半导体经验 一文详解半导体岗位及工作感受

小编 2024-10-09 生态系统 23 0

一文详解半导体岗位及工作感受

失效分析 赵工 半导体工程师 2024年09月17日 08:28 北京

一、半导体相关行业术语

Foundry :晶圆厂,专门从事芯片制造的厂家,例如台积电(TSMC),中芯国际(SMIC),联电(UMC)。对应的就是fabless,就是设计厂家,就是没有晶圆厂。

Wafer :晶圆。Die :晶圆切割后,单个芯片的晶圆,这个需要加上封装好的外壳才能能变成芯片。Chip :最后封装后的芯片。

TAPEOUT (TO)流片,指提交最终GDSII文件给Foundry工厂做加工。foundry不是用GDSII文件来加工芯片的,真正接受GDSII文件的地方是maskshop。只不过现在随着工艺和设计越来越复杂,fab一般都要承担辅助客户做drc等等,以及fab为了流程顺利也都有自己固定合作的maskshop,所以目前大多数情况是design house把gds文件交给fab就不管了。其实经常做JDV的同学会发现,同一家fab给你的jdv网址可能每次不一样,并且不是他们公司的。上海这边常见的maskshop比如有上海光刻,杜邦等等。现在依然有些设计,design house是把gds数据交给maskshop的。

MPW :多项目晶圆,将多个使用相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆片上流片,制造完成后,每个设计可以得到数十片芯片样品。不过细分这个工艺包含的全部或部分metal stack的组合,例如同是一个90nm,A家是3层metal、B家是5层metal,C家是8层并且他家用了thick metal,D家用了mim电容,E家用了40V器件,等等这些都可以一起MPW。

FULL MASK :“全掩膜”的意思,即制造流程中的全部掩膜都为某个设计服务。Shuttle:就是MPW的时间,MPW的时间就是固定的,每个月或者每个季度有一次,有个很形象的翻译:班车,到点就走。

SEAT :一个MPW的最小面积,就类似“班车”的座位,可以选择一个或者几个座位。简单来说,MPW就是和别的厂家共享一张掩模版,而FULL MASK则是独享一张掩膜版。如果芯片风险比较高,则可以先做MPW,测试没有问题,再做FULL MASK。主要的原因就是MASK(掩膜),比较贵,例如40nm的MASK大约在500万左右,而28nm的MASK大约在1000万左右,14nm的MASK大约在2500万左右。不同厂家有差异,这里只是说明MASK的成本比较高。如果芯片失败,则MASK的钱就打水漂了。所以先做一次MPW也是分散风险的方法。而MPW的问题就是,这个是按照面积来收钱的,例如在40nm的3mm4mm 大约50万人民币等等。

一个SEAT就是3mm4mm。如果超过这个面积,就要额外收费。所以大芯片,是不合适做MPW的,如果是120mm2那需要10个SEAT,那么和整个MASK费用就一样了。这种情况做MPW就不合适了,所以从成本上来说是综合考量的一件事情。

二、半导体相关岗位介绍

我们先来看一个fab厂的工作岗位类别和工作体验:

Fab <vendor <IDM <fabless

Fab当然是最辛苦的,机台24小时不间断运行,同行竞争压力大,客户传递的压力也很大。

Fab里的工作体验大概排名如下:MFG<EE<PE<TD<PIE<YE=PDE=QE

Fab里的从业者什么专业的都有,核心工程师种类有:

1、 研发工程师(TD)

(1)工艺 (2)整合 (3)器件

2、工艺工程师(PE)

(1)Litho (2)Etch (3)Thin Film (4)Diff

3、工艺整合工程师(PIE)

4、良率、缺陷分析工程师(YE)

5、质量、品质工程师(QE)

6、制造部(MFG)

7、设备工程师

8、量测部门(MMT)

9、失效分析工程师

10、厂务工程师

11、产品工程师(PDE)

12、客户工程师(CE)

制造部,设备工程师和工艺工程师要上夜班,所以说这三个岗位是最辛苦的。制造部的工程师出路很窄,除了各个Fab之间相互跳,另外一条路就是去其他部门当助理工程师,再升为普通工程师。

研发工程师现在都是招聘博士,优秀硕士也会发offer。研发工程师会接触到最新技术,所以技术含量最高,但是压力也会很大。

工艺整合工程师是一个fab的核心成员,负责所有工艺的整合,总体来说,PIE的知识储备和技能要求比PE更高,在Fab里面的地位和待遇要比PE更高,更好。良率工程师主要负责分析wafer制造过程中defect来源情况,最终目标是提升产品良率,主要分析各种测试数据,从中找到异常点。良率工程师的职责看起来挺复杂,但是工作久了就会发现,80%的问题一直重复,只要按照SOP来就行,很多情况下都是重复的。

