）晶圆厂使用美国设备或软件制造芯片；b) 芯片由华为设计；C) 芯片制造商知道所生产的产品将运往华为，”Cowen 分析师 Paul Gallant 表示。“（这要求）使用美国设备的外国芯片制造商在向华为出售芯片之前必须获得许可证。但新规则的措辞可能实际上并未禁止此类销售。从好的方面来说，新规则只涵盖了海思实际设计的芯片，并非所有海外晶圆厂生产的芯片都卖给了华为。”
在某个时候，台积电可能会停止对华为的新订单。目前还不清楚这一切将如何发展。规则很模糊，可能在一夜之间改变。
晶圆代工、EUV 的努力
甚至在贸易战之前，中国就处于一项重大的晶圆厂扩建计划之中。根据 SEMI 的《世界晶圆厂预测报告》，2017 年和 2018 年，中国有 18 家晶圆厂在建。最终，这些晶圆厂建成了。
据 SEMI 称，中国目前有 3 座晶圆厂在建。“其中两个晶圆厂用于代工。一个是 8 英寸，另一个是 12 英寸。还有一个用于内存（12 英寸）。SEMI的分析师 Christian Dieseldorff 说，还有 7 个仍在计划中。
代工行业占中国晶圆厂产能的很大比例。中国的代工行业分为两大类——国内厂商和跨国厂商。
台积电和联电属于跨国公司。台积电在上海经营一家 200 毫米晶圆厂。2018 年，台积电在南京的另一家晶圆厂开始出货 16nm finFET。
联电正在苏州的一家 200 毫米晶圆厂生产芯片。联华电子还在厦门新建了一家 300mm 代工企业，出货 40nm 和 28nm。
同时，ASMC、CS Micro、华虹集团等中国本土代工厂商都在关注成熟的工艺。在前沿，初创公司 HSMC 正在研发 14nm 和 7nm。
根据集邦咨询的数据，中芯国际是中国最先进的代工公司，是全球第五大代工供应商，仅次于台积电、三星、格罗方德和联电。
直到去年，中芯国际最先进的工艺是28nm平面技术。相比之下，台积电十年前就推出了 28nm。如今，台积电正在研发 5nm 和 3nm。
这是中国政府的痛处。因为中国落后了，中国的 OEM 必须从外国供应商那里获得他们最先进的芯片。
另一方面，中国的成熟工艺没有差距。“对于大多数晶圆厂来说，技术节点差距不是问题，因为物联网和汽车应用中使用的大多数芯片不需要领先的节点，”D2S 的 Pang 说。
尽管如此，中芯国际正在努力开发先进的工艺。2015年，中芯国际、华为、Imec和高通在中国成立了一家联合研发芯片技术企业，计划开发14nm finFET工艺。
这是一大步。“转向 14nm 的 finFET 并不容易。每个人都在为此苦苦挣扎，”VLSI Research 的 Puhakka 说。“中芯国际也是如此。他们试图做的事情很困难。”
尽管如此，这一举措对于继续扩大规模至关重要。在 20nm 时，传统的平面晶体管已经过时了。这就是英特尔在 2011 年转向 22nm finFET 晶体管的原因。FinFET 比平面晶体管速度更快、功耗更低，但制造起来也更难、更昂贵。
后来，格罗方德、三星、台积电和联电转向 16nm/14nm 的 finFET。（英特尔的 22nm 工艺大致相当于代工厂的 16nm/14nm。）
终于，经过多年的研发，中芯国际在 2019 年实现了一个里程碑，出货了中国第一颗 14nm finFET。如今，14nm 仅占中芯国际销售额的一小部分。“我们的客户对 14nm 的反馈是积极的。我们的 14nm 覆盖通信和汽车领域，应用包括低端应用处理器、基带和消费相关产品，”中芯国际联合首席执行官赵海军和梁梦松在电话会议上表示。
尽管如此，中芯国际还是迟到了。例如，应用处理器是智能手机中最先进的芯片。今天的智能手机采用了基于 7nm 的应用处理器。智能手机中的大多数其他芯片，例如图像传感器和射频，都是基于成熟的节点。
