中国在半导体方面有多创新？

中国有多创新半导体? 斯蒂芬·埃泽尔|2024年8月 中国竞争对手在大批量制造业方面落后全球领导者约五年领先的逻辑半导体芯片，并继续在存储芯片和 半导体制造设备，尽管中国公司已经在半导体设计和生产传统半导体芯片。 KEYTKEAWAYS 中国寻求在半导体行业的各个方面实现自给自足，同时减少对外国竞争对手的依赖，同时试图建立有竞争力的企业。 中国在半导体子行业的“追赶”是不平衡的：在逻辑设计中芯片，例如用于移动设备或人工智能(AI)应用，中文 企业仍然落后于全球领导者，尽管可能只有两年。 然而，在半导体行业的其他子行业，特别是在存储芯片，半导体制造设备(SME)，以及组装、测试和包装(ATP)，中国企业正在创新，但比全球领导者落后几年。 2021-2022年，55%的全球半导体专利申请是中国人原产地(中国的申请数量翻了一番)，而中国实体 2022年获得的半导体专利超过了美国和日本。 然而,在半导体产业研发(R&D)强度方面, 中国7.6％的比率仅为美国的40％（18.8％），低于欧盟公司的15％。 中国努力发展一个完全成熟的、本土的“闭环” 半导体行业激发了大量的聪明才智和创新，但一个“去- 在这样一个极其复杂的技术生态系统中，“单独”战略将非常困难，尤其是面对半导体出口管制。 itif.org C引O言N…T…EN…T…S……………………………………………………………………………………………………… K…e…y外…卖……………………………………………………………………………………………………………… ………………………3…………………………………………………………………1 ABriefOverviewofthe全球半导体Industry3 背景and方法论…………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………6 重要性of半导体andtheU.S.Role6 Overviewof中国半导体Industry7 分部门分析of中国半导体Industry12 电子Design自动化12 Designand制造12 半导体Design13 高级节点逻辑筹码…………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………14 较大节点筹码………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………16 记忆芯片18 半导体Manufacturing设备…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… 19 半导体Assembly,Test,and包装……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………。20 Advanced半导体Research22 分析of创新Inputto中国半导体部门22 R&D强度………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………22 科学出版物……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………24 专利……………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………25 CompanyCase研究……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………29 Biren29 SMIC.30 中国半导体Strategy32 What应该AmericaDo?.34 信Co息n技c术lu与si创on新基...金..会....|.2..0.2..4..年...8...月37 PAGE2 尾注………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………39 INTRODUCTION 半导体代表了世界上最重要的产业之一，核心技术 为现代数字世界提供动力。1认识到这一重要作用，中国政府优先考虑该部门，投资数千亿美元来促进土著的发展 半导体生态系统，并理想地培养具有全球竞争力的半导体公司在半导体价值链的几乎所有部分，从半导体设计和 从制造到组装、测试和包装(ATP)。 到目前为止，这些努力取得了不均衡的成功。 边缘逻辑半导体芯片，中国的旗舰竞争对手，半导体制造国际公司(SMIC)，可能比全球领导者落后五年左右，如 台湾半导体制造公司（台积电）。2作为G.DanHutcheson，副主席研究公司TechInsights解释说：“十年前，[中国公司]是两家 几代人落后。五年前，他们落后了两代人，现在他们仍然是两代人 “后代”。3在半导体方面，中国竞争对手甚至进一步落后制造设备(SME)，如制造半导体的光刻工具：一 评论员指出，中国公司在这方面可能落后五代人 字段。4正如一位分析师解释的那样，“中国公司能生产的最好的机器使28纳米宽的芯片；业界尖端的设备可以使2- 纳米芯片。”5 话虽如此，中国半导体公司似乎在某些口袋里迎头赶上：实例，行业分析师查看华为Mate60Pro的设计属性和功能 智能手机在竞争对手版本的18到24个月内。中国也取得了进展传统半导体的生产（大于28纳米），尽管中国 公司似乎在这一领域竞争的价格高于创新密集型。在总体而言，中国在半导体设计和 制造，但其公司的知识产权(IP)和创新能力正在加速随着中国在激烈的国家指导下推行激进的全社会战略努力实现国内半导体自给自足。 