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半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的2020年，硝煙彌漫，刀光劍影中，沉淀下這十大關(guān)鍵詞
本文來(lái)源：麥博 / Sunny OFweek維科網(wǎng)
回望逝去的2020年，疫情籠罩下的世界充滿了「意外」。這一年里，我們邂逅了許多只黑天鵝，也無(wú)數(shù)次見(jiàn)證歷史。疫情對(duì)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)影響頗大，從停工停產(chǎn)到復(fù)工復(fù)產(chǎn)，從芯片需求暴漲到缺貨漲價(jià)，從「實(shí)體清單」卡脖子到「并購(gòu)潮」……這一年注定會(huì)載入史冊(cè)。站在2021新年之初，讓我們一起用10個(gè)關(guān)鍵詞，來(lái)總結(jié)下2020年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)都有怎樣的「打開(kāi)方式」？
缺貨漲價(jià)
「缺貨」、「漲價(jià)」成為了2020年下半年電子產(chǎn)業(yè)人士最為關(guān)注的話題之一。由晶圓產(chǎn)能緊張引發(fā)的蝴蝶效應(yīng)，半導(dǎo)體晶圓、材料、芯片、封裝、測(cè)試各環(huán)節(jié)均有廠商宣布產(chǎn)品漲價(jià)，漲價(jià)通知接踵而至。
據(jù)業(yè)內(nèi)分析認(rèn)為，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈整體漲價(jià)源頭來(lái)自晶圓產(chǎn)業(yè)，其中尤以8英寸晶圓為主。當(dāng)前市面上8英寸晶圓供不應(yīng)求，需求暴增，主要受年初疫情影響，遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程教育等生活模式的興起，促進(jìn)了移動(dòng)顯示設(shè)備的火爆，筆記本、平板電腦所需的8英寸晶圓訂單加劇，產(chǎn)能嚴(yán)重不足。而美國(guó)政府近來(lái)加強(qiáng)對(duì)中芯國(guó)際出口管制，無(wú)疑會(huì)讓本就緊張的全球晶圓代工產(chǎn)能進(jìn)一步承壓。
半導(dǎo)體材料方面，移動(dòng)設(shè)備的興起導(dǎo)致面板行業(yè)產(chǎn)能需求旺盛，三星、LGD等大廠供不應(yīng)求，靶材產(chǎn)能也十分緊缺。雖然ITO靶材的物料成本并沒(méi)有增長(zhǎng)，但人工及運(yùn)營(yíng)成本都在增加，面板廠追加的訂單已經(jīng)有漲價(jià)的趨勢(shì)；此外PCB線路板的核心材料覆銅板也于近期出現(xiàn)提價(jià)趨勢(shì)，已經(jīng)是2020年第三次漲價(jià)，無(wú)外乎兩個(gè)原因，一是覆銅板主要生產(chǎn)國(guó)受疫情影響嚴(yán)重，二是下游需求端暴增帶動(dòng)了覆銅板的漲價(jià)；同樣，硅料、硅片等材料也呈現(xiàn)持續(xù)漲價(jià)之勢(shì)。
芯片方面，恩智浦（NXP）、瑞薩電子（Renesas Electronics），意法半導(dǎo)體等知名企業(yè)廠商陸續(xù)發(fā)布調(diào)價(jià)函，盛群（合泰）、凌通、松翰、閎康、新唐五大臺(tái)灣MCU廠亦同步傳出調(diào)高產(chǎn)品報(bào)價(jià)的消息，部分品項(xiàng)漲幅超10％，交期甚至拉長(zhǎng)至10個(gè)月。同樣，封測(cè)市場(chǎng)也沒(méi)有「逃脫」?jié)q價(jià)狂潮，日月光、頎邦、南茂、華泰、菱生、超豐等封測(cè)廠產(chǎn)能滿載年底前難以緩解，封裝產(chǎn)能吃緊情況至少會(huì)延續(xù)到明年年中，明年第一季全面漲價(jià)5～10％勢(shì)在必行。
整個(gè)行業(yè)缺貨漲價(jià)背后反映的是全球電子產(chǎn)業(yè)一體化的現(xiàn)狀，「牽一發(fā)而動(dòng)全身」無(wú)疑是對(duì)當(dāng)前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最真實(shí)的寫照。上游晶圓產(chǎn)能不足問(wèn)題或?qū)⒊掷m(xù)到明年年中才有可能得到緩解，其同步影響的材料、封測(cè)及終端芯片產(chǎn)品等一時(shí)間也絕對(duì)不會(huì)停下漲價(jià)的腳步，目前只剩下終端消費(fèi)產(chǎn)品所受的影響微乎其微。就目前情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)芯片廠商在這幾年發(fā)展正旺，產(chǎn)品與國(guó)際一線大廠之間距離也逐漸拉近，進(jìn)口半導(dǎo)體產(chǎn)品漲價(jià)難買情況下，或許可以給國(guó)內(nèi)廠商更多的機(jī)會(huì)。
并購(gòu)潮
