今天小編分享的科技經驗：國產高端芯片取得突破性進展的背後，歡迎閱讀。
2023 年已經過半，在全球芯片市場低迷，以及美國限制政策的雙重作用下，中國半導體業在上半年的表現如何？產業鏈各環節的國產化率發展到了什麼水平？下面具體介紹一下。
中國國家統計局公布的數據顯示，2023 年前兩個月，中國芯片產量同比下降 17%，芯片進口量下降 26.5%，出口下降 20.9%。而随着國產化浪潮漸起，以及芯片市場供過于求開始向供需平衡轉變，中國芯片產量逐漸增加，工信部發布的數據顯示，今年前 5 個月，我國芯片產量達到 1401 億個，同比增長 0.1%。
近期，中國海關總署披露的全國進出口重點商品量值表顯示，今年 1-6 月，中國芯片進口數量和進口總額同比都明顯減少，其中，進口數量為 2277.7 億個，同比減少 18.5%，進口總額為 1626.09 億美元，同比減少了 22.4%。
與此同時，上半年，中國共出口芯片 1275.8 億個，同比減少了 10%。
可見，上半年本土芯片產量同比略有增加，但進出口總量都明顯減少。總體來看，喜憂參半，中國本土芯片產業鏈各環節還需要繼續努力，才能更加自如地應對各種變化帶來的負面影響。
01
中國芯片產業鏈各環節的發展和變化
下面就從半導體設備、芯片設計和制造等環節入手，看一看近半年來中國本土相關企業和產品取得的進步，以及存在的問題和不足之處。
首先看半導體設備。
根據中國本土晶圓廠設備采購數據進行統計，結果顯示，截至 6 月，去膠設備國產化率達到 90% 以上，代表廠商是屹唐半導體；清洗設備國產化率約為 58%，代表廠商是盛美、北方華創和至純科技；刻蝕設備國產化率約為 44%，代表廠商是中微公司、北方華創和屹唐半導體；CMP 設備國產化率為 32%，代表廠商是華海清科；熱處理設備國產化率約為 25%，代表廠商是北方華創和屹唐半導體；CVD 設備國產化率為 29%，代表廠商是北方華創和拓荊科技；PVD 設備國產化率為 10%；塗膠顯影設備國產化率為 29%，代表廠商是芯源微；離子注入機國產化率為 7%，代表廠商是萬業企業（凱世通）；量測設備國產化率為 4%，代表廠商是精測電子。此外，28nm 制程光刻設備也實現了零的突破。
從半導體設備招投标情況來看，今年 6 月，可統計得標設備數共計 21 台，同比增長 65.63%，其中，薄膜沉積設備 3 台，輔助設備 12 台，檢測設備 4 台，刻蝕設備 1 台，真空設備 1 台。6 月，北方華創、正帆科技、上海精測、武漢精測、上海微電子都有設備得標。
上半年 1-6 月，可統計設備得標數共計 254 台，同比下降 37.90%，其中，薄膜沉積設備得標 38 台，同比增長 80.95%，輔助設備 16 台，同比減少 60.98%，高溫燒結設備 17 台，同比增長 112.50%，光刻設備 1 台，同比持平，檢測設備 139 台，同比減少 33.18%，刻蝕設備 21 台，同比減少 61.11%，抛光設備 3 台，同比減少 40.00%，清洗設備 1 台，熱處理設備 12 台，同比減少 7.69%，真空設備 4 台，同比增長 33.33%。
總體來看，半導體設備的國產化率依然偏低，且由于上半年芯片市場很低迷，晶圓廠產能利用率不足，導致采購設備意願不足，國產設備得標數量同比呈下降态勢，不知道這種狀況在下半年會不會明顯好轉。
下面看一下芯片設計。
