Uitgaande van het feit dat geïntegreerde schakelingen in mijn land zijn uitgegroeid tot een belangrijke hightechsector, wordt de huidige situatie geanalyseerd. De internationale markt en de stand van zaken op het gebied van de binnenlandse ontwikkeling van de productie en het ontwerp van chips werden toegelicht, en er werden suggesties en vooruitzichten geformuleerd voor het realiseren van onafhankelijke zeggenschap en onafhankelijke innovatie op het gebied van binnenlandse chips.
Aan het begin van 2018 hebben de Verenigde Staten de invoerheffingen op uit China geïmporteerde goederen aanzienlijk verhoogd [1]. Vandaag de dag heeft het krachtige, gecoördineerde politieke en economische offensief van de Verenigde Staten geleid tot talrijke veranderingen in het ontwerp van productieprocessen en aanverwante concepten waar we in het verleden niet veel aandacht aan hebben besteed, met name in de informatie-industrie en de sector van geïntegreerde schakelingen.
achtergrond
In april 2018 legden de VS sancties op aan ZTE, en het Amerikaanse Ministerie van Handel vaardigde een besluit uit dat ZTE verbood om de komende zeven jaar gevoelige producten van Amerikaanse bedrijven aan te schaffen. In mei 2018 keurde het Amerikaanse Huis van Afgevaardigden het wetsvoorstel (HR5515) goed dat de Amerikaanse federale overheid verbiedt videobewakingsapparatuur aan te schaffen van de Chinese bedrijven Hikvision en Dahua.
In mei 2019 ondertekende de president van de Verenigde Staten een wetsvoorstel om sancties op te leggen aan Huawei. Vervolgens heeft het Bureau of Industry and Security van het Amerikaanse Ministerie van Handel Huawei opgenomen op de Amerikaanse Entity List. Alle Amerikaanse bedrijven die chips en software aan Huawei willen leveren, moeten een vergunning aanvragen en worden officieel geblokkeerd. Hierdoor is het voor Huawei onmogelijk geworden om Amerikaanse producten te importeren. Kort nadat de sancties waren afgekondigd, kondigde Intel als eerste aan dat het zou stoppen met het leveren van CPU's aan Huawei. Kort daarna kondigde SoftBank aan dat het de technische ondersteuning van ARM aan Huawei tijdelijk zou stopzetten. Hoewel ARM en Intel tot dezelfde halfgeleiderindustrie behoren, zijn ze actief in verschillende sectoren. ARM is een gigantisch bedrijf op het gebied van mobiele apparaten. Vanaf het begin van mobiele slimme apparaten heeft het altijd een leidende positie op de markt ingenomen. De grootste leveranciers van chips voor mobiele telefoons ter wereld, zoals Qualcomm, Samsung en het Taiwanese MediaTek, maken allemaal gebruik van de architectuur van ARM. Meer dan 85% van de smartphones en tablets wereldwijd maken gebruik van processors met ARM-architectuur. Intel daarentegen bekleedt de leidende positie op de traditionele pc- en servermarkten.
De twee halfgeleidergiganten stopten met het verlenen van licenties voor de producten en technologieën van Huawei (het standaard samenwerkingsmodel van ARM), waardoor de levering van belangrijke producten van Huawei – zoals servers, switches, communicatieapparatuur en draagbare consumentenelektronica (mobiele telefoons, tablets) – en van sleuteltechnologieën werd afgesneden. Tegen de achtergrond van toenemende handelsfricties bleek uit gegevens van de Algemene Douaneadministratie van China in januari 2019[2] dat de invoer van geïntegreerde schakelingen door China voor het eerst meer dan 2 biljoen RMB bedroeg en al meerdere jaren op rij de eerste plaats inneemt in de invoercategorieën van het land, waarmee deze de totale olie-invoer overtrof. Uit de gegevens blijkt dat het merendeel van de hoogwaardige binnenlandse halfgeleiderchips nog steeds uit het buitenland moet worden geïmporteerd en dat er nog steeds een kloof bestaat ten opzichte van de onafhankelijke en controleerbare chips waar het land naar streeft.
