快速退火炉_RTP_RTA_国产_自主研发半导体生产设备_半导体扩散热处理设备_量伙半导体设备(上海)有限公司官方网站 http://www.larcomse.com 量伙半导体是国内领先的快速退火炉RTP半导体设备厂商,拥有先进的控温技术,数十项专利证书, 自主研发碳化硅,氮化镓,硅片晶圆4寸6寸8寸12寸,全自动半自动快速退火炉,合金炉,实现离子注入后退火,快速退火工艺,RTP,RTA,RTO ,LED,集成电路IC芯片高温真空退火,快速退火,售后服务响应及时,值得信赖。 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 zh-CN hourly 1 https://www.s-cms.cn/?v=4.7.5 发展历程 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 2发展历程1019.png



2010-2017年某进口名牌快速退火炉RTP大中华区代理商,经手数百台设备,熟知主流产品优缺点,技术、软件积累阶段

2018年成立“量伙半导体”,开始自行研发快速退火炉

2019年产出第一台6寸设备,交付某科研院所

2020年批量交付设备扩展到LED行业

2021年批量交付设备扩展到功率器件行业

2022年批量交付到集成电路、第三代半导体、MEMS器件等

2023年更高工艺12寸集成电路设备交付中……


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企业文化 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800

☆务实高效:以事实为基础、结果为导向、科技为产力,高质量高效率达成有竞争力的目标。

以人为本:依靠人才,尊重人才,发展人才,成就人才。

坦诚开放:视野开阔,胸怀开放,说真话、讲实情,具体到事,责任落实,对项目、产品和质量负责。

创新进取:广泛汲取前沿知识、融汇最新科研成果、深入研究专业领域,提供更先进的芯片制造解决方案。

       客户至上:以客户为中心,持续提供更好的解决方案、更优的产品和服务,为客户创造价值,通过成就客户和伙伴来成长自己。


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公司简介 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800

量伙半导体设备(上海)有限公司成立于2018年,位于中国经济最发达的长三角区域-----上海市浦东新区。公司致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的研发、设计、制造、销售及技术服务,立志为中国制造行业提供更为先进的国产化设备!经过多年努力,公司目前已陆续向市场推出4、6、8、12英寸快速退火炉RTP设备,成为国内唯一能提供全尺寸系列的RTP热处理设备专业供应商。

量伙半导体设备(上海)有限公司目前已拥有各种知识产权与软件著作、外观、结构等几十项专利,取得了ISO9001质量管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证、ISO45001职业健康安全管理体系认证、AAA级质量服务诚信单位、AAA级信用等级认证、AAA级资信等级证书、AAA重合同守信用单位、AAA信用报告、AAA诚信供应商、AAA诚信经营示范单位、诚信企业家等证书……。

公司已获得合肥市政府专项基金投资,并与哈工大机器人(合肥)国际创新研究院达成深度合作。在合肥市设有研发、制造基地,在北京、西安等地设有技术服务中心。

公司制造中心占地面积4500平方米,拥有数十台高端辅助测试设备。工厂的工艺水平、装备能力、核心制造能力、核心试验检测能力处于国内同行业先进水平。加工、试验采用行业先进水平设计流程,为企业提高了质量保障能力、生产效率和竞争力,并降低了成本。公司的生产管理严格按照现有的国际标准质量体系IS09001执行。

公司现有员工42人,拥有经验丰富的产品研发、设计及技工队伍。其中从事产品设计研发、自动化、结构,控制软件等各专业科研人员32人,重点本科理工专业15人,研究生12人,博士5人,并设有10人的专业售后服务队伍,确保了产品现场服务和远程协调的需要。

公司管理层从事半导体设备行业二十余年,经手过数百台设备,熟知主流产品的优缺点,为快速热处理设备的技术及软件算法积累了丰富经验。自2018年成立量伙半导体以来,迅速的向市场推出了4寸、6寸、8寸、12寸快速退火炉设备。公司自主研发的快速退火炉RTP设备具有国内领先的技术水平,独特的控温设计理念配合复杂的软件算法,满足了更为苛刻条件下的工艺要求。已在众多IDM、Foundry、研究所、高校、实验室等半导体生产研究单位得到广泛应用,亦获得欧洲、亚洲的客户青睐。


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DRAM / NAND 巨头明年加码半导体投资:三星增加 25%、SK 海力士增加 100% Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 12 月 21 日消息,根据韩媒 ETNews 报道,三星和 SK 海力士都计划 2024 年增加半导体设备投资。

三星计划投资 27 万亿韩元(IT之家备注:当前约 1482.3 亿元人民币),比 2023 年投资预算增加 25%;而 SK 海力士计划投资 5.3 万亿韩元(当前约 290.97 亿元人民币),比今年的投资额增长 100%。

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报道中指出,三星和 SK 海力士在增加半导体设备投资之外,还提高了 2024 年的产能目标。

报道称三星将 DRAM 和 NAND 闪存的产量提高 24%,而 SK 海力士的目标是将 DRAM 产能提高到 2022 年年底水平。

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根据集邦咨询公布的 2023 年第 3 季度营收数据,在市场份额方面,三星在 DRAM 领域占有约 38.9% 的市场份额,而 SK 海力士则为 34.3%。

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在 NAND 领域,三星拥有约 31.4% 的市场份额,而 SK 海力士则占 20.2%。

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DRAM 和 NAND 市场由于长期供应过剩,主要制造商都采取了减产的方式,这种情况直到近期才有所缓解。

在价格反弹的情况下,韩国两大公司计划进行重大投资,这引发了人们对存储器行业可能面临新挑战的担忧。

此外,业界普遍认为,未来一些与 AI 相关的应用将需要大容量内存支持。例如,明年全球智能手机出货量预计将增长 3%,预计将促进高价值内存市场需求的扩大。

集邦咨询也指出,近期有关内存厂商扩大投资、提升产能的消息,主要是受 HBM 市场需求增长的推动,而非所有产品的产能扩张。

快速退火炉RTP,国产半导体,半导体设备,快速热处理


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Intel CPU工艺上演奇迹:6个季度内实现“1.8nm”量产 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 在先进工艺上,Intel这两年被三星、台积电领先了,但在CEO基辛格的带领下,Intel目标是2025年重新成为半导体领导者,还定下了4年内掌握5代CPU工艺的宏大目标,如今已经是2023年了,距离目标只有2年。


这五种工艺是Intel 7、Intel 4、Intel 3、Intel 20A(等效2nm,其中A代表埃米,1nm=10埃米,下同)、18A(等效1.8nm),其中Intel 7就是当前13代、12代酷睿量产的工艺。


Intel 4工艺会由14代酷睿首发,不过随着PC需求的下滑,Intel今年的策略也变了,Intel 4工艺至少要到2023年下半年才能量产了。


Intel CPU工艺上演奇迹:6个季度内实现“1.8nm”量产


Intel 20A计划2024上半年准备投产,首发Arrow Lake(15代酷睿)客户端处理器,18A提前到2024下半年就绪,分别用在下一代酷睿和数据中心产品上。


但是这样做也带来了一个大挑战,那就是2023年下半年到2024年下半间隔只有6个季度,也就是一年半时间,Intel要搞定4个CPU工艺节点,这个进度是前所未有的,台积电升级工艺都没这么快过。


对Intel来说,6个季度搞定“1.8nm”工艺量产,这一波真的就是奇迹翻盘了。



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让「室温超导」再飞一会儿 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 工业革命?狼来了?

就在上周,韩国的一个科学家团队发表了两篇论文,表示他们已经发现了全球首个室温常压超导材料,一种名为“改性铅磷灰石晶体结构(下称LK-99)”的材料。

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(图源:LK-99论文)

此消息一出,顿时吸引了全世界的目光。

简单解释一下,超导(superconductivity)是物理学中,材料在低于一定温度时电阻变为0的现象,转变后的材料称为超导体(superconductor)。常规超导体的实现路径主要有两种——低温和高压。也正因为达成条件苛刻,因此较难落实到实际应用中。

如果此次室温常压超导被证实,那将可能带来继蒸汽、电力、信息后的又一次工业革命。

但……有那么容易吗?

室温超导复现难

根据韩国团队论文中的描述,LK-99材料的制备可以说非常简单,他们把多种含铅、铜和磷的材料经过一定组合后分别混合加热,最终得到一种掺杂铜的铅-磷灰石晶体。

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(图源:bilibili)

根据论文最终的实验结果,在127℃以下,给LK-99施加电流,在一定的电流范围内电压都基本为零,表现出了零电阻的特性。

论文还宣称,温度、电流和磁场达到一定临界值后,零电阻现象也随之消失,符合超导体性质。

而除了零电阻以外,超导体的另外一个重要特性是完全抗磁性,也就是迈斯纳效应

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(图源:LK-99论文)

为了证实这一特征,韩国团队在网上发表了视频演示。似乎从各方面都证实了室温超导确有其事。

由于制备工艺不复杂,国内外有大量个人和实验团体加入了“复现LK-99”的验证活动。

简单盘点一下大概有这些:

7月26日,知乎@半导体与物理发文开始复现实验,后因实验室规范停更;

国外网友Andrew McCalip在直播平台直播实验;

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(图源:网络)

印度一团队复现失败,已经联络韩国团队,希望得到进一步支持;

华中科技大学团队,bilibili@关山口男子技师 在30日发表了4份复现样品的结果,均无法达到零电阻,但能够发现一定的抗磁性;

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(图源:bilibili)

东南大学团队,bilibili@科学调查局 在31日发布了复现实验的全流程,他指出,目前论文中的部分制备流程存在矛盾或语焉不详,根据现有信息制备出的样品没有发现超导磁悬浮现象;

北航研究人员也在arXiv上提交了论文,称实验结果未发现LK-99的超导性。

目前来看,参与复现的团队基本都未能证实LK-99的室温超导真实性,但考虑到实验的变量,大多数团队的结论都没有完全否认可能性

室温超导“狼来了”

目前来看,学界和业界对于这一材料的真实性大体持怀疑态度,仅有美国国家实验室研究人员利用能源部的算力模拟了相关现象,表示理论上存在超导特征

无怪学界大佬们疑心重,主要是“室温超导”的“狼来了”故事有点多。

早在今年3月,美国罗切斯特大学的兰加·迪亚斯(Ranga Dias)及其团队就宣称,他们在1GPa(约等于1万个大气压)的压强下,在镥-氮-氢体系中材料中实现了室温(约21℃)超导。

然而这一实验结果后续遭遇光速“打脸”,多个实验团队声明,在针对镥化氢化合物的重复实验中没有发现超导现象。后续甚至出现了实验样品离奇“丢失”的情况,最终演变为一场学术闹剧。

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(图源:网络)

不仅如此,在LK-99引发热议后,一家名为Taj Quantum的区块链公司也同样发文自称实现室温超导并申请了专利,还公布了照片。然而无论是区块链业务,还是材料本身,都给人一种浓浓的蹭热度意味。

未来没来,资本先来

急着蹭热度不是没道理的,因为室温超导,准确地说是室温常压超导的意义实在太大了。

首先最显著的应用就是能源领域,由于超导近乎为零的电阻,因此在电能传输上有极大的优势。我国的西电东送工程在过去的几十年中补足了东部地区的大量能源缺口,然而这一工程是建立在特高压输电技术上的,由于输电材料的电阻,输电过程中的电能有近15%的损耗。

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(图源:网络)

而如果用室温常压超导材料替代现有输电材料,就能实现电能几乎无损的传输,极大缓解了能源调动困难以及损耗的问题。

同时,目前新能源领域热门的储能行业也将迎来“革命”,将电流储存在超导线圈里,相比电池电容有不少独到的优势。

再比如可控核聚变——庞大的清洁能源;磁悬浮车——列车更高速,汽车飞上天;核磁共振MRI普及化;量子计算小型化……

这些可能是科幻电影当中才会出现的技术,将有极大可能迅速落地。

当然,这些暂时还是虚无缥缈的,但资本市场的反应很实在。今日午后超导概念股就迎来了一波大涨,多股涨停。

写在最后

作者发稿前又看了一下各复现实验的团队,结果,华中科技大学团队,bilibili@关山口男子技师在下午3点发布了一条新的验证视频。

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(图源:bilibili)

根据视频简介所说,其团队合成的LK-99材料小颗粒在常温常压下出现了磁悬浮现象,成为了目前首个成功验证LK-99材料抗磁性特征的团队,此后只要再验证电阻值,就可以得出LK-99是否具备超导性的结论了。

让「室温超导」再飞一会儿吧。只希望是真的。

 

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LarcomSE量伙半导体&SEMICON CHINA 2023展会回顾 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 被疫情耽误的时间,这次展会全部补了回来。

7+3的展馆明显不够用,再加上W和N的其他展会,整个新国博犹如一场盛大的嘉年华,人太多了。 

长话短说,还是用现场的图片回顾一下2023年SEMICON CHINA的盛况。

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量伙半导体邀请您--SEMICON CHINA 2023 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 图片.png

 


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扫上图二维码注册登记

注:62日前注册的观展观众,入场胸牌提前派送,省去现场排队烦恼。

SEMICON CHINA 2023 展览时间

2023年06月29日星期四 09:00am - 5:00pm

2023年06月30日星期五 09:00am - 5:00pm

2023年07月01日星期六 09:00am - 4:00pm

 

 

量伙半导体展位图示如下:

 

上海新国际博览中心SNIEC坐落于上海浦东新区,周边完善的交通网络保证了您无论从浦东国际机场还是上海市区出发都可方便快捷地到达展馆。

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量伙半导体展位E7155:

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企业简介:

量伙半导体设备(上海)有限公司成立于2018年,位于中国经济最发达的长三角区域-----上海市浦东新区。公司致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的研发、设计、制造、销售及技术服务,立志为中国半导体行业提供更为先进的国产化设备!经过多年努力,公司目前已陆续向市场推出4、6、8、12英寸快速退火炉RTP设备,成为国内唯一能提供全尺寸系列的RTP热处理设备专业供应商。

 

量伙半导体设备(上海)有限公司目前已拥有各种知识产权与软件著作、外观、结构等几十项专利,通过了上海高新技术企业认定,取得了ISO9001质量管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证、ISO45001职业健康安全管理体系认证、AAA级质量服务诚信单位、AAA级信用等级认证、AAA级资信等级证书、AAA重合同守信用单位、AAA信用报告、AAA诚信供应商、AAA诚信经营示范单位、诚信企业家等证书……。

 

公司已获得合肥市政府专项基金投资,并与哈工大机器人(合肥)国际创新研究院达成深度合作。在合肥市设有研发、制造基地,在北京、西安等地设有技术服务中心。

 

公司制造中心占地面积4500平方米,拥有数十台高端辅助测试设备。工厂的工艺水平、装备能力、核心制造能力、核心试验检测能力处于国内同行业先进水平,加工、试验采用行业先进水平设计流程,为企业提高了质量保障能力、生产效率和竞争力,并降低了成本。公司的生产管理严格按照现有的国际标准质量体系IS09001执行。

 

公司现有员工42人,拥有经验丰富的产品研发、设计及技工队伍。其中从事产品设计研发、自动化、结构,控制软件等各专业科研人员32人,重点本科理工专业15人,研究生12人,博士5人,并设有10人的专业售后服务队伍,确保了产品现场服务和远程协调的需要。

 

公司管理层从事半导体设备行业二十余年,经手过数百台设备,熟知主流产品的优缺点,为快速热处理设备的技术及软件算法积累了丰富经验。公司自主研发的快速退火炉RTP设备具有国内领先的技术水平,独特的控温设计理念配合复杂的软件算法,满足了更为苛刻条件下的工艺要求,已在众多IDM、Foundry、研究所、高校、实验室等半导体生产研究单位得到广泛应用,亦获得欧洲、亚洲的客户青睐。

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SiC碳化硅、GaN氮化镓等第三代半导体推荐设备


 

 

双腔全自动6、8寸兼容快速退火炉RTP

产地:中国

型号:S803

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简介(Description):

S803系列自动快速退火炉,内置Robot可以自动取放片,适用于最大8英寸(单片200mm*200mm)及6英寸(单片150mm*150mm)硅片、第二代、第三代化合物材料等(包括但不限于,砷化镓,碳化硅,氮化镓等各类衬底和外延片),拥有出色的热源和结构设计,独有专利的温度控制系统,能更为精准进行温控操作,可视化软件平台,也实时对温度进行监控并矫正,保证工艺的稳定性和重复性。双面加热方式与单面加热相比,可以大幅减小图案加载效应,晶片上的热的均匀性将更好。多路气体配置(可定制更多),配置真空腔体,整机通过Semi认证。设备国产化率达到90%,配件渠道丰富。

 

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全自动8寸快速退火炉RTP

产地:中国

型号:S801(配置Open cassette)

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简介(Description):

S801系列自动快速退火炉,内置Robot可以自动取放片,适用于最大8英寸(单片200mm*200mm)及以下尺寸硅片、第二代、第三代化合物材料(砷化镓,碳化硅,氮化镓等各类衬底和外延片),拥有出色的热源和结构设计,可以定制多腔体满足产线产能规划。独有专利的温度控制系统,能更为精准进行温控操作,可视化软件平台,也实时对温度进行监控并矫正,保证工艺的稳定性和重复性。双面加热方式与单面加热相比,可以大幅减小图案加载效应,晶片上的热的均匀性将更好。多路气体配置(可定制更多),配置真空腔体,整机通过Semi认证。设备国产化率达到90%,配件渠道丰富。

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全自动8寸快速退火炉RTP

产地:中国

型号:S801(配置Load port)

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简介(Description):

S801(H)系列全自动快速退火炉,内置Robot可以自动取放片,适用于最大8英寸(单片200mm*200mm)及以下尺寸硅片、第二代、第三代化合物材料(砷化镓,碳化硅,氮化镓等各类衬底和外延片),拥有出色的热源和结构设计,可以定制多腔体满足产线产能规划。独有专利的温度控制系统,能更为精准进行温控操作,可视化软件平台,也实时对温度进行监控并矫正,保证工艺的稳定性和重复性。双面加热方式与单面加热相比,可以大幅减小图案加载效应,晶片上的热的均匀性将更好。多路气氛通道并可配置真空腔体,整机通过Semi认证,符合全自动产线要求。设备国产化率达到90%,配件渠道丰富。

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定义(Definition):

快速热处理(RTP)设备是一种单片热处理设备,可以将晶圆的温度快速升至工艺所需温度(200-1400℃),并且能够快速降温,升/降温度速率约20-250℃。RTP设备还具有其他优良的工艺性能,如极佳的热预算和更好的表面均匀性,尤其对大尺寸的晶圆片。多用于修复离子注入后的损伤,多腔体规格可以同时运行不同的工艺过程。

名词解释RTA:Rapid Thermal Annealing 快速热退火。

名词解释RTO:Rapid Thermal Oxidation 快速热氧化,主要用于生长薄绝缘层。

名词解释RTN:Rapid Thermal Nitridation 快速热氮化。

推荐适用场景:碳化硅氮化镓等化合物外延制造,IGBT、MOSFET功率器件研发制造,MEMS研发制造,LED芯片,MiniLED,MicroLED等。

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光电行业推荐设备

 

 

12寸全自动快速退火炉RTP

产地:中国

型号:LH-RTA-A

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简介(Description):

全自动化工作模式,双12寸工艺腔体结构,可同时加工4寸晶圆18片或6寸晶圆8片或8寸晶圆2片 ,对化合物等半导体材料进行快速热处理、退火等工艺。使用基于Windows 10系统的Larcomse专用控制软件,可快速上手,亦方便读写数据,全中文软件实时显示热处理工艺曲线、气体流量、水流量等各种数据;具有多种自动保护功能。可配置多种气氛通路,可定压抽真空,根据实验目的多样化定制。独有专利的温度控制系统,可以多温区实时同步闭环PID控制,能进行更精准的温控操作,以及保障更可靠的重复性操作。采用的双面加热方式与单面加热相比,可以大幅减小图案加载效应,晶片上的热均匀性将更好。

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12寸快速退火炉RTP

产地:中国

型号:LH-RTA-B

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简介(Description):

机台配置12寸工艺腔体,可同时加工4寸晶圆9片或6寸晶圆4片或8寸晶圆1片 ,对化合物等半导体材料进行快速热处理、退火等工艺。使用基于Windows 10系统的Larcomse专用控制软件,可快速上手,亦方便读写数据,全中文软件实时显示热处理工艺曲线、气体流量、水流量等各种数据;具有多种自动保护功能。可配置多种气氛通路,可定压抽真空,根据实验目的多样化定制。独有专利的温度控制系统,可以多温区实时同步闭环PID控制,能进行更精准的温控操作,以及保障更可靠的重复性操作。采用的双面加热方式与单面加热相比,可以大幅减小图案加载效应,晶片上的热均匀性将更好。

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设备主要工艺应用(Application):

快速热处理(RTP),快速退火(RTA),快速热氧化(RTO),快速热氮化(RTN);

离子注入/接触退火;

高温退火;

高温扩散;

金属合金;

热氧化处理。

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设备主要应用领域(Field):

化合物半导体(磷化铟、砷化镓、氮化物、碳化硅等);

多晶硅;

太阳能电池片;

MEMS等传感器;

二极管、MOSFET及IGBT等功率器件;

MiniLED、MicroLED、CMOS等光电器件;

IC晶圆。

注:在光电行业,对产能有一定要求,我司A、B型设备,已通过验证,均能满足客户量产需求。

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IGBT,Mosfet,MEMS等器件推荐设备

 



 

 

 

8英寸、6英寸半自动快速退火炉RTP

产地:中国

型号:LH-RTA-D,LH-RTA-D-R,LH-RTA-E,LH-RTA-E-R

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简介(Description):

适用于单片6寸或者单片8寸及以下尺寸等半导体材料进行快速热处理、退火等工艺。使用基于Windows 10系统的Larcomse专用控制软件,可快速上手操作,亦方便读写存数据,全中文软件界面(可定制语言和模块),能实时显示工艺曲线、气体流量、冷却水等各种数据;具有多种自动保护功能。可配置多种气氛通路,能抽真空,根据实验方向进行多样化定制。独有专利的温控系统,可以多温区实时同步闭环PID控制,能进行精度±0.5℃的温控操作,以及保障更可靠的重复性操作。采用的双面加热方式与单面加热相比,可以大幅减小图案加载效应,使晶片的热均匀性更好。

可选配高温计,机械手Robot。

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设备主要工艺应用(Application):

快速热处理(RTP),快速退火(RTA),快速热氧化(RTO),快速热氮化(RTN);