全球半导体工业概述 现代半导体在一个平方厘米大小的芯片上包含数十亿个晶体管，在纳米级测量的电路(“nm”，长度单位等于 米)。最新的半导体制造设施，可能耗资超过300亿美元至 构造，在3或2处生产半导体nm（甚至低于2nm）的尺度。6 半导体行业是一个价值5270亿美元的全球行业，预计将成为一个万亿- 到2030年1美元。7预计将在全球建造70多个新的半导体晶圆厂 到2030年才能满足日益增长的需求。8简而言之，半导体代表了指挥现代全球数字经济的高度，这解释了为什么该行业的领导力如此 各国之间激烈竞争，尤其是中华人民共和国（PRC），欧洲联盟国家、日本、韩国、台湾和美国。 计算机电路板技术（带处理器），特写。现代半导体包含数十亿芯片上的晶体管，大小为平方厘米，电路在纳米尺度上测量。 半导体生产过程可能是最复杂的工程任务 人类承担。当考虑所有生产阶段时，整个半导体生产过程从原材料采购延伸到最终产品制造。9(See 图1.)半导体生产工艺的核心(或“窄”)步骤包括芯片 设计、芯片制造和后端ATP，这些步骤由关键输入支持，如电子设计自动化(EDA)软件和SME，如光刻、沉积和蚀刻工装。 半导体代表着世界上最重要的产业之一，为核心技术提供动力现代数字世界，为每个行业的创新和生产力增长提供动力。 平版印刷术，其中芯片晶片被插入平版印刷机并暴露于深处 紫外线（DUV）或极紫外线（EUV）光和图案印刷在芯片的抗蚀剂上层通过光掩模,特别是代表芯片制造过程中的关键步骤。 EUV代表了最新，最先进的光刻技术，荷兰公司 ASML在过去17年中投资了60亿欧元（65亿美元）进行创新。10十月 2022年美国对中国的出口管制包括对设备的限制 可以制造20nm以下的芯片(影响DUV和EUV)。112023年6月，美国与荷兰达成协议，限制领先的EUV出口 设备到中国。12 图1：半导体价值链的方面13 四种最普遍的半导体类型是逻辑芯片、存储器芯片(通常是动态的 随机存取存储器(DRAM)或NAND“闪存”)，模拟芯片(那些产生信号的或变换信号特征，在汽车和音频中尤其普遍 应用)和电源芯片(用作电力电子开关的芯片)。“高级”或 前沿逻辑芯片通常被视为低于14nm，而“传统”(通常称为 “成熟节点”）芯片是指使用28nm或更大的技术工艺制造的芯片。传统芯片在汽车、医疗设备、家用电器、 能源、基础设施和航空航天产品。 最后，几个关键的商业模式定义了这个行业。集成设备制造商(IDM) 表征公司-如英飞凌、英特尔、美光、瑞萨、三星、SK海力士和德克萨斯州仪器-进行半导体制造的所有关键方面，尤其是设计 和制造，内部。全球创始人、中芯国际和台积电等创始人专业化仅在半导体制造中，通常由“无晶圆厂”开发的芯片设计 专门设计特定应用芯片的公司，如AdvancedMicro 设备(AMD)、AI芯片、高性能计算(HPC)和显卡、Apple(移动设备设备）、NVIDIA（AI芯片）或高通（5G和其他无线芯片）。14 背景技术和方法 常见的说法是，中国是复印机，美国是创新者。那叙述通常支持对美国技术和产业政策缺乏态度。 毕竟，美国在创新方面领先（几乎是正确的），所以没有什么可担心的。但是，首先，这种假设是错误的，因为创新者有可能失去领导力 成本结构较低的复印机，在美国许多行业都是如此，包括 消费电子、太阳能电池板、电信设备和机床。15第二，它不是很明显，中国是一个迟钝的复印机，注定要成为一个追随者。 为了评估中国产业的创新程度，史密斯理查森基金会提供了支持信息技术与创新基金会(ITIF)研究这一问题 作为这项研究的一部分，ITIF正在审查包括半导体在内的特定行业。 可以肯定的是，很难评估任何国家的产业创新能力，但 对中国工业来说尤其困难。在某种程度上，这是因为在习近平主席的领导下，中国向世界披露的信息比过去少得多，特别是关于其工业 和技术能力。事实上，正如《经济学人》所写，“中国的芯片产业在保密的笼罩下。突破和挫折通常被认为是国家机密， 泄露可能导致逮捕。"16 尽管如此，ITIF还是依靠三种方法来评估中国在 半导体。首先，我们对几个中国人进行了深入的案例研究评估从“2023年欧盟工业”上市公司中随机选择的半导体公司 R&D投资记分牌。“第二，我们进行了采访，并举行了一个焦点小组与中国半导体行业的全球专家举行圆桌会议。第三，我们评估了 关于半导体创新的全球数据，包括科学文章和专利。本报告提供ITIF对中国目前半导体行业创新水平的评估 并基于快速发展的趋势线提供前瞻性视角。 半导体的重要性和美国的作用 美国发明了半导体工业，追溯到1947年，当时贝尔 实验室的约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利发明了晶体管用于放大或切换电子信号和电功率的半导体器件。在 1950年代中期，德州仪器的杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯和一组研究人员 Fairchild半导体开创了集成电路(IC)的先河，将多个晶体管放在单个扁平的半导体材料，产生了“半导体”的现代面貌chip.”17 从1990年到2021年，美国在全球半导体生产中的份额下降了70％，从37 百分比到12%。 美国企业在半导体设计方面继续处于世界领先地位（如AMD、苹果、 高通等），并且在半导体制造方面具有很强的竞争力（例如，英特尔和 美光）和中小企业工具（例如，应用材料，LamResearch等）确实，作为澳大利亚战略政策研究所（ASPI）写道：“美国擅长设计和开发 最先进的半导体芯片和在高技术领域的研究领先 性能计算和先进的集成