Overzicht van de sector
De binnenlandse capaciteit op het gebied van het ontwerpen van digitale chips is geleidelijk tot een aanzienlijk niveau gestegen, maar wat productie en fabricage betreft, is men voor geavanceerde processen nog steeds sterk afhankelijk van grote internationale fabrikanten. Op dit moment behoren Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) en United Microelectronics Corporation (UMC) in Taiwan, en Global Foundries in de Verenigde Staten tot de belangrijkste waferfabrieken in de wereldwijde chipproductie. De binnenlandse pure waferfabrieken zijn voornamelijk de in Shanghai gevestigde Semiconductor Manufacturing Company (SMIC), de Huahong Group, Suzhou Hejian (HEJIAN), evenals Yangtze Memory en Hefei Changxin, die voornamelijk geheugenchips produceren en door het Amerikaanse Micron voor de rechter zijn gedaagd. Fujian Jinhua Company is momenteel opgeschort vanwege Amerikaanse sancties. Sinds 2005 is het Chinese vasteland de grootste afnemer van geïntegreerde schakelingen, maar volgens een analyse van IC Insights [3] is de IC-productie op het Chinese vasteland niet significant toegenomen.
Zoals te zien is in figuur 1, bedroeg het samengestelde jaarlijkse groeipercentage van de halfgeleiderproductie op het Chinese vasteland in 2018 15%. We mogen echter niet vergeten dat deze cijfers in feite ook de bijdrage omvatten van grote halfgeleiderfabrikanten zoals Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. in Taiwan, Intel in de Verenigde Staten, Samsung in Zuid-Korea en SK Hynix op het vasteland van mijn land. Van deze bedrijven heeft de 12-inch-waferfabriek van SK Hynix op het Chinese vasteland de grootste productiecapaciteit, met een volledige productiecapaciteit van 200.000 wafers per maand. Ook de 12-inch-waferfabriek van Intel in Dalian heeft per december 2018 een maandelijkse productiecapaciteit van 70.000 wafers bereikt.
2. Chipontwerp Chipontwerp bevindt zich in de allereerste fase van de halfgeleiderindustrie en vormt de kern van deze sector. Het vereist een grote inzet van personeel, materiële middelen, financiële investeringen en langdurige ervaring.
Op de CPU-markt bedroeg het marktaandeel van Intel in het tweede kwartaal van 2018 81,8%, waarmee het bedrijf wereldwijd aan kop bleef. Op de GPU-markt hadden ATI en NVIDIA in het begin een absolute leidende positie in het high-end segment. Later werd ATI overgenomen door AMD. Doordat AMD lange tijd afwezig was in het ecosysteem, heeft NVIDIA momenteel een dominant marktaandeel van bijna 70%.
Op de FPGA-markt is de situatie dat binnenlandse kernchips voornamelijk afhankelijk zijn van import daarentegen niet veel veranderd. Op het gebied van krachtige CPU’s, GPU’s en FPGA’s is het huidige internationale marktaandeel van binnenlandse chips minimaal.
CPU-producten
De afgelopen jaren zijn er in mijn land een aantal wetenschappelijke onderzoeksinstituten en toonaangevende bedrijven opgekomen die uitmuntende CPU-producten (Central Processing Unit) ontwerpen, waaronder de bekende Loongson [4,5] en Shenwei. De eerstgenoemde CPU wordt op grote schaal gebruikt in kritieke infrastructuur en computersystemen van belangrijke instellingen. De Sunway 26010-multicoreprocessor is de belangrijkste rekenchip van de nationale supercomputer Sunway TaihuLight [6], waarin in totaal 40.960 Sunway 26010-CPU’s zijn geïntegreerd en geïnstalleerd. Op basis van de toepassingsresultaten van de Sunway TaihuLight-supercomputer hebben Chinese onderzoekers voor het eerst de “Gordon Bell”-prijs gewonnen, waarmee ons land voor het eerst een doorbraak heeft bereikt bij deze prijs. De lijst van 's werelds 500 beste supercomputers van 2017 werd bekendgemaakt en de Sunway TaihuLight behaalde voor de vierde keer de eerste plaats met een rekenkracht van 930 petaflops/s. Hiermee werden de beperkingen doorbroken die de Verenigde Staten in 2015 hadden opgelegd met betrekking tot het verbod op de verkoop van krachtige processors aan China.