离子注入/接触退火;

高温退火;

高温扩散;

金属合金;

热氧化处理。

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设备主要应用领域(Field):

化合物半导体(磷化铟、砷化镓、氮化物、碳化硅等);

多晶硅;

太阳能电池片;

MEMS等传感器;

二极管、MOSFET及IGBT等功率器件;

MiniLED、MicroLED、CMOS等光电器件;

IC晶圆。



高校科研实验平台推荐设备

 

 

4英寸快速退火炉RTP

产地:中国

型号:LH-RTA-C

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简介(Description):

适用于单片最大4寸(100mm*100mm)晶体化合物等半导体材料进行快速热处理、退火等工艺。使用基于Windows 10系统的Larcomse专用控制软件,可快速上手操作,亦方便读写存数据,全中文软件界面(可定制语言和模块),能实时显示工艺曲线、气体流量、冷却水等各种数据;具有多种自动保护功能。可配置多种气氛通路,能抽真空,根据实验方向进行多样化定制。独有专利的温控系统,可以多温区实时同步闭环PID控制,能进行精度±0.5℃的温控操作,以及保障更可靠的重复性操作。采用的双面加热方式与单面加热相比,可以大幅减小图案加载效应,使晶片的热均匀性更好。

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注:科研实验等平台测试专用设备,可根据客户需求,进行功能和参数定制。

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巨头造芯,走向台前 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 近年来,“跨界造芯”早已成了科技界的热门话题。

 

无论是车企、手机厂商、互联网企业亦或是家电巨头,都接二连三地扎进了“造芯”赛道, “自研芯片”似乎成为了一场挡不住的大潮流。

 

其实早在2010年苹果发布iPhone4明确向外界宣布自研处理器A4后,“造芯”就已不再是芯片公司的专属,谷歌、特斯拉、微软、亚马逊、百度、阿里巴巴等企业接连跨界入局。

 

尤其是在近几年用户需求日益提升,且半导体行业经历了“芯片荒”以及“科技制裁”的大背景下,“跨界造芯”已蔚然成风。

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图源:科技日报

 

巨头跨界造芯,纷纷涌进

 

去年8月,快手推出首款自研云端智能视频处理SoC芯片SL200,正式宣布进军to B市场;与此同时,其老对手字节跳动也在芯片领域阔步前行,披露自研芯片划分服务器芯片、AI芯片、视频云芯片三大类的最新进展,还被曝出用行业3倍薪资挖芯片人才。

 

在手机市场,手机厂商在造芯赛道也格外热闹,国产手机四大品牌“华米OV”齐聚,小米推出ISP芯片澎湃C1和充电芯片澎湃P1;vivo则公布了自研ISP芯片V1/V2;OPPO推出了首款自研影像专用NPU芯片马里亚纳X,有爆料称OPPO还有更多芯片在路上。

 

手机厂切入芯片研发领域基本都是以自研为主,且着眼点大多在影像能力的提升。其中,虽然OPPO的马里亚纳MariSilicon X是NPU芯片,但其实也融合了ISP,是一个ISP+AI加速器的NPU。

 

与集大成者的手机SoC芯片相比,只专注于影像的 ISP在技术上相对没这么复杂,更重要的是,在影像已成为手机核心竞争力的当下,如何切实的提高影像性能已经成为了手机厂商“内卷”的主要方向。

 

另一边,车企造芯早已不是新鲜话题。

 

在经历了缺芯以及巨头自研芯片、汽车架构变革对半导体新需求等影响,车企开始觉得自己有必要设计芯片或者参与到芯片设计当中去。

 

蔚小理作为造车新势力的本土代表厂商,扛起“自研芯片”的大旗。

 

早在2020年就传出,蔚来和小鹏两家新势力被传出正在筹建自己的自动驾驶(AD)芯片开发团队。截止到去年11月,蔚来AD芯片研发团队规模已达500人,且研发进展顺利。另有爆料指出,蔚来在同时研发AD芯片和激光雷达芯片;小鹏方面则已经选择特斯拉FSD芯片作为其对标产品。

 

去年5月,由理想全资控股的理想智动正式成立,似乎宣告了理想进军芯片行业的决心。今年初,理想似乎正在研究自动驾驶芯片,其官网和第三方招聘平台上都在招聘SoC系统架构师、自动驾驶MCU研发高级工程师等多个职位。

 

与此同时,各家新势力还在极力拉拢业内人才,推进芯片研发工作。业界预计,蔚来、小鹏、理想的自动驾驶芯片,最早可能于2024年左右上车。

 

从抢人才到拼投入,造车新势力的芯片争夺战已经进入白热化阶段,但距离隧道尽头的光明还有一段距离。以特斯拉为坐标,“蔚小理”还有很多功课要补。

 

蔚小理之外,吉利、零跑和比亚迪等中国车企也在研发自动驾驶芯片以及功率半导体器件。

 

考虑到芯片的研发、量产周期长,技术门槛高,需要持续和稳定的经营节奏。而车企造芯,是一项垂直扩展业务,车企更重要的主业是造车、卖车。这些尝试和努力,取决于车企有多少资源,管理与执行的耐心,以及能卖多少车、活多久。

 

此外,资本合作也成为车企选择的另一种路径。从2021年开始,我国车企也开始大规模向芯片行业纵向投资,以布局自己的汽车芯片供应链。

 

车企跨界同半导体企业展开合作,好处还在于国产车规级芯片获得了更多上车认证的机会。与产业链企业进行纵向资本合作,几乎是现阶段国内车企为完善自身芯片产业链供应链能够做出的最优选择之一。

 

家电巨头的自研芯片布局,与其业务密不可分。据不完全统计,美的、格力、海信、海尔、格兰仕、TCL、创维、康佳、长虹等知名家电品牌均已通过下设芯片部门、成立子公司或投资芯片创企等方式,在芯片半导体领域积极布局,主要围绕MCU主控芯片、电源管理芯片、连接芯片、驱动芯片和图像处理芯片等多类家电芯片进行布局。

 

后浪跃跃欲试,老将早已建立起稳固地盘。

 

从2018年百度率先发布昆仑1芯片开始,阿里、腾讯等老牌互联网大厂相继进军芯片领域,阿里成立芯片公司平头哥半导体,腾讯采用“投资+自研”的形式躬身入局。

 

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图源:AI芯天下

 

在此后的时代沉浮中,BAT曾先后撤掉多条业务线,但依然牢牢守住了芯片这块战场。

 

百度发布的国内首个云端AI芯片昆仑1,开启了互联网大厂造芯的先河。眼下,百度全力布局自动驾驶。去年昆仑2芯片在发布的时候,被确定将用于自动驾驶、智能交通助手等领域。

 

截至目前,阿里平头哥已经形成了玄铁、倚天、含光、羽阵四大系列,对外构建外部生态和对内服务于云计算。

 

去年年底,腾讯首次公开自研芯片研发进展——三款芯片“紫霄”、“沧海”和“玄灵”都属于专用芯片,分别用于AI计算、视频处理和高性能智能网络。

 

在造芯这件事上,华为海思更是老将。在其产品阵列中,除了因为智能手机被熟知的麒麟系列之外,还有以巴龙系列为代表的基带芯片,以天罡系列为代表的通信基站芯片,以昇腾系列为代表的AI芯片,以鲲鹏系列为代表的PC及服务器芯片等。直到后来受到美国制裁,大家都比较清楚了。

 

整体来看,各界巨头纷纷瞄准芯片赛道,大有一种“不造芯就落伍”的错觉。但纵观市场环境和趋势,虽然“造芯之路”九死一生,但不做仿佛更像是“温水煮青蛙”,在后知后觉中被危机袭倒。

 

巨头造芯,走到新阶段

 

除这些之外,巨头造芯也正在迎来新阶段。

 

海信芯片公司,计划分拆上市

日前,海信视像发布了拟分拆子公司青岛信芯微电子科技股份有限公司至科创版上市的预案。

 

据了解,海信于2005年注资5亿元成立青岛海信信芯科技有限公司,同年研制出我国第一颗拥有自主知识产权的数字视频处理芯片“信芯HiView”VPE1X,使同类进口芯片价格从每颗13美元下降到5美元。

 

2017年,海信收购日本东芝电视,整合其画质芯片设计团队。2019年6月将芯片部门海信信芯和上海宏祐公司整合成立青岛信芯微电子公司。发展至今,其画质处理芯片已经迭代4次。可以看到,海信的芯片之路主要围绕着优化显示效果,并实现了多个“全国首颗”,包括2015年推出4K 120HZ超高清画质引擎芯片、2022年1月发布全自研8K AI画质芯片等等。

 

公开资料显示,信芯微是一家专注于显示芯片及AIoT智能控制芯片的Fabless模式芯片设计公司,致力于为各类显示面板及显示终端提供显示芯片解决方案,并为智能家电等提供变频控制及主控解决方案。

 

海信视像方面表示,通过本次分拆,信芯微将实现独立上市,并通过上市融资增强资金实力,提升企业持续盈利能力和核心竞争力。

 

在此基础上,海信视像还在年报表述,公司将持续拓展半导体布局,垂直一体化做优显示产业的同时,加快芯片的横向拓品效率。

 

比亚迪半导体:坚持上市计划不动摇

早在2013年,埃隆·马斯克便提出要研发自动驾驶芯片,由于缺乏技术和人才储备,特斯拉早期只能与Mobileye合作,而其研发的产品并没有达到预期,只达到了L2级别。从2015年特斯拉重新组建团队布局自动驾驶芯片,到2019年特斯拉正式发布第一款自研的AP芯片Autopilot HW3.0,特斯拉经历了五年时间。

 

同样,国内汽车芯片领域的领军企业比亚迪半导体,也经历了相当长的技术培育和上车验证之路。

 

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图源:红星资本局

 

而在市场和资本层面,相较于其电动汽车销量一路扶摇直上,比亚迪旗下子公司比亚迪半导体的IPO之路却尽显曲折,历经多次"被中止"之后,去年11月再次敲响终止的钟声。

 

不过,在3月29日比亚迪业绩会上,董事长王传福再次表态,"比亚迪半导体上市计划不变,只是进程上有一些调整"。

 

事实上,上市募资投建功率半导体,本就是比亚迪计划之一。据比亚迪半导体此前规划,公司上市将募集26.86亿元,其中3.12亿元将用于新型功率半导体芯片产业化及升级项目,20.74亿元用于功率半导体和智能控制器件研发及产业化项目,3亿元用于补充流动资金。

 

另外,面对新能源汽车行业的持续增长,新增晶圆产能仍远不能满足下游需求。为尽快提升产能供给能力和自主可控能力,比亚迪半导体拟抢抓时间窗口,开展大规模晶圆产能投资建设。为扩大晶圆产能,比亚迪半导体上市在审期间还投资约49亿元实施济南功率半导体产能建设项目。目前该项目已建成投产,产能爬坡顺利,预计2023年3月达到满产状态,届时产能将达到3万片/月,预计对比亚迪半导体未来资产和业务结构产生较大影响。

 

此外,在终止上市之际,比亚迪半导体还接盘了成都紫光项目,也举被业界解读为扩大晶圆产能的一步。通过优化公司半导体板块布局,扩大产能率先满足内需,从而再外供面向整个产业链,削减与母公司的关联交易比例,最终达到上市的目的。

 

作为一家半导体供应商,比亚迪半导体现已实现IGBT、SiC器件、IPM、MCU、CMOS图像传感器、电磁传感器、LED光源及显示等产品量产。其中,比亚迪半导体最拿手的便是IGBT汽车功率模块,早于2005年就开始自研,目前已拥有全产业链IDM模式的运营能力。

 

目前在IGBT模块领域,比亚迪半导体也已站到国内头部位置。资料显示,2018年比亚迪半导体发布车规级领域具有标杆性意义的IGBT 4.0技术;2021年,基于高密度Trench FS的IGBT 5.0技术实现量产。目前在IGBT模块领域,比亚迪半导体也已站到国内头部位置。

 

据招股书显示,在IGBT领域,比亚迪半导体2019、2020连续两年在新能源乘用车电机驱动器厂商中全球排名第二,国内厂商中排名第一,市场占有率达19%,仅次于英飞凌。另根据财通证券研报,2022年前三季度比亚迪半导体功率模块装机量市场份额达21.1%,接近赛道龙头英飞凌25.7%的市场份额。

 

芯片自研or外购,仍旧“造不如买”?

 

中国关于购买核心芯片还是自研的争论由来已久。

 

造不如买”的芯片产业思维,导致了国内半导体产业差距被逐渐拉大的事实。尤其是随着中兴华为事件的发生,国内厂商关于芯片自研还是外购的讨论逐渐开始偏移。不仅是本土芯片企业在加大自研力度,积极提升竞争力。终端巨头也开始向产业链上游发力,“跨界造芯”悄然兴起。

 

对于上述巨头跨界造芯而言,做芯片需要有具体场景承接,不是为了做而做,而是基于短视频、影像质量、云计算或是自动驾驶等内在需求。当然不管是哪些场景,巨头造芯大多出于两个目的:对内为了其主体业务而服务,“性价比”是造芯的源动力,同时实现自身在同赛道的差异化竞争力;对外开拓市场空间寻找新的增长点。

 

契合自身业务需求,提升竞争力

前者是行业厂商最明显的趋势。

 

从国际厂商视角来看,早在2013年,谷歌就开始研发用于AI场景的TPU芯片,解决公司内部日益庞大运算需求与成本问题。亚马逊也在2013年推出了Nitro1芯片,同样是服务自身业务。时至今日,亚马逊已经坐拥网络芯片、服务器芯片和人工智能机器学习芯片三条产品线,8年倒腾出9颗芯。亚马逊通过自研芯片处理Alexa语音助手的运算,成功替代了英伟达的芯片,降低了30%的成本。谷歌也发布了自研视频处理芯片Argos VCU,替换掉了数千万个英特尔CPU,一举为谷歌节省了200亿人民币的资本开支。

 

亚马逊、微软、谷歌等几家科技大厂掌握了全球大部分的服务器算力。这些庞大的算力需求,足以激励他们研发自己的服务器芯片。所以,性价比是大厂造芯的第一动力。

 

这股造芯热传递到国内,互联网大厂陆续加入群聊。

 

比如,百度拥有“昆仑”和“鸿鹄”两大主打芯片。其中昆仑作为一款AI芯片,除了常用深度学习算法等云端需求,还能适配诸如自然言语处置、大规模语音辨认、自动驾驶、大规模引荐等详细终端场景的计算需求。鸿鹄是一款远场语音交互芯片,主要应用在车载语音交互、智能家居等场景,都与百度的业务协同。

 

同样的道理,阿里平头哥的芯片很大程度也直接服务于阿里云的生态建设。另外,其还基于神龙架构,推出了自己的云服务器神龙服务器,并设计了自己的智能网卡芯片X-Dragon。总之,通过不断丰富生态增强其软硬一体的协作能力。

 

腾讯的“沧海”、“紫霄”和“玄灵”,分别针对视频处理加速、AI芯片、智能网卡芯片等,无一例外的指向内需。

 

从快手和字节的造芯计划也能看到,随着互联网公司业务的快速扩张,上层的视频业务对硬件的要求需要在芯片定义阶段就要从实际需求出发,做出符合自身业务特点的ASIC。这也是字节负责人提到的“公司无法找到能够满足其要求的供应商”。

 

如果以市场上现有的芯片来用,势必只能在老牌巨头已经成熟的芯片中做选择,这无疑会加大硬件方面资金的投入和后续业务稳定性的风险。并且市面上的通用型芯片,往往不如专用型芯片在优化视频体验上做的出色。在这种情况下,自研芯片成了必选项。

 

另一方面,高通、AMD以及英特尔等芯片大厂提供的通用产品,越来越难以满足互联网科技厂商们的现实需求。同时也导致了很多科技公司采购芯片的成本在不断上升,过去由于话语权的羸弱使其只能听之任之;但如今随着各家自研芯片的出炉,其对大厂的“蛮横”也有了一些底气。种种因素下,自研芯片逐渐成为必选项。

 

家电巨头纷纷自研芯片的原因也不难理解。一方面,在国家大环境对于芯片自主可控的要求趋势下,不希望命脉被掌握在外资手中,所以下定决心自研芯片,提升自身核心竞争力;另一方面,自主研发对终端企业更有价值的地方在于提升产品的差异化,更好的做好软硬件的适配及性能优化。

 

在打造差异化优势方面,OPPO、vivo、小米等手机公司尽管不会面临被卡脖子的困境,但一定存在芯片的趋同性问题,要产生技术力上的竞争,自研芯片同样是必选项。

 

然而,对于车企自研芯片的必要性,业界众说纷纭。

 

有观点指出,随着电动汽车渗透率快速增长,智能电动汽车的供应链也相对成熟。在上游,英伟达、高通等专做芯片的公司能为大部分车企提供自动驾驶、座舱芯片等产品。其相比大部分车企更具规模优势,能以巨大的出货量平摊掉更多研发成本,能在与台积电等代工厂合作时拿到更低的单颗芯片报价。

 

而车企自己研发大算力芯片,则是上述规模优势的反面。车企需要承担极高的研发费用,如果芯片全部自用,平摊到每辆车上,自研芯片不一定比外采便宜。

 

不过在造芯必要与否,成本是否合适的问题到来之前,有资源、有野心的头部车企仍会尝试自研智能座舱、自动驾驶等大算力芯片。

 

因为芯片和依托于芯片的智能化体验,日益成为车企卖车的竞争力之一。自动驾驶、智能座舱芯片往上承托着软件系统,软件中流转着数据,数据是车企感知用户行为、迭代系统的必要内容。那些希望像苹果或特斯拉那样,以持续升级的软硬件系统,带来非凡体验、品牌黏性的车企,不可能不尝试自研芯片和操作系统。

 

因此,包括蔚小理在内的车企都有这个野心。一来,高端芯片的自主可控一直受到政策驱动,扶持本土半导体产业是趋势亦是必然;二来,通过自研AD芯片不仅有助于车企构建全栈自研的能力,一定程度上还能够提升品牌价值。

 

市场环境下,稳固供应链安全

中美贸易摩擦,导致的海外厂商供货困难,又加速了半导体行业的“国产替代”热潮。

 

如上文所述,无论是从企业自身战略层面还是行业整体环境来看,“造芯”对于技术驱动的大厂都值得尝试。

 

其好处在于,相比通用芯片的高门槛,专用芯片设计的研发对大厂而言相对容易许多。并且能提升其产品体验和服务差异化这一核心优势。

 

另外,自主研发可以使其在成本与流程上做到最优,提高安全性和灵活性,在长中短各个阶段不同层次上进行更快的创新,使其在芯片的立项、进度和交付上掌握主动性。

 

开拓市场空间,寻找新增长点

最后,我们再围绕“巨头造芯或将对外开拓市场空间寻找新的增长点”这一角度来谈谈。

 

纵观半导体产业过去几十年的发展历程,跟硬件市场的趋势息息相关。

 

国外方面,英特尔的崛起伴随着PC行业的繁荣,高通的发展依托于智能手机的扩张,英伟达后来居上也是乘上了游戏、加密货币和AI的东风。

 

所以对当前的国内巨头来说,最重要的其实是找到一个属于自己的应用场景,无论是云计算、AI训练、还是MCU,有没有竞争力,能不能打,都需要在市场中去尝试。

 

以华为海思为例,其第一笔订单来自大华股份的安防监控市场,然后依托华为在通信领域的基础,研发基站和基带芯片,再然后就是大众所熟知的麒麟系列,依托于华为的智能手机走向万千消费者。

 

但从后起之秀的进展来看,无论是百度还是阿里,或者其他跨界巨头,要打开外部市场上并不容易。而从大厂分拆出来,独立融资,可能是其芯片业务市场化的必经之路。

 

一方面,分拆上市可以拓宽融资渠道、降低资产负债率,并有利于优化资本结构,推出市场化的激励机制;另一方面,从自身业务内部拆分出来后,也能够更方便给其他同行供货,给更多领域客户供货,从而迅速扩大市占率、寻找新的增长点。

 

写在最后

 

从当前大厂造芯的入局进程来看,现阶各巨头造芯的“出口”大多精准地瞄向了自身业务,且正在出现分拆谋求独立上市的迹象和案例,而从“造芯”这件事本身和所处的竞争环境来看,“造芯”的高门槛决定了入局“造芯”的大厂,很难避免后续过程的持久战。

 

但无论怎样,芯片行业“造不如买”的发展逻辑正在成为过去式,被遗留在历史“吱呀呀”的车辙里。

 


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1万伏!丰田GaN新技术明年量产 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 2月13日,据日本媒体报道,丰田合成已经开发了一种可以承受10000V或更高电压的氮化镓器件,预计2024年将会量产,目标应用包括汽车OBC,甚至是直流微电网。


此前报道提到,丰田合成这项氮化镓技术采用了全新结构——极性超结(PSJ)GaN FET(.链接.)。今天,我们来分析一下这项技术是如何实现的,以及它的最新进展。

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丰田极性超结氮化镓

击穿电压高达1万伏

如今市面上基于HEMT结构的横向GaN功率器件的击穿电压普遍为650V左右,难以达到汽车等大功率器件应用需求。
据日经XTECH报道,丰田合成联合Powdec公司开发了基于极性超结(PSJ)的GaN FET产品,该结构不仅具有二维电子气(2DEG),还有二维空穴气(2DHG),因此既可以实现高速开关操作,又可以实现高耐压,从而解决了传统GaN HEMT电场集中的难题。
据介绍,丰田合成的PSJ-GaN FET开关频率显著高于SiC MOSFET(上限数百 kHz)和 Si IGBT(几十 kHz),同时击穿电压等于或高于 SiC 器件;两家公司已证明,PSJ-GaN功率晶体管可以实现超过10000V 的击穿耐压,单颗PSJ GaN FET 的功率容量上限可达约10 kW。


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丰田合成开发的可实现10,000V以上耐压的新结构GaN功率器件


衬底改用氮化镓

性能再次得到提升

早在2016年,Powdec就已成功在蓝宝石衬底上制造出具有 1200V 额定电压和小于100 mΩ导通电阻的GaN PSJ氮化镓器件。
Powdec当时表示,常见的GaN功率器件是在Si(111) 衬底上实现的,额定电压为600V的器件所需的氮化层厚度通常为 5μm 或更厚,而他们的PSJ器件即使氮化层厚度薄至1μm,器件的击穿电压也能够高达6000V
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不过,丰田合成表示,由于蓝宝石衬底通常是应用在LED,存在较多的晶体缺陷,因此在最近开发的器件中,丰田合成正在采用高质量 GaN on GaN 衬底,来制作 PSJ 结构氮化镓器件。
该公司表示,采用氮化镓衬底可使薄层电阻降低约40%、可处理更大的电流;同时可将2DEG的迁移率提高约1.5倍,将2DHG的迁移率提高约2倍。
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将用于微电网

