Considerando che i circuiti integrati sono diventati un'importante industria high-tech nel mio Paese, è stata analizzata la situazione attuale. Sono stati presentati il mercato internazionale e lo stato di sviluppo nazionale della produzione e della progettazione di chip e sono stati avanzati suggerimenti e prospettive per la realizzazione della controllabilità indipendente e dell'innovazione indipendente dei chip nazionali.
All'inizio del 2018, gli Stati Uniti hanno aumentato in modo significativo le tariffe sui beni importati dalla Cina [1]. Oggi, la potente offensiva politica ed economica coordinata degli Stati Uniti ha imposto molti cambiamenti nella progettazione della produzione e nei concetti correlati a cui non abbiamo prestato molta attenzione in passato, soprattutto nell'industria dell'informazione e dei circuiti integrati.
sfondo
Nell'aprile 2018, gli Stati Uniti hanno imposto sanzioni a ZTE e il Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti ha pubblicato un annuncio che vieta a ZTE di acquistare prodotti sensibili da aziende statunitensi per i prossimi sette anni. Nel maggio 2018, la Camera dei Rappresentanti degli Stati Uniti ha approvato la proposta di legge (HR5515) per vietare al governo federale degli Stati Uniti di acquistare apparecchiature di videosorveglianza dalle società cinesi Hikvision e Dahua.
Nel maggio 2019, il Presidente degli Stati Uniti ha firmato una legge per sanzionare Huawei. Successivamente, il Bureau of Industry and Security del Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti ha inserito Huawei nella U.S. Entity List. Tutte le aziende statunitensi che vogliono fornire chip e software a Huawei devono fare richiesta ed essere ufficialmente bloccate. La possibilità che Huawei importi prodotti americani. Poco dopo la promulgazione delle sanzioni, Intel ha annunciato per la prima volta che avrebbe smesso di fornire CPU a Huawei. Poco dopo, SoftBank ha annunciato che avrebbe temporaneamente interrotto la fornitura di supporto tecnico ARM a Huawei. Sebbene ARM e Intel appartengano allo stesso settore dei semiconduttori, operano in campi diversi. ARM è un'azienda gigante nel campo dei terminali mobili. Fin dall'inizio dei terminali mobili intelligenti, ha sempre occupato una posizione di leadership nel mercato. I principali fornitori di chip per telefoni cellulari del mondo, come Qualcomm, Samsung e Taiwan MediaTek, utilizzano tutti l'architettura di ARM. Più di 85% degli smartphone e dei tablet del mondo utilizzano processori con architettura ARM. Intel, invece, occupa la posizione di leader nei mercati tradizionali dei PC e dei server.
I due giganti dei semiconduttori hanno interrotto la concessione di licenze per i prodotti e le tecnologie di Huawei (modello di cooperazione standard di ARM), con il risultato che Huawei ha perso importanti prodotti come server, switch, apparecchiature di comunicazione e prodotti per terminali portatili di elettronica di consumo (telefoni cellulari, tablet) e tecnologie chiave. Interruzione delle forniture. In un contesto di crescenti frizioni commerciali, i dati forniti dall'Amministrazione generale delle dogane cinesi nel gennaio 2019[2] hanno mostrato che le importazioni di circuiti integrati in Cina hanno superato per la prima volta i 2.000 miliardi di RMB e si sono classificate al primo posto tra le categorie di importazione del Paese per diversi anni consecutivi. I dati mostrano che la maggior parte dei chip per semiconduttori domestici di fascia alta deve ancora essere importata dall'estero e che esiste ancora un divario tra i chip indipendenti e controllabili auspicati dal Paese.