2020年，全球肆虐的新冠疫情對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)制造造成了一定影響，但是半導(dǎo)體市場(chǎng)的繁榮以及對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)長(zhǎng)期前景的看好，仍有大量資本運(yùn)轉(zhuǎn)于其中。
2020年堪稱半導(dǎo)體并購(gòu)大年，回顧各方并購(gòu)案例，各家芯片廠商試圖以并購(gòu)這種方式獲得更先進(jìn)的技術(shù)，或者是借機(jī)掌握更大的市場(chǎng)份額，已經(jīng)成為非常普遍的現(xiàn)象。
簡(jiǎn)單回顧下2020年幾起知名的并購(gòu)案，ADI 209．1億美元收購(gòu)Maxim，緊追頭號(hào)霸主TI；英偉達(dá) 400億美元收購(gòu)ARM，未來(lái)或許能有與英特爾「叫板」的實(shí)力；AMD 350億美元收購(gòu)賽靈思，步步「緊逼」英特爾；SK海力士 90億美元收購(gòu)英特爾NAND業(yè)務(wù)……
不難發(fā)現(xiàn)，不管是收購(gòu)方還是標(biāo)的方，都是在某一特定領(lǐng)域極為拔尖的企業(yè)。眾所周知，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有極高的國(guó)家戰(zhàn)略性價(jià)值，重要性不言而喻。從技術(shù)層面看，摩爾定律發(fā)展放緩，各家企業(yè)在面臨技術(shù)壓力劇增的同時(shí)，將目光投向了并購(gòu)這種進(jìn)一步壯大自身實(shí)力的方式。借助并購(gòu)，企業(yè)可以輕易踏過(guò)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高門檻，在新的領(lǐng)域占有一定市場(chǎng)份額。
另外一方面，席卷全球的新冠肺炎疫情對(duì)全球經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重影響，但半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)卻成為疫情之下少數(shù)呈現(xiàn)逆勢(shì)增長(zhǎng)的行業(yè)，資本方也助推有實(shí)力的芯片巨頭加快新業(yè)務(wù)板塊擴(kuò)張的步伐。同時(shí)，巨頭們也都試圖打造多樣化的產(chǎn)品組合，瞄準(zhǔn)了高性能計(jì)算、邊緣計(jì)算以及數(shù)據(jù)中心這一行業(yè)新增長(zhǎng)點(diǎn)。
并購(gòu)潮同樣影響著國(guó)內(nèi)企業(yè)，隨著2018年中美貿(mào)易摩擦加劇，美國(guó)對(duì)中國(guó)實(shí)行了日益嚴(yán)苛的技術(shù)禁令，使得中國(guó)企業(yè)難以再到海外市場(chǎng)展開(kāi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)并購(gòu)等操作，由此所帶來(lái)的挑戰(zhàn)遠(yuǎn)大于利好。如果國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)沒(méi)有參與權(quán)，而海外巨頭卻能一口一口吞下諸多小而美的半導(dǎo)體企業(yè)，然后再通過(guò)多元化的產(chǎn)品組合打入中國(guó)市場(chǎng)，將對(duì)我國(guó)的「國(guó)產(chǎn)替代」造成更嚴(yán)重的沖擊。
2nm
先進(jìn)的制造工藝可以使CPU與GPU內(nèi)部集成更多的晶體管，使處理器具有更多的功能以及更高的性能；更先進(jìn)的制造工藝會(huì)減少處理器的散熱設(shè)計(jì)功耗（TDP），從而解決處理器頻率提升的障礙；更先進(jìn)的制造工藝還可以使處理器的核心面積進(jìn)一步減小，也就是說(shuō)在相同面積的晶圓上可以制造出更多的CPU與GPU產(chǎn)品，直接降低了CPU與GPU的產(chǎn)品成本，從而最終會(huì)降低CPU與GPU的銷售價(jià)格使廣大消費(fèi)者得利。
廣大芯片廠商也深刻認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，因此大家都在努力沖擊著芯片工藝的極限。來(lái)到2020年，5nm工藝已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)，最先進(jìn)的工藝制程研發(fā)已經(jīng)來(lái)到2nm節(jié)點(diǎn)。目前，臺(tái)積電在這條道路上展現(xiàn)了自己最為高超的技巧。
圖片源自O(shè)Fweek維科網(wǎng)