GaN模块产品明年量产

今年1月份,POWDEC宣布已经开发了基于PSJ氮化镓的8kW功率模块,该模块的开关速度是硅产品的100倍左右,而且与普通氮化镓产品相比,该模块可耐受2倍以上的高电压。
POWDEC未来打算开发可耐受更高的800伏电压的产品,目标是在2024年之前实现产品化。POWDEC社长成井启修表示:“如果推进元件的优化,还可以使控制速度提高数十倍”。
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而据丰田合成介绍,他们正在参与日本政府的节能化项目,开发基于PSJ结构的GaN FET的直流微电网高效功率调节器。
预计到2024年,他们将开发出耐压1500V以上、电流25A以上的器件,实现最大效率98%以上、轻量化70%以上的功率调节器目标。


快速退火炉RTP,碳化硅,芯片热处理

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第三代半导体---碳化硅 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 第三代半导体---碳化硅

地球上几乎所有的能源都能转换成电力,而电能用于特定目的都需要功率调节和转换,目前主要调节功率的效率是由半导体器件性能所决定。


功率半导体主要用于电力设备的电能转换和电路控制,是进行电能处理的核心器件。包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理,除了保证设备正常运行,还能起到有效节能作用。


美国通用公司研制出世界上第一个工业用的普通晶闸管,也使硅Si走到人们面前。但是近年来,随着技术生产的进步,硅固有的材料特性在某些领域几乎达到了理论极限,例如,高阻断电压600V以上功率器件的应用难题,即使在今天技术都很成熟的情况下,都不容易突破,由此可见,研发替代硅的新材料迫在眉睫。

90年代,新出现的碳化硅SiC,氮化镓GaN,引起了科学家的希望。


因为出色的物理性能和成熟的工艺技术,还有与硅基材料加工工艺的极大的兼容性,让碳化硅在同类宽禁带半导体胜出。以最开始商用的4H-SiC肖特基二极管为例,其导通电阻比同类硅器件低两个数量级。在同功率的等级下,碳化硅模块体积明显小于硅模块。碳化硅已经从生活中4C产业提升电能利用效率,到新能源车提高单次充电续航里程,还有光伏逆变器电能转换率,甚至大功率领域的高压直流输电系统里处处可见了。

自然界的碳化硅,又叫金刚砂,存在于岩石中。作为晶体材料于1892年通过碳和二氧化硅在1950℃的高温下放热得到。后续经美国工程师的不断改良,才得到能用于晶体生长的高纯碳化硅。直到现在逐步发展到了直径为100-200mm的碳化硅晶体的生长。

目前,碳化硅还有很多瓶颈。比如,因为技术的垄断,造价非常高。其次封装大电流、功率器件的散热问题和生长中缺陷导致的可靠性问题有待进一步突破。

碳化硅的主要生长方法:

碳化硅材料是个大家族,所有的成员从化学组成比例角度看,都是一样的,50%的碳原子和50%的硅原子。随着结构之间的连接方式发生变化,就构成了晶体结构的多型。目前被确认的碳化硅晶体有250多种。

1、 籽晶升华生长

基本原理是碳化硅粉料在高温和低压下升华产生的主要气相物质(Si,Si2C,SiC2),随着温度梯度的下降沉积在温度稍低的籽晶上,并在其上结晶。


籽晶升华生长是目前业界广泛应用的标准工艺,关键点是石墨坩埚的温度分布设计及气体浓度控制的精度。

2、 高温化学气相沉积(HTCVD)

物理气相传输技术在当今的碳化硅衬底生产中占主导地位,该生长系统基于一个立式的反应器,在反应腔体内把反应的前体(如SiH4和C2H4)在载气中稀释,然后通过加热区向上送入籽晶容器。

3、 卤化物化学气相沉积(HCVD)

卤化物化学气相沉积从经典的化学气相沉积发展而来,是在高温下生成碳化硅的工艺,用于薄层和厚层的沉积,是纯化学技术,但是后续未得到进一步发展。

4、 改良版的物理气相传输(M-PVT)

从技术上讲,此技术的重要性在于提供了一种连续进料掺杂的可能性,并且可以改善掺杂均匀性,但是该工艺尚未有进一步发展。

5、 连续进料物理气相传输(CF-PVT)

连续进料物理气相传输的优势是结合了单晶生长的物理气相传输和高温化学气相沉积的连续相,可以连续提供高纯度多晶碳化硅源。可以实现特定的过饱和控制,这是生长几毫米厚的大块3C-SiC单晶的唯一工艺。


6、 顶部籽晶液相生长(TSSG)

顶部籽晶液相生长是一项晶体生长提拉技术与助溶剂生长方法的重大发展,该技术通常在高温溶液中进行碳化硅的生长,产生的错位密度低于其他方法,60多年前人们就尝试使用这个方法,直到近期才有突破进展,成功生长出了碳化硅单晶晶体。缺点是生长速率极慢,不适用于大规模的产业应用。


目前碳化硅的缺陷:

在过去20多年中,碳化硅晶体的质量有了很大提高。但无论是单晶碳化硅衬底还是外延层的生长,仍然有各种缺陷。对碳化硅器件的性能和可靠性产生了不同程度的影响。在4H-SiC的单晶生长和外延生长中,其物理缺陷主要包括结构缺陷和表面缺陷。结构缺陷主要存在于外延层中,包括微管(MP),螺旋位错(TSD)和基矢面位错(BPD);表面缺陷包括三角形凹坑、生长坑和胡萝卜凹槽。碳化硅中的高密度缺陷主要是螺旋位错、基矢面位错、刃型位错(TED)和堆垛层错(SF)等。

其中,碳化硅晶体中的高密度缺陷主要以螺旋位错和基矢面位错对器件的影响最大,因此必须将其密度降低到一定水平,才能确保器件可靠运行。

高温退火工艺利用

重掺杂氮的4H-SiC晶体在超过1273K温度的高温处理过程中会发生结构变化。这种结构变化归因于4H到3C晶型的转变,这是由高温退火期间双层Shockley型层错(DSSFs)的形成和扩展引起的。近来,关于重掺杂氮的4H-SiC晶体中形成DSSFs有了一系列新发现,比如在1423K的温度下退火,整体电阻率呈各向异性的增长,当退火温度继续升高,达到2073K的温度时,增加的电阻可以部分恢复,即部分下降。其中二极管的SSSFs通过低温(483-873K)退火反而逆向生长,与在重掺杂氮的材料中观察到的结果相似,SSSFs的收缩也与电阻率的恢复有关。

碳化硅外延工艺:

对所有碳化硅电子器件的制造而言,必须首先在碳化硅衬底上进行外延薄膜的生长,因为在衬底中无法进行扩散掺杂,且若在其中直接注入离子,会导致碳化硅的电气质量较差。由于同质外延生长的碳化硅薄膜具有出色的电气特性,目前几乎所有的碳化硅高性能器件都使用这种外延薄膜制造。

碳化硅薄膜的的同质外延生长可以通过各种方式实现,如气相外延(VPE)、液相外延(LPE)、气液固外延(VLS),后者是最近引入的外延制造方法,是VLS纳米线和纳米管生长的共同基础。


引用:姚玉、洪华主编【第三代半导体技术与应用】


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中标捷报 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 项 目 喜 报!

祝贺我司中标清华大学快速热退火系统购置项目!预祝合作愉快!


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东南亚半导体IDM、晶圆代工设厂情况 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 东南亚聚集了多家IDM、晶圆代工和封测企业,这里共收集了主要企业在东南亚6国的设厂情况:

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据不完全统计,其中,全球前十大IDM企业中有7家在东南亚设有制造工厂,总数量在25座左右,全球前十大封测企业中也有7家设厂,总数量约11座。

东南亚全部电子元器件产能预计占到全球的20%,其中CPU、非易失性存储器和阻容制造占比高出该数值,典型代表是表中所列的英特尔、西数/希捷和三星/村田/太诱。

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·      马来西亚:东南亚晶圆制造、封测巨头

马来西亚是东南亚乃至亚洲最重要的半导体出口市场之一,仅次于中国、日本、韩国、新加坡和中国台湾。同时,它也是全球封测主要的中心之一,据了解,东南亚在全球封测的市占率为27%,其中马来西亚独占一半。

 

据统计,马来西亚当下共有50余家半导体公司,其中大部分为跨国公司,如AMD、飞思卡尔半导体、英飞凌、意法半导体、英特尔、瑞萨、德州仪器等。马来西亚本土的半导体公司极少,知名企业有Unisem和Inari

 

而在封测方面,许多国际大厂包括英特尔、日月光及英飞凌都在马来西亚设有封测厂。同时,在2018年前后,通富微电曾收购马来西亚封测厂FABTRONIC SDN BHD100%股份;华天科技携手控股股东华天电子集团要约收购马来西亚主板上市公司Unisem75.72%股权;苏州固锝分两次完成了对马来西亚封测厂商AICS公司100%股权的收购。

 

此外,除了封测、晶圆代工等产业外,在马来西亚设厂的被动元件公司还包含华新科(电阻)、旺诠(电阻),以及日商村田(电感、MLCC)、铝电厂Nichicon、Nippon Chemicon、固态电容厂Panasonic等


·      菲律宾:MLCC大厂聚集地

菲律宾首都马尼拉拥有“MLCC工厂聚集地”的称号,因为这里有村田、三星、太阳诱电等MLCC大厂。据数据显示,村田在马尼拉的大厂产能占公司整体的15%,三星在马尼拉的大厂产能占公司整体的40%,此外太阳诱电在马尼拉也有MLCC生产基地。

 

近年来,随着汽车、家电、手机及智能设备的发展,下游对于MLCC的需求在不断扩大。以智能手机为例,2020年被称为5G元年,承载着5G智能手机大幅替换4G、3G手机的希望。

 

而根据市场产业研究报告数据显示,预估sub-6GHz的5G手机其MLCC用量约较4G手机多出10%,至于mmWave毫米波的5G手机的MLCC用量增加更多,大约会增加20-30%。一般来说,4G版iPhone手机的MLCC用量已超过1200颗,等到5G版,用量可能会达到1500颗。

 

·      新加坡:半导体产业链比较成熟

新加坡拥有从IC设计、制造、封测等成熟的半导体产业链。过去的数十年,全球半导体大厂纷纷选择在新加坡设厂,如ST、安华高科技、联发科、美光,以及分销巨头安富利和富昌等。

 

据数据显示,新加坡目前拥有包括40家IC设计公司、14家硅晶圆厂、8家晶圆厂、20家封测公司以及一些负责材料、制造设备、光掩膜等产业的相关企业。

 

·      泰国:世界第二大硬盘出口国和生产国

泰国电子信息产业发端于20世纪60年代,当时只有一些小型的电器和电子装备厂。据中国贸易网数据显示,2017年,泰国电子行业的总贸易额约为710亿美元,其中出口收入约370亿美元。2017年,泰国主要出口电子产品为电子硬件组件(包括硬盘驱动器)和集成电路。泰国目前是世界第二大硬盘出口国和生产国。同时,泰国在集成电路和半导体领域享有同等声誉,因为泰国是东盟地区这些电子产品的主要制造基地之一。

 

泰国的电子信息产业企业约有2068家企业。其中,约有15%为大企业,85%以小企业居多,行业工人60万人,其中65%在大公司工作,35%在小企业工作,产业分布应用电器、家用电器、计算机硬盘、集成电路等产业为主。目前泰国电子产业正处于调整生产结构的初期阶段,以符合全球市场需求,如增加对集成电路、印刷电路板和半导体等全球市场需要的产品的投资,且这些电子产品是智能手机、汽车电子系统和无线射频识别系统等电子零部件的组成部分。

 

·      越南:主要还是代工

目前包括英特尔、三星以及捷普(Jabil)均已在胡志明市当地的西贡高科技园区经营多年。现在有很多外资企业选择在胡志明市周遭的省分:同奈(Dong Nai)、平阳(Binh Duong)或西宁(Tay Ninh)省、河内等地投资设厂。

 

据美国管理会计师协会(亚洲)估算,2010年,中国的制造业工资不过每小时2美元,而到了2016年已上涨至3.9美元。相比之下,越南的制造业工资仍然在每小时1美元左右,其廉价劳动力的优势更为凸显。也因此,越南也被视为中国的替代品。

 

·      印度尼西亚:东南亚地区第二大汽车制造枢纽

印度尼西亚是继泰国之后东南亚地区第二大汽车制造枢纽。据印度尼西亚工业部副部长Harjanto透露,印度尼西亚政府计划引入一种财政机制,该机制可为电动汽车电池制造商和汽车制造商提供税费减免政策;此外印度尼西亚还将同对电动汽车需求较大的国家签订关税特惠协议。

 

据悉,印度尼西亚是东南亚地区最大经济体,拥有巨大的红土镍矿石储备,其是驱动电动车的锂电池的关键原料。因此印度尼西亚当局有意凭借巨大的红土镍矿石储备,成为地区性的锂电池生产主力并以此满足快速增长的电动车消费需求。Gartner表示,从长远来看,预计印度尼西亚将成为亚太地区的替代电子设备制造地。

 

除此之外,据去年外媒报道,苹果代工企业和硕科技公司也计划在印度尼西亚巴塔姆岛(Batam)开始运营新工厂。此外,和硕将对印尼新制造工厂计划长期投资3亿美元。

 

 


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芯片制程到3nm后如何突破良率难题? Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 三星电子今年7月25日在韩国京畿道华城园区V1生产线(EUV专用)为采用了新一代全环绕栅极(Gate All Around,简称GAA)晶体管制程节点的3nm芯片晶圆代工产品举行了出厂仪式。才过4个月不到,韩国媒体Naver就爆出,三星3nm制程的良率非常低,不足20%。而且其5nm和4nm节点的良率问题也迟迟没有得到改善。


其实,三星电子从2000年初就已经开始了对GAA晶体管结构的研究。自2017年开始,将其正式应用到3纳米工艺,并于今年6月宣布启动利用GAA技术的3纳米工艺的量产。是全球首家将GAA晶体管结构用于晶圆制造的代工企业。据悉,我国的一家矿机芯片企业PanSemi(磐矽半导体)是三星电子的第一家客户,目前也可能是其唯一的客户。


据报道,三星电子为了解决良率问题,找到了美国的Silicon Frontline Technology,向这家企业寻求帮助。据说目前进展情况还不错。


那么,三星电子在GAA上花的时间超过了20年,为何良率问题迟迟没有得到解决呢?问题究竟出在了哪里?我们先从芯片的最基础单元------晶体管结构的发展说起,然后看看有什么应对之策。



晶体管结构的发展历史


半导体芯片其实是众多晶体管(Transistor)的集合,而晶体管其实就是一个小的开关。一个晶体管就代表了一个0或者1,也就是所谓的一个位元。在20nm以上的制程中,使用的晶体管被称为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor FET);20nm~3nm,采用的是鳍式场效应晶体管(Fin FET:Fin Field Effected Transistor);3nm以下,采用的则是全环绕栅极场效应晶体管(GAAFET:Gate All Around Field Effect Transistor)。


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图:晶体管的结构发展(来源:三星)

为何会如此演进呢?主要是因为晶体管的工作原理,在晶体管内部,科学家定义了一个栅极长度(Gate Length)的概念,这是电子流通的方向,而其短边就是所谓的制程。

原理是在金属栅极上加一个电压来控制电子的导通和关闭。电子能够导通过去就代表1,如果关断则代表0。这个开关就是靠栅极施加电压来造成电场来控制的,可电场的主要影响在接触面上,如果栅极的长度越做越小,粉色的接触面积就会越来越小,当小到一个程度,要关住电子的时候,就会关不住。锁不住的电子就会偷偷溜过去。因此,先进制程中漏电流就会变大。

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图:FinFET晶体管工作原理(来源:三星)

解决这个问题的办法就是增大栅极与电子通道的接触面积,接触面积越大,控制效果越好。所以到20nm以下就改用鳍式场效应晶体管,加电压的时候就变成粉色这部分面积就增加了,所以效果会比较好。电场的作用比较强,可以锁住电子不会漏电。

到了3nm以下,实在太小了,接触面积又不够了,怎么办呢?只好上下左右,统统把它包起来,用栅极把电子通道包起来,成为了GAAFET,这样的控制效果会比较好。

就目前来说,每一家晶圆代工厂大概都是用这样的方式去制作。

良率问题低迷该怎么办?

三星电子这次先于台积电推出3nm制程,但情况并没有好转,良率不足20%,这成本就有点高了。加上此前就由于在4nm和5nm制程良率无法得到改善,而让大客户高通和英伟达等大客户转单台积电了。此次要是还不能解决良率问题,可能大客户就此失去了。

为了能够更好地解决良率问题,三星电子此次找上了美国厂商Silicon Frontline Technology,让他们帮忙协助其提高3nm GAA结构的良率。

根据Silicon Frontline Technology官网信息,该公司位于加利福尼亚州圣何塞,主要提供半导体设计和验证解决方案。该公司为布局后验证提供有保证的准确和有保证的快速电阻、电容、ESD 和热分析,其产品已被70多家客户使用,其中包括全球前25家半导体供应商中的12家,得到领先代工厂的认可和使用,并已用于500多种设计中。而且,客户已经使用他们的技术解决了10nm、14nm、28nm、40nm、ADC、Serdes、敏感模拟电路、图像传感器、存储器、定制数字设计和电源设备的问题。

其主要的经验在于为晶圆厂提供静电放电(ESD)预防技术,而静电放电是晶圆生产过程中产生缺陷的主要原因,据悉也是三星3nm GAA技术的良率过低的重要原因之一。Silicon Frontline Technology公司已经藉由水质和静电放电(ESD)预防技术降低生产过程中的缺陷,以提高晶圆的生产良率。

虽然三星号称已经透过整合其合作伙伴使用的技术获得了积极成果,但实际成果还需要在未来几个月内持续观察。

据了解,目前市面上所做的失效分析中,90%以上的失效都是静电放电所造成的。根据电测结果,失效模式包含开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效等。根据失效原因,失效模式可以分为电力过应、静电放电导致的失效、制造工艺不良导致的失效等。

静电放电是如何产生的呢?在芯片的制造过程中,半导体设备与芯片上的金属层之间,在制造过程中可能会发生静电放电。静电放电失效可以归结为两种情形,一是静电放电直接作用在了芯片上;二是静电放电干扰了生产的设备正常运行,或者是干扰了外部电路环境。
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图:充电诱导损伤

上图就是所谓的充电诱导损伤(CID,Charging Induced Damage),就是当芯片在生产过程中,跟半导体设备接触或者接近,可能产生充电诱导损伤,这个图是晶圆表面被静电打坏的照片,仔细放大看,就会发现,实际上就是里面的某一个晶体管被损伤了,如果用显微镜仔细看,就会发现这颗IC基本上被打坏了。
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图:晶圆被静电打坏的剖面图

上图中左图表示的是一个被静电打坏的现象。从侧面看,你会发现,多层金属导线当发生静电打坏的现象,这个地方就会有缺陷,这时候,这颗芯片就坏掉了。通过分析可以发现在晶圆的某些位置,特别容易发生静电放电损坏芯片的现象。比入上图右图所示的红点,就是实验室中,科研人员测得的在某个条件下,某些位置容易打伤芯片。

结语

三星遇到的一直都是良率的问题,所以这次,他们想通过Silicon Frontline Technology提供的静电放电模拟软件协助其找到原因,进而解决良率的问题。如果此次他们能够成功解决良率问题,那么在未来的先进制程竞争中超越台积电。

毕竟台积电目前的3nm制程采用的仍然是FinFET技术,到2025年2nm时,他们才会采用GAAFET技术。而三星此次如果解决了良率问题,那么在2nm竞争时,将会比台积电多出3年的实践经验。因此,两家公司的决战点应该会在2025年之后。



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国产模拟芯片,走向深水区! Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800

国内模拟芯片迎来了又一波“投资热”。据我们不完全统计,2022年以来,有超过15家的模拟芯片企业获得了融资,融资金额大多在亿元左右。众所周知,过去几年,国内已跑出了不少家上市的模拟芯片企业,第一波芯片国产替代的窗口已然过去,为何模拟芯片这个赛道的投资依旧火热?企业创立背后的逻辑和投资的价值点在哪里?