Panoramica del settore
La forza nazionale nella progettazione di chip digitali è gradualmente migliorata fino a raggiungere un livello considerevole, ma in termini di produzione e fabbricazione, i processi di fascia alta fanno ancora molto affidamento sui grandi produttori internazionali. Attualmente, le principali fabbriche di wafer nella produzione mondiale di chip includono Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) e United Microelectronics Corporation (UMC) a Taiwan, e Global Foundries negli Stati Uniti. Le fonderie nazionali di wafer puri sono principalmente Semiconductor Manufacturing Company (SMIC) con sede a Shanghai, Huahong Group, Suzhou Hejian (HEJIAN), nonché Yangtze Memory e Hefei Changxin, che producono principalmente chip di memoria e sono state citate in giudizio dalla statunitense Micron. La Fujian Jinhua Company è attualmente sospesa a causa delle sanzioni statunitensi. Dal 2005, la Cina continentale è il maggior consumatore di circuiti integrati, ma secondo l'analisi di IC Insights [3], la produzione di circuiti integrati della Cina continentale non è aumentata in modo significativo.
Come mostrato nella Figura 1, il tasso di crescita annuale composto della produzione di semiconduttori nella Cina continentale ha raggiunto le 15% nel 2018. Ma non possiamo ignorare che queste cifre includono in realtà il contributo di grandi produttori di semiconduttori come Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. a Taiwan, Intel negli Stati Uniti, Samsung in Corea del Sud e SK Hynix nella Cina continentale. Tra questi, la fabbrica di wafer da 12 pollici di SK Hynix nella Cina continentale ha la maggiore capacità produttiva, con una capacità di produzione completa di 200.000 wafer al mese. Anche la fabbrica di wafer da 12 pollici di Intel a Dalian ha raggiunto una capacità produttiva mensile di 70.000 wafer a dicembre 2018.
2 Progettazione dei chip La progettazione dei chip si trova nella parte più a monte dell'industria dei semiconduttori ed è il fondamento centrale dell'industria dei semiconduttori. Richiede una grande quantità di manodopera, risorse materiali, investimenti finanziari e accumulo a lungo termine.
Nel mercato delle CPU nel secondo trimestre del 2018, la quota di mercato di Intel ha rappresentato l'81,8%, continuando a guidare il mondo. Nel mercato delle GPU, il mercato delle GPU di fascia alta di ATI e NVIDIA ha occupato una posizione assoluta nei primi giorni. Successivamente, ATI è stata acquisita da AMD. A causa della lunga assenza di AMD nell'ecosistema, NVIDIA detiene attualmente una quota di mercato dominante. Vicino a 70%.
Nel mercato degli FPGA, Xilin D'altra parte, la situazione in cui i chip core nazionali si affidano principalmente alle importazioni non è cambiata molto. Nei settori delle CPU ad alte prestazioni, delle GPU e degli FPGA, l'attuale quota internazionale dei chip nazionali è minima.
Prodotti CPU
Negli ultimi anni, nel mio Paese sono emersi diversi istituti di ricerca scientifica e imprese chiave che progettano eccellenti prodotti di unità di elaborazione centrale (CPU), tra cui i più famosi sono Loongson [4,5] e Shenwei. La prima CPU è stata ampiamente utilizzata nelle infrastrutture critiche e nei sistemi informatici di importanti unità. Il secondo processore multi-core Sunway 26010 è il chip di calcolo principale del supercomputer nazionale Sunway TaihuLight [6], con un totale di 40.960 CPU Sunway 26010 integrate e installate. Grazie ai risultati applicativi del supercomputer Sunway TaihuLight, i ricercatori cinesi hanno vinto per la prima volta il premio "Gordon Bell", ottenendo il primo successo del mio Paese in questo premio. È stato annunciato l'elenco 2017 dei 500 migliori supercomputer del mondo e Sunway TaihuLight ha vinto il campionato per la quarta volta con una velocità di operazioni in virgola mobile di 930 petaflop/s. Superamento delle restrizioni imposte dagli Stati Uniti sul divieto di vendita di processori ad alte prestazioni alla Cina nel 2015.