在3nm工藝節(jié)點(diǎn)上，臺(tái)積電仍舊選用了成熟的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管技術(shù)（FinFET），但是來(lái)到2nm關(guān)口，臺(tái)積電將會(huì)用上環(huán)繞柵極晶體管技術(shù)（GAA）。原因是因?yàn)?nm之后的工藝節(jié)點(diǎn)柵線之間間距的減小，再想像以往一樣在一個(gè)單元內(nèi)填充多個(gè)鰭線已不現(xiàn)實(shí)，同時(shí)柵線間距的減小還會(huì)導(dǎo)致FinFET的靜電問(wèn)題急速加劇并直接制約晶體管性能的提升，此外FinFET的出現(xiàn)雖然突破了平面晶體管的短溝道效應(yīng)限制讓電壓得以降低，但是還不夠，在理想情況下溝道應(yīng)該被柵極完全包圍。因此，在5nm之后，業(yè)界迫切需要一個(gè)新的結(jié)構(gòu)來(lái)替代鰭式晶體管結(jié)構(gòu)，這就帶來(lái)了全環(huán)繞柵極晶體管，也就是我們所說(shuō)的GAA。
無(wú)疑，2nm已成為目前已知芯片工藝能達(dá)到的極限所在，不僅僅是臺(tái)積電在追趕這項(xiàng)技術(shù)。近日，歐盟委員會(huì)召開(kāi)歐盟17國(guó)家電信部長(zhǎng)視頻會(huì)議，共同簽署了《歐洲處理器和半導(dǎo)體科技計(jì)劃聯(lián)合聲明》，并宣布將在未來(lái)2－3年內(nèi)投入1450億歐元（約合人民幣1．2萬(wàn)億元）的資金，以推動(dòng)歐盟各國(guó)聯(lián)合研究及投資先進(jìn)處理器以及2nm先進(jìn)工藝制造上進(jìn)行追趕。
同樣，中國(guó)半導(dǎo)體也在加速擺脫對(duì)美依賴。中科院已經(jīng)研發(fā)出了新型垂直納米環(huán)柵晶體管，并被視為2nm及以下工藝的主要技術(shù)候選。這意味著，等該項(xiàng)技術(shù)成熟之后，國(guó)產(chǎn)2nm芯片有望成功破冰。因?yàn)檫@一技術(shù)可比之前三星所發(fā)布的3nm工藝需要采用的GAA環(huán)繞柵極晶體管性能更強(qiáng)、功耗更低！但遺憾的是，中科院研發(fā)的2nm芯片并不能投入量產(chǎn)，更不能用于手機(jī)等智能設(shè)備。其原因是我國(guó)并沒(méi)有能夠大量生產(chǎn)這種芯片的設(shè)備，尤其是光刻機(jī)。
政策扶持
作為高端制造領(lǐng)域的「皇冠明珠」，國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略基石，集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直備受關(guān)注。隨著新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的推進(jìn)，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭更趨積極，市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)逐步發(fā)展壯大。
國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)政策扶持和幫助，不管是從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的角度考慮，還是為了盡快從疫情中復(fù)蘇，通過(guò)政策手段支撐集成電路產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展至關(guān)重要。
2020年以來(lái)，國(guó)內(nèi)多條與集成電路產(chǎn)業(yè)相關(guān)的政策出臺(tái)。具體來(lái)看，2020年3月，工信部、發(fā)改委、財(cái)政部、稅務(wù)總局四部門聯(lián)合發(fā)布通知，為深入推進(jìn)行政審批制度改革，決定廢止《集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)認(rèn)定管理辦法》。
廢止《集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)認(rèn)定管理辦法》將為集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)帶來(lái)直接利好，國(guó)內(nèi)集成電路企業(yè)股票齊齊飄紅，顯示出資本市場(chǎng)對(duì)于這一決定的熱烈歡迎；同期出臺(tái)的《加強(qiáng)「從0到1」基礎(chǔ)研究工作方案》則有望為我國(guó)集成電路基礎(chǔ)理論研究和核心技術(shù)突破帶來(lái)巨大助力；8月4日，國(guó)務(wù)院公開(kāi)發(fā)布《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》中，公布了針對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境的系列優(yōu)化措施及相應(yīng)政策，重點(diǎn)包括新出臺(tái)政策重點(diǎn)包括八大方向，分別為：一、財(cái)稅政策；二、投融資政策；三、研究開(kāi)發(fā)政策；四、進(jìn)出口政策；五、人才政策；六、知識(shí)產(chǎn)權(quán)政策；七、市場(chǎng)應(yīng)用政策；八、國(guó)際合作政策。其中，財(cái)稅等方面的規(guī)定或?qū)榘雽?dǎo)體行業(yè)帶來(lái)一些顯著的利好，甚至在這個(gè)中美貿(mào)易戰(zhàn)持續(xù)、脫鉤風(fēng)險(xiǎn)亦不可忽視的大危機(jī)背景下，催生出難得的產(chǎn)業(yè)大機(jī)遇。