消费电子市场起步,国产模拟芯片立足脚跟


就模拟芯片这个品类来说,根据功能划分,模拟芯片可分为电源管理芯片、信号链芯片、射频芯片和其他器件等,其中,电源管理和信号链芯片合计占近七成的市场份额。模拟芯片的应用市场繁多,各领域的芯片种类更是有几千种,即使是全球前十大模拟IC供应商,所擅长的领域也各有不同(如图1所示),市场份额也不存在垄断的局面,排名前十的模拟芯片公司市场占有率约60%,余下单一企业的市场占有率大都不超过1%。因此,初创公司很容易找到可以生存下去的细分市场。

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图1:2021年全球前十大模拟芯片供应商排名及其擅长领域


国产模拟芯片公司大多是从消费电子市场切入,消费电子市场巨大,品类众多,因此成为我国模拟芯片创业企业的理想起步市场。


近些年来,国内涌现了卓胜微、圣邦微、思瑞浦、艾为电子、纳芯微、晶丰明源、芯海科技、力芯微、芯朋微、希荻微等为代表的一批模拟芯片公司。他们这些企业在模拟芯片的部分细分领域已崭露头角,在细分市场的产品形态有的已经处于业界较为前沿的位置。


但是,目前国内模拟芯片企业大多是集中在中低端消费电子领域,竞争已经非常火热,持续的“价格战”最终将会导致同业企业竞争加剧。因此在这样的市场环境下,国产企业必须要寻求长远的发展之道。


如果我们分析模拟芯片老大德州仪器的护城河,主要有三点:产品多样性、市场覆盖和制造&产能的优势。这也是国内模拟芯片厂商发力的指引。


一方面是做大做全。如上所述,模拟芯片是个种类极其丰富的市场,因此产品种类的丰富是拿下更多市占的一个方向。这也是目前国内模拟芯片厂商都在努力的一个方向。例如思瑞浦此前做电源管理芯片,后来逐渐开始涉猎信号链产品,2021年又开始布局嵌入式处理器MCU和MPU的研发;晶丰明源与南京凌鸥在“电源+MCU”业务合作方面进行持续探索。


再一个是往高性能的模拟芯片进击。只有不断突破高性能模拟芯片的研发和量产,在高端模拟芯片领域实现替代,才能不断向上打开更广阔的发展空间。


从市场应用领域来看,2022年上半年整个芯片市场表现出了明显的结构性分化趋势,从之前的“缺芯潮”转变为结构性短缺。一方面下游通用类和消费电子领域需求疲软;另一方面下游新兴行业(如新能源汽车、光伏储能等)快速增长使得芯片供不应求。所以向汽车和工业等应用领域的开拓是模拟芯片厂商不得不走之路。不少国内的厂商如芯海科技、艾为电子等也正加大在工业及车载相关领域的技术研发和产品布局。


与围绕摩尔定律发展并追求强算力、高性能的数字芯片不同,模拟芯片的先进性主要体现在电路速度、分辨率、功耗等电路性能参数的提升,更强调高信噪比、低失真、低耗电和高稳定性,研发周期和生命周期也更长。模拟芯片需要有专有的制造工艺,往往通过定制化的制造工艺提升产品性能,降低成本,也因此,模拟类芯片公司要做出具有差异化竞争力强的产品,需要找寻材料、器件和工艺的最佳组合,例如在射频领域,行业中普遍采用的器件材料和工艺平台包括 RF CMOS、RF SOI、GaAs、SiGe、SAW 以及压电晶体等,逐渐出现的新材料工艺还有GaN、MEMS等。


为了在工艺方面掌握有优势,国际大厂如德州仪器和ADI等多采用IDM模式。但也有一些模拟芯片厂商逐渐开始采用Fab-Lite模式,欧洲厂商如恩智浦、ST和英飞凌,日本厂商东芝、瑞萨、索尼和富士通等在执行Fab-lite策略。国内方面,不少企业已开始探索布局Fab-Lite经营模式,向上游不断延伸,如卓胜微开始自建滤波器产线,思瑞浦开始自建测试中心。在大宗产品领域,垂直整合仍具有很大的竞争意义,而采取灵活的、适合自身的制造分配方式也是模拟芯片企业确保竞争力而必须综合考量的问题。


此前我们谈到,国际方面,模拟芯片大厂开始向12英寸晶圆迈进。因为12英寸是模拟芯片厂商们保障高毛力,盈利未来的方式之一,TI此前曾表示,12英寸晶圆拥有20到30年的活力。国内方面,我们发现,卓胜微开始采用12寸65nm RF SOI工艺晶圆生产高性能天线开关芯片,艾为电子的12寸90nm BCD晶圆工艺已经进入全面量产阶段。


高端模拟IC市场迎来了初创型新玩家


不仅是上述的模拟芯片厂商的延伸扩展,高端模拟芯片市场也吸引了初创企业的踊跃加入。图2是我们根据公开信息统计的2022年以来国内模拟芯片厂商的融资情况,从中可以发现,这一轮融资企业的不同之处在于,不少初创模拟芯片企业所聚焦的应用领域都集中在工业、汽车、医疗以及高端的消费电子领域。模拟芯片经过了第一轮的消费电子市场“厮杀”之后,渐渐来到了更大、更高、更广阔的舞台。

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图2:2022年以来国产模拟芯片融资情况一览


在这些领域,芯片产品的稳定性和技术领先程度是优先考量的因素,因此也更加考验芯片厂商的实力。分析他们的发展动力和契机主要有以下几方面:


从行业角度看,国产模拟芯片在中低端领域已经几乎实现国产替代,但在高端领域却仍被巨头所占据,根据中国半导体协会数据,2021年国内模拟芯片自给率仅为12%,国产高性能模拟芯片目前在国内市场的渗透率仍然很低。就拿射频芯片这个市场来说,全球射频前端市场由Broadcom、Skyworks、Qorvo、Qualcomm 和 Murata等美日厂商主导,他们占据了中国射频前端芯片行业大部分的高端产品市场;再比如,在高性能数据转换器这个市场,全球高性能数据转换器市场规模已超过200亿美元,高精度ADC/DAC是其中重要的一类。数据转换器是美国ADI公司的专长领域,ADI在此领域在售产品有500个以上的型号,有效精度在16bit及以下的产品销售占其中95%以上,在这一领域,国内也是少之又少。


而且,中高端模拟芯片的应用领域更加广泛,市场规模巨大。根据IC insights的分析,2021年全球模拟芯片的应用仍然以通信、汽车、工业为主,预计2022年汽车领域的模拟芯片将增长17%,通信市场增长14%,工业市场增长9%(如图3所示)。按照工研院电子与光电系统研究所所长张世杰的说法,汽车是“最具成长性”的模拟芯片市场,随着电动化、智能化的趋势,汽车对模拟芯片的需求将会不断增加;通信领域有着大量的手机需求,是“最稳定的市场”;随着智能制造的不断发展,工业应用成为“最需要”模拟芯片的市场。


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图3:2022年模拟IC销售预测

(来源:IC insights)


再加上汽车和工业这些应用市场的模拟芯片技术要求较高,相应的产品毛利率也较高。这点可以从德州仪器和ADI的毛利率中看出,工业和汽车等高毛利的市场是国际大厂TI和ADI的“腹地”,2021年工业领域占据TI 收入的41%,汽车占据21%,2021年TI的毛利率为67.5%:ADI的工业领域收入占总营收55%,汽车领域占17%,2021年ADI的毛利率为61.8%。他们对汽车和工业领域的重视,以及得益于300mm晶圆的产能提高,导致毛利率不断升高。


结语


“潮平两岸阔,风正一帆悬。”国产模拟芯片的航线已经明确,国产替代的巨轮正在乘风破浪前行,在这艘巨轮上,新老模拟芯片玩家的每一份力量都不可或缺。相对老牌的企业有着此前的技术和财力来支撑其逐渐走向深水区,新玩家则没有历史包袱,更有利于他们专心自研,进而通过从某一个产品线领域切入,闯出一番天地。


但国产品牌要真正实现在高端领域的替代不是易事,不仅要在产品的性能和可靠性方面达到替代标准,还要对产品的整个质量管理有保障,真正达到完全兼容,而且在实际应用过程中碰到的问题也是很考验模拟芯片的经验和处理能力。在高性能模拟芯片这个深水区,国产企业未来还有很长的路要走。



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中国汽车出口暴增 已占俄罗斯三分之一市场 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 近日,据中国汽车工业协会发布了数据显示,9月份汽车出口达到30.1万辆,同比增长85.6%,新能源汽车出口4.4万辆,占出口总量的17.6%。1-9月,新能源汽车出口达38.9万辆,同比增长超1倍,增速远高于汽车业整体出口增幅。


值得一提的是,当前在俄罗斯汽车市场中,有三分之一被中国制造商所占据。而在出口量上,中汽协副秘书长陈士华预测,中国今年汽车出口量将超越德国,排到世界第二。

中国汽车受世界欢迎

随着中国汽车企业竞争力、产品力的增强,以及海外需求的增长,国内汽车开始越来越受到海外市场的欢迎。数据显示,2021年,中国出口汽车占东南亚市场份额7.6%,占欧洲发达地区份额为3%,俄罗斯市占率为7.3%,美国达5.4%,南美洲达11.9%,非洲为18%。
而到了今年,俄罗斯市场中国汽车已经超过了欧洲汽车品牌。据调研机构AutoStat报道显示,如今俄罗斯汽车市场的三分之一已经被中国制造商占据。在过去一周时间,俄罗斯人购买中国企业新车为2562辆,占购车总量的29.4%。
当前已经有4个中国汽车品牌进入了俄罗斯9月新车销售排行榜当中,如奇瑞(第二)、哈弗(第四)、吉利(第六)、星途(第八),数据显示,只有中国汽车与俄罗斯的Lada在俄罗斯市场呈现增长,并且中国品牌在俄罗斯的销售增长速度最快。目前在俄罗斯中,最畅销的20款汽车里有8款车型来自中国。
并且由于俄罗斯方面与周边国家地缘冲突一直持续,导致欧美等国对俄制裁致零部件供应中断,甚至不少知名汽车厂商退出俄罗斯市场,而中国新能源车的崛起,正好填补了这块市场的空白。
不仅是俄罗斯市场,随着自主品牌新能源车技术升级,国内车企开始加速布局海外市场。以比亚迪为例,9月份,比亚迪与WHA伟华集团大众有限公司签约,宣布首个海外乘用车工厂坐落于泰国;同月与马来西亚森那美签订合作协议,推动马来西亚新能源汽车的发展,同日又召开了新能源乘用车欧洲发布会,面向欧洲市场推出了三款车型。
上汽集团目前已经建立了1800多个海外营销服务网点,产品和服务分布在90余个国家与地区,海外累计销量突破300万辆,其中上汽集团8月份海外销量高达10.1万辆,同比增长65.7%,占总销量近20%,成为中国首家在海外市场单月销量突破10万辆的企业,9月份,上汽出口量增加至10.84万辆。
同时,不少海外市场也在积极推广新能源汽车的发展,为此给出了相当优惠的政策。如俄罗斯在今年8月份签署一项协议,免除向电动汽车车主收取公路通行费。并计划到2024年,电动车年销量达到2.5万辆,并建立9000座电动汽车充电站。
此外,俄罗斯经济部表示,政府还将补贴电动汽车购买总价的25%,最高可以达62.5万卢布(约合人民币5.5万元),其中,涵盖了电动车金融贷款优惠方案和租赁优惠条款。此外,当地汽车制造商在建设电动汽车工厂和电池工厂时,也将获得相应补贴。这对于中国的相关厂商而言,都是巨大的机遇。

俄罗斯市场将成为中国新能源汽车的下一个“风口”?

2021年,中国商务部发布的《俄新能源汽车发展情况》便指出,俄罗斯天然气汽车具有保有量小、增速较快的特征,电动汽车也是尚处于起步阶段,但发展潜力巨大,目前业内对新能源汽车行业发展前景较为看好。
鼓励中国企业向俄罗斯市场发展,也能让其成为中国车厂出海的一个重要试点市场。尤其在近日,随着国际制裁,以及外来汽车品牌纷纷推出俄罗斯市场的大环境下,截至今年9月末,俄罗斯累计销量为506661辆,同比下跌60%,而中国汽车销量逆市上扬,成为该市场中的一道亮点。
从数据来看,俄罗斯汽车保有量约为4500万,人口约1.46亿,千人汽车保有量大约在308辆,汽车市场规模居全球第八位,对于致力于出海的中国车企来说,俄罗斯市场是必争之地,在俄罗斯打响品牌也有助于加速国际化发展。而这种市场未来对于换车的需求越来越大,意味着高端车型在该市场拥有巨大的机会。
中国车企也一直重视在俄罗斯的投资,2019年,长城汽车在俄罗斯图拉投资5亿美元,用于打造世界级工厂。奇瑞也在和俄罗斯企业商谈合作,希望能在俄罗斯实现本地化生产,以便将奇瑞在俄年销量推高到8万到10万辆。
不过值得注意的是,目前中国汽车在俄销量增幅较大的大都是燃油车,想要开拓新能源汽车市场仍然需要克服不少困难。数据上来看,新能源汽车在俄罗斯市场占比率仅为0.05%,原因在于俄罗斯气候寒冷,导致新能源汽车电池效能大幅降低,严重影响续航能力。
好在近几年,在电池防冻技术上也在快速突破中。2021年,据俄媒报道,俄罗斯科学家研制出可在低温条件下保护锂离子电池不失去电荷的材料,采用纳米晶体锗,让电极在-50°C时也能提供的电荷约为250mAh/g。
今年6月份,国内有天津大学、北京交通大学、中科院的科学家组成研究团队,发现了一种可以让锂离子电池在极其严寒的环境下稳定工作的方法,即使在零下35摄氏度依然能够正常充电,并且在放电的过程中,能够释放近100%的电池电量。温度略低于冰点时,电池容量也能保持在常温状态下的85%左右。即便是在零下35度时,电池也可以正常充电。相信随着汽车动力电池抗寒性的增强,也将快速推进新能源汽车在俄罗斯等市场的普及。
与此同时,今年六月份,据俄媒报道,俄罗斯工业和贸易部修改了电动汽车快速充电设施的要求,规定充电站必须满足中国标准GB/T,而欧洲标准CCS2和日本标准CHAdeMO列为可选项。
这一政策将推动中国车企更快地向俄罗斯市场普及,俄罗斯Sitronics Electro公司首席执行官安德烈·古连诺夫预测,几年后俄罗斯70%的电动汽车都将配置中国充电接口,俄罗斯生产的电动汽车也将配置中国充电接口。

写在最后

在中国新年能源车爆发式增长的背景下,众多车企开始将眼光转向国外,着眼全球。俄罗斯作为当前市场渗透率较低,用户换车意愿高,并且离中国近,同时属于欧洲的市场,自然得到国内厂商的青睐。
并且近几年,在欧美等国的制裁下,许多车企撤离了俄罗斯市场。而俄罗斯方面则推出了众多利好中国企业的相关政策。俄罗斯的恶劣环境,也能推动车企进行技术研发,成为国内车厂走向海外的一座重要“桥头堡”。



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四面围堵:MEMS国产替代的机遇从何而来? Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 国产传感器替代进口传感器的探索,已经是近两年中国传感器业界的热门话题。

部分中国传感器在性能上已经达到甚至超过国外大牌传感器,但国产传感器在良品率、一致性、稳定性等仍有差距,这也是考验国产传感器最大的难关。



本文聚焦国产MEMS传感器的产业现状,探索国产MEMS替代的难点和关键,并尝试给出结论和解决方法。文中观点较多,值得一读,特别指出:企业的研发能力是国产替代突破的核心;企业能够与下游厂商稳定合作是产品不断迭代的关键;企业有强大的资本背书亦是快速发展的动力之

MEMSMicro Electro Mechanical System的缩写,简称微机电系统,是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。
MEMS基于光刻、腐蚀等传统半导体技术,融入超精密机械加工,并结合力学、化学、光学等学科知识和技术基础,使得一个毫米或微米级的MEMS具备精确而完整的机械、化学、光学等特性结构。
MEMS产品主要可以分为MEMS传感器和MEMS执行器,其中传感器是用于探测和检测物理、化学、生物等现象和信号的器件,而执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件。
1  MEMS传感器及局部显微放大image.png资料来源:Vesper2  MEMS传感器工作原理image.png资料来源:前瞻产业研究院3  MEMS传感器分类image.png资料来源:赛迪顾问
MEMS传感器是采用微电子和微机械技工技术工艺制造出来的微型传感器,种类繁多,是使用最广泛的MEMS产品,通过微传感元件和传输单元把输入的信号转换并导出另一种可监测信号。
与传统工艺制造的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。
MEMS传感器应用领域广泛
作为获取信息和实现交互的关键器件,MEMS对机械系统的微型化起着重要的推动作用。MEMS传感器已在汽车电子、消费电子、航空航天、生物医学、工业等领域得到了广泛的应用。
消费电子和汽车为目前MEMS最主要的应用领域。2019年全球MEMS市场结构来看,消费电子为主要应用领域,占比接近60%;汽车为第二大应用领域,占比约19%。从2019年中国MEMS市场结构来看,网络与通信、计算机、消费电子合计占比50%,汽车领域占比29%
随着新能源车渗透率进一步提升与物联网的发展,在2019年,网络与通信、汽车电子占据MEMS市场应用半数以上的份额,随着5G、智能网联的落地,MEMS的渗透率将继续提升,上述领域的市场空间有望进一步打开。
4  2019年全球MEMS市场结构image.png资料来源:Yole Development,国泰君安证券研究5  2019年中国MEMS市场结构image.png资料来源:Yole Development,国泰君安证券研究
MEMS传感器发展历程
第一阶段是从1990年到2000,汽车的电子设备以及应用逐渐增多推动MEMS传感器应用落地,例如:安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等。对这些需求的增长,使得欧洲、日本和美国的企业开始研发并且大量生产汽车周边所用的MEMS传感器产品;
第二阶段是从2000年到2010,驱动力为消费电子的快速发展。消费电子产品如手机、平板电脑、笔记本电脑等要求MEMS传感器产品有更小的体积和更低的能耗表现;

第三阶段是从2010年到2020,物联网产业的快速发展,使得MEMS传感器行业拥有了巨大的发展空间。除了智能手机、平板电脑等消费电子之外,MEMS传感器将会在AR/VR、智能手表、智能驾驶、智慧物流、智慧医疗等领域广泛应用。

第四阶段是从2020年起,随着自动驾驶、5G发展以及物联网普及,MEMS的发展空间被进一步拓展,通过提高MEMS传感器产品各项性能,以满足更小、更低能耗、更高性能的需求。
6  MEMS传感器的发展阶段image.png资料来源:爱集微,国泰君安证券研究

行业刚刚步入成长期


从市场规模来看,据Yole统计及预测,2019年全球MEMS市场规模为115亿美元,COVID-19导致2020年市场增速放缓,从2021年起市场将恢复增长,预计到2025年市场将达到近177亿美元,2019-2025年的复合年增长率为7.4%。
在中国消费电子、汽车电子以及工业快速发展的背景下,中国是过去5MEMS市场规模增长最快的国家,也是全球最大的电子产品生产国。手机以及平板对MEMS产品需求非常大,中国的手机出货量为全球第一,手机产业所需的光传感器、运动传感器等MEMS传感器供应商已经将中国视为最重要的市场。
根据赛迪智库的统计,2019年中国市场规模约600亿元,占全球市场比例约54%;国内市场增速持续高于全球,预计2022年中国MEMS市场规模将超过1000亿元人民币。
全球MEMS市场规模增速加快image.png资料来源:Yole Development,赛迪顾问,国泰君安证券研究中国是过去5MEMS市场规模增长最快的国家image.png资料来源:赛迪顾问,国泰君安证券研究
从产品结构上看,目前全球排名前五的MEMS传感器细分领域为射频、压力、麦克风、加速计和陀螺仪,占比接近65%;中国市场的这一排序为射频、压力、麦克风、惯性和加速度计,与全球市场相似。
根据Yole预测,2024年市场规模在10亿美元以上的MEMS传感器细分领域包括射频、惯性组合、超声指纹、压力、麦克风和喷墨打印。
9  2019年全球MEMS市场结构(按器件类型)image.png资料来源:Yole Development,国泰君安证券研究10  2018-2024MEMS产业规模与复合增速image.png资料来源:Yole Development,国泰君安证券研究11  不同领域MEMS市场规模预测(亿美元)image.png资料来源:Yole Development,国泰君安证券研究
从应用终端来看,根据Yole的预测,在物联网和手机5G换机的驱动下,全球消费级MEMS市场规模有望从2019年的68.7亿美元增长至2025年的111.4亿美元;在智能汽车渗透率提升的带动下,汽车MEMS市场规模有望从2019年的21.8亿美元增长至2025年的26亿美元,期间的CAGR3%。另外,工业、医疗、通信、国防、航空领域的市场需求也在提升。
从技术成熟度角度来看,国内MEMS技术发展目前尚处于起步阶段。在产品研发方面,我国虽然申请专利数量在世界上排名第三,但是专利质量较差,核心专利较少;而且,申请专利的单位主要以高校和研究所为主,产业化程度低,仍需要成果转化。
在封装制造方面,国内缺少代工经验,国内代工企业制造出来的MEMS传感器可靠性和良品率不能完全达到规模化生产的要求,距离市场应用仍有一定差距。
在企业规模方面,国内大部分企业为中小型企业,资金不足、吸引人才能力差,导致科研能力较弱,且与高校和研究所合作的通道难以打开。

从经营规模和利润水平来看,国内半导体企业和国外龙头企业仍然有明显的差距。国际龙头公司博通于2019年实现营业收入225.97亿美元,对应销售毛利率为55.2%。意法半导体公司2019年营业收入154.16亿美元,毛利率为38.7%;德州仪器2019年营业收入143.83亿美元,近几年毛利率一直为50%多,甚至60%以上。
反观国内企业,国内排名第一的企业歌尔股份2019年营业收入大概50.68亿美元,毛利率仅为15.43%。国内企业与国外巨头对比,营收规模和盈利能力仍有较大差距。 
12  部分MEMS上市公司历史毛利率(%image.png资料来源:Wind,国泰君安证券研究
从竞争者数量来看,由于MEMS传感器类型较多,生产厂商众多。2019年中国MEMS市场主要以外国厂商为主,博通和博世并驾齐驱,其他主要竞争者包括意法半导体、德州仪器、Qorvo等。
美国厂商占比超过半数,欧美、日本厂商在MEMS主要的芯片和微机电制造领域相对发达。国内的竞争者也有不俗表现,歌尔股份在2019年首次跻身全球MEMS厂商前十,瑞声科技排名22;代工厂领域,赛微电子控股公司Silex排名第一。总体来看,国际竞争者优势明显,但国内企业新秀在加速追赶。
13  国内MEMS传感器行业刚刚步入成长期image.png资料来源:国泰君安证券研究
综上对市场规模、技术成熟度、企业经营状况、竞争者数量等方面的分析,我们判断,国内MEMS传感器行业的国产替代尚处于成长初期,MEMS国产企业正在加快追赶行业巨头。随着物联网、智能汽车、5G技术的发展,国内MEMS传感器产业将保持继续增长,国产替代步伐有望加速。