质量、品质工程师也是Fab中重要的岗位,主要职责是保证制程的稳定性和芯片的可靠性。QE在Fab里工作压力不是很大,但权力很大,可以highlight很多部门,算是一个很爽的岗位。

制造部的主要职责是run货,在Fab里面属于体力劳动,长时间待在无尘室,需要倒班,待遇也是比较低的。可以预测,在不久的将来,由于人工智能、机器人和自动化,制造部的员工可能会面临失业。

设备工程师是Fab里面比较辛苦的,设备出了问题,一般都会call设备工程师,设备工程师的主要职责就是保证设备持续、稳定运行,日常工作有设备的PM,也就是维修保养。当然设备工程师的待遇也不是非常好,而且需要倒夜班,辛苦,但技术含量较高,需要深入了解机台运行原理和基本操作。

失效分析工程师主要是利用基本的理化表征仪器对芯片的微观物理结构和成分进行表征,涉及的方法有扫描电镜,透射电镜,XRD,元素分析等等。失效分析工程师工作压力不大,工作内容会一直重复,一般追求安逸的女生很多。

厂务工程师主要负责sub-fab中的各种物料的供应以及污水废气的处理;产品工程师主要职责是帮助Fab找到具体的yield loss root cause,提高良率,需要分析各种数据,撰写分析报告。有的Fab中,产品工程师不受重视,很多职责分担到PIE身上。

客户工程师主要职责是和客户打交道,充当contact window角色,把客户的问题和需求传递到Fab中。

单看fab厂的工作环境、薪资情况等,相比较材料本身真的是好太多了,年薪的涨幅靠着半导体行业的红利,连续三年涨幅达25%;

但是也有很多fab人,因为长期加班、倒班等原因,从而跑路去了IC验证、后端等,fab厂的加班、地点偏远、涨幅薪资等确实相比较IC设计来说差距很大,但是相比较材料就业来说,比上不足比下有余!

三、哪些专业适合半导体?

design house(芯片设计公司,类似海思、紫光等)的薪资待遇比较高一些,但是材料类专业不好进,毕竟design house主要岗位是设计,不会设计进去了也是做辅助岗位。FAB(芯片代工厂,例如题主说的长江存储、大连intel,台湾的台联电,韩国的三星,上海的中芯之类)的话,从待遇来说,以前的薪资待遇比design house差蛮大,但是近两年,至少我司的博士待遇开始追上了了,拉开硕士好大一截,例如我现在都做到基层小老板了,工资还比不上今年入职的985博士……

从专业来说,FAB的TD PIE/PE是核心岗位,但是对专业的需求匹配度却没有很高,只要稍微沾边就都可以,我同事里做化学、化工、生物的啥都有,但是相对来说,如果学过半导体物理、固体物理,出生于材料专业的话,在TD PIE(研发工艺整合工程师)的岗位是会有比较好的优势,因为在概念上会有一些感觉,这些感觉对处理case改进process很有帮助,当然,也可以直接去做TD PE(研发工艺工程师)中的TF(薄膜生长)或DIFF(扩散,负责离子注入、ALD生长之类)岗位,这个就非常专业对口了,但是会比较累,需要经常进FAB。

个人推荐PIE,毕竟我自己本身是做PIE,PIE的话才会是project owner。至于说是不是归宿,这就看个人了。不过我个人的看法是,在目前这个国际背景和国家政策下,未来这几年(至少可以预见的十年内),半导体行业(尤其是设备、FAB,我们不缺厉害的design house)一直会是国家的扶持重点,无论在行业发展前景还是薪资待遇(尤其是博士)方面,应该都会有比较好的前途。

三、半导体从业感受

首先是从业难度。半导体行业属于高精尖的行业,说它高精尖,是因为半导体几乎涵盖了数理化所有可能涉及到的知识,无论是各种各样物理化学反应,光学原理,热反应,物理化学成膜,这些都是在极其微观的世界发生。或是数理统计分析,从搜集到的各种产品特性数值,设备参数,流片状态,厂务供给等等你想到的任何可能相关的大量数据中,利用复杂的数据分析工具,找出问题真正的根本原因。以上这些无疑都要求从业人员需要大量的专业知识储备和严谨的逻辑思维。同时半导体工艺极其复杂,一块存储芯片要经过几百道乃至上千道的工艺处理,任何一个过程的任何一个细节的错误都有可能导致最终产品的缺陷,而从发现缺陷到调查工艺过程的异常点,面对上千道复杂的工艺过程,往往无从下手。

第二是半导体毕竟是具备制造业属性,设备不运转就是在亏钱,所以所有的半导体fab都是24小时不停的生产,机器只要在运转,就有发生问题的几率,所以干半导体就要随时被on call,想象下你白天累了一天,晚上满身疲惫回来好不容易洗个热水澡准备美美睡一觉,突然电话响起要你去现场支援,你这时候想哭不?试想一下,大年初一晚上跟家里人打着麻将突然被一通电话弄的紧急往公司赶。