在教育方面，2020年，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)會(huì)議投票通過(guò)集成電路專業(yè)將作為一級(jí)學(xué)科，并將從電子科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科中獨(dú)立出來(lái)的提案。集成電路專業(yè)擬設(shè)于新設(shè)的交叉學(xué)科門類下，待國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)后，將與交叉學(xué)科門類一起公布。這意味著，集成電路將成為未來(lái)國(guó)內(nèi)電子專業(yè)選擇的一大重點(diǎn)方向，對(duì)于高校來(lái)說(shuō)，這更加充分的把集成電路方面的人才資源進(jìn)行了聚合，具有重大意義。
此外，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)于資金的需求十分驚人。為了滿足國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資金需要，國(guó)家成立了集成電路產(chǎn)業(yè)基金二期，有望帶動(dòng)7000億元－9000億元資金投入集成電路產(chǎn)業(yè)。在各項(xiàng)政策加速落地、資金保障逐步到位的情況下，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展或?qū)⒂瓉?lái)新一輪爆發(fā)。
GaN
說(shuō)起2020年電子產(chǎn)品圈的熱詞，「氮化鎵（GaN）快充」必有一席之地。GaN為什么突然大火，還要?dú)w功于小米10發(fā)布會(huì)上雷軍對(duì)65W小米GaN充電器的大肆夸贊，新品火起來(lái)的同時(shí)，還引起投資人對(duì)于第三代半導(dǎo)體的廣泛關(guān)注。
隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)車、家用電器等產(chǎn)品更新?lián)Q代，產(chǎn)品的性能也越來(lái)越受重視，尤其是在功率設(shè)計(jì)方面。如何提升電源轉(zhuǎn)換能效，提高功率密度水平，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間，成為了新一代電子產(chǎn)品面臨的最大挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，一種新型的功率半導(dǎo)體——氮化鎵（GaN）的出現(xiàn)，或許會(huì)成為未來(lái)電子產(chǎn)業(yè)的「香餑餑」。
半導(dǎo)體材料發(fā)展已經(jīng)來(lái)到了第三代，第三代半導(dǎo)體材料主要以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料。在應(yīng)用方面，根據(jù)第三代半導(dǎo)體的發(fā)展情況，其主要應(yīng)用為半導(dǎo)體照明、電力電子器件、激光器和探測(cè)器、以及其他4個(gè)領(lǐng)域。而GaN并不存在于自然界，只能在實(shí)驗(yàn)室中制成。
與SiC產(chǎn)業(yè)鏈類似，GaN產(chǎn)業(yè)鏈可依次分為GaN襯底→GaN外延→器件設(shè)計(jì)→器件制造。從國(guó)內(nèi)外GaN產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，美國(guó)、日本成為GaN產(chǎn)業(yè)發(fā)展的佼佼者，中國(guó)企業(yè)入局者則為數(shù)不多。
快充產(chǎn)品、5G射頻、電動(dòng)汽車、光伏等功率半導(dǎo)體、照明成為了GaN的主要應(yīng)用領(lǐng)域。相比于Si等材料，GaN更節(jié)能、更快，具備更好的恢復(fù)特性，但是仍然談不上徹底取代。由于若干原因，GaN并不常用于晶體管中，因?yàn)镚aN器件通常是耗盡型器件，當(dāng)柵極－源極電壓為零時(shí)它們會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)通，這是一個(gè)問(wèn)題。
其次，GaN器件極性太大，難以通過(guò)高摻雜來(lái)獲得較好的金屬－半導(dǎo)體的歐姆接觸，這是GaN器件制造中的一個(gè)難題，現(xiàn)在最好的解決辦法就是采用異質(zhì)結(jié)，首先讓禁帶寬度逐漸過(guò)渡到較小一些，然后再采用高摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，但這種工藝很復(fù)雜。