对于最先进的应用处理器来说，14nm 并不具有成本竞争力。“中芯国际开始做 14nm。但如果你看一下智能手机，就会发现设计是 7nm，”IBS 首席执行官 Handel Jones 说。“如果你看一下 7nm 的晶体管成本，十亿个晶体管的成本从 2.67 美元到 2.68 美元不等。14 纳米的 10 亿个晶体管成本约为 3.88 美元。所以你有很大的成本差异。”
不过，14nm 在其他市场也是可行的。“14nm 技术可用于低端 4G 和 5G 智能手机，但不适用于主流或高端智能手机。14nm 可用于具有适当处理器和系统架构的 5G 基础设施应用，”琼斯说。
现在，在政府的资助下，中芯国际正在开发 12nm finFET 及其所谓的“N+1”。12nm 是 14nm 的缩小版。到年底，N+1 被称为 7nm 技术。
N+1 并不像看起来那样。“中芯国际的 N+1 相当于三星的 8nm，略优于台积电的 10nm，”Gartner 分析师 Samuel Wang 表示。“中芯国际今年的 N+1 不太可能。12nm 可能会在 2020 年底前投入生产。”
再次，中芯国际可能错过市场窗口。到 2021 年出货 8nm 时，智能手机 OEM 将转向 5nm 用于应用处理器。
这不是唯一的问题。中芯国际可以使用现有的晶圆厂设备制造 8nm 或 7nm。除此之外，目前的光刻设备已经耗尽了动力。因此，在 7nm 之后，芯片制造商需要下一代光刻技术 EUV。
然而，美国最近阻止了 ASML 向中芯国际运送其 EUV 扫描仪。如果中芯国际拿不到EUV，公司就卡在8nm/7nm了。“美国根据瓦森纳协议阻止了向中芯国际出售 EUV（去年）。我无法想象在可预见的将来会有 EUV 运往中国。但由于 14nm 仅占中芯国际销售额的 1% 以上，他们在几年内不需要 EUV 技术，”Cowen and Co. 的分析师 Krish Sankar 表示。
不过，在某个时候，中国希望超越 7nm。这就是为什么中国正在研究自己的极紫外技术。中国还没有开发出成熟的 EUV 扫描仪——它可能永远也不会开发出来。但该领域的工作正在进行中。几个研究机构正在开发 EUV 子系统。例如，中国科学院上海光学精密机械研究所（CAS）去年描述了由千瓦激光驱动的EUV的发展。2020年，中科院微电子研究所的研究人员发表了题为“EUV多层缺陷表征通过循环一致性学习”的论文。
“围绕 EUV 的不同组件进行了大量研究，”VLSI Research 的 Puhakka 说。“我不认为他们已经先进到拥有可制造的 EUV 工具。开发自己的 EUV 将是一个漫长的过程。我不会说永远不会，但这是一条漫长而艰难的道路。”
其他人同意了。“我认为我们只看到了中国正在做的部分事情。它就像一座冰山，大部分都隐藏在视线之外。他们的院士发表了有关 EUV 技术的论文，但我所看到的工作大多是理论性的。我假设有一些底层硬件，”HJL Lithography 的负责人 Harry Levinson 说。
内存，非内存努力
与此同时，中国在内存方面存在巨大的贸易逆差，即 DRAM 和 NAND 闪存。DRAM用于系统中的主存储器，而NAND用于存储。
中国进口大部分内存。英特尔、三星和 SK 海力士在中国经营内存工厂，为国内和国际市场生产芯片。
为了减少对这里的依赖，中国正在发展其国内的存储器产业。2016年，长江存储出现了进军3D NAND业务的计划。而长鑫存储目前正在加速生产中国第一款国产DRAM。
两者都是竞争市场，尤其是 NAND。3D NAND是平面 NAND 闪存的继任者。与二维结构的平面 NAND 不同，3D NAND 类似于垂直摩天大楼，其中存储单元的水平层堆叠，然后使用微小的垂直通道连接。
3D NAND 通过设备中堆叠的层数来量化。随着更多层的添加，系统中的位密度会增加。但是，随着您添加更多层，制造挑战会升级。