第三是人与人的相处。半导体工艺复杂,部门众多,PIE,PE,YE,EE,ME以及一些online 检测部门,常常因为一些issue扯皮,大小会议不断。出现的issue往往也是多个部门都有可能造成,但是每个人基本上只了解自己部门的工艺,讨论时经常鸡同鸭讲,难以达成统一的结论。遇到脾气不好的同事或者共情心差一点的,拍桌子也是有可能发生的事!上下级的关系也是一个难以捉摸的门道,尤其在中国的企业或者遇到韩国台湾的上级,大概率更难相处。这里我建议只要做到为人坦荡真诚,其实也不用畏惧啥。

第四是一些其他较小的因素,例如工资的倒挂,工作单位地理位置偏僻,外企对语言的要求,身体健康的考虑等等都有可能是压死骆驼的最后一根稻草。

来源:圆圆De圆 半导体全解

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牟林:中国半导体产业发展的艰辛与奋斗之路

中国半导体产业发展走过了七十年的艰辛与奋斗之路。当下,基于网媒的中国舆论场对半导体产业发展的争论颇多,为了帮助人们正确认识我国的半导体产业,本文拟稍微详细地梳理了一下我国半导体产业发展的历程以及它在全球格局中的地位。

一.中国半导体产业发展历程

1. 早期起步阶段。20世纪50年代,中国开始接触半导体技术,当时国内技术和产业基础薄弱,但仍积极进行研究和探索,主要集中在电子管和晶体管的研发上。1956年,中国提出向“科学进军”,把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。这一时期,中国半导体产业开始孕育,一些科研单位和高校纷纷开展相关研究工作。1959年,中国科学院半导体研究所成立,为半导体技术的研究和人才培养提供了重要平台。1965年,中国研制成功第一块集成电路,这一成绩与日本相当且早于韩国。

2. 初步发展阶段。60年代中期-70年代,中国半导体产业取得了一定的技术突破,成功研制出国产半导体器件,并建立了一批半导体生产企业,如北京电子管厂(774厂)、上海半导体厂等。北京电子管厂一度成为中国最大、亚洲最大的晶体管厂。70年代,半导体产业在技术研发和生产能力上取得了显著进步,特别是在集成电路领域有所突破。国家加大对半导体产业的投资力度,进一步推动了产业的发展。这一时期,中国在 PMOS、NMOS、CMOS 等技术的研制方面取得了一定成果。

3. 快速发展阶段。80年代-90年代,中国半导体产业进入快速发展阶段,产业规模逐年扩大,技术水平不断提高。国务院为了加强全国计算机和大规模集成电路的领导,成立了“电子计算机和大规模集成电路领导小组”,制定了中国 IC 发展规划。80年代初期,中国开始引进国外先进的半导体技术和设备,如1982年无锡 742 厂从东芝引进电视机集成电路生产线,这是中国第一次从国外引进集成电路技术。

90年代,中国政府继续大力推动半导体行业的发展,通过一系列政策支持,如减税、提供土地和低利率贷款等,鼓励国内外企业在中国投资建设先进的半导体生产线。1990年,“908 工程”启动,中国第一次对微电子产业制定国家规划,无锡华晶成立,但项目进展缓慢,与世界半导体技术差距逐渐拉大。1991年,首都钢铁公司和日本 NEC 公司成立合资公司——首钢 NEC 电子有限公司;同年,华为成立了华为集成电路设计中心(华为海思半导体的前身)。

4. 跨越式发展阶段。2000年-2010年代,中国半导体产业迎来黄金发展期,产业规模迅速扩大,技术水平不断提升。政府持续加大对半导体产业的支持力度,出台了一系列优惠政策和产业发展规划。国内涌现出一批具有国际竞争力的企业,如中芯国际、华虹半导体、华为海思等。中芯国际在芯片制造领域取得了重要进展,华为海思则在芯片设计方面逐渐崛起。中国在半导体设备和材料领域也取得了一定的突破,部分企业开始涉足半导体设备和材料的研发与生产。

5. 全球竞争阶段。2010年代至今,中国半导体产业已经崛起为全球重要的半导体市场,但在技术研发和产能方面与国际先进水平仍存在一定差距。尤其是在高端芯片制造、关键设备和材料等方面,仍然依赖进口。面对国际政治和市场的挑战,中国半导体产业继续加大研发投入,努力提高自主创新能力。政府成立了“国家集成电路产业发展投资基金”,以支持半导体产业的发展。中国半导体企业在国际市场上的影响力逐渐增强,不断参与国际合作与竞争,通过并购、合资等方式提升自身的技术水平和产业竞争力。