歐美等國(guó)家正在持續(xù)加大第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域研發(fā)支持力度，以GaN、SiC為首的第三代半導(dǎo)體材料被廣泛應(yīng)用，是半導(dǎo)體以及下游電力電子、通訊等行業(yè)新一輪變革的突破口。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，但在材料指標(biāo)、器件性能等方面與國(guó)外先進(jìn)水平仍存在一定差距，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)本土化、高端化的需求依然緊迫。
資料源自O(shè)Fweek、東吳證券研究所
晶圓代工
自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)誕生以來(lái)，就不斷分化出越來(lái)越龐雜、廣大、繁榮的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
而近年來(lái)，這個(gè)過(guò)程中一個(gè)顯著的影響就是：晶圓代工廠變得越發(fā)重要。
數(shù)據(jù)也體現(xiàn)了這個(gè)細(xì)分環(huán)節(jié)的繼續(xù)高速成長(zhǎng)：據(jù)TrendForce旗下半導(dǎo)體研究處報(bào)告（以下簡(jiǎn)稱「報(bào)告」），2020年疫情導(dǎo)致眾多產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊，然受惠于遠(yuǎn)距辦公與教學(xué)的新生活常態(tài)，加上5G 智能手機(jī)滲透率提升，以及相關(guān)基礎(chǔ)建設(shè)需求強(qiáng)勁的帶動(dòng)，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逆勢(shì)上揚(yáng)，預(yù)估2020年全球晶圓代工產(chǎn)值年成長(zhǎng)將高達(dá)23.8%，突破近十年高峰。但即便是如此高的成長(zhǎng)，也還是不夠填平芯片生產(chǎn)的需求。
報(bào)告指出，從接單情況看，半導(dǎo)體代工產(chǎn)能的吃緊預(yù)估將至少延續(xù)到2021年上半年，10nm以下先進(jìn)制程工藝方面，臺(tái)積電與三星現(xiàn)階段產(chǎn)能都在近乎滿載的水準(zhǔn)。2021、2022年，將陸續(xù)有4 / 3nm制程問(wèn)世，ASML的EUV設(shè)備更成為各家晶圓廠亟欲爭(zhēng)奪的稀缺資源。
內(nèi)容來(lái)自TrendForce相關(guān)報(bào)告
據(jù)TrendForce報(bào)告2020年8月的報(bào)告預(yù)測(cè)，當(dāng)年前三季度晶圓代工領(lǐng)域的前十位營(yíng)收排名將會(huì)如上所示，1、臺(tái)積電；2、三星；3、格芯；4、聯(lián)電；5、中芯國(guó)際；6、高塔半導(dǎo)體；7、力積電；8、世界先進(jìn)；9、華虹半導(dǎo)體；10、東部高科。
總體來(lái)說(shuō)，臺(tái)灣企業(yè)明顯領(lǐng)先，韓國(guó)其次，美國(guó)企業(yè)憑借深厚其國(guó)內(nèi)深厚的產(chǎn)業(yè)積累，依然保有重要行業(yè)地位，中國(guó)則是這個(gè)領(lǐng)域不可小覷的新興勢(shì)力。
還有一個(gè)值得特別注意的是，隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)、科技戰(zhàn)的推進(jìn)，關(guān)于晶圓代工產(chǎn)業(yè)重要性、技術(shù)能力的話題也受到越來(lái)越多的討論。特朗普政府對(duì)以華為、中芯國(guó)際為代表的中國(guó)高科技產(chǎn)業(yè)廣泛的「實(shí)體清單」政策，更是助長(zhǎng)了這方面話題的關(guān)注度。
量子計(jì)算
2019年，Google懸鈴木實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性的消息引發(fā)了一輪較為廣泛的「量子計(jì)算」熱議。
進(jìn)入2020年，在中國(guó)，這一消息更是將這一晦澀的概念在廣泛的范圍內(nèi)得以傳播：中科大潘建偉團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)「九章」，200秒求解數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣，使中國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)「量子優(yōu)越性」的國(guó)家。
與《九章》相關(guān)的研究成果，在線發(fā)表在了國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)網(wǎng)站上，截圖自Science網(wǎng)站
當(dāng)然，在「量子計(jì)算」領(lǐng)域做研究的團(tuán)隊(duì)、機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)不只這兩家，英特爾、IBM、微軟等企業(yè)，或者日本、歐洲、臺(tái)灣等地區(qū)也都在這個(gè)領(lǐng)域里投入可觀資源。