Prodotti GPU
Rispetto alle CPU, il valore di produzione dei prodotti Graphics Processing Unit (GPU) nel mercato internazionale è relativamente basso. NVIDIA e AMD sono le uniche due aziende al mondo che sviluppano GPU ad alte prestazioni e il loro fatturato annuale combinato è di soli 100 milioni di dollari. Changsha Jingjia Microelectronics, fondata nel 2006, è l'unica azienda nazionale che ha sviluppato e industrializzato con successo chip di elaborazione grafica di produzione nazionale. Nel 2014, l'azienda ha sviluppato con successo il chip GPU JM5400, che si afferma essere il primo chip GPU ad alte prestazioni con diritti di proprietà intellettuale indipendenti in Cina. Oltre a Jingjiawei, anche gli istituti 709 e 716 della China State Shipbuilding Industry Corporation sviluppano GPU nazionali, ma nel complesso il divario tra le GPU nazionali e i principali produttori internazionali è ancora notevole in termini di talento, tecnologia e barriere brevettuali.
Prodotti FPGA
I prodotti Field-Programmable Gate Array (FPGA) [10-14] hanno una capacità di mercato ridotta e costi di recupero degli investimenti difficili. Inoltre, Xilinx e Altera hanno costruito barriere brevettuali. La maggior parte dei produttori nazionali di FPGA si trova in una fase di sviluppo relativamente difficile. I produttori nazionali di FPGA sono attualmente rappresentati da aziende come Gowin Semiconductor, Shanghai Anlu, Unisoc, AGM e Shanghai Fudan Micro. Tuttavia, su un mercato nazionale di FPGA di oltre 10 miliardi di yuan, la quota di mercato nazionale è inferiore al 3%. Tuttavia, in occasione di una mostra sull'integrazione militare-civile, una filiale di CETC ha mostrato un FPGA da 35 milioni di porte progettato in anticipo. Successivamente, China Electronics Corporation (CEC) ha annunciato pubblicamente il successo dello sviluppo di un FPGA da 70 milioni di porte. I due grandi gruppi hanno raggiunto Il progresso tecnologico ha risolto i problemi di sviluppo di alcune FPGA di fascia alta da zero, il che è entusiasmante.
Prodotti EDA Nel campo della progettazione di chip, gli strumenti di progettazione di chip sono prodotti di Electronic Design Automation [15] (Electronics Design Automation, EDA). Attualmente, i principali produttori mondiali di EDA, come Synopsys e Cadence negli Stati Uniti, rappresentano quasi 90% della quota di mercato EDA. Se si aggiunge l'azienda statunitense Mentor, la quota di mercato raggiunge quasi 100%. Queste aziende giganti adottano una strategia commerciale di accerchiamento del monopolio contro le aziende di progettazione EDA emergenti. In altre parole, una volta che la ricerca e lo sviluppo di strumenti EDA di un'azienda raggiungono un certo livello e sono ampiamente utilizzati dai progettisti di chip, queste aziende giganti offriranno prezzi piuttosto interessanti per acquisire completamente queste aziende arretrate. Finora non c'è stato alcun caso di fallimento dell'acquisizione.
Gli addetti ai lavori dell'industria dei circuiti integrati del mio Paese hanno affermato che, analizzando la storia dello sviluppo di BGI Jiutian, si può vedere il percorso di sviluppo dell'EDA cinese [16].
Sotto il monopolio dei tre principali colossi del mercato EDA negli Stati Uniti, BGI Jiutian può attualmente fornire solo circa 1/3 delle soluzioni EDA richieste dal settore. Sebbene BGI Jiutian sia relativamente matura in termini di processi a 16 nm e 28 nm, come il chip HiSilicon Kirin di Huawei, ha già raggiunto la tecnologia di processo a 7 nm. Pertanto, BGI Jiutian ha ancora una strada da percorrere in termini di tecnologia di processo più avanzata. A piedi.
Soluzioni e prospettive
L'industria dei semiconduttori è un'industria ad alta intensità tecnologica e di capitale, quindi richiede maggiori preferenze politiche a livello nazionale, formazione dei talenti, sovvenzioni finanziarie e, soprattutto, investimenti a lungo termine, piuttosto che aspettative di profitti a breve termine. Sia a monte, sia a metà strada o a valle dei semiconduttori, l'accumulo di tecnologia e la costruzione di talenti sono molto importanti. Per ridurre il divario e recuperare il ritardo, l'industria cinese dei semiconduttori ha iniziato a introdurre continuamente talenti da diversi luoghi. Ciò che attira l'attenzione è l'ingresso di figure chiave da Samsung a SMIC. SMIC ha promosso con successo il processo a 28 nm e sviluppato il processo a 14 nm, il che dimostra l'importanza dei talenti.
