中國半導體：從破局到星辰大海
近年來，全球半導體產(chǎn)業(yè)在5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術浪潮的推動下飛速發(fā)展，世界半導體貿(mào)易統(tǒng)計組織(WSTS)預測，2024年全球半導體市場規(guī)模有望達到6,270億美元，較上一年度增長19%。其中，亞太地區(qū)市場規(guī)模有望達到3,408億美元，中國半導體市場規(guī)模預計將達到1,865億美元，占全球市場的33.6%。
然而，國際貿(mào)易摩擦和地緣政治等因素使得中國半導體企業(yè)在關鍵技術和設備供應上遭遇瓶頸，高端芯片自給率仍有待提高，半導體設備國產(chǎn)化率也亟需提升。在此背景下，中國半導體產(chǎn)業(yè)加快了自主創(chuàng)新和國產(chǎn)替代的步伐。
圖1：2023至2025年，中國半導體與全球半導體市場規(guī)模和增速對比
《國際電子商情》從半導體產(chǎn)業(yè)鏈的上下游出發(fā)，梳理了中國半導體產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化進程。
部分半導體設備“殺入”國際市場
為了實現(xiàn)自主可控的中國半導體產(chǎn)業(yè)，國產(chǎn)化半導體設備是其中的核心環(huán)節(jié)。面對全球半導體產(chǎn)業(yè)競爭的加劇，以及外部技術封鎖，提升國產(chǎn)半導體設備的比率顯得極為關鍵。
在刻蝕設備領域，中微半導體的等離子體刻蝕設備已成功進入國際市場，廣泛應用于28nm及以下制程技術，技術水平達到國際領先。
離子注入機方面，中國電科旗下的電科裝備實現(xiàn)了國產(chǎn)離子注入機28納米工藝制程的全面覆蓋，結(jié)束了國外長期的壟斷局面。
在薄膜沉積設備方面，北方華創(chuàng)、拓荊科技、中微公司、微導納米等國內(nèi)制造商，盡管整體國產(chǎn)率仍然較低，特別是在ALD(原子層沉積)設備方面，但在某些工藝和產(chǎn)品上已經(jīng)實現(xiàn)了突破。
然而，在光刻機領域，與國際領先高端制程技術相比，中國仍存在差距。以極紫外光刻(EUV)技術為例，中國在光源功率、光刻精度、量產(chǎn)穩(wěn)定性等方面面臨技術瓶頸。目前，全球僅有荷蘭ASML公司能夠生產(chǎn)先進的EUV光刻機，其光刻精度可達到納米級甚至亞納米級水平。相比之下，上海微電子裝備生產(chǎn)的光刻機僅適用于90nm及以上的節(jié)點，這在一定程度上限制了中國半導體產(chǎn)業(yè)向更高級制程發(fā)展的步伐。
芯片設計領域積極向上
在半導體產(chǎn)業(yè)的宏大版圖中，EDA工具與IC設計宛如兩顆璀璨的明珠，占據(jù)著舉足輕重的核心地位。EDA工具與IC設計是芯片制造的前提和基礎，它們的發(fā)展水平直接影響著半導體產(chǎn)業(yè)的整體實力。隨著5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術的崛起，對芯片的性能和功能提出了更高的要求，這無疑進一步凸顯了EDA工具與IC設計的重要性，它們不僅是推動半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動力，更是支撐整個信息技術產(chǎn)業(yè)進步的關鍵因素。
圖2：芯片設計制造流程圖
回顧中國的EDA工具與IC設計的發(fā)展歷程，早期中國在這兩個領域主要依賴進口EDA工具和國外技術，在國際競爭中處于追趕者的地位。然而，隨著國家對半導體產(chǎn)業(yè)的日益重視，一系列政策的出臺和資金的投入，中國企業(yè)和科研機構(gòu)紛紛加大研發(fā)力度，積極探索自主創(chuàng)新之路，逐漸取得了一系列令人矚目的成果。
華大九天作為國內(nèi)EDA行業(yè)的領軍企業(yè)，在電路仿真工具方面取得了重大進展。其研發(fā)的電路仿真工具已成功支持5nm量產(chǎn)工藝，這一成果使華大九天在高端芯片設計領域具備了與國際巨頭競爭的實力。
合見工軟在數(shù)字驗證和數(shù)字實現(xiàn)領域表現(xiàn)出色，發(fā)布了多項具有國際先進水平的中國自主研發(fā)的EDA產(chǎn)品。其數(shù)字驗證硬件平臺能夠提供高效的驗證解決方案，幫助芯片設計企業(yè)快速驗證芯片的功能和性能。