“扩展 3D NAND 面临两大挑战，” Lam Research执行副总裁兼首席技术官 Rick Gottscho 说。“一个是薄膜中的应力随着您沉积越来越多的层而积聚，这可能会使晶圆翘曲并扭曲图案。然后，当你去双层或三层时，对齐就成了一个更大的挑战。”
与此同时，长江存储似乎已经克服了其中一些挑战。去年，长江存储推出了第一款产品——64层3D NAND设备。现在，长江存储正在对 128 层 3D 技术进行采样。
公司落后了。相比之下，跨国供应商正在出货 92 层/96 层 3D NAND 设备。他们还在增加 112 层/128 层产品。
尽管如此，长江存储可能会成为一个因素，至少在中国是这样。长江存储的芯片已被纳入中国公司的 USB 卡和 SSD。TechInsights 分析师 Jeongdong Choe 表示，如果中国 OEM 采用 YMTC 的技术，“这可能会成为 NAND 市场份额的颠覆性局面”。
不过，可以肯定的是，中国在成为主要竞争对手之前还有很长的路要走。IC Insights 总裁 Bill McClean 表示：“IC Insights 仍然非常怀疑该国能否在未来 10 年内发展出具有竞争力的大型本土存储产业，以接近满足其存储 IC 需求。”
模拟、逻辑、混合信号和射频也是如此。“中国公司需要几十年的时间才能在非存储器 IC 产品领域具有竞争力，”McClean 说。
与此同时，国内也涌现出多家中国GaN和SiC供应商。他们似乎是代工供应商和材料供应商，但显然，中国在舞台上落后了。GaN 用于功率半导体和射频，而 SiC 用于功率器件。
Yole Développement 技术和市场分析师 Ahmed Ben Slimane 表示：“中国市场代表了全球电力电子行业的重要机遇，主要是在汽车和消费领域。” “在电动汽车/混合动力汽车应用的推动下，SiC 器件开始被中国领先的汽车制造商采用，例如比亚迪的 Han EV 车型。在功率氮化镓行业，小米、华为、OPPO、vivo等中国智能手机OEM厂商在快充技术上都选择了氮化镓。在中国强大的系统制造商的推动下，鉴于当前中美冲突的背景，中国晶圆和设备厂商在成本竞争力和不断提高的质量方面肯定处于有利地位。”
这反过来又推动了生态系统的发展。Yole Développement 技术和市场分析师 Ezgi Dogmus 表示：“随着电力电子市场出现宽带隙半导体，中国确实在推动创新技术，并开始建立国内价值链。” “在中国功率碳化硅生态系统中，我们看到晶圆、外延片和器件级别的不同参与者参与其中。这包括晶圆领域的Tankeblue和SICC，外延片领域的Epiworld和TYSiC以及代工业务的三安IC。关于功率GaN市场，从2019年开始，我们见证了Innoscience等有竞争力的GaN器件制造商以及快速充电器领域的各种系统集成商的进入。”
封装计划
中国在封装方面也有很大的计划。JCET是中国最大的封装公司。它还有其他几个OSAT。
“中国的 OSAT 技术与主流行业能力相当，被认为与前端晶圆制造技术相比，技术差距要小得多。它们能够支持几乎所有流行的封装类型，”FormFactor 的 Leong 说。“新兴的 2.5D/3D 异构集成技术在中国仍处于开发阶段，明显落后于台积电、英特尔和三星等行业领导者。”
不过，先进封装技术可能是中国可以缩小差距的地方。这不仅在封装方面，而且在半导体技术方面。
今天，对于高级设计，业界通常使用芯片缩放来开发 ASIC。这是您在每个节点上缩小不同功能并将它们打包到单片芯片上的地方。但是这种方法在每个节点都变得越来越昂贵。
该行业正在寻找新的方法。开发系统级设计的另一种方法是在高级封装中组装复杂的芯片。“随着摩尔定律的放缓，先进封装技术的异构集成代表了中国在半导体领域赶超的千载难逢的机会，”Leong 说。---Mark LaPedus