然而，現(xiàn)階段，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算至少有兩個(gè)要面對(duì)重要問(wèn)題：1、苛刻條件，2、有限的應(yīng)用領(lǐng)域。
苛刻條件方面，最典型的就是對(duì)走近絕對(duì)零度的極低溫環(huán)境需求，而為了實(shí)現(xiàn)、維持這種環(huán)境，需要耗費(fèi)大量資源。
有限的應(yīng)用領(lǐng)域方面，據(jù)維基百科詞條給出的概念，量子計(jì)算機(jī)是一種使用量子邏輯進(jìn)行通用計(jì)算的設(shè)備。不同于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的對(duì)象是量子比特，它使用量子算法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。量子計(jì)算機(jī)在輿論中有時(shí)被過(guò)度渲染成無(wú)所不能或速度快數(shù)億倍等，其實(shí)這種計(jì)算機(jī)是否強(qiáng)大極度看問(wèn)題而定，若該問(wèn)題已經(jīng)有提出速算的量子算法只是困于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法執(zhí)行，那量子計(jì)算機(jī)確實(shí)能達(dá)到未有的高速，若是沒(méi)有發(fā)明算法的問(wèn)題則量子計(jì)算機(jī)表現(xiàn)與傳統(tǒng)無(wú)異甚至更差。
也是基于這方面的原因，「九章」問(wèn)世后，這一獲得大量盛譽(yù)的成就，就引來(lái)了大量質(zhì)疑。
在此，引用臺(tái)灣的「微系統(tǒng)暨奈米科技協(xié)會(huì)」的專業(yè)解釋來(lái)說(shuō)明一下：「九章」所使用到的「玻色子取樣機(jī)」并不同于量子比特計(jì)算機(jī)，雖能提供通往高速量子計(jì)算的捷徑，但該取樣機(jī)僅執(zhí)行1種固定任務(wù)，它是由分光鏡組成的網(wǎng)絡(luò)，能將抵達(dá)平行輸入埠的一組光子轉(zhuǎn)換成由平行輸出埠離開(kāi)的第二組光子，玻色子取樣便是用來(lái)計(jì)算光子輸入輸出組態(tài)之間對(duì)應(yīng)的概率?！覆Ｉ尤訖C(jī)」是2011年麻省理工學(xué)院的斯科特·阿倫森和亞歷克斯·阿基波夫（Alex Arkhipov）所提出的裝置，能提供通往高速量子計(jì)算的「捷徑」。玻色子取樣是一種替代方案，并不是通用的量子計(jì)算。
毫無(wú)疑問(wèn)，量子計(jì)算方面的研究將繼續(xù)被推動(dòng)，而同樣，關(guān)于它的爭(zhēng)議與祛魅，也將長(zhǎng)期存在下去。
卡脖子
雖然長(zhǎng)期以來(lái)習(xí)慣于喊「獨(dú)立自主」口號(hào)的中國(guó)人，一直在盤算著各種中國(guó)無(wú)法充分自主供應(yīng)的技術(shù)、資源。但大概也是從華為被美國(guó)特朗普政府「實(shí)體清單」限制開(kāi)始，這個(gè)概念的熱度提升變得快了很多。
中美兩大經(jīng)濟(jì)體之間的技術(shù)戰(zhàn)、科技戰(zhàn)背景下，包括半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的大量行業(yè)領(lǐng)域被指出存在「卡脖子」問(wèn)題。
大飛機(jī)，其實(shí)也是一個(gè)深度依賴外部技術(shù)的領(lǐng)域，圖片來(lái)自O(shè)Fweek維科網(wǎng)
國(guó)內(nèi)的《科技日?qǐng)?bào)》就總結(jié)過(guò)「35項(xiàng)卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)」和「60余項(xiàng)中國(guó)尚未掌控的核心技術(shù)」。
「35項(xiàng)卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)」包括：光刻機(jī)、芯片、操作系統(tǒng)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、觸覺(jué)傳感器、真空蒸鍍機(jī)、手機(jī)射頻器件、iCLIP技術(shù)、重型燃?xì)廨啓C(jī)、激光雷達(dá)、適航標(biāo)準(zhǔn)、高端電容電阻、核心工業(yè)軟件、ITO耙材、核心算法、航空鋼材、銑刀、高端軸承鋼、高壓柱塞泵、航空設(shè)計(jì)軟件、光刻膠、高壓共軌系統(tǒng)、透射式電鏡、掘進(jìn)機(jī)主軸承、微球、水下連接器、燃料電池關(guān)鍵材料、高端焊接電源、鋰電池隔膜、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備元器件、超精密拋光工藝、環(huán)氧樹(shù)脂、高強(qiáng)度不銹鋼、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、掃描電鏡。