国产MEMS厂商发展空间大


1.国家政策大力支持MEMS传感器产业发展
MEMS传感器在现代化科技,例如物联网、智能制造、智能物流等方面起着非常重要的作用。中国是全球MEMS传感器最大的市场,中国MEMS传感器市场不管是从规模还是重要程度都是值得关注的一个市场。
国家传感器产业发展的政策环境持续优化,随着制造强国战略互联网+”行动计划的大力推进,传感器技术及传感器产业的重要性将日益凸显,可以预见,未来传感器技术将是我国科技发展的重中之重。
国家发布的部分MEMS传感器产业政策image.png资料来源:国务院,国家发改委,工业和信息化部,国泰君安证券研究
2.下游市场的需求促进MEMS产业市场持续增长
消费电子领域是MEMS的第一大市场,主要得益于智能手机、可穿戴设备和智能家居等领域市场的日益增长。中国作为全球最大的电子产品生产基地,消耗了全球近一半的MEMS器件。
中国MEMS消费电子类产品,例如智能手机、平板电脑等销量的持续增长,带动了加速传感器、麦克风等MEMS行业的增长。此外,随着智能驾驶和新能源汽车的发展,汽车电子领域MEMS市场快速增长,2019年市场份额达到17.8%,位居第二。
政府大力支持5G领域,中国已经形成了充满活力的5G产业市场。投资者对5G市场充满信心和希望,为5G的推广应用提供了广阔的发展空间。
5G是万物互联的基础,也推动万物互联加速发展,物联网成为所有行业期待的下一个风口,全球物联网产业迅速发展。中国物联网市场增速领先全球,成为全球最活跃的物联网应用市场,赛迪顾问预测,中国5G市场将持续高速增长。
14  中国2020-2025年中国5G投资预测image.png资料来源:赛迪顾问,国泰君安证券研究
在物联网领域,市场正推动着MEMS传感器市场高速发展。MEMS传感器在连接模拟与数字世界的过程中扮演着关键角色,其对周围环境的感知和数据采集让我们对各种设备和系统的正常运行有客观而全面的了解。
据全球移动通信系统协会GSMA统计,全球物联网设备数量已从2010年的20亿台,增长到2019年的120亿台,未来受益于5G商用化和Wi-Fi6的发展,物联网市场潜力巨大。GSMA预测,2025年全球物联网设备将达到246亿台,20192025年将保持12.7%的复合增长率。
15  物联网设备数快速增长(单位:十亿)image.png资料来源:GSMA,国泰君安证券研究
在医疗领域,COVID-19给整个世界带来了巨大的灾难,但是这使得医疗MEMS传感器市场大幅增长。不管是电子体温计,还是诊断设备,或者是呼吸机,这些医疗设备都脱离不了MEMS传感器,使得这些领域的市场规模飞速增长。
Yole预测,医疗MEMS市场2020年会有10.6%的增长。此外,疫情增强了人们对于健康的重视程度,加速了医疗消费市场的发展,时时监控身体指标的可穿戴医疗设备也迅速发展起来。
由于疫情防控的原因,无接触服务、机器人配送、机器人加工厂等需求的激增,间接地促进了MEMS产业的快速发展。
此外,人们对于自动化的习惯养成,导致即使疫情在未来的某一天结束,人们仍然依赖于基于MEMS的无人化、自动化服务,所以产业并不会缩水,而是会继续保持增长。
3. 国产MEMS传感器企业发展面临一定技术挑战
中国MEMS产业起步并不比国外晚很多,从设计、制造和封装三个环节来看,现有的技术条件已初步形成MEMS设计、加工、封装、测试的一条龙体系,为保证我国MEMS技术的进一步发展提供了较好的平台。
但是,由于历史原因造成的条块分割、力量分散,再加上投入严重不足,尽管已有不少成果,但在质量、性能价格比及商品化等方面与国外差距还是很大。
MEMS的技术研发需要比较长时间的投入,一款传感器的研发一般需6-8年,加之测试、导入产业链的时间,一般需要接近二十年。再加上产品的价格并不与产品的重要性或者开发难度成正比,导致中国MEMS企业无法在价格战中获利。
因此,中国企业需要提升产业链配套能力并强化上下游合作,同时积极探索新材料、集成技术在MEMS器件上的突破,探索新的市场机会。
上游的研发设计集中在高校、科研院所和研发中试平台。MEMS技术涉及到微电子、机械、材料、化学、物理等诸多领域,学科交叉程度很高,研究难度较大,设计周期长,往往需要数年才能够量产。
目前企业具备一定创新能力,但业务重合度高,产品定位中低端,行业整体营收规模偏小。MEMS设计属于产业链高附加值环节,国内企业产品以力学传感器为主,在市场中处于中低端水平。

中游的生产制造中,MEMS的基础材料属性,例如结构机械特性、材质化学特性,是决定产品性能的根本因素。因此,MEMS器件依赖各种工艺和变量,一种MEMS产品往往对应一种工艺流水线,研发团队一般需要多年的改进和测试才能商品化。
MEMS代工可分为中试线、IC代工和MEMS专业代工三种。
中试线多以高校及科研院所为主体,作为产业共性技术研发平台,不以盈利为目的,产能有限。IC代工厂MEMS业务处于起步阶段,能力较为薄弱,国内具备一定规模的设计企业基本选择国外代工厂。
专业代工方面逐渐从收购走向自建,比如:2015年底,国内厂商耐威科技收购瑞典MEMS代工厂Silex Microsystems,从而一举掌握全球领先的MEMS代工技术;2019年,罕王微电子、西安励德微系统等一批企业相继落地MEMS产线,进入专业MEMS代工领域。

封装技术大多来自集成电路封装技术,但是MEMS产品更为丰富,所以技术更复杂、困难,导致封装技术成为各大外包半导体封装测试厂争取领先的领域。
封装制造过程中,由于中国起步较晚,和美国、日本、德国等制造强国的制造能力和精度相比还是有一定的差距,制作出来的MEMS传感器在寿命和精度上较差且质量层次不齐,产品竞争力较低。虽然国内MEMS代工落后于国际大厂,但封装测试技术起步较早,取得了不错的成绩,已具备国际竞争力。
其中,以MEMS麦克风为主要产品的歌尔股份和瑞声科技,由于商业模式为购买国外设计厂商的MEMS产品IP,委托代工制造后自己完成产品的封装测试及销售,因而存在一定的溢价空间,现跻身全球MEMS TOP30的阵营。

下游的应用产业中,消费电子是第一大市场,主要是近些年智能手机、可穿戴设备等市场的快速增长,国产智能设备厂商比如华为、小米、vivo等迅速发展。其次是汽车电子,汽车智能化要求高精度的传感设备,下游的国内汽车厂商如比亚迪、蔚来、小鹏也发展得如火如荼。此外,还有医疗设备、工业4.0、物联网等也是发展较快的下游应用产业。国内产业链下游需求企业快速发展,势头良好,但是核心技术仍然需要国外支持,自主研发能力相对较差,企业已经意识到自主创新能力的重要性并持续发力。
4.流向MEMS产业的资本大幅增多
由于MEMS产业是新时代科技发展的基础,而且政策扶持力度较大,中国的MEMS行业投融资案例不管是从数量,还是从金额角度来看,都逐年增加。从金额来看,2019年投资金额是2018年的2倍左右,虽然一级市场投资整体遇冷,但MEMS产业的投资热度有增无减。
从细分领域来看,MEMS+AI、射频MEMS、光电MEMS、生物MEMS这四个领域的投资案例数量和金额都是最多的。投资数量和金额的大幅上升,表明资本市场对于MEMS产业的关注度正在上升。从地域分布来看,北京、广东、上海、浙江和江苏的投资案例数量居首。
16  2017-2019年中国MEMS行业投融资情况image.png资料来源:赛迪顾问,国泰君安证券研究17  2019年中国MEMS行业细分领域投融资金额情况image.png资料来源:赛迪顾问,国泰君安证券研究

中国设计和代工有待加强,封测具备竞争力


类似于集成电路行业,MEMS产业链主要涉及设计研发、生产制造、封装测试、系统应用四大环节。MEMS产业链的上游包括MEMS器件设计、材料和生产设备的研发和供应,中游包括MEMS器件的制造加工和封装测试、下游使用MEMS产品集成终端电子产品。
上游芯片设计企业专注于MEMS芯片及其产品结构的设计,完成设计后交由第三方晶圆厂生产制造出MEMS芯片,经过封装测试后实现向消费电子、汽车、医疗和工控等应用领域客户的出货。目前,国内公司MEMS涉及制程主要在0.25-1微米区间,制程并非产业链的制约因素,功能与结构相对而言更为重要。
18  MEMS产业链image.png资料来源:国泰君安证券研究
中游生产环节主要有FablessIDM两种模式。Fabless模式是目前主流的生产模式,是以设计为主的垂直分工模式,企业主要负责MEMS产品的设计与销售,将生产、测试、封装等环节外包,典型的企业有楼氏、HP、佳能等;IDM模式是集成器件制造模式,也是目前国际大厂主要的商业模式,典型的IDM厂商有Bosch(博世)、三星、TI(德州仪器)、东芝、ST(意法半导体)等。
19MEMS产业链下游发展情况image.png资料来源:Yole Development,国泰君安证券研究
下游厂商企业主要可以归为两类:一是提供解决方案的厂商,根据下游的需求提供灵活定制支持的产品,再销售给终端厂商通过简单的软件调试即可使用;二是提供终端产品的厂商,一般是专注于特定领域,但研发成本较高、研发周期较长。第一类厂商更符合大众消费市场的产品,第二类产商更适合专用领域的产品。
20  2019年中国MEMS市场应用结构(%image.png资料来源:赛迪顾问,国泰君安证券研究

国内MEMS传感器企业发展机遇与挑战并存


1.供应商议价能力一般
MEMS上游供应商主要提供原材料,主要是硅基材料。MEMS采用的材料与传统半导体的材料基本一致,供应市场已经成熟,竞争较为激烈,形成了买方市场。MEMS传感器供应商面对大型代工厂客户和代工厂客户群时,这些代工厂厂商依靠强大的市场影响力,要求供应商提供价格较低的原材料。但近两年,受到原材料提价以及晶圆生产能力的限制,MEMS的晶圆环节受制,常规的6英寸、8英寸产品普遍缺货,供应商议价能力水涨船高。可见,供应商议价能力受到市场供应的影响较大。
2.购买者议价能力偏高
MEMS企业加大科研力度,提高各自的核心竞争能力,使得技术飞速发展,产品更新换代加快,降价速度提高。
物联网迅速发展再加上消费电子市场更新换代加快,使得许多企业加入市场,竞争逐渐激烈。这使得终端消费市场价格逐渐降低,生产商、研发商都要降低售价;同时终端消费市场的扩大提高了终端销售商的体量,提高了购买者的议价能力。
另外,由于国内企业大多擅长的为中低端产品,也面临竞争者众多的格局,需要通过价格战来保证市场份额。可见,购买者议价能力偏高。
3.新进入者在现存领域难以参与竞争
MEMS传感器行业壁垒较高。首先是资金壁垒,由于产品有着非标准化的特点,MEMS企业无法仅仅通过单一工艺支持某种产品,除了都使用硅材料之外,没有通用的基础元件,意味着每一种MEMS产品都需要有不同的工艺流程。
而一个企业往往需要同时对多个产品进行设计研发、试加工制造、质量测试等步骤,存在大规模资金投入。其次是技术壁垒,MEMS的设计需要多学科领域交叉,设计难度大。加工过程中,每一类产品都需要不同的加工工艺,每一项工艺都需要工艺开发和优化的步骤,同时由于新进入企业的经验不足,难以满足加工的精度和质量,加工难度较大。
最后是人才壁垒,新进企业由于知名度较小,吸引人才能力较弱,致使创新能力和核心竞争力难以超越现存企业。但是随着新技术的不断开发、细分市场以及应用的开辟,这些领域由于所有企业起步差距不大,给了一些新进入企业发展机会。
4.现有竞争者的竞争程度激烈
目前,美国企业占据了一半国内MEMS市场份额,再加上欧洲和日本的企业,国外企业博通、博世、意法半导体、德州仪器等占据了国内绝大部分市场。从主要的上市企业来看,国内企业中年过百亿营收的传感器企业仅有2家,这与国内传感器企业发力晚、竞争大有关联。
我国国内供给能力不足,特别是高端产品几乎全靠进口补给,80%的芯片依赖国外;剩余的份额也只集中在几家上市公司手中,如歌尔声学、水晶光电、汉威电子、士兰微和金龙机电等5家公司占领国内MEMS市场的40%以上;国内MEMS企业中70%的是中小企业,产品主要集中在中低端。总体而言,我国企业目前的现状为中低端产品竞争激烈,而在高端产品竞争中没有竞争力。
5.目前基本没有替代品威胁
MEMS传感器就是传统传感器的替代品,相比传统传感器有以下优势:微型化、重量轻、耗能低。MEMS器件体积小,一般单个MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位。同时,微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。
此外,MEMS传感器更适合批量生产,批量生产可大大降低单个MEMS的生产成本。加工集成化,单颗MEMS往往在封装机械传感器的同时,还会集成其他芯片,方便控制MEMS芯片。
智能式传感器具有信息处理功能,通过软件可修正各种误差,大大提高了传感器精度,提高了传感器的可靠性,改善整个系统的抗干扰件能。在相同精度的需求下,多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比,性价比明显提高,且多功能智能式传感器可以实现多传感器测量多个综合参数。综合以上优点,MEMS传感器的替代品威胁非常小。

竞争格局及KSF分析


1.MEMS竞争格局较为分散
MEMS产业曾是美国、欧盟、日本三分天下之势,且各有千秋。美国以军促民,发挥军政产学研协同效应,在MEMS技术综合实力方面具有领先优势;日本则在汽车电子用MEMS、机器人用MEMS等方向能力突出,在全球前10MEMS巨头中,日本的数量常年与美国一致,但企业规模略逊于美国;欧盟在汽车电子用MEMS、消费电子用MEMS占有重要的市场份额,拥有超过100家的MEMS芯片研发和生产机构。
中国MEMS市场长期以国外厂商为主,其在MEMS技术中各环节均较为成熟,在使用寿命和产品精度上优势明显。
2019年,中国MEMS市场厂商前十名为博通、博世、意法半导体、德州仪器、QORVO、惠普、楼氏、恩智浦、歌尔和TDK,其中美国公司占比达到54%。中国企业歌尔挤入前十,且2019MEMS收入同比增长达36%,远超同行业其他头部公司;瑞声科技排名第22位,收入同比增长11%,同样高于行业整体水平。
21  2019年中国MEMS市场厂商结构image.png资料来源:赛迪顾问,国泰君安证券研究
目前,国内MEMS传感器厂商整体规模不大。除歌尔与瑞声年营收在1亿美元以上,美新半导体、美泰科技、芯奥微等本土MEMS传感器厂商年营收均在6000万美元以下,整体规模较小。
另外,国内厂商经营产品种类较为单一,产品线多数为一条,多为元器件供应商,解决方案供应能力较差。而国际巨头Invensense、英飞凌等国外厂商拥有23条产品线,博世、电装、意法半导体等MEMS产品线超过4条且具备一体化解决方案供给能力。相比之下,小供应商很难在较短时间内实现大批量生产制造,因此排名靠前的大供应商市场份额相对稳定,市场集中度较高。
2.国内企业KSF分析
首先,企业的研发能力是国产替代突破的核心。目前,国内MEMS的研发多在于研究所和高校,企业研发能力相对较差,而MEMS产业作为新科技的基础,有突破性的新产品或者进步巨大的改进是其在市场中站稳脚的重要途径,所以创新型和有自己核心竞争力的企业是值得被关注的。
例如,歌尔股份是微麦克风领域的前列企业;苏州固锝子公司的加速传感器在国内销量排名第一;汉威电子的子公司炜盛科技的气体传感器取得了阶段性成果,可适用于气体检测产品、智能穿戴设备等。
其次,企业能够与下游厂商稳定合作是产品不断迭代的关键。国内需求巨大,国内优秀厂商与国内大型企业合作有先天优势,但国内厂商基本以Fabless形式为主,相较于IDM企业,供应链以及销售链不完善,没有稳定的上、下游厂商是一大问题,所以产业链完整、和大型下游企业有稳定合作的企业,以及存续时间较长、体系完整的企业也值得被关注。
此外,芯片设计和供应能力是MEMS传感器应对技术迭代和革新的根本,故而国内专注于MEMS领域研发设计的半导体厂商拥有广阔的进口替代和创新的市场机会。

最后,企业有强大的资本背书亦是快速发展的动力之一。由于MEMS企业初期发展投入大、盈利难度大,发展所需的资金、人才等资源较多,有大企业支持或者较强投资背景的企业发展可能更加迅速。
2  MEMS非上市公司image.pngimage.png资料来源:企名片,国泰君安证券研究

主要结论


主要结论一:MEMS传感器种类丰富且应用广泛,是获取信息和实现交互的关键器件。随着物联网、5G、智能驾驶等产业的加速渗透,应用需求广泛且市场巨大。
根据赛迪智库的统计,2019年中国市场规模约600亿元,占全球市场比例约54%,且国内市场增速持续高于全球,预计到2022年,中国MEMS市场规模将超过1000亿元人民币,国产替代需求强烈。但国内MEMS传感器产品技术与性能跟国外巨头相比仍存在一定差距,我们判断,MEMS产业仍然处于成长期初期。
主要结论二:MEMS传感器产业发展的驱动条件良好,政策支持、需求增长、供给丰富、资本重视、技术迭代,但产业链的工艺水平仍有提升空间。考虑到国际龙头虽然毛利率水平高于国内厂商,但产品定价较高,给了国内企业一定的成长空间。同时,由于MEMS定制化的特性,国内部分企业有望在新的细分领域取得技术突破。

主要结论三:相较于发达国家企业,国内厂商发展较晚且市场占有率低,绝大部分市场被美、日、德厂商占据。
本土优势主要在下游的应用、模式的创新以及对多元化市场需求的把握上,近几年来随着指纹、图像、声音传感器应用落地,拥有产品创新以及存续时间较长的企业有望获得更大的成长空间,各细分领域均有望涌现出优质公司。


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2022年8月深圳会展中心中国电子信息博览会|量伙半导体设备(上海)有限公司 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800  中国电子信息博览会(中文简称:电博会,英文简称:CITE),是展示全球电子信息产业最新产品和技术的国家级平台,经过十年努力,现已成为亚洲规模最大、产业链最全、活动内容最丰富的、影响力提升最快的电子信息博览会,也是行业领先,具有国际影响力的电子信息行业年度盛会。

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量伙半导体设备(上海)有限公司成立于2018年,位于上海市浦东新区,公司专注于半导体芯片设备的研发、生产和销售。公司在安徽合肥设有研发、生产基地,在北京、西安设有办事处。公司自主研发的快速退火炉RTP具有国内领先的技术水平,已在fab厂、研究所、高校等芯片生产单位得到广泛应用。 公司产品广泛应用于集成电路领域,功率器件领域,第三代半导体领域以及传统LED领域。


现在由量伙的小伙伴们给大家带来前方第一手现场图片。


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襁褓中的第三代半导体 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 1.jpg


雷声很大,但雨点很小。


不知道你是否注意到,近两年安卓手机的充电速度越来越快了。

从“充电五分钟通话两小时”的65W快充发展到如今最快150W-200W,高达4000mAh的手机电池,8-10分钟就可以充满电量,可以说部分消费者使用手机的习惯已经随着快充技术的成熟彻底改变。

同样的升级也正在新能源车领域上演。近期小鹏汽车上线了S4超快充首桩,可以在小鹏G9车型上实现“充电5分钟续航200公里”的提升,还由此引发了“纯动、混动,谁是新能源车未来”的讨论。

这些变革背后,都离不开一条共同的新赛道——第三代半导体。

所谓第三代半导体,指的是以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料。与前两代半导体材料相比,其最大的优势是较宽的禁带宽度,更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率的电子器件,因此在5G基站、新能源车、光伏、风电、高铁等领域有着很大应用潜力。

我国在第三代半导体领域与国际先进技术的差距较小,且新能源发展国际领先、有广泛的第三代半导体应用市场,因此这一赛道也被普遍认为是中国在半导体领域“换道超车”的重要机会,受到了政策的高度重视。国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要都明确指出“支持碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展”。

政府的政策鼓励、广泛的下游应用市场和国产替代机遇,让第三代半导体概念在资本市场上颇受追捧。第三代半导体板块指数(885908)在去年和今年均经历过一次大的上涨周期,涨幅接近100%;国内碳化硅外延片生产商凤凰光学去年股价最高涨幅超过3倍。

2.png

第三代半导体板块表现(2020年9月至今)

同时,和所有的新兴产业一样,换代超车的美好愿景、资本追捧的狂热背后,还有不少问题有待解决。

虽然下游应用广泛,但受限于市场规模,第三代半导体潜在的市场空间并不算大;虽然政策支持国产替代、资本市场热捧,但目前国内玩家相关业务的收入和利润仍然微乎其微。

总的来说,第三代半导体目前的雷声很大,但雨点还小。

01“换代超车”

电动车是第三代半导体材料最核心的主要应用市场之一。

如果说未来是属于新能源的时代,那么以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体也将随之占据舞台的“C位”。

第三代半导体材料本身具备高频、高效、节能等特性。相比第一代硅基半导体材料,其在高功率、高频高压高温场景下有明显优势——相同规格下,碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基的1/10,但导通电阻是后者的1/100。与硅基IGBT相比,碳化硅基MOSFET的总能量损耗可以降低70%。

因而在新能源车、光伏、风电、5G通信等领域,第三代半导体都有着很大应用潜力。

今年以来,尽管半导体行业处于逆周期,但800V汽车电驱系统、高压快充桩、消费电子适配器、数据中心及通讯基站电源等细分市场的快速发展,推升了第三代功率半导体的市场需求。

电动车是第三代半导体材料最核心的主要应用市场之一。尤其碳化硅功率器件,60%以上用于电动车领域——包括汽车空调、DC/AC主逆变器、OBC车载充电器、DC/DC变换器都需要用到SiC器件。SiC器件可以让电机控制器的体积减少30%,重量随之减轻,转换效率平均大约有5%的提升。

目前特斯拉、比亚迪等车企已经开始将SiC器件应用于其新能源汽车的主控电路中。这带动了一波碳化硅的“上车潮”。国内的小鹏、蔚来、理想等造车新势力,都已推出或宣布推出SiC模块。

另外在光伏、风电和储能逆变器领域,耐高压的SiC器件有望大量应用于大功率组串和集中式逆变器当中;GaN功率器件则更多应用于至高5kW的住宅用微型逆变器中。两者都可以有效提升能量转换效率,提升设备循环寿命。根据CASA数据,2020年光伏逆变器中碳化硅器件渗透率为10%,后续还会不断提升。

众所周知,我国已成为新能源汽车最大的生产国和全球最大的新能源汽车市场,光伏和风电装机量规模也均是世界第一,发展高效节能的第三代半导体对于我国有着重要意义。在“双碳”目标的加持下,国产第三代半导体正迎来难得的发展机遇。

有业内专家统计,2030年中国年用电总量将超过10.5万亿度,如果用SiC器件全面替代硅器件做能量转换,那么每年可以节约上万亿度的电,这一数字相当于10个三峡大坝的年发电总量。

更关键的是,目前第三代半导体处于研发的早期阶段,竞争相对没那么激烈、技术差距较小,我国和国际上其他龙头大厂是在差不多的起跑线上起步。

且第三代半导体产品主要使用成熟制程工艺,与动辄几纳米的硅基半导体不同,它们还远未达到几纳米级别,都在100纳米以上,因此并不需要如荷兰ASML的高端光刻机,也避免了被其卡脖子。

