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        中國以半導體自立擺脫“摩爾定律”的束縛

        發布時間:2020-10-14發布部門:總裁辦公室

        ASML制造的EUV曝光設備價格昂貴,大約為每臺200億日元左右(工廠的組裝現場,拍攝于2019年4月)=ASML提供

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        美國政府的出口限制是否會使中國的半導體產業陷入困境?

        全球許多相關公司都因為限制向華為技術(HUAWEI)和半導體代工生產的中芯國際集成電路制造公司(SMIC)供應半導體及導體制造設備、設計軟件的政策,從9月下旬開始與這兩家公司停止了交易。 

        日經視角

        編輯委員會從每天的新聞中收集相關信息,從獨特的角度對其進行分析。

        即使這樣的局面,也不能斷言沒有回旋的余地。中國有1000多家新興的半導體相關的公司。如果華為和中芯國際轉而向這些公司購買進口的半導體芯片、設計軟件和制造設備,事實上則有可能實現半導體的采購并擴充制造設備。

        一直有著良好業績的美國半導體設計自動化軟件公司新思科技(Synopsys)的董事長兼聯席CEO Aart de Geus博士明確指出:“在中國,許多與半導體相關的公司(除華為外)都購買了很多(設計軟件)?!彼允遣荒芊穸ㄔ谥袊晦D售的狀況。 

        臺灣最大的無晶圓廠半導體公司聯發科技(Media Tech)在美國的銷售額較低。盡管已停止與華為進行交易,但它可能會做好接受美國制裁的準備后接受華為的訂單。聯發科技可以在不透露終端用戶明細的情況下發出訂單,世界上最大的半導體代工生產商臺灣積體電路制造(TSMC)或許也可以這樣操作。 

        短期內,出口限制的影響和效果都值得懷疑,就中長期而言,是否可以通過貿易管制來維護美國日本和歐洲在半導體技術的優勢地位就更不明朗了。

        華為在北京(9月)展覽會上的展位=路透社

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        因為目前延續所謂的“摩爾定律”的技術的主導作用正在發生根本的改變,該定律指,安裝在一個半導體芯片上的晶體管元件的數量在一年半到兩年內翻了一番。換言之,處理器的性能每隔兩年翻一倍。技術的更新迭代會使行業先驅的統治地位發生動搖,并為像中國這樣緊跟時代的追隨者提供趕超的機會。 

        傳統概念的集成度提高已通過將硅基板平坦表面上延伸的電路的線寬變窄實現了微細化。然而,自2000年代后半葉起,當線寬縮小至35納米(1納米= 10億分之一)時,技術上就變得尤為困難,導致微細化的進程慢了下來。

        因此,通過利用平面上的微細化技術轉換也可以使元件垂直堆疊或將電路表面本身堆疊為多層從而達到使每個芯片的元件數量“量子化”增加的超晶格技術仍可以繼續讓摩爾定律做主角。

        量子化早已成為智能手機上存儲照片等使用閃存的標準。在當電路表面達到具有可以堆疊到128層的立體化的同時,曾經被縮小到大約16納米的電路線寬現在又回到了2030納米。

        已成為計算機和智能手機“大腦”的邏輯半導體,及作為將其處理過的信息散布出去的“作業機”的DRAM存儲器半導體,也都發生著從微細化變為量子化的技術改變。

        如果實現量子化,則可以在用光線將電路圖投射到基板上這一被叫做“曝光”的半導體制造工藝段上,即使是利用極短波長的“極端紫外線(EUV)”的并不是最先進的技術,也可以為制造高性能半導體開辟新的道路。

        為了使用EUV,在成膜和清潔等所有過程中都需要有與EUV兼容的最先端設備,但如果實現了量子化,則只在那些可以對應微細化的設備上下點功夫就可以開辟新的道路。當然這肯定不容易,就像半導體業務顧問的大山聰先生所說“難度和成本都要低于EUV化,但除了閃存之外,還沒有實現量子化的技術” 。

        目前,世界上只有荷蘭的ASML可以使用EUV制作曝光設備。那些基本技術的知識產權大多數都由美國持有。因此,荷蘭政府也不允許ASML向中國出口EUV設備。EUV技術以外的曝光設備,日本的尼康和佳能可以生產。根據對制造設備進行市場研究的Global Net的估計,EUV第一代之前的曝光設備,尼康的市場份額在19年為8%,在第兩代之前為35%。第三代前,佳能又拿走了26%的市場份額。只要加大適用于量子化方面的研發力度,就有機會再次擴大市場份額。

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        據業內人士說:“很多中國公司都表示可以提供資金的支持請尼康和佳能兩家公司共同開發除EUV以外的新型曝光機?!贝送?,中國政府已經也開始認真致力于制造設備和設計軟件的開發了。

        為了建立中國的DRAM制造系統,爾必達(ELPIDA)的前社長坂本幸雄(Yukio Sakamoto)于去年秋天被半導體巨頭紫光集團聘請為高級副總裁。他笑著說“托特朗普的福,我們決定自己開發技術”。

        的確,中國關于在2025年前將半導體自給率提高到70%的國家目標大概是實現不了了。但是,從長遠來看,來自美國技術的“軍隊攻勢”可能成為了推動中國半導體產業走向獨立并自強的巨大力量。

         日文原文:

        中國、半導體自立に活路 「ムーアの法則」変質で

        編集委員 小柳建彥

        米中衝突 アジアBiz ファーウェイ

        ASMLEUV露光裝置は1200億円前後と高額だ(同社工場の組み立て現場。20194月撮影)=ASML提供

        米政府の輸出規制で、中國の半導體業界は窮地に追い込まれるのか――。

        華為技術(ファーウェイ)や半導體受託生産の中芯國際集成電路製造(SMIC)などへ半導體や半導體製造裝置、設計ソフトの供給を制限する措置で、世界の多くの関連企業が両社との取引を9月後半からストップした。

        Nikkei Views

        編集委員が日々のニュースを取り上げ、獨自の切り口で分析します。

        だが、迂回路がないとは言い切れない。中國には1000社を超える新興の半導體関連企業があるという。ファーウェイやSMICがそれらの企業によって輸入される半導體チップや設計ソフト、製造裝置を買い集めれば、半導體の調達や製造設備拡充が事実上できるようになる。 

        好調な業績が続く米半導體設計自動化ソフト大手、シノプシスのアート?デジアス會長は「中國では(ファーウェイ以外の)數多くの半導體関連企業が(設計ソフトを)たくさん買っている」と明言する。中國國內での転売が否定できない狀況となっている。

        臺灣ファブレス半導體最大手の聯発科技(メディアテック)は米國向け売り上げが少ない。今はファーウェイとの取引を止めているものの、米國の制裁覚悟でファーウェイからの発注に応じる可能性もささやかれる。メディアテックは最終ユーザーの內訳を明かさずに製造を発注できるとみられ、半導體受託製造世界最大手の臺灣積體電路製造(TSMC)も受けられるかもしれない。 

        短期的にも輸出規制の効果には疑問が殘るが、中長期的に米日歐の半導體技術の優位が貿易管理で維持できるかは一段と不透明だ。

        北京で開かれた展示會でのファーウェイのブース(9月)=ロイター

        というのも現在、半導體チップ1個に搭載されるトランジスタ素子數が1年半~2年で2倍になる、いわゆる「ムーアの法則」を継続する技術の主役が根本的に替わりつつある。技術の世代交代が先行者の優位を揺るがし、中國のような後続者にもキャッチアップの機會をもたらす可能性があるのだ。

        従來の集積度向上はシリコン基板の平面上に張り巡らされた回路の線幅を細くする「微細化」で実現してきた。ところが、線幅が35ナノメートル(1ナノ=10億分の1)あたりまで小さくなった2000年代後半から技術的に難しくなり微細化の歩みは遅くなる一方だ。

        そこで、平面上での微細化よりも素子を縦に積んだり、回路面そのものを何層にも重ねたりすることでチップ1個當たりの素子數を増やす「立體化」の技術がムーアの法則を継続する主役になろうとしている。

        スマホの寫真保存などに使うフラッシュメモリーではすでに立體化が標準となった?;芈访妞?/span>128層まで重ねる立體化が進む一方、一時は16ナノメートル前後まで微細化が進んだ回路線幅が今では2030ナノメートルに逆戻りしたという。

        パソコンやスマホの「頭脳」にあたるロジック半導體や、それが処理する情報を広げて置いておく「作業機」にあたるDRAMメモリー半導體でも微細化から立體化に主役交代が起きようとしている。

        立體化であれば、光線で回路図を基板に投射する「露光」と呼ばれる半導體製造工程で、波長が極端に短い「極端紫外線(EUV)」を使った最先端の技術でなくても、高性能半導體を作る道が開ける。

        EUVを使うには成膜や洗浄といったすべての工程でもEUV対応の最先端裝置が必要になるが、立體化なら従來の微細度を前提にした裝置に手を加えれば道が開ける。それも決して簡単ではないが、「EUV化に比べると難易度もコストもハードルが下がる。それにまだフラッシュメモリー以外では立體化技術は確立していない」と、半導體事業コンサルタントの大山聡氏は言う。

        現在EUVによる露光裝置が作れるのは世界でオランダのASMLだけ。その基礎技術の知的財産権の多くは米國が持つ。このためオランダ政府もASMLによるEUV裝置の中國への輸出を許可していない。EUV以外の露光裝置なら、日本のニコンとキヤノンが作れる。製造裝置の市場調査を手掛けるグローバルネットの推計によると、EUV1世代前の露光裝置では、ニコンのシェアは19年で8%、2世代前だと35%。3世代前はキヤノンが26%を握る。立體化に合う研究開発を拡充すればシェアの再拡大も可能だ。

        EUV以外の新型の露光裝置を共同開発するよう中國企業から両社に資金提供のオファーが盛んに來ている」と、業界関係者は話す。このほか製造裝置の開発や設計ソフトの開発も中國政府は本気で取り組み始めている。

        中國のDRAM製造體制確立のため、半導體大手の紫光集団に昨秋、高級副総裁として迎えられた坂本幸雄?元エルピーダ社長は中國で企業幹部に「トランプさんのおかげで、我々は技術を自力で開発する決心がついた」と笑顔で言われたという。

        たしかに25年までに半導體自給率を7割に上げるという中國の國家目標の達成はほぼなくなった。しかし長期的にみると、米國による技術の「兵糧攻め」は中國の半導體産業の自立?育成をむしろ後押しする可能性がある。

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