GPU-producten
In vergelijking met CPU’s is de omzet van Graphics Processing Unit (GPU)-producten op de internationale markt relatief klein. NVIDIA en AMD zijn de enige twee bedrijven ter wereld die hoogwaardige GPU’s ontwikkelen, en hun gezamenlijke jaaromzet bedraagt slechts ongeveer 100 US$100 miljoen. Changsha Jingjia Microelectronics, opgericht in 2006, is de enige binnenlandse onderneming die met succes zelfstandig in eigen land geproduceerde grafische verwerkingschips heeft ontwikkeld en op de markt heeft gebracht. In 2014 ontwikkelde het bedrijf met succes de JM5400 GPU-chip, die naar eigen zeggen de eerste krachtige GPU-chip met onafhankelijke intellectuele-eigendomsrechten in China is. Naast Jingjiawei ontwikkelen ook de instituten 709 en 716 van de China State Shipbuilding Industry Corporation binnenlandse GPU’s.Maar over het geheel genomen bestaat er nog steeds een grote kloof tussen binnenlandse GPU’s en toonaangevende internationale fabrikanten wat betreft talent, technologie en octrooibarrières.
FPGA-producten
Field-Programmable Gate Array (FPGA)-producten [10-14] hebben een beperkte marktcapaciteit en het is moeilijk om de investeringskosten terug te verdienen. Bovendien hebben Xilinx en Altera octrooibarrières opgeworpen. De meeste binnenlandse FPGA-fabrikanten bevinden zich in een relatief moeilijke ontwikkelingsfase. De binnenlandse FPGA-fabrikanten worden momenteel vertegenwoordigd door bedrijven als Gowin Semiconductor, Shanghai Anlu, Unisoc, AGM en Shanghai Fudan Micro. Op de binnenlandse FPGA-markt, die meer dan 10 miljard yuan bedraagt, bedraagt het binnenlandse marktaandeel echter minder dan 3%. Op een beurs voor de integratie van militaire en civiele technologie demonstreerde een dochteronderneming van CETC echter een vooruitstrevend ontworpen FPGA met 35 miljoen poorten. Vervolgens kondigde China Electronics Corporation (CEC) publiekelijk de succesvolle ontwikkeling aan van een FPGA met 70 miljoen poorten. De technologische doorbraak die deze twee grote concerns hebben gerealiseerd, heeft de problemen opgelost die gepaard gaan met het vanaf nul ontwikkelen van bepaalde high-end FPGA’s, wat veelbelovend is.
EDA-producten Op het gebied van chipontwerp zijn chipontwerptools producten voor Electronic Design Automation [15] (Electronics Design Automation, EDA). Momenteel hebben de grootste EDA-fabrikanten ter wereld, zoals Synopsys en Cadence in de Verenigde Staten, een marktaandeel van bijna 90% in de EDA-markt. Als het Amerikaanse bedrijf Mentor hieraan wordt toegevoegd, bedraagt het marktaandeel bijna 100%. Deze gigantische bedrijven hanteren een bedrijfsstrategie waarbij ze een monopolie vormen tegen de opkomende EDA-ontwerpbedrijven. Dat wil zeggen: zodra het onderzoek en de ontwikkeling van de EDA-tools van een bedrijf een bepaald niveau bereiken en deze op grote schaal door chipontwerpers worden gebruikt, zullen deze gigantische bedrijven zeer aantrekkelijke prijzen bieden om deze achterblijvende bedrijven volledig over te nemen. Tot nu toe is er nog geen enkel geval geweest waarin een overname mislukte.
Volgens mensen uit de sector voor geïntegreerde schakelingen in mijn land kunnen we aan de hand van een analyse van de ontwikkelingsgeschiedenis van BGI Jiutian het ontwikkelingstraject van de Chinese EDA-sector [16] afleiden.
Gezien het monopolie van de drie grote EDA-marktgiganten in de Verenigde Staten kan BGI Jiutian momenteel slechts ongeveer een derde van de EDA-oplossingen leveren die de sector nodig heeft. Hoewel BGI Jiutian relatief ver gevorderd is op het gebied van 16 nm- en 28 nm-processen, heeft het, net als de HiSilicon Kirin-chip van Huawei, al 7 nm-procestechnologie gerealiseerd. Daarom heeft BGI Jiutian op het gebied van geavanceerdere procestechnologie nog een lange weg te gaan.
Oplossingen en vooruitzichten
De halfgeleiderindustrie is een zeer technologie- en kapitaalintensieve sector; daarom zijn er meer nationale beleidsmaatregelen, opleidingen voor talent, financiële subsidies en – nog belangrijker – langetermijninvesteringen nodig, in plaats van het nastreven van kortetermijnwinsten. Of het nu gaat om de upstream-, midstream- of downstream-sector van halfgeleiders, er is sprake van een aanzienlijke technologische kennisopbouw en talentontwikkeling. Om de achterstand te verkleinen en de achterstand in te halen, is de Chinese halfgeleiderindustrie begonnen met het voortdurend aantrekken van talent uit verschillende hoeken. Wat de aandacht trekt, is dat sleutelfiguren van Samsung naar SMIC zijn overgestapt. SMIC heeft met succes het 28 nm-proces geïntroduceerd en het 14 nm-proces ontwikkeld, wat het belang van talent onderstreept.