「60余項(xiàng)中國(guó)尚未掌控的核心技術(shù)」包括：半導(dǎo)體加工設(shè)備/半導(dǎo)體材、超高精度機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、頂尖精密儀器、工程器械、軸承、炭纖維、光學(xué)、發(fā)電用燃?xì)鈾C(jī)輪、脫銷催化裝置、垃圾焚燒設(shè)備、PP PE大型擠壓造粒機(jī)、工業(yè)水泵、企業(yè)級(jí)掃描儀、血液診斷設(shè)備、全球氧化鋅避雷器、光伏逆變器、HFC-23分解回收裝置、海外淡化，廢水利用、建筑設(shè)計(jì)、加氫反應(yīng)器、粉體加工機(jī)、核心卷繞設(shè)備皮帶張緊機(jī)、味之素、焦炭生成器、動(dòng)力總成精密測(cè)試設(shè)備、特殊類鋼材、全成型電腦橫機(jī)、熱轉(zhuǎn)化處理領(lǐng)域、證件制造設(shè)備、液壓式伺服沖壓機(jī)、電波暗室、高端光纜、SDN-軟件定義網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)安全解決方案、全站儀、化妝品、樂(lè)器、電池、海底電纜、超級(jí)計(jì)算機(jī)、cpu/gpu異構(gòu)式超算系統(tǒng)、光纖傳輸、量子計(jì)算、量子通信、激光光量子計(jì)算機(jī)的電路板、矢量超級(jí)計(jì)算機(jī)、電腦多頭秤、三維圖形轉(zhuǎn)換軟件、復(fù)合材料熱壓燒結(jié)爐、GPS精度、太陽(yáng)帆飛船、引力波望遠(yuǎn)鏡、X射線自由電子激光(XFEL)研究設(shè)備、超冷中子源生成設(shè)施、高速離子作為慣性約束核聚變加熱介質(zhì)的愿望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)、激光、除甲烷水合物外另一種可燃冰、通訊測(cè)量設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備用鋰電池不銹鋼外殼、輪轉(zhuǎn)印刷、稀土。
可以看出，無(wú)論是「35項(xiàng)卡脖子關(guān)鍵技術(shù)」還是「60余項(xiàng)中國(guó)尚未掌控的核心技術(shù)」，都有大量和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。
事實(shí)上，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自誕生以來(lái)，之所以能不斷分化出如此龐雜、廣大而繁榮的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，與全球各國(guó)人才、資源、市場(chǎng)的多方面因素都密切相關(guān)。如今，中國(guó)要以一國(guó)之力自力更生，掌控所有這些產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)而不被境外卡脖子，其難度之大，其實(shí)不難想象……
內(nèi)循環(huán)
其實(shí)，從本次OFweek維科網(wǎng)盤點(diǎn)的10個(gè)關(guān)鍵詞就可以看出，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已深深被國(guó)際政治大環(huán)境——尤其是中美關(guān)系——所影響。
如前所述，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)如今已是非常龐雜、廣大而繁榮的一個(gè)巨大產(chǎn)業(yè)，它涉及大量細(xì)分而少有從業(yè)企業(yè)/人員的領(lǐng)域。而每一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，其所涉及的專業(yè)技術(shù)，往往都是「外人」所難以充分掌握和取代的?！父粜腥绺羯健沟牡览?，在這里體現(xiàn)得更加淋漓盡致。
一個(gè)典型典型例子就是超純水，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一些生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)過(guò)程中都需要用到純度極高的水，作沖洗等用途。而雖然普通純凈水的生產(chǎn)不管是原理還是過(guò)程都很容易實(shí)現(xiàn)，但極高純度的水，生產(chǎn)起來(lái)就會(huì)出現(xiàn)大量非常難以克服的困難。也因此，這個(gè)領(lǐng)域也被少數(shù)幾家外企所把控。
其實(shí)很多人都知道，全球化時(shí)代，更好地分工合作、將專業(yè)的事交給專業(yè)的人來(lái)做，才是經(jīng)濟(jì)效率更高的選擇。然而，在如今的全球政治、經(jīng)濟(jì)大環(huán)境下，中國(guó)被迫提出包括「內(nèi)循環(huán)」在內(nèi)的「國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)」政策，也是現(xiàn)有環(huán)境下，基于一些問(wèn)題難以解決的基礎(chǔ)，不得不采取的應(yīng)對(duì)策略。