相對于在芯片制造方面與國際先進水平存在的差距，中國芯片設計能力并不弱，也一直在進步。中國芯片設計企業與國際大廠之間的差距，主要體現在對 EDA 工具、IP 和制程工藝的依賴程度，例如，使用同樣一款較為先進的 EDA 工具，國際大廠都夠在 18 個月内設計出一款較為成熟的 7nm 芯片，且能取得較高的流片成功率，而中國排名靠前的設計公司，使用同樣的工具，只能設計出 14nm 的芯片，且流片成功率與國際先進大廠之間也存在差距。
在提升設計水平，積累更多設計 know-how 認知方面，中國本土設計公司一直在努力。與此同時，本土芯片采購企業将更多的訂單給到了本土芯片公司，使得中國芯片設計公司有了更多在市場上歷練的機會，這對于磨練設計水平很有幫助。
IP 方面，受美國限制政策影響，國外高端 IP 進口到中國大陸市場的難度越來越大，國内 IP 短板在這種形勢下凸顯出來，同時也激發了中國本土半導體 IP 企業的發展動力，一批新勢力湧現出來。
高速 SerDes 接口 IP 已成為以數據中心為代表的 HPC 應用的關鍵，這方面的本土代表企業是芯動科技，該公司可提供 16/32/56/64Gbps 多标準 SerDes 解決方案，25G/32Gbps SerDes 已經量產，56Gbps SerDes 已經發布。另一家公司牛芯半導體則推出了 25/28/32Gbps 的 SerDes IP。此外，燦芯、和芯微可提供 1.25Gbps-12.5Gbps 多速率 SerDes IP，銳成芯微、納能微電子也有各種 SerDes IP 產品。
與 Chiplet 相關的接口 IP 方面，芯動科技和芯原微電子已經推出了相關產品。芯原是中國大陸首批加入 UCIe 產業聯盟的公司，推出了基于 Chiplet 架構設計的高端應用處理器平台，該平台 12nm SoC 版本已經完成流片，正在進行 Chiplet 版本的迭代。
芯耀輝正在集中力量研發 28nm/14nm/12nm 及更先進工藝 IP，該公司還開發了 DDR PHY IP 產品，目前尚不清楚其所能支持的 DDR 應用有哪些。目前，芯耀輝正從可靠的 SI（信号完整性）和 PI（電源完整性）分析、高可靠性訓練設計、高性能 DDR IO 設計和多頻點快速切換這四方面入手，攻克 DDR PHY 技術難關。
最後看一下最重要的部分——芯片制造。
芯片制造是中國大陸的薄弱環節，特别是在先進制程（10nm 以下）方面，鮮有能進入市場的量產芯片。近兩年，中國本土晶圓廠也在努力攻克技術難關，争取補齊本土高端芯片制造能力不足的短板。
近一段時間，有兩個關于本土高端芯片制造的好消息傳出，非常值得關注，一是 BAW 濾波器實現了本土量產，二是華為将于今年年底推出自家設計，由本土晶圓代工廠生產的 5G 手機處理器。
濾波器是手機射頻前端模塊中的重要器件，主要分為聲表面波濾波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和體聲波濾波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）兩大類。
BAW 濾波器的基本原理與 SAW 相同，差異在于 BAW 濾波器中聲波垂直傳播，能夠更有效地捕獲聲波，因為其在高頻段的出色表現，插損低性能優秀，适用于 5G 高頻濾波。BAW 濾波器中的主流技術 FBAR 需要在有源區下方做高精度蝕刻，這就對芯片工藝提出了很高要求，BAW 濾波器對薄膜沉積和微機械加工技術的要求極高，制造難度和成本比 SAW 高很多。另一方面，也需要同時了解器件物理特性和工藝的工程師來完成結合工藝的器件設計。
目前，BAW 濾波器市場 Broadcom（博通）一家獨大，市占率達到 87%，Qorvo 占據 8% 的市場份額。