在第一代、第二代半导体落于下风的情况,第三代半导体是几个重要领域的关键突破口,我国最有希望在这一领域“换道超车”。

02“开胃小菜”

有着广泛下游应用和巨大经济价值的第三代半导体,只是一碟“开胃小菜”。

第三代半导体有着诸多性能上的优势,也有国内大市场和国家政策为重要支持,但与此同时,它也有一个不可忽视的缺陷——市场很小。

如前文所言,碳化硅和氮化镓是半导体应用材料的双雄。TrendForce集邦咨询研究预测,碳化硅功率元件到2025年的全球市场规模将达到33.9亿美元,年复合成长率高达78%,而氮化镓功率元件至2025年市场规模仅为8.5亿美元。与规模高达数千亿美元的第一代半导体相比,这一市场要窄了不少。

可能会有人觉得不可思议,有着广泛下游应用和巨大经济价值的第三代半导体,为何只是一碟“开胃小菜”。

这或许是由于“第三代半导体”的称呼让人产生了错觉。实际上,第三代半导体并不是第一代和第二代半导体的升级,并不比前两代更加先进,三者其实是共存的关系,各有各的优势和应用领域:

第一代半导体以硅材料为主,应用极为广泛,其主要细分领域包括了集成电路、光电子、分立器件、传感器;从昂贵的英伟达显卡、苹果M1芯片,到只有几分钱一个的二极管都属于第一代半导体;

第二代半导体以砷化镓、锑化铟为代表,主要应用于移动通信、无线通信、光纤通信、LED卫星导航等领域;

第三代半导体以氮化镓、碳化硅为代表,其主要应用于新能源车、光伏、风电、5G通信等领域。

从整体产值规模来看,第三代半导体目前还是一个小众市场,第二代、第三代半导体市场占比加起来不过 10%。

台积电董事长刘德音曾在2021年公开表示,第三代半导体产值小,无法与硅基半导体相比,是特殊技术。“尽管备受期待,但目前有一部分是广告效果。”

从产品细分领域来看,第三代半导体主要应用于功率器件,属于分立器件、独立器件的层面(与集成电路相对立),其应用的产品范围比第一代硅基材料要窄得多。

从价格层面上,第三代半导体虽然是新兴技术,但新主要体现在材料处理上,使用的还是成熟工艺,技术门槛并不算很高。功率器件也很难像高端集成电路一样卖出高价,获得高利润。

以氮化镓mosfet为例,其单颗价格大约是硅基mosfet的6倍,但在1688网站上的单个批发价格也不到10元,与高端集成电路如单颗售价上千元的高通骁龙旗舰芯片有着显著差别。这也造成其市场规模整体不大。

03“四足鼎立”

国内的竞争却要比国际上更加激烈,众企竞逐,格局混乱。

由于使用成熟工艺,第三代半导体的技术门槛并不算很高,又由于整个赛道仍然处于初级阶段,本身就不大的市场上吸引了众多企业涌入,显得格外拥挤。

全球范围内,有专家指出,美国、欧洲、日本、中国在第三代半导体发展上处于“四足鼎立”状态。英飞凌(欧洲)、意法半导体(欧洲)、三菱电机(日本)、安森美(美国)、瑞萨电子(日本)等玩家凭借着在硅基功率器件的制造经验,都在布局第三代半导体的制造。

并且由于历史原因,这些国际对手的技术水平上仍然领先于我国本土企业。

但国内的竞争却要比国际上更加激烈,众企竞逐,格局混乱。从衬底、外延、到设计、制造、封测领域,以三安光电、闻泰科技、露笑科技、新洁能、时代电气、山东天岳、士兰微、扬杰科技、斯达半导、宏微科技等半导体公司都在加速布局。

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士兰微股价表现(2021年初至今)

且第三代半导体不需要像台积电那样一座晶圆厂动辄投入数百亿元,大约10亿元就能建起一个一般规模的制造厂。中芯国际创始人张汝京就曾表示,第三代半导体材料和器件的生产制造投资金额较小,并且周期较短。叠加行业的技术门槛并不高,这些都在客观上助推了行业的激烈竞争。

受到了来自资本市场、媒体舆论等多方面的追捧与期待,但第三代半导体业务对于国内玩家们真实的业绩贡献,在现阶段还不算高,尤其是新玩家,能展示在财务报表中的收入和利润更少。

以龙头企业三安光电为例,2021年集成电路芯片业务营收15.33亿元,仅占其总营收的12.2%;且该业务中还包含了激光器及探测器芯片、砷化镓射频芯片等相当部分非三代半导体的产品。至今其主力业务还是LED芯片。

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对于士兰微、新洁能、闻泰科技、扬杰科技等功率半导体玩家来说,还需要面临的一个问题是碳化硅、氮化镓功率器件,是否会对其原业务硅基功率器件形成替代,一旦新技术、新产品跟不上,其业绩更容易受到竞争对手的冲击。

整体上看,目前国内第三代半导体玩家的业绩仍然主要依赖传统硅基芯片业务。当半导体行业处于周期下行阶段时,业绩也会受到冲击。

没有坚实业绩的支撑的情况下,只依靠扩产消息和想象力,这些概念公司还无法走出长牛。

04 写在最后

我国企业正在第三代半导体领域中持续发力。正如在家电、电子产品、光伏等多个领域发生的一样,国内企业往往以较低的价格占领市场,同时大大拓宽下游应用规模,整个行业有机会加速成长。

世界先进董事长方略曾经表示,“即使再过5年,第三代半导体产值也未必超过(半导体整体市值的)1%,但是新材料(碳化硅、氮化镓)衍生的商机,将突破硅材料无法做到的领域,将是值得探索的崭新世界。”

尤其对于中国一个能源大国来说,第三代半导体的价值不仅仅在于行业规模和产值,其提升效率、节约能耗的特性,同样可以创造出巨大的社会价值。

资本市场通常对于新生事物的正面价值和意义更加看重,但其现阶段所存在的问题也同样不容忽视。投资者们在积极投入第三代半导体的同时也应该更加明确,至今它仍在襁褓之中。


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一种比人脑神经元更快的忆阻器 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800

据IEEE报道,一项研究发现,其推出的人工神经元(New artificial versions of the neurons and synapses)和突触比人脑的神经元小 1000 倍,比生物突触快至少 10000 倍。


研究人员表示,这些新设备可能有助于提高被称为深度神经网络的日益普遍和强大的人工智能系统的学习速度。


在人工神经网络中,被称为“神经元”的电子元件被输入数据并协同解决问题,例如识别图像。神经网络反复调整其 ersatz 神经元之间的联系,并查看由此产生的行为模式是否更适合找到解决方案。随着时间的推移,网络会发现哪些模式最适合计算结果。然后它采用这些作为默认值,模仿人脑中的学习过程。


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如果一个神经网络拥有多层神经元,它就被称为“深度” 。深度神经网络越来越多地用于分析医学扫描、设计微芯片、预测蛋白质如何折叠和增强自动驾驶汽车等应用。


动物的思维速度通常被限制在几毫秒内——受到神经信号在其中混洗的微弱电压和含水介质的限制。然而,人造的固态神经元和突触并没有受到这些限制的限制。


训练深度神经网络所需的时间、精力和金钱正在飙升。研究人员正在寻求帮助克服这一挑战的一种方法是在模拟大脑的硬件而不是传统计算机上训练模拟大脑的深度神经网络,这种策略称为模拟深度学习。


正如晶体管是数字计算机的核心元件一样,类似神经元和突触的组件也是模拟深度学习的关键组成部分。在这项新研究中,研究人员对称为可编程电阻器的人工突触进行了实验。


新的可编程电阻器类似于忆阻器或存储电阻器。这两种设备本质上都是电子开关,可以记住关闭电源后切换到的状态。因此,它们类似于突触,其导电性取决于过去通过它们的电荷量而增强或减弱。该研究的主要作者、麻省理工学院电气工程师Murat Onen说,忆阻器是两端器件,而新的可编程电阻器是三端器件。


研究小组的可编程电阻器通过移动质子来增加或减少它们的电导率。为了增加电导,电场有助于将质子插入设备中。为了降低电导,质子被取出。


这些质子可编程电阻器使用类似于电池中的电解质来让质子通过,同时阻挡电子。他们的电解质是磷硅酸盐玻璃,研究人员怀疑这种玻璃在室温下具有高质子传导性。这种玻璃容纳了许多用于质子传输的纳米级孔隙,并且还可以承受非常强的脉冲电场以帮助质子快速移动。


与早期版本的设备中使用的有机Nafion电解质不同,磷硅酸盐与硅制造技术兼容。这有助于将设备“一直缩小到 10 纳米规模”,Onen 说。相比之下,生物神经元大约长 1000 倍。


生物神经元和突触处理和传输数据的速度受到弱电压和这些信号在其中混洗的水介质的限制。任何超过 1.23 伏的电压都会导致液态水分解成氢气和氧气。因此,动物的思维速度通常限于毫秒时间尺度。相比之下,人造固态神经元和突触不受这些限制的限制。然而,尚不清楚它们与生物学对应物相比有多快。


在实验中,科学家们发现他们的质子可编程电阻器在室温下的执行速度至少比生物突触快 10,000 倍。“最令人惊讶的部分是看看我们在固体介质中移动质子的速度有多快,”Onen说。“以前的操作时间尺度大约是毫秒,而在这项工作中,我们达到了纳秒。”


此外,这些设备可以运行数百万次循环而不会发生故障。此外,它们在计算过程中产生的热量与人类突触相当——磷硅玻璃的绝缘特性意味着当质子移动时几乎没有电流通过该材料,从而使这些小工具非常节能。


“主要的技术含义是我们现在可以拥有用于模拟深度学习应用的质子可编程设备,”Onen 说。“与竞争技术相比,此类设备的前身已经具有许多有前途的品质,但速度非常慢,这意味着它们不适合在处理器中使用。”


此外,Onen 说,“无论何时需要快速离子运动,例如微型电池、燃料电池、人工光合作用和电致变色,固体中超快离子传输的发现可能具有比模拟深度学习更广泛的意义。”



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为什么美国将失去半导体 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800
在过去的几十年里,美国在半导体行业的主导地位似乎在慢慢下降。

编译来源:semianalysis

美国在半导体设计、制造和生产工具方面一直处于世界领先地位。半导体是计算和信息技术中所有技术创新的基础。没有他们,亚马逊、谷歌、微软、Meta、苹果和特斯拉等公司就不会存在。但是在过去的几十年里,美国已经慢慢失去了在半导体行业的主导地位。近年来,它的优势在不断减弱。如果这样的状态持续下去,那么美国很有可能失去现代技术的基础基石,失去其在半导体行业上的优势。

首先,让我们谈谈美国半导体主导地位的现状。大多数最大的半导体设备、设计和软件公司都位于美国,或者在美国拥有关键工程。在设备领域,泛林集团、应用材料公司和KLA都位于美国以外的地方。ASML是广为人知的光刻领域的领导者,为圣地亚哥的EUV Source和EUV Collector进行了大量关键工程。这些技术资产和团队来自对圣地亚哥Cymer的收购。ASML向EUV-LLC支付特许权使用费,其成员包括多个美国国家实验室。没有这些工具,就不可能制造芯片。

设计芯片所需的关键软件称为EDA,它们都来自美国。Cadence,Synopsys和Mentor Graphics(现在由西门子拥有)位于美国。没有这个软件,就不可能设计出现代芯片。

德州仪器(Texas Instruments)和英特尔(Intel)等美国公司在各自领域拥有领先的市场份额,同时制造自己的芯片。为外部销售和使用合同制造商设计芯片的4家最大公司也是美国人。他们是高通,博通,英伟达和AMD。

但这种主导地位正在向外转移。 美国芯片制造业的份额处于历史最低点。 除非立即采取行动,否则美国将失去半导体产业。这是一场国家安全危机。

美国一直是通过创业、教育和进行大量投资进行创新的标志。这三个原则都在受到侵蚀,部分原因是私人市场的态度,部分原因是政府的政策激励了某些行为。这种转变正在朝着那些拥有有利的政府政策、监管支持、专注于STEM(即科学Science,技术Technology,工程Engineering,数学Mathematics)高等教育以及对半导体制造重要性的普遍文化认识的国家发展。


半导体企业家精神


企业家精神是创新和半导体的首要因素。自从贝尔实验室发明晶体管以来,硅谷的初创公司创造并定义了现代半导体行业。不幸的是,半导体行业的企业家精神正在消退。

SemiEngineering是半导体行业的领先出版物之一,按公司总部所在地跟踪半导体和半导体相邻行业创业公司每月的筹款情况。它们表示现在的趋势对于美国硬件主导地位的前景来说是可怕的。不仅大部分组装都是在中国完成的,而且半导体领域资金最雄厚的初创公司和半导体领域最多的IPO都在那里发生得很好。


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虽然初创公司和IPO并不一定意味着创新,但它们是创新的基石之一。并非所有的创业公司都会成功,美国创业公司更严格的融资模式很可能意味着他们更有可能成功,但这种差异是一个大问题。美国不再是创业的国度,尽管继续主导着世界其他地区,如欧洲。这是中国。

为什么美国的半导体创业公司如此之少?

美国风险投资和天使投资的私人市场完全投入了对基于软件平台的“科技”公司的投资。虽然这种类型的投资很好,但这些风险投资和天使投资人完全忽视了半导体和硬件领域。我们在SemiAnalysis亲眼目睹了这一点,因为我们帮助半导体行业的一些公司筹集资金。说服风险资本家投资创业公司是极其困难的,即使他们拥有有前途的技术和卓越的业绩记录。

私募市场对硬件创业公司有强烈的偏见。一般来说,半导体的启动成本较高,与基于平台的科技公司相比,市场潜力有限。需要它们的美国风险投资人和天使投资人倾向于考虑数百或数千亿美元的投资市场。他们想要能够拥有几十名员工的软件平台,并有可能扩展到数十亿美元的收入。不过,Instagram,Uber,Shopify和Airbnb只能有这么多。硬件创业是必要的,即使它不符合美国风险投资人和天使投资人所拥有的疯狂梦想。

对半导体行业投资肯定是不太令人感兴趣的,因为任何私人都不会投资这种公共基础设施,原因是这种投资给他们带来的回报太少了。但是半导体制造和设计能力恰恰靠的就是技术和软件的基础设施建设,所以这些基础设施项目需要政府的激励措施和监管支持才能蓬勃发展。美国政府必须通过美国国家科学基金会(National Science Foundation)提供孵化器和加速器,来协助半导体初创企业。


半导体投资危机


创业公司并不是唯一缺乏投资的地方。这个问题在大的公司也存在。因此,美国半导体研发的份额急剧下降,美国芯片产量从40%降至15%以下。美国的金融市场或政府政策不鼓励投资。我们将通过几个例子来展示美国政策的困境,这些政策激励回购和股息超过投资。

首先,让我们讨论一下问题的症结所在。下图显示了按地区划分的半导体晶圆制造设备总支出。这表明,到目前为止,中国正在建设最多的晶圆厂,这是由他们有利的税收和监管政策以及巨额补贴推动的。美国在全球支出中所占的份额很小。如果目前的支出率保持不变,那么在十年内,美国将制造不到10%的全球半导体,而中国将制造近30%的半导体。


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美国国家、州和地方政府制定了税收和监管政策,这使得投资半导体的新制造能力变得异常困难。这需要大量的资金和许多年的时间才能通过许可和批准的过程才能成为美国的一个项目。此外,虽然这些政策旨在保护环境,但实际上并非如此。它们只会减慢流程并增加成本。

这与其他国家形成鲜明对比,其他国家为半导体工具的投资提供税收抵免和大幅扣除。它们为制造设施的许可和批准提供了简化的流程。他们通过对污染公司采取积极的惩罚措施来保护环境。它们允许新公寓,房屋和企业的整个开发在半导体设施周围迅速出现,因此工人不必将大部分薪水用于生活费用,这反过来又降低了公司的成本,提高了整个社区的生活水平。

美国必须使公司的利益相关者更有利于在新产能上进行大量投资,而不是支付股息和进行股票回购。一种解决方案是提供永久选项,在购买的第一年内100%扣除芯片制造设备,工具和其他相关资本支出。卡车等其他工业设备是此类政策的先例。

需要明确的是,这种政策只会旨在使政策与其他国家平等的多方面一揽子激励措施的一部分。中国甚至提供长达10年的免税期。这种激烈的措施在美国是不现实的。

这种政策差距是导致美国最大的内存制造商美光(Micron)将制造业离岸化的原因。美光现在在新加坡和台湾地区生产大部分存储芯片,尽管他们的研发中心和原始制造设施位于美国。全球最大的两家内存制造商SK海力士和三星的总部位于韩国。虽然它们在技术上通常被认为与美光有差距,但SK海力士和三星拥有更大的市场份额。这些公司就是韩国各种半导体政策下的产物,这些政策激励了韩国国内半导体的发展。韩国还提出了专注于地理区域而命名为“K-Belt 半导体战略”,该计划包括高达 50% 的研发税收和 44% 的制造业税收抵免、8.86 亿美元的长期贷款、13 亿美元的联邦研发投资、放宽监管和升级基础设施。

此外,税收抵免必须应用于研发支出。目前,美国的税收政策没有与许多亚洲国家相匹配的政策。相反,它激励尽可能多地减少研发,为股票回购,股息和财务工程收购提供资金。

博通就是是美国税收政策失败的一个例子,它引发了半导体行业的错误趋势。尽管博通一直是值得投资的明星股票,并且在某些技术领域仍然处于领先地位,但他们的创新战略对整个行业来说非常不利。博通通常对所有费用(包括研发增长)都保持非常严格的控制。与此同时,他们提高了芯片和软件的价格,在那里他们享有近乎垄断的地位。最后,他们利用自己产生的这些利润来收购更具创新性的领先公司,这些公司拥有可以应用此公司的产品和技术。该政策被半导体行业人士和投资者俗称为“Hock Tan Flywheel”,以设计这一战略的首席执行官的名字命名。我们甚至不会进入他们将总部迁往新加坡多年的时间,但这也是美国政策不佳的结果。

另一个与投资相关的政策不佳的例子是英特尔在过去十年中的政策。他们在半导体方面处于世界之巅。他们没有在半导体设计和制造的新领域进行创新,而是专注于降低资本支出和总支出占收入的百分比。他们用利润回购股票并支付更大的股息。股东选出的董事会成员欢呼并特别鼓励这种行为。英特尔垮台的故事当然还有很多,包括技术失误和有毒的企业文化,但美国税收政策和金融市场的缺陷无疑是一个很大的贡献者。如今,英特尔已经意识到了他们的错误,并将股票回购率降至0。他们正在尽其所能地投资每一美元,但他们根本无法承受花费台积电和三星等其他国家英雄的绝对规模。

良好的针对性政策的一个例子是Wolfspeed和纽约州。纽约通过退税和其他补贴协助Wolfspeed,以建造世界上最大的碳化硅半导体制造设施。因此,纽约是电动汽车中大量使用的芯片的世界领导者,创造了数千个高薪工作,纽约州立大学有一个成熟的研究和教育计划,为人们在这个领域的持续创新做好准备。


半导体教育


即使初创公司和生产设施在美国,现在该领域的技术工人严重短缺。到2025年,预计这一短缺将高达30万工人。受过良好教育和熟练的人才是创新的基石,没有他们,工作就无法完成。

大多数追求高等教育的美国人都是在非STEM(即科学Science,技术Technology,工程Engineering,数学Mathematics)领域接受高等教育的。虽然这本身并不是一个负面因素,但考虑到半导体行业技术工人的预期短缺,这是一个巨大的问题。根据Statista的下图,超过500万人在美国的高等教育机构获得了学位/证书,但在STEM领域的甚至不到1/5


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美国2/3的STEM博士生是外国人。他们能够获得学生签证接受教育,但他们中的许多人尽管希望这样做,但在接受教育后移民非常困难。中国每年有近500万人获得STEM学位,人口规模的差异使得中美之间的差距无法仅靠国内人口来填补。

美国必须使世界各地受过教育的人更容易移民。这在美国历史上的其他时间点要容易得多,这是美国在创新方面超越世界其他地区的秘诀之一。人才流失的情况是非常真实的,必须允许世界上最优秀和最有资格的人搬到美国。

中国不仅允许半导体工人移民,他们明确地找到他们想要的人并去追求它。有多家国有企业为从台湾地区移居的工程师提供优质的生活。他们在半导体中心附近提供宽敞的住宿,并提供个人税收优惠以及有针对性的移民。如果有好的机会,许多来自台湾地区的优秀工程师会来美国,即使没有国家赞助的生活方式。

此外,在美国STEM领域的毕业生中,从事涉及半导体,制造或设计相关领域的人数仅占总数的一小部分。这些与半导体相关的STEM项目资金严重不足有关系。联邦和州政府没有采取任何措施促进毕业生在半导体领域就业。与此同时,其他很多国家已经在很大程度上补贴了半导体项目和鼓励就业,这反过来就增加了其他国家致力于各自半导体行业的人才,从而这些国家有着更多的创新。

美国高等教育系统对所有学位和证书的补贴金额大致相同,尽管有些职业严重缺乏技术工人。我们的教育系统在补贴教育成本或推广某些领域时,需要考虑基于行业劳动力需求差距的有效技能分配。

公众和媒体对该领域的看法也无助于此事。成为芯片架构师、工艺集成工程师或电路板设计师并不是大多数儿童和年轻人渴望拥有的职业。与此同时,中国崇拜半导体行业,甚至创造了一个美化的电视节目

对半导体缺乏兴趣的部分原因是由于维修和修补计算设备的文化。半导体行业的许多人在第一次打开计算机时就爱上了这个行业。不幸的是,由于各种立法和公司特定的障碍,维修电脑,游戏机和智能手机的文化在西方世界正在消亡。

在中国台湾和中国大陆,这种文化蓬勃发展。获得设备的部件非常容易,无论是显示器,电池,内存,甚至是整个主板。人们可以去台湾台北市的光华市场,中国深圳的华强北或这些国家的许多其他市场,购买与维修普通消费电子设备相关的任何组件或工具。

实施维修权政策将使美国与这些国家相提并论,并应得到两党的支持。这对消费者来说是件好事,因为他们对自己购买的设备有更多的控制自由,并允许他们的设备使用更长时间。它对环境有益,因为产生的电子废物更少。这对半导体行业有好处,因为它使更多的人对打开计算机感兴趣,并对它们的工作方式感兴趣。台湾和中国可以这样做,因为他们的政府允许电子维修蓬勃发展,如果我们希望年轻人也爱上这个行业,美国需要与他们相匹配。


国会必须采取的行动来拯救半导体行业


国会必须立即通过多项两党立法努力,才能将美国半导体行业带回世界最前沿。

国会必须立即修改美国税法,使其与公司目前拥有不公平优势的其他国家相提并论。这可以通过对芯片制造设备,制造晶圆制造设备的工具以及与购买当年半导体设计或生产相关的其他相关资本支出实施可选的100%奖金折旧来实现。国会还必须为这些投资集团实施永久性税收抵免,以匹配其他东亚国家。

国会必须立即修复美国的许可和监管锁定,这严重延长了时间并增加了创建半导体制造设施的成本。

国会必须立即通过增加与半导体相关的研发税收抵免来弥补研发支出缺口。国会必须立即解决创业危机,指示美国国家科学基金会创建一个针对半导体行业的创业孵化器和加速器。国会必须通过资助半导体和半导体相邻的高等教育项目来立即解决教育差距。国会必须立即资助并建立一个类似于欧洲IMEC的美国半导体研究机构。

国会必须立即通过允许熟练的半导体工人移民到美国来解决熟练的半导体工人短缺问题。

国会必须立即通过维修权法律,以增加对硬件行业的兴趣,从而提高消费者自由并保护环境。如果采取这些行动,我们相信美国的独创性和创新可以释放出来,美国可以保持在半导体行业的顶峰。如果不采取这些行动,我们相信,美国将进一步削弱其在一个对国家安全越来越重要的行业中的领导地位。


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苹果iPhone14相关供应商名单曝光 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 众所周知,对于苹果大部分供应商而言,业绩对苹果的依赖程度都非常高,这也意味着,苹果出货量的情况决定了供应商的业绩,尽管今年以来,智能手机出货量并不理想,但其实就苹果而言,其出货量并未出现下降,反而微幅增长。

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在这种情况下,对于苹果核心供应商而言,无疑也有助于业绩的增长,尤其是在往年,在苹果发布下半年新机之际,A 股苹果核心概念股都会迎来一波狂欢。近来,据市场消息,苹果今年下半年新机 iPhone 14 即将进入量产阶段,那么,A 股苹果核心概念股是否会再次迎来狂欢呢?