思爾芯作為國內(nèi)首家數(shù)字前端EDA供應商，在原型驗證領域取得了顯著的成就。其第八代原型驗證系統(tǒng)“芯神瞳”S8-100，已獲國內(nèi)外頭部廠商采用。
芯行紀在數(shù)字后端軟件領域也取得了重要突破。其研發(fā)的布局布線平臺“AmazeSys”，是第一個由中國人完全從零開發(fā)出來的全功能布局布線軟件，并且已進入商用階段。
其他國產(chǎn)EDA企業(yè)如概倫電子、廣立微等也在特定領域取得了突破，逐漸在市場中嶄露頭角。這些企業(yè)的技術突破，不僅提升了國產(chǎn)EDA工具的整體技術水平，也為我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了更加堅實的技術支撐。
中國本土IC設計產(chǎn)業(yè)也在2024年呈現(xiàn)出積極向上的發(fā)展趨勢，顯示出強勁的增長潛力。
中國半導體行業(yè)協(xié)會集成電路設計分會理事長魏少軍提供的數(shù)據(jù)顯示，預計芯片設計產(chǎn)業(yè)的總銷售額將達909.9億美元，同比增長11.9%。同時，預計有731家設計企業(yè)的銷售額將突破1億元人民幣大關，相較于2023年的625家，增加了106家。
在企業(yè)格局和發(fā)展方面，上海、深圳、北京在芯片設計產(chǎn)業(yè)規(guī)模的地域分布中繼續(xù)占據(jù)領先地位，無錫則超越杭州，異軍突起，重慶、廈門等新興城市也展現(xiàn)出顯著的增長勢頭。
在企業(yè)表現(xiàn)方面，中芯國際作為中國最大的半導體代工廠，提供從28納米到14納米的制程服務；華為海思專注于芯片設計，推出了Kirin系列和5G芯片；紫光國微在智能安全芯片和FPGA領域具有較強的競爭力，產(chǎn)品廣泛應用于金融、電信、交通等行業(yè)；韋爾股份在圖像傳感器領域取得了重大突破，其產(chǎn)品在智能手機、安防監(jiān)控等領域得到了廣泛應用；比亞迪半導體則專注于新能源汽車芯片的研發(fā)。
然而，中國芯片設計產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品主要集中在通信和消費電子領域，2024年這兩個領域的產(chǎn)品占比達到68.5%，而計算機芯片的占比僅為11%。這表明中國芯片設計在全球產(chǎn)業(yè)鏈中的定位仍然偏向中低端市場，尚未在高端技術領域取得顯著突破。
制造、封測國產(chǎn)化進程持續(xù)深化
在制造環(huán)節(jié)，中國廠商積極投資擴產(chǎn)，提升技術水平，部分先進制程技術已取得突破。在封測領域，中國不僅是全球最大的封裝測試市場之一，也在向高端、先進封裝測試技術邁進。
國內(nèi)廠商如中芯國際、華虹半導體等在28nm及以上的成熟制程上實現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)，同時在14nm、7nm等先進制程研發(fā)上也取得了重要進展。這些技術突破為中國半導體產(chǎn)業(yè)的自給自足奠定了堅實基礎。
此外，中國封裝測試企業(yè)如長電科技、通富微電等，不僅在傳統(tǒng)封裝技術上占據(jù)領先地位，還在SiP(系統(tǒng)級封裝)、Fan-Out(扇出封裝)等先進封裝技術上進行了大量投資和研發(fā)，進一步增強了中國在全球封裝測試市場的競爭力。
總結(jié)：從追趕到超越
實現(xiàn)半導體核心技術國產(chǎn)化，不僅能夠提升我國半導體產(chǎn)業(yè)的自主可控能力，擺脫對國外技術的依賴，降低“卡脖子”風險，還能推動我國半導體產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化方向發(fā)展。
目前，中國芯片產(chǎn)業(yè)正從芯片設計到制造工藝，到封裝測試以及終端應用方面，努力構(gòu)建一個完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)閉環(huán)。未來，中國半導體在芯片設計方面，將向更高性能的CPU、GPU、AI芯片等領域進軍，如國產(chǎn)EDA工具和IC設計在技術創(chuàng)新方面，通過與AI、云計算等前沿技術的深度融合，將為芯片設計帶來更高的效率、更低的成本和更強大的功能，從而研發(fā)更強大的AI芯片，提升其算力和能效比，推動智能語音識別、圖像識別、自動駕駛等應用的發(fā)展。