In secondo luogo, il Paese dovrebbe insistere nell'adottare il modello di suddivisione delle truppe in percorsi multipli. Yangtze Storage e Hefei Changxin, situate a Wuhan, hanno iniziato a esercitare gradualmente i loro sforzi e non saranno assenti nel mercato dello storage. Inoltre, il governo dovrebbe elevare lo sviluppo dei semiconduttori a livello strategico nazionale. Per i circuiti integrati, soprattutto per la parte produttiva, investire decine di miliardi o addirittura decine di miliardi di dollari potrebbe non essere efficace nel breve periodo. Dal punto di vista dei rendimenti degli investimenti, gli investitori ordinari ritengono che la soglia di investimento sia troppo alta e il rischio troppo elevato, quindi devono affidarsi alla leadership del governo. Il Paese ha istituito un fondo di investimento per l'industria dei circuiti integrati[17]. È stata completata la seconda fase di raccolta fondi, con una dimensione di circa 200 miliardi di yuan. Il fondo è stato presentato al Consiglio di Stato per l'approvazione, a testimonianza di un orientamento nazionale molto positivo nei confronti dell'industria dei semiconduttori. Sia che si tratti delle aziende produttrici di chip SMIC, Huahong, Sanan Optoelectronics, sia che si tratti delle aziende di progettazione di chip GigaDevice, BeidouStar, o anche della già citata Jingjiawei, leader nazionale nel settore delle GPU, e delle aziende di packaging e testing Changdian, Taiji e Tongfu Micro Electricity, ecc.
Wei Shaojun, leader del team del progetto nazionale nucleare high-tech, ha dichiarato che entro il 2020 l'industria cinese dei semiconduttori avrà bisogno di 700.000-800.000 talenti, ma l'attuale gap di talenti è almeno superiore alla metà. Vale la pena notare che, sebbene il Paese stia iniziando a introdurre talenti stranieri con stipendi elevati per colmare il gap di talenti di alto livello, per la coltivazione dei talenti di base, l'istruzione superiore dovrebbe diventare una priorità assoluta, insieme a un forte corpo docente e al continuo rafforzamento della formazione aziendale. Wei Shaojun ha sottolineato in particolare [19-20] che per risolvere il problema dell'insufficienza dei talenti dei circuiti integrati nel mio Paese, dobbiamo adottare una mentalità di riforma e stabilire un meccanismo di sviluppo a lungo termine per risolvere la carenza di talenti attraverso la riforma dell'offerta. Solo così potremo risolvere le carenze dei chip cinesi, ridurre il divario tecnologico con i produttori internazionali e aumentare la competitività dei chip nazionali.
Il livello di sviluppo economico è una manifestazione della forza complessiva del Paese. Negli ultimi anni, la Cina si è gradualmente messa al passo con il mondo e ha raggiunto il livello di leadership in molti campi. Per tutelare i propri interessi nazionali, gli Stati Uniti e altri Paesi sviluppati hanno lanciato in successione incidenti contro ZTE e persino sanzionato Huawei. Sono tutti modelli di mezzi politici che influenzano lo sviluppo economico. Ma dietro questi eventi, ci rendiamo profondamente conto che siamo ancora carenti di tecnologia in molti aspetti delle infrastrutture critiche, che si tratti di software, hardware o persino di produzione, e che dobbiamo affidarci alla tecnologia straniera per il supporto.
In base a queste profonde lezioni, lo sviluppo dell'industria dei chip e persino di tutti i settori della vita può essere controllato in modo indipendente, e non c'è più alcuna possibilità. Per risolvere il dilemma del blocco, solo lavorando insieme, accumulando e avanzando costantemente potremo gradualmente realizzare il grande compito storico della sostituzione localizzata.Parole chiave: Ethernet