7 月 10 日消息,据中国台湾地区经济日报报道,距离苹果秋季发布会还有两个月,鸿海旗下富士康郑州工厂已开始进入新一代苹果手机生产周期,包括后壳在内的一些机构件正进入缓慢的产能提升阶段,预计在 8 月迎来整机规模化量产组装。


一位富士康人士指出,从备货、人员、生产计划各方面未看到与往年有较大的区别,也未听说有产量下降迹象。“如果销售不好,可能要到 12 月才能看出来。”


IT之家了解到,市场普遍预计,苹果将在 9 月发布的 iPhone 14 系列新机,包括 6.1 寸的 iPhone 14 和 iPhone 14 Pro,以及 6.7 寸的 iPhone 14 Max 和 iPhone 14 Pro Max,共四款新机。


台媒指出,鸿海富士康囊括多数组装订单,和硕、立讯也是代工厂商;大立光、玉晶光等指标供应链也将动起来。


专注手机镜头技术的舜宇光学表示,与“北美大客户”沟通进展顺利,开始初步参与到新手机订单中。


富士康郑州工厂主要承接苹果手机组装和部分组件生产。郑州富士康人士提到,工厂开始生产包括后壳在内的机构件了。后壳模板总计四个,两大两小,目前日产量只有 1000 个左右,产能顶峰时能达到 20 万个。


按往年情况,苹果链产能将逐渐爬坡,并在 7 月底进入生产高峰,8 月开始批量组装整机并持续到年末。


不可否认,如果iPhone14系列销量届时真的很不错,那么势必会对核心供应商业绩有提振作用。那么,其核心供应商又有哪些呢?


据媒体报道称,首先是代工方面,富士康无疑是主要代工厂,不过,今年新增了国内的立讯精密,其今年正式为iPhone14提供代工组装。



其次是面板方面,OLED面板供应商包括三星显示、LGD显示和京东方,其中三星显示是第一大供应商,而LG显示为苹果供应LTPS和LTPO型号面板,京东方则供应LTPS面板。


而在摄像头方面,富士康依然是后置摄像头的供应商,VCM马达则也包括立讯精密,实际上,立讯精密通过资本运作,已经开始为苹果提供更多的服务,后续在苹果汽车方面,也不排除立讯精密将能够进入供应链。


机壳方面,据称采用钛合金机壳+不锈钢框架,这已经成为苹果近些年的标配,其中供应商包括鸿海、捷普绿点、蓝思科技等。


实际上,苹果在国内仍有众多供应商,有数据显示,在苹果前200家主要供应商中,中国大陆和中国香港供应商的占比超过20%。


除了上述企业为苹果iPhone14供应商以外,A股仍有很多电子行业龙头企业为苹果供应商,包括:闻泰科技、歌尔股份、兆易创新、鹏鼎控股、欣旺达、深南电路、长电科技、东山精密、领益智造、大族激光、环旭电子、华工科技、奥普特、晶方科技、长信科技、水晶光电、信维通信、德赛电池、海目星、精测电子、长盈精密、华兴源创、安洁科技、利源精制、东尼电子、福蓉科技、依顿电子、精研科技、东睦股份、新纶科技、恒铭达、达瑞电子、科森科技、中石科技、燕麦科技、杰美特等。



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铜互联,还是无法替代? Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800

近日,英特尔在2022 IEEE VLSI 技术和电路研讨会上,展示了许多涉及其Intel 4(10nm)工艺的论文。其中一点就是,新的intel 4选用了铜互连连接。早前英特尔原本打算在10nm芯片互连中采用钴(Co)这种新材料,但是众所周知,英特尔在10nm工艺经历了挫败,业界认为,与钴的集成问题可能是英特尔10nm延迟问题的部分原因。过去我们往往只关心晶体管的大小,但是现在随着芯片微缩逐渐来到极限,芯片互连问题已经不能被继续忽略。


逻辑芯片的制造主要包括三大流程:前端制程、中段制程和后段制程。前端制程主要是处理芯片中的有源器件,如现在主流的工艺是FinFET;中段制程通常由微型金属结构组成,来连接前段和后段制程;芯片互连属于后段制程,即为芯片制造的最后阶段,目前的主流技术就是铜互连。其实关于取代铜互连,业界有不少新材料探索,如石墨烯、钴、钌或钼等。那么,英特尔此次退钴还铜,是否证明铜互连还是无法被替代?



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伟大的铜互连

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在半导体行业的早期,电路线是在硅晶片上通过将沟槽蚀刻到二氧化硅层中并用铝金属填充它们来制造的。但随着线宽的缩小,铝作为导体的缺点变得明显。



到1997年,IBM率先从铝互连转向铜布线互连。1998年9月1日,IBM 宣布出货世界上第一个铜基微处理器。IBM PowerPC 750 最初是采用铝设计的,其工作频率高达300 MHz,采用铜互连之后,同一芯片的速度至少能达到400MHz,提高了33%。



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图源:IBM


这个转换不容易,因为铜原子在介电层具有易扩散特性,所以首先需要一个绝缘性比二氧化硅更好的介电材料,还要将一层薄的氮化钽(TaN)阻挡层和一层钽衬层涂在沟槽上,以防止铜扩散到电介质中。为了将铜应用到晶圆上,材料科学家必须开发一种新的电沉积技术,因为使用铝的蚀刻工艺对铜不起作用。新方法有两个步骤:沉积一层薄薄的铜种子层以确保完全覆盖沟槽壁,然后进行更完整的铜电沉积。在这样的努力之下,铜从电路线宽为180nm开始被采用了多年。微信图片_20220624142235.png


IBM 在微处理器中使用铜互连的开创性技术现已成为行业标准,使下一代更小、更快的微处理器成为可能。铜线的导电电阻比铝线低约 40%,从而使微处理器速度增加了 5%。随着时间的推移,铜线的耐用性和可靠性也显着提高了100 倍,并且可以缩小到比铝线更小的尺寸。铜还提供了使用完全不同的制造工艺添加更多互连层的机会。截止目前,铜仍是微处理器设计和发展的重要组成部分,铜互连还可被用于3D芯片集成。



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钴(Co)被引入

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在14nm或10nm技术节点之前,钨一直是与金属/多晶硅栅极以及晶体管上的源极和漏极硅化物区域进行电接触的主要材料。但随着铜和钨层变得更薄,采用氮化钽(TaN)的铜互联开始出现新问题。其中一个就是电迁移,因为通过超细导线运行电流(电子)会使铜离子错位,从而在电路中产生空隙,芯片容易发生故障。再一个就是氮化钽层的电阻越来越大,但由于铜易扩散的特性,也不能通过降低氮化钽层的厚度来减少电阻,否则就会失去阻障功能。


虽然晶体管性能一直在提高,但铜线电阻实际上随着线变小而增加。这意味着信号变慢,行进距离减少,并且我们消耗的能量超出了预期。换句话说,尽管拥有更高性能的晶体管,但晶体管能力和导线能力之间的差距越来越大。铜线已成为严重的瓶颈。所以在经历了20年以后,到10nm节点,铜互连已经开始逐渐失去动力。于是新材料钴(Co)开始被引入。在2017年的IEDM上,英特尔宣布了首次在大批量制造中使用纯钴互连的10纳米技术。


钴在元素周期表中排在第27位。蓝色钴颜料首先用于青铜时代的艺术,但直到 1735 年瑞典化学家乔治·勃兰特才分离出这种金属。钴常常用于电池中。俄罗斯是第二大钴生产国,占全球供应量的4%。


那么为什么是钴呢?因为在10nm节点,使用钨作为晶体管接触金属由于电阻和间隙填充而成为性能瓶颈。同样,在 M0 和 M1 层用铜制造的局部互连在填隙、电阻和可靠性方面受到影响——限制了性能并影响了制造芯片的成本。在7nm 及以下代工节点用钴代替钨触点和铜局部互连可以缓解这些性能瓶颈。


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纯钴具有较好的电迁移特性,但线电阻较差。同样,铜合金具有较好的线电阻,但却有较差的电迁移寿命。在最新的Intel 4中,英特尔选择的是在最低的四个金属层中使用增强型铜 (eCu)。这种增强的铜线包括一个钽阻挡层,钴包层周围的纯铜核心。eCU似乎是一个折中双赢的选择,与铜合金相比,既提供了更好的电磁寿命(尽管没有钴那么好),同时小幅提高了0.85倍的线电阻。

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Inte 7纯钴方案&钽屏障方案

VS Intel 4采用钽屏障&钴包层周围的纯铜核心

两种方案的线电阻和寿命比较

(图源:Wikichip)


对于Intel 4,该公司选择采用增强型铜(eCu)来处理最底层的四个金属层。这种增强的铜导线包括钽屏障与钴包层周围的纯铜核心。总之,eCu似乎是一个中间的双赢-提供更好的电磁寿命比铜合金(虽然不像钴合金一样好),同时提供了0.85倍适度的提高线电阻。


其实早在2014年,应用材料公司的化学家就发现,钴比钽能更好地“润湿”铜。通过将钴代替钽衬垫,用一个钴帽,选择性地沉积在铜电路线上,有效地将它们包裹在钴套管中。结果,铜更好地粘附在沟槽的侧面,从而最大限度地减少了以后的电迁移。应用材料公司称钴的引入是“15 年来最重要的互连材料变化”。


近年来,钴触点采用了薄的 TiN 势垒。同样在线路或通孔中,有更薄的势垒以及更短的钴平均自由程(10nm 对铜的 39nm)导致线的电阻率更低(电子路径更长,散射会增加净电阻)。


所以钴也没有取代铜,而是和铜进行联合应用,因此使得芯片又能继续延续摩尔定律。



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2nm之后,钌、铋或钼又被探索

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芯片的微缩还在继续,到2nm之后,晶体管的结构要发生新变化,或由GAA纳米片、CFET来取代FinFET,与此同时,铜互连的架构也将需要重新配置向晶体管传输功率的方式。要把握好工艺精度的控制,新金属材料的引入将是关键,于是芯片制造商可能会在2nm之后在一定程度上用钌(Ru)或钼(Mo)取代铜。钌具有低电阻率、高熔点、耐酸腐蚀和极低的腐蚀电位等优点,是极具吸引力的新一代互连材料。而钼则相对更便宜些。


imec计划计划采用原子形状的沟道(Atomic Channel),其沟道采用厚度为1到多个原子层的2D材料。imce所指的2D材料为半导体单层过渡金属二硫属化物(Dichalcogenide),化学式为MX2。此处的M为Mo(钼)、W(钨)等过渡金属元素。X为硫、Se硒、Te(碲)等硫硒碲化合物(16类元素),imec通过采用2D材料和High NA EUV,开拓了1纳米以下的工艺。


而台湾大学、台积电和麻省理工(MIT)在去年共同发布了1nm以下芯片重大研究成果,用二维材料和半金属铋(Bismuth,化学符号Bi)或可突破1nm,该二维材料指的是二硫化钼(Molybdenum disulfide, MoS2)。铋材料可以大幅降降低电阻并提高电流,使其效能媲美硅材料,有助于半导体行业应对未来1nm世代的挑战。这项研究成果由台大电机系暨光电所教授吴志毅,与台积电和MIT研究团队共同完成。已在国际期刊Nature上发表题为“Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors”的研究论文。微信图片_20220624142852.png


单层MoS2场效应晶体管中的欧姆接触和肖特基接触的比较(图源:Nature)



无论是钌、钼还是半金属铋,他们的主要优点是可以消除衬垫,为主要金属提供更多的沟槽或通过体积。回流退火或激光退火可以使晶粒尺寸最大化。


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石墨烯已经败下阵来

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其实在铜互连的取代者中,石墨烯早先的呼声也很高。有很多研究表明石墨烯的潜力很大,石墨烯的强度是钢的100到300倍,其最大电流密度比铜大几个数量级,是地球上最强、最薄、也是迄今为止最可靠的导电材料,再加上石墨烯具有较大的载流子迁移率和热导率,加上较小的材料体积,成为电子电路中铜互连的可行替代品。


多个科研院所和高校都研究证明了石墨烯能够提高材料传输电荷的能力。也证明了石墨烯有朝一日可以取代传统的铜,成为在计算机芯片周围传输数据和电力的互连的最佳材料。


但就当下产业链配套而言,石墨烯不容易制造,而且端到端比较表明石墨烯流动不均匀,无法实现增强铜互连的低电阻。如何实现石墨烯低成本规模化生产也是个一大问题。石墨烯面临的问题比1990年代使铜集成变得困难的问题要困难得多。所以我们可以看到,这几年关于石墨烯的进展已经没那么响亮了。


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光互连能否取代铜互连呢?

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现在光芯片的话题很高,尤其是随着电子芯片逼近摩尔定律极限,于是光芯片开始走入行业的研究范畴。关于铜与光传输介质的争论始于人们意识到光子可用于传输数据的那一刻。早在上世纪70年代,贝尔等国际电信巨头就用光纤取代了数千英里长的铜质电话电缆,虽然光纤电缆被广泛使用,但光背板互连仍然很少见。


光芯片,一般是由化合物半导体材料(InP和GaAs等)所制造,通过内部能级跃迁过程伴随的光子的产生和吸收,进而实现光电信号的相互转换。可以看出,光芯片所采用的是光波来进行信息载体。相比于电子集成电路或铜互联技术,光芯片展现出了更低的传输损耗、更宽的传输带宽、更小的时间延迟、以及更强的抗电磁干扰能力。所以,从原理上来看,其自然是不需要铜互连。


那么光互联会否取代铜互连呢?最近被英特尔和英伟达投资的一家初创光芯片企业Ayar Labs CEO Mark Wade预计,在未来十年内,随着光学I/O产品出货量的增加,光波导将开始取代PCB上的铜迹线。


不过纯光子芯片仍处于概念阶段,严格意义上来看,当前的光子芯片应该是指集成了光子器件或光子功能单元的光电融合芯片,其仍需要与成熟的电子芯片技术融合。英特尔是光芯片的早期研究者之一,其光芯片所采用的是光电共封技术(co-Packaged),即将光芯片和电芯片封装在同一个基板上,芯片之间采用光连接。


所以就目前来看,光互连不会那么快取代铜互连,光芯片仍有很长的路要走,要克服成本、功率效率等等多项问题。在电子产品失败之前,它们不会成为主导,而且也不会很快发生,


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结语

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在PC时代推动摩尔定律通常仅需依赖单一工艺系统解决方案就行。但在移动和AI时代,我们看到了集成工艺系统的发展,现在已经不是仅仅引入一种使能材料取代另一种的时代,而是多种材料相互协同作用,共同克服芯片微缩过程中所带来的的挑战。未来我们还将看到PPAC所面临的的规模化挑战需要通过新材料和集成材料来解决。但有一点确定的是,就当下而言,铜互连仍然是最好的解决方案,也许可以用钴、镍、钌或其他铂族贵金属作为底层来辅助其继续发挥作用,但铜互连仍难以被替代。



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为打压中国芯,设立的520亿美元“美国芯片法案”,要黄了 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 快速退火炉,RTA,RTP,合金炉,RTO,快速退火炉RTP,国产快速退火炉,自主研发,快速退火工艺,半导体设备,芯片退火设备

众所周知,目前全球芯片产能主要集中在亚洲,先进芯片产能主要集中在台积电、三星两家企业手中。

而美国在芯片产能上,越来越落后,份额已经从1990年的37%下降到如今的12%,低于中国大陆的16%。

所以美国推出了一个520亿美元的“芯片法案”,其目的是重振芯片制造业,将全球芯片制造中心的地位夺回来。

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当然,在这个“芯片法案”背后,美国最担心的其实还是中国芯片产业崛起,因为目前中国大陆的芯片产能已经超过了美国。

与此同时,中国还在大力建设更多的晶圆厂,一旦未来美国让大陆拿捏住了芯片产能,对美国而言,这绝对是不可接受的,毕竟美国还希望永久的挥舞着芯片这根大棒,制裁全球呢,要是让中国领先了,美国的芯片地位就要被动摇了。

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所以过去这一年多来,美国“芯片法案”一直是拜登政府、特别是商务部长雷蒙多(Gina Raimondo)的首要任务,一直想要早点通过这项法案,拨款520亿美元来支持芯片产业发展,以期形成对中国芯片产业的打压。

但现在看来,留给美国推进“芯片法案”的时间已经不多了,目前仍有许多问题尚未解决,只怕要黄,通不过了。

为何这个法案可能无法通过,原因有很多,关键问题还是在于不同的派系,有不同的诉求,觉得这并不是当前最重要的,无意重点推进它。

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那么这对于我们而言,又有什么关系?

事实上还是有关系的,如果美国真的掏出520亿美元来进行补贴,那么众多的晶圆厂,或可能真的跑到美国去建厂,从而美国在产能、以及产业链掌控上,可能会更有力度,这对于我们而言,并不是一件好事情。

如今,520亿美元的补贴没有了,一定程度上而言,或能够阻挡或才延缓美国重新夺回在工艺技术和制造方面的领导地位,这不仅对于我们,甚至对于欧洲、日本、韩国而言都是好消息。


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直击!国产GPU的四大难题 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 图片



编者按:1956年中国将半导体作为国家重要的发展领域后,今年是第66个年头。回望66年的发展,从无到有、从小到大,半导体产业经历了风雨坎坷同时又迸发出无限的生机。在中国“十四五”提出数字经济发展规划,瞄准集成电路等战略性领域之际,讲述当今中国半导体各领域发展进程,本期为“国产化进程”专题集成电路篇文章:GPU。



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近年来,国产GPU频频传出好消息。景嘉微宣布其JM9系列第二款GPU已经完成流片、封装阶段工作。芯动科技在去年底推出一颗“风华1号”,填补了国产4K级桌面显卡和服务器级显卡两大空白。2020年成立的摩尔线程在1年后发布了第一代MUSA系统架构GPU,并可量产交付。壁仞科技也紧跟着宣布首款通用GPU芯片点亮成功。

 

在市场和政策的推动下,曾经蒙尘的国产GPU开始闪烁自己的光芒。这是国产GPU的黄金时代。

 


国产GPU的发展到什么地步?



据Verified Market Research数据显示,2020年中国大陆的独立GPU市场规模为47.39亿美元,预计2027年中国大陆GPU市场规模将超过345.57亿美元。

 

如此广阔的中国市场中,国产GPU的市占比却少的可怜。2019年,中国芯片的自给率仅为30%左右,从中国主要芯片国产化率来看,射频芯片、移动通信终端、模拟芯片、闪存、微控制器、内存、可编辑逻辑器件的国产化率分别为40%、24%、15%、5%、3%、1%、1%。谨慎估计GPU芯片的国产化规模约37亿元。

 

但属于高端芯片的GPU研发却并不容易。Intel一直想踏足高端GPU领域,但仍未成功。英特尔最早的GPU研发可以追溯到 1997 年,英特尔通过收购C&T 获得了 2D 显示核心技术,3D 技术源于拥有 20%股权的 Real3D。但直到2022年4月,Intel仍未推出自己消费级的独立 GPU 产品。


国内GPU究竟达到国际的什么水平?