對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，如何解決一些關(guān)鍵領(lǐng)域的「卡脖子」困境，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自主的「內(nèi)循環(huán)」，是國(guó)內(nèi)所有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從業(yè)者和政策制定者需要共同努力解決的難題。
當(dāng)然，就一些局部產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)，對(duì)外依賴的程度也可能沒(méi)有那么嚴(yán)重。
例如在物聯(lián)網(wǎng)芯片方面，對(duì)工藝要求其實(shí)并不高，大部分物聯(lián)網(wǎng)芯片生產(chǎn)所需的工藝技術(shù)指標(biāo)，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)其實(shí)已經(jīng)可以覆蓋了，而相對(duì)不那么尖端、關(guān)鍵的技術(shù)、材料、零部件供應(yīng)，除非極端對(duì)立情況出現(xiàn)，否則也不會(huì)輕易被切斷。
光刻機(jī)
光刻機(jī)應(yīng)該算是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最被公眾所熟知的生產(chǎn)設(shè)備了。
最受關(guān)注的光刻機(jī)也是技術(shù)最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，也就是極紫外光光刻機(jī)。現(xiàn)階段，它被用來(lái)生產(chǎn)7nm和5nm制程工藝的芯片。全球EUV光刻機(jī)的出貨都由荷蘭ASML一家企業(yè)所掌握，而受限于供應(yīng)鏈中的提供、零部件等供應(yīng)問(wèn)題，ASML對(duì)外銷售EUV光刻機(jī)的決定也很大程度上受美國(guó)政府的管控。
EUV是業(yè)界最頂尖的光刻機(jī)，自上市銷售以來(lái)長(zhǎng)期供不應(yīng)求。
2020年10月，ASML發(fā)布了其當(dāng)年第三季度財(cái)報(bào)。財(cái)報(bào)顯示，其當(dāng)季合并營(yíng)收達(dá)到了40億歐元，稅后凈利為11億歐元，三季度新增訂單達(dá)到29億歐元，環(huán)比成長(zhǎng)超1．6倍，其中包括四臺(tái)EUV光刻機(jī)新訂單。ASML預(yù)期2021年EUV產(chǎn)能可提升至45～50臺(tái)，但即便達(dá)到這個(gè)水平也還是無(wú)法完全滿足市場(chǎng)需求。
如今，臺(tái)積電、三星、SK海力士等半導(dǎo)體大廠都已開(kāi)始量產(chǎn)EUV工藝產(chǎn)品，可以想見(jiàn)，供應(yīng)鏈對(duì)于EUV產(chǎn)品的需求只會(huì)讓它更加短缺。
到目前為止，受《瓦森納協(xié)定》限制，整個(gè)中國(guó)大陸還沒(méi)有哪怕一臺(tái)EUV光刻機(jī)，中芯國(guó)際2018年向ASML訂購(gòu)的一臺(tái)也遲遲無(wú)法接收到位用于生產(chǎn)。
中國(guó)大陸市場(chǎng)對(duì)于EUV光刻機(jī)的渴望還催生出一些不必要的誤會(huì)。2020年8月下旬，轟動(dòng)業(yè)界的弘芯半導(dǎo)體爆雷事件，就附帶著一個(gè)關(guān)于EUV光刻機(jī)的傳言。傳言稱弘芯半導(dǎo)體擁有全中國(guó)大陸唯一一臺(tái)能生產(chǎn)7nm制程工藝芯片的光刻機(jī)（這也被業(yè)界自動(dòng)聯(lián)想為EUV光刻機(jī)），但弘芯半導(dǎo)體因?yàn)橘Y金緊張而在尚未開(kāi)始生產(chǎn)的情況下就將其抵押出去了。這臺(tái)光刻機(jī)后來(lái)被證實(shí)并非EUV光刻機(jī)，而是DUV（深紫外光）光刻機(jī)。
ASML生產(chǎn)的某一型號(hào)DUV光刻機(jī)
當(dāng)然，業(yè)界不常討論的是，非頂尖光刻機(jī)受到的限制其實(shí)并沒(méi)有這么高，如中芯國(guó)際就有如弘芯半導(dǎo)體抵押出去的那種DUV光刻機(jī)用于芯片生產(chǎn)。此外，由上海微電子研發(fā)制造的、可用于28nm芯片生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)，據(jù)媒體報(bào)道稱，也將于2021年向國(guó)內(nèi)企業(yè)交付。
如果上海微電子的光刻機(jī)能如期交付企業(yè)用于生產(chǎn)，至少對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商而言，多了一個(gè)難得的基礎(chǔ)保障。
來(lái)源：2021-01-07 麥博 / Sunny OFweek維科網(wǎng)
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