在這樣的背景下，中國的賽微電子實現了 BAW 濾波器量產，作為重要的合作夥伴，武漢敏聲與賽微電子做到了工藝和器件設計的協同優化，在賽微電子的晶圓廠用定制化工藝生產。
據悉，賽微電子量產的 BAW 濾波器将用于國内某品牌手機當中，并籤署了長期采購協定，涉及 12 款不同型号的 BAW 濾波器及其衍生器件（雙工器、四工器等），協定執行期間為 2023 年 8 月 -2024 年 12 月，協定金額不少于 1 億元人民币。不知道賽微電子的合作對象是不是華為。
除了 BAW 濾波器量產，最近還有另一個重磅消息傳出：華為有望于今年年底在其新款旗艦手機中用上自家設計，本土制造的 5G 手機處理器。
自從被美國限購以後，華為既不能從高通那裡購買 5G 手機處理器，也不能從台積電和三星那裡拿到先進制程代工產能，這使得華為高端手機市占率大幅下滑，一度跌出前六榜單，但是，最近半年，華為手機的市占率大幅提升，最新統計顯示，其在中國大陸的市占率已經超過 13%（排名第一品牌的市占率在 18% 左右），華為高端手機又復活了。
如果華為真能在今年推出的新款旗艦手機中搭載自主設計、本土晶圓廠生產的 5G 手機處理器，無疑是一個重大突破，也會給美國的封鎖政策以沉重打擊。
02
下一步如何走？
自 2019 年 " 半導體戰争 " 爆發以來，中國本土相關產業問題進一步凸顯出來，正是因為如此，政府和本土產業鏈上各環節的企業也更加清醒了，目标也明确了，并在近三年取得了一定成績，但問題還沒有得到根本解決，需要全產業鏈繼續努力。
首先，就是發展模式，以及產業鏈各環節之間的協作，如何做，才能進一步提升效率呢？我們認為，IDM 的發展模式還是一個重要選項，雖說當下全球芯片制造業更傾向于晶圓代工，各大 IDM 也有 " 輕量化 " 自有晶圓廠的意願，但就中國大陸半導體業的發展階段和特點而言，要完全與國際 " 晶圓代工化 " 接軌，恐怕還不是時候。再有，面對美國将長期進行的限制政策，做符合中國市場特點的 IDM（此 IDM 不同于美歐 IDM 大廠，中國的 IDM 涉及的產業鏈環節可能會更長），會進一步提升效率。
近兩年，華為被限制後，無法拿到先進制程產能，很痛苦。為了盡早解決這個問題，該公司做了很多整合本土產業鏈的工作和投入，就是要提升效率，以期在中國本土制造出先進制程芯片。
還有一點很重要，那就是做好先進制程和成熟制程的協調發展工作。可以說，在可預見的未來多年内，中國本土芯片制造一定是以成熟制程為主力的。
近些年，在美國政府限制政策，以及中國本土企業和政府共同努力等因素作用下，中國成熟制程技術和產能水平一直在提升，截至 2022 年，在全球 50nm-180nm 成熟制程產能中，中國大陸所占市場份額達到 30%，以當下的形勢和規劃的晶圓廠建設進程來看，未來 5 年内，這一占比有望提升至 35%。
中國大陸不斷擴大的成熟制程產能對全球電子系統和設備廠商的吸引力越來越大，特别是對于中國本土的電動汽車、工業機器人、無人機、物聯網設備、醫療設備制造商來說，本土成熟制程芯片的性價比很高。與此同時，中國大陸不斷增長的產能和成本競争力正在吸引越來越多的海外系統和設備制造商來此采購芯片。
接下來，中國需要在 20nm-45nm 這一制程區間發力，争取更多的市場份額，而實現這一點的難度并不是很大，只要相關企業踏實工作，政府給予足夠的補貼和扶持，用不了多久，就會形成類似于 50nm-180nm 制程的市占率。
2023 全年的電子半導體市場低迷已經沒有懸念了，在迎來產業復蘇的 2024 年，中國本土產業鏈還有很多事情要去改善和提高，以應對更多的市場和國際貿易挑戰。