从国内GPU龙头景嘉微的产品来看,景嘉微在2021年9月推出的JM9231和JM9271将采用业界主流的统一渲染架构,支持 OpenGL4.5接口,可以无缝兼容市面上主流的CPU、操作系统和应用程序。


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JM9231性能与国际同类公司2016年中低端产品性能相当,主要针对国产化办公电脑,便携式计算机、中低端的游戏机和高端嵌入式系统等消费电子领域。JM9271在JM9231基础上对科学计算能力进行大幅度提高和改进,可以达到国际同类公司2017年中高端产品的性能。

 

可以看出,相较于国际巨头,国内GPU的性能差距还很远。因此对于中国来说,推动GPU的自主研发刻不容缓。

 


国产GPU的黄金时代



尽管国内GPU的发展存在很多问题,但笔者仍然认为现在的时代是国产GPU发展的黄金时代。

 

我们正在进入“一切需要可视化的时代”,这几年市场对于GPU的需求增长极快。可视化需要大量的图形、图像计算能力,无论是云端还是边缘侧都需要大量的高性能图像处理能力。

 

GPU在AI、数据中心领域需求极大。根据IDC数据,2022年全球AI芯片市场将达352亿美元。其中GPU占比最大,Goldman预计到2025年GPU占比将达到57%。

 

GPU巨头英伟达2022年发布的财报中各项经营指标惊人,2022财年全年营收269亿美元,相比2021财年增加103亿美元,同比增长61%;净利润97.5亿美元,同比增长122%。不管是营收还是净利润,均创纪录 。

 

无论是客户需求还是供应商的市值变化都在证明——GPU市场正处于火爆时刻。

 

在2006年,国务院颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006年-2020年)》,“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”(简称“核高基重大专项”)位列16个科技重大专项首位,也被称之为“01专项”,国产GPU位列其中。

 

国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,《若干政策》强调,集成电路产业和软件产业是信息产业的核心,是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。国务院发布的相关数据显示,中国芯片自给率要在2025年达到70%

 

自2017年以来,多个中国新一代初创型GPU研发公司相继成立,逐渐成为中国GPU历史舞台上的一员。

 

在图形GPU领域,国内以景嘉微、航锦科技等为代表的传统企业为主力。另外,从事CPU研发的企业(如兆芯、龙芯等),也开始切入这个赛道,增强了国内GPU企业的整体研发实力。

 

景嘉微是中国第一家成立的GPU公司,公司产品主要分为图形图像处理系统、小型雷达系统、GPU 芯片,广泛应用于军工行业。公司图形显控领域产品包括图显模块和加固类产品,其中图显模块是核心产品。

 

景嘉微成立当年,恰逢我国军用飞机图形显控系统由使用 DSP 与 FPGA 图形加速器向使用 GPU 图形处理器升级,公司准确把握机遇,将大量资源投入飞机图形显控领域的研究。也正因如此,景嘉微最初是制作军工产品起家。

 

摩尔线程在2020年6月成立,用18个月发布全新统一系统架构MUSA和全能GPU产品“苏堤”等系列新品。其公司创始人兼CEO张建中此前曾任英伟达全球副总裁、中国区总经理,在GPU行业深耕超过15年,带领英伟达开拓建立了GPU在中国的完整的生态系统。

 

沐曦集成电路在2021年完成数亿元PreA+轮融资,融资由两家“国家队”:国调基金、中网投联合领投,联想创投等多家机构跟投。据称这家高性能通用GPU芯片设计公司的创始团队主要来自AMD等国际公司,拥有从40nm到7nm制程GPU芯片的设计和量产经验。

 

芯瞳半导体创始团队来自西邮GPU研发团队,这家专注于计算机图形和高性能计算的芯片设计初创公司将在南京投资1.5亿元,开发高性能、高可靠和高稳定性的国产自主GPU和人工智能芯片。

 

天数智芯自研的一款7纳米GPGPU(通用图形处理器)芯片产品卡——BI成功发布,这是中国第一款全自研且有产品面世的GPGPU的芯片。其首款全自研GPU架构下的7nm云端训练芯片及GPGPU产品卡已亮相,这款芯片采用台积电7nm制程、容纳240亿晶体管及采用2.5DCoWoS晶圆封装技术。

 


国产GPU发展困境



IP授权

 

国产GPU最近一段时间借助IP授权多点开花,纷纷流片成功或量产,算是迈出了艰难的第一步。

 

任何一款高端芯片的打造都离不开IP。一个GPU中行业IP核占用的面积超过了80%。但IP的研发并不轻松,GPU IP自研需要36-48个月以及200个工程师,而采用外购IP的方式,可以减少12-18个月开发周期。

 

芯动科技于去年发布的GPU“风华1号”,其IP购买自英国GPU技术授权公司Imagination。获得架构许可后,芯动科技探索了很多自己的方案,包括自研的Cache一致性Innolink Chiplet技术,内置国产物理不可克隆iUnique Security PUF信息安全加密技术等。因此“风华1号”GPU80%以上的IP都属于自主研发。

 

外购IP加上自研设计非常有利于商业变现,可以快速获得成熟系统和后端版图,同时也有利于快速构建软件栈和底层工业API适配,极大的降低研发周期和风险。如今国内主要的通用计算+图形GPU创业公司,如芯动、摩尔线程、壁仞等等都使用Imagination IP或者芯原授权的IP。但使用IP授权也有缺点,即核心电路专利无法自控和自主迭代。

 

创业热潮下的生产困境

 

随着GPU成为AI计算的必需品,一波GPU创业潮在中国市场兴起。据统计仅2020~2021年,GPGPU领域就有近20起融资事件发生。2018年12月瀚博半导体在上海成立,目前已经完成总计5000万美元的A轮融资;2019年成立的壁仞科技,在2021年3月完成了B轮融资,18月累计融资超过47亿元;同年11月芯瞳半导体成立;2021年,沐曦集成电路宣布完成10亿元人民币A轮融资。

 

但初创之下国产GPU仍然面临生产困难。目前和AI相关的大芯片,因为需要CoWoS等先进封装,所涉及的中介层原材料非常紧缺,在目前产能吃紧的情况下,对于已经推出一些产品的初创GPU企业,会面临短期盈利的问题。

 

并且GPU市场早已被虎视眈眈的英伟达、AMD包围,中国GPU芯片初创公司需要和这些拥有技术、经济实力的巨头竞争,必然是处于劣势。

 

成本难降,量产数量少

 

芯片量产前还要经历冗长的设计测试流程。通常一款高端芯片前端和后端设计要耗1~3年,设计完成后流片环节需要3~6个月,期间还会有流片失败一切重来的风险。即使成功流片,还需经过3~12个月的产品测试调优,才能开启量产。

 

因此尽管越来越多的GPU厂商涌入,但阵阵喧闹过后,市场上仍未见可与国际巨头对标的量产产品。

 

国内GPU生态突围

 

此外,对于国产GPU来说,产品如何实现规模化商用,搭建国产GPU生态同样是一个难题。芯片的成功和成熟需要大量的验证和出货,而找到可持续的落地场景才是长期发展的关键驱动力。

 

ICViews采访业内人士其表示:“目前国产GPU在相同性能下,价格更贵。同时,由于英伟达等国外龙头推出GPU时间更长,长期使用国外GPU的厂商出于惯性也不会突然更换国产GPU。”

 

尚未成熟的GPU在搭建国内生态上也捉襟见肘。

 


风口之下,国产GPU如何发展?



GPU是一个高技术含量的赛道,而且我国在这一领域发展已经落后许久。尽管近年来突然开始有不少初创公司踏足GPU领域,并受到资本青睐,但我国想要彻底打破GPU垄断并不是一件易事。

 

GPU 设计是一项系统工程,包含硬件架构、算法、软件生态等多个组成,缺一不可。从GPU的发展历程来看,GPU单芯片算力增长速度超过CPU,在算力竞争上,GPU也比CPU更胜一筹。

 

沐曦集成电路CEO陈维良曾表示:“全球高性能GPU市场被国外公司垄断,核心算力芯片受制于人,国家安全以及国计民生存在巨大的不可控风险,国产替代势在必行。”


在市场、政策的推动下,国产GPU百花齐放,这将是国产GPU最好的时代。


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半导体供应链危机导致全球汽车制造商损失超5000亿美元 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800 在过去两年中,有关供应链问题和半导体短缺的新闻层出不穷,许多汽车制造商曾因此而宣布停产并遭受了损失。但情况到底有多严重?这一短缺到目前为止造成了哪些影响?

 

为了找出答案,Avnet Silica对主要半导体厂商和汽车制造商公开发布的财报进行了分析,揭示了疫情期间半导体库存水平下降的程度及其对汽车生产线和营收的影响。

 

主要发现:

由于供应链短缺,汽车制造商在2021年损失了近3000亿美元的收入,而自疫情开始以来的损失超过5000亿美元

全球70%的主要汽车制造商曾在去年宣布暂停生产线,其中45%的制造商特别提到了供应链问题

半导体库存水平在两年内下降了43%,跌至10多年来的最低点

芯片制造商持有的成品库存已下降到只有23天,但交货时间却延长到150天以上,部分芯片制造商的库存减少到了3

一些早期迹象表明,随着半导体库存水平的上升,供应链问题有所缓解,但仍有一段路要走

 

过去两年,汽车制造商损失了超过5000亿美元

 

在全球经历的首轮疫情封锁期间,由于消费者需求大幅下降,汽车制造商在2020年第二季度损失的销售额超过1660亿美元。虽然客户需求在接下来的两个季度开始回归,但在2021年的每一个季度,汽车制造商都因供应链短缺而无法满足需求。

 

因此,汽车制造商在2021年损失了超过3000亿美元的收入,第四季度是过去十年以来最糟糕的季度。与疫情前的预测相比,汽车制造商的销售额减少了超过1860亿美元。

 

之前有报道估计2021年汽车行业的损失为2100亿美元,但通过对汽车制造商发布的财报进行分析发现,实际损失的销售额超过3000亿美元,比预测值高出了近50%

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全球主要汽车制造商的营收总和(单位:十亿美元)

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主要汽车制造商的营收低于预期(单位:十亿美元)

 

全球主要汽车制造商中,有45%在去年因供应链短缺而宣布停产

 

全球主要汽车制造商中,有70%在过去一年中曾宣布暂停生产线,其中45%特别提到了供应链短缺问题。在总部位于欧洲和美国的企业中,这个比例甚至更高——这些地区60%的主要汽车制造商在过去12个月中曾宣布因供应短缺问题而关闭工厂。

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20213月至20223月期间曾宣布暂停产线的主要汽车制造商所占的百分比

 

半导体制造商的库存水平在短短两年多的时间里下降了43%,跌至10年来的最低点

 

半导体制造商的库存水平在2021年第3季度跌至10年来的最低点,在疫情期间下降了24%,与2019年第2季度的峰值相比下降了43%。一些芯片制造商持有的成品库存已减少到3天。

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半导体制造商的平均库存水平(成品库存持有天数)

 

芯片制造商的库存天数减少到23天,但交货时间延长到了150天以上

 

2021年,随着半导体需求的增加,整个供应链上制造商的产能无法跟上,而且他们的库存水平下降、交货期延长,导致汽车生产线暂停生产,使得许多汽车制造商无法完成订单。

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半导体制造商的平均成品库存天数与平均交货时间对比

 

评估:这一切对制造商来说意味着什么?

 

在过去两年中,供应链面临多重挑战而被迫中断:

一家大型半导体工厂发生火灾

航运集装箱短缺

航运集装箱价格上涨

工厂在疫情封锁期间关闭

苏伊士运河被封锁

洛杉矶港货物积压等等

 

Avnet Silica欧洲、中东和非洲地区供应链和运营总监Mat Ransom表示:

 

“尽管有迹象表明半导体库存正在得到补充,但库存水平不太可能在短期内完全恢复正常。事实上,由于这些变化已经持续了很长时间,因此不能把这一切简单地归咎于疫情。

 

5G的持续普及、汽车的电气化以及对数据中心等其他高速发展的技术的需求都在推动着半导体需求的增加。而在未来几年内,半导体产能的增长不可能完全满足这一需求。

 

过去一辆传统汽车所需的半导体芯片只有几百颗,而现在一辆电动汽车中可能需要两三千颗半导体芯片,更不用说其他行业对芯片的争夺也在不断加剧。


在感受到供应链中断和市场需求急剧增加的影响后,制造商们正在尽其所能解决他们目前所面临的供应链问题,同时着眼于更长远的发展,通过建立更有弹性的供应链来增强自身适应未来变化的能力。

 

现在,企业正在重塑自己的供应链,从以前的“即时生产模式(Just-in-Time)”转变成“预先生产制/以防万一模式(Just-in-Case)”。未来,将出现一些兼具这两种方法优点的混合供应链模式。虽然到目前为止,企业对精益生产和Just-in-Time供应链的普遍关注取得了良好的效果,但在过去两年中,由于缺乏灵活性和弹性,让企业损失了数十亿美元。因此,企业在未来需要采取新的方法,许多汽车制造商已经开始为2026年及以后的生产制造重塑他们的供应链。”


编者注:

研究方法:数据来自YCharts的混合数据并使用公司财报弥补缺口。由于汇率波动,这些数字有时会出现不一致,因此在两个数据集都有信息的情况下按季度进行检查并通过这种方法同步两个数据集。在少数情况下未公布2021年第四季度的全部数字,出现这种情况表明该公司未包含在我们的分析中或者在存在明显趋势的情况下,根据前一季度的数字进行预测,然后将这些预测与相关公司自己的预测进行比较,如果两组预测没有重叠,则使用该公司预测值的中值。


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起底新加坡半导体 Fri, 01 Mar 2024 17:46:52 +0800

“新加坡曾经是全球半导体产业重镇”,是一句见证,也像一句感叹。


新加坡半导体产业从迅速崛起,到“战略大撤退”,再到重返战场,上演着一场“栽下梧桐树,引得凤凰来”的故事。

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据日前消息透露,晶圆代工巨头台积电正考虑在新加坡建立一家芯片制造厂。

据悉,此次初步谈判的是一家大型12英寸晶圆厂,计划生产7至28纳米的芯片,将用于生产汽车、智能设备和手机等需要的芯片,目前台积电正在和新加坡经济发展局进行积极的讨论,以寻求新加坡政府在多方面的支持。

实际上,早在二十多年前台积电就与恩智浦合资在新加坡建立了一座八英寸晶圆厂(SSMC),去年SSMC获利25.44亿元,年成长逾两成。

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SSMC工厂

近年来,陆续爆发的贸易制裁、新冠疫情,改变了全球半导体供应链思维,以往所奉行的“全球化、专业分工”模式日渐式微,大国政府将半导体视为产业的重中之重,纷纷推出优渥的补助方案招揽世界上顶尖半导体大厂赴当地投资。

面对大国推动半导体本地化的挑战,新加坡近年来也积极推动发展半导体价值链,计划在半导体投资带动下,2030年能实现制造业成长五成的目标。

尽管目前的新加坡在全球半导体供应链方面并没有扮演带头的角色,但是迄今为止已有许多大型公司在新加坡设有芯片工厂。

如今以金融和贸易中心而闻名的新加坡,曾经也是全球半导体的产业重镇。

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新加坡半导体产业历程

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亚洲半导体的“桥头堡”


时间拨回上个世纪。

1968年,新加坡就开始涉足半导体行业,当时国家半导体成立了一家组装和测试工厂,并于1986年成为全球第二个进入半导体代工行业的国家。

早在1969年,德州仪器就在新加坡建立了工厂。

1987年,新加坡的Charted Semiconductor(特许半导体)正式成立,其目的是帮助新加坡成为半导体和计算机部件的全球制造中心,此后有一段时间,也确实发展的不错,一度是台积电,联电之后全球第三大半导体代工厂。

据了解,特许半导体在新加坡拥有6座晶圆厂,包括2005年落成的300mm晶圆产线,其他都是200mm晶圆产线。特许半导体的客户包括了AMD、IBM、英飞凌、三星和Agere等。

2000年,该公司被淡马锡控股全资子公司ST Engineering收购。也是在这一年,新加坡生产了价值840亿新元的包括半导体在内的计算机、电子和光学产品,占据当年全国制造业总产出的 52.7%。

1997年,新加坡另外一家本土半导体企业联合科技(UTAC Group)正式成立,并于1999年开始运营,为各种半导体器件(包括存储器,混合信号/RF和逻辑集成电路)提供测试和组装服务的提供商。2006年底,被Gartner评为第五大独立的半导体测试提供商。

在此期间,英飞凌、美光、HP、ST等大厂也在很早之前就纷纷前来新加坡建厂。

其中,始于1970年的西门子的英飞凌在新加坡也已有50多年的历史;HP公司在1980年代率先把芯片设计中心引入新加坡,这是HP在亚洲的第一个芯片设计中心。1987 年,HP 公司又在新加坡设立了第一个海外芯片生产制造厂;1985 年,SGS-Thompson(1998年更名为“意法半导体”)成为第一个在新加坡设立前端芯片生产基地的半导体公司;1993年,由TI,HP,佳能等联合投资的DRAM公司新加坡技术半导体建成,带动了新加坡半导体技术的升级;美光自1998 年通过收购德州仪器的存储器业务进入市场...

除了IC晶圆厂之外,还有多达15家以上的国际IC公司,包括 TI、NEC、Hitachi、AT&T、AMD、Harris、HP等,从1960年代开始在新加坡就设有封装工厂。

可见,1990年代,除特许半导体、UTAC之外,新加坡的半导体企业绝大多数是外资公司,这些企业将芯片设计、制造、封测等相关技术引入新加坡。

为了推动半导体产业的国产化,1991年新加坡成立微电子研究所IME,通过承接政府以及国内外企业的项目,提升新加坡本国的半导体设计生产能力。不仅如此,IME 还在促进产业合作,组件产业联盟方面起到了不可替代的作用。同样,为了支持半导体产业,新加坡政府还在1990年代末建立起拥有20亿新元的半导体产业发展基金。

据EDB报告显示,新加坡半导体相关企业数量到21世纪第一个十年末已经超过300家,其中包括40家IC设计公司、14家硅晶圆厂、8家特制晶圆厂、20家封测公司以及一些负责衬底材料、制造设备、光掩膜等产业周边企业,全球诸多半导体企业亚洲总部都设在了新加坡。

2010年的数据显示,半导体已成为新加坡重要的支柱性产业,占电子制造业58%的份额;同时,新加坡半导体的产能在全球的比重已从2001年的6.3%上升至2009年11.2%,成为仅次于台湾新竹的亚洲半导体生产中心。由此,新加坡成为了全球半导体行业的产业重镇。

战略大撤退


然而,随着互联网经济的兴起,受两轮金融危机影响,以及手机为代表的全球分工模式进入中国时代,新加坡大力转型发展新兴产业,金融、教育、生活医药、IT比重不断提高,新加坡开始剥离资金密集和劳动密集型的重资产产业。

伴随互联网泡沫而来的是,新加坡的半导体行业开始走衰。

以2009年新加坡最大的主权基金淡马锡(CSM)出售给格芯母公司——位于阿布扎比的Advanced Technology Investment Company开始,2011年出售最大IC设计公司安华高科技股权为标志,新加坡的半导体产业地位自此不断下降。新加坡制造业所占GDP比重也下滑至20.4%。

同时,在中国政府发展半导体雄心之下,其半导体工业相继向中国大陆转移,长电科技收购星朋金科成为全球第三大封装测试公司,收购CSM的格芯当时也计划在中国成都建立12英寸FD-SOI工艺生产线。近几年,陆续有一些半导体企业将亚洲总部迁离新加坡,搬到香港,北京和上海等地。

之后的几年时间里,新加坡的电子和计算机零部件制造业几乎停滞不前。

长期以来,新加坡坚持制造业比例不低于25%的产业结构,所以造就了半导体产业的辉煌。这些年来,由于半导体竞争的加剧,利润的下滑,新加坡开始大力提升战略性新兴服务业比例,比如IT和金融,对半导体产业的重视和支持力度大不如前,产业结构比例逐渐下滑。以新加坡把特许半导体卖给格芯,把星朋科技卖给了大陆长电科技为标志,开始了半导体领域的战略大撤退。

曾经的全球半导体重镇和亚洲桥头堡光彩暗淡。

强势复苏


直到2014年,新加坡电子行业产值再次达到840亿新元,不过这一次在整体制造业中的比重仅为28.96%。

此后数年,新加坡半导体行业持续变化。联发科、锐迪科、恩智浦、美光、英飞凌等外资陆续加注,星朋金光、UTAC等本土企业相继卖身、撤离。

产业此消彼长,时间倏然而逝。到2018年,新加坡生产出价值1396亿新元的计算机和电子零件。

《外交学者》杂志指出,新加坡凭借有利的税收和监管环境,及大批的高技能劳动力,已经成为吸引高附加值制造业投资的国家。随着地缘政治不确定性的增加,新加披半导体产业在短短几年间实现了强劲复苏。

2020年,行业产值比重提升至46.3%。在短短几年时间里,新加坡半导体行业实现了显著增长。其中外企的直接投资发挥了重要作用:

美光自1998年进入新加坡市场以来,已投资超过150亿美元。到2019年,美光已在新加坡建立了第三家NAND晶圆厂。2020年11月美光表示,它开始在其新加坡制造工厂大规模生产世界上第一个176层NAND芯片。此举突显出新加坡作为芯片制造商投资目的地的重要性日益增加,美光的开发、生产和质量控制都集中在新加坡中心的一个地方,美光也将新加坡作为NAND攻势的发射台。

英飞凌在过去10年里,投入了约7亿新元,将新加坡作为其开发智能工厂解决方案和汽车微控制器单元测试中心的主导基地。2020年12月,英飞凌宣布预计注资2700万新元(2020万美元),用于新加坡基础设施建设、人工智能项目、员工培训以及与合作伙伴的合作,目标是到2023年启动25个新兴技术项目。

针对当前半导体行业的现状,新加坡政府重新调整战略,希望通过改进芯片设计、晶圆制造、组装和测试、研发和区域分布来进一步发展其半导体行业。

从2021年起,数家半导体企业陆续在新加坡加大投资力度,设立半导体工厂。

格芯于2021年6月宣布计划投资54亿新元(40亿美元)在新加坡新建一家半导体工厂。将其年产能提高45万片晶圆,从而增加总产能到2023年完成时,每年可生产150万片芯片。

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格芯新加坡半导体制造设施

(图源:凤凰网科技)


目前,格芯在新加坡的工厂业务占据了公司大约三分之一的营收。格芯在新加坡制造的产品主要是支持汽车、5G移动网络以及一些安全设备的领域。除此之外,它在新加坡还有一个重点产品,就是安全设备,例如由银行所采用的NFC芯片制造。

德国制造商Siltronic AG(世创公司)在新加坡建造的300毫米工厂在2021年10月破土动工,以支持紧张的半导体市场的强劲需求,新的晶圆制造厂为其在新加坡的业务注入了30亿新元(22亿美元)。据报道,这项投资将创造600个就业岗位,并使新加坡成为世界上最大的高端基板供应商之一,而高端基板对生产芯片至关重要。目前Siltronic AG在新加坡拥有先进的200 毫米和 300 毫米晶圆工厂。

法国的Soitec等其他行业参与者也扩大了在新加坡的业务,该公司投资4.4亿新元(3.26亿美元),计划到2026年,每年生产100万片晶圆。

今年2月,联电宣布将目前位于新加坡的300mm晶圆厂(Fab 12i)旁边建造一座新的制造工厂,提供22/28nm工艺。新工厂第一阶段将拥有每月30000片晶圆的产能,预计将于2024年底开始投入生产。

今年4月,全球汽车芯片巨头安森美Onsemi将自己在上海部分的全球配送业务迁至新加坡,在汽车界掀起轩然大波。