Ten tweede moet het land vasthouden aan het model waarbij de troepen over meerdere routes worden verdeeld. Yangtze Storage en Hefei Changxin, gevestigd in Wuhan, zijn geleidelijk aan hun inspanningen gaan opvoeren en zullen zeker een rol spelen op de opslagmarkt. Bovendien moet de overheid de ontwikkeling van halfgeleiders tot een nationaal strategisch niveau verheffen. Geïntegreerde schakelingen, met name de productiekant, waarvoor investeringen van tientallen miljarden of zelfs honderden miljarden dollars nodig zijn, leveren op korte termijn wellicht geen effect op. Vanuit het oogpunt van investeringsrendement vinden gewone beleggers de drempel om te investeren te hoog en het risico te groot, waardoor men moet vertrouwen op leiderschap van de overheid. Het land heeft een investeringsfonds voor de sector van geïntegreerde schakelingen opgericht[17]. De tweede fase van de fondsenwerving is afgerond, met een omvang van ongeveer 200 miljard yuan. Het voorstel is ter goedkeuring voorgelegd aan de Staatsraad, wat een zeer positieve nationale koers ten aanzien van de halfgeleiderindustrie weerspiegelt. Of het nu gaat om chipfabrikanten zoals SMIC, Huahong en Sanan Optoelectronics, of om chipontwerpers zoals GigaDevice, BeidouStar, of zelfs de hierboven genoemde binnenlandse GPU-marktleider Jingjiawei en verpakkings- en testbedrijven zoals Changdian, Taiji en Tongfu Micro Electricity, enzovoort, hebben allemaal investeringen ontvangen van grote fondsen.
Wei Shaojun, leider van het Chinese nationale projectteam voor nucleaire hightech, verklaarde dat de Chinese halfgeleiderindustrie tegen 2020 tussen de 700.000 en 800.000 gekwalificeerde medewerkers nodig zal hebben, maar dat het huidige tekort aan talent minstens meer dan de helft bedraagt. Het is opmerkelijk dat, hoewel het land momenteel begint met het aantrekken van buitenlands talent tegen hoge salarissen om het tekort aan hooggekwalificeerd personeel op te vullen, voor de opleidingsbehoefte van basispersoneel het hoger onderwijs een topprioriteit moet worden, in combinatie met een sterk docentencorps en een voortdurende versterking van bedrijfsopleidingen. De heer Wei Shaojun wees er specifiek op [19-20] dat we, om het probleem van het tekort aan talent op het gebied van geïntegreerde schakelingen in ons land op te lossen, een hervormingsmentaliteit moeten aannemen en een ontwikkelingsmechanisme voor de lange termijn moeten opzetten om het tekort aan talent op te lossen via hervormingen aan de aanbodzijde. Alleen op deze manier kunnen we de tekortkomingen van Chinese chips verhelpen, de technologische kloof met internationale fabrikanten verkleinen en het concurrentievermogen van binnenlandse chips vergroten.
Het niveau van economische ontwikkeling is een uiting van de algehele kracht van een land. De afgelopen jaren heeft China geleidelijk de achterstand op de rest van de wereld ingehaald en op veel gebieden een leidende positie ingenomen. Om hun nationale belangen te beschermen, hebben de Verenigde Staten en andere ontwikkelde landen achtereenvolgens de ZTE-incidenten in gang gezet en zelfs sancties tegen Huawei opgelegd. Dit zijn allemaal voorbeelden van politieke middelen die de economische ontwikkeling beïnvloeden. Maar achter deze gebeurtenissen beseffen we terdege dat we op veel vlakken van kritieke infrastructuur nog steeds een technologische achterstand hebben, of het nu gaat om software, hardware of zelfs productie, en dat we voor ondersteuning afhankelijk zijn van buitenlandse technologie.
Op basis van deze diepgaande lessen kan de ontwikkeling van de chipindustrie en zelfs van alle sectoren van het maatschappelijk leven zelfstandig worden gestuurd, en blijft er niets aan het toeval overgelaten. Om uit deze impasse te komen, kunnen we alleen door samen te werken, ervaring op te bouwen en gestaag vooruitgang te boeken, geleidelijk de grote historische taak van lokale vervanging verwezenlijken. Trefwoorden: Ethernet