可见,尽管不断受到遏制打压,但中国政府的战略眼光一直是紧跟时代发展的。总体而言,中国半导体产业经历了从无到有、从弱到强的发展过程,虽然在发展过程中面临着诸多挑战,但也取得了显著的成就,未来有很大的发展潜力。

二.中国专家对我国半导体产业发展的主要观点

中国专家对中国发展半导体产业的看法会一定程度影响国家的半导体产业政策,所以本段略微梳理一下中国专家的观点。

1. 技术创新驱动

此观点认为,技术创新是半导体产业发展的核心驱动力与关键。半导体产业技术更新换代迅速,只有不断投入研发,在芯片设计、制造工艺、材料研究等方面取得突破,才能提升中国半导体产业的竞争力,缩小与国际先进水平的差距。例如,中芯国际在7纳米及更先进工艺的研发投入,就是为了追赶国际领先的芯片制造技术。

此观点的影响,促使通过技术创新可以打破国外的技术封锁和垄断,实现自主可控,减少对国外技术的依赖。同时,通过创新提高产品的性能和质量,满足不断增长的市场需求,推动产业升级,为中国半导体产业带来更高的附加值和利润空间。

2. 产业链整合协同

此观点认为,半导体产业的产业链较长,包括原材料供应、芯片设计、制造、封装测试等环节。中国需要加强产业链各环节之间的协同合作,打造完整、高效的产业链条。例如,芯片设计企业与制造企业紧密合作,可以缩短产品开发周期,提高市场响应速度;设备厂商与材料供应商合作,能够加快国产设备和材料的研发与应用。

此观点的影响,会促使产业链整合协同以实现资源共享、优势互补,提高整个产业链的效率和竞争力。各环节企业之间的紧密合作能够减少沟通成本和交易成本,增强产业的抗风险能力,避免因某个环节的薄弱而影响整个产业的发展。

3. 国际合作与自主发展并重

此观点认为:一方面,半导体产业是全球化程度很高的产业,国际合作对于中国半导体产业的发展至关重要。通过与全球半导体企业的合作项目、技术交流和人才培养等方式,可以引进先进技术和管理经验,提升中国企业的技术水平和管理能力。另一方面,自主发展是保障国家信息安全和产业安全的必然要求,对于关键的核心技术,必须要掌握在自己手中,不能过度依赖国外。

此观点的影响,通过国际合作让中国半导体产业快速融入全球产业链,借助国际资源和市场实现快速发展。同时,自主发展能够增强中国在半导体领域的话语权和主动权,确保国家的信息安全和产业安全,在国际竞争中占据有利地位。

4. 应用驱动

此观点认为,过去半导体产业的发展主要是由技术推动的,但随着技术的不断进步,技术路径依赖的问题逐渐凸显。专家提出应转向应用驱动,即根据市场的应用需求来推动半导体产业的发展。中国拥有庞大的市场和多样化的应用场景,消费者对半导体产品的应用需求不断创新,这为半导体产业的发展提供了机遇。

此观点的影响,促使以应用驱动为导向,更好地满足市场需求,提高产品的市场占有率。同时,应用需求的不断创新能够激发企业的创新活力,推动技术的进一步发展,形成良性循环。

5. 人才培养支撑

此观点认为,人才是半导体产业发展的关键因素,中国需要加大对半导体专业人才的培养力度。不仅要培养高端的芯片设计和制造人才,还需要培养设备、材料、封装测试等领域的专业人才,以及具备国际视野和管理能力的复合型人才。

此观点的影响,促使国家通过人才储备为半导体产业的发展提供智力支持,提高产业的创新能力和技术水平。人才的培养也有助于企业建立自己的研发团队,提高自主创新能力,增强企业的核心竞争力。

6. 政策支持引导

此观点认为,政府的政策支持对于半导体产业的发展具有重要的引导和推动作用。政府应制定相关的产业政策,加大对半导体产业的资金投入、税收减免、研发补贴等支持力度,引导社会资本投向半导体产业。同时,政府还应加强知识产权保护,为企业的创新创造良好的环境。

此观点的影响,促使国家提供政策支持以降低企业的研发成本和风险,提高企业的创新积极性。政府的引导作用能够促进产业的合理布局和资源的优化配置,推动半导体产业的快速发展。

7.技术差距过大

此观点认为,中国半导体产业与国际先进水平差距过大,难以在短期内追赶。比如在高端芯片制造工艺上,国际先进水平已经达到 3 纳米甚至更小的制程,而中国在 7 纳米及以下制程的技术仍面临诸多难题。在半导体设备方面,光刻机等关键设备被国外少数企业垄断,中国的自主研发进展缓慢。

此观点的影响,这种言论可能会打击行业信心,让一些投资者和企业对半导体产业的发展前景产生疑虑,从而减少对产业的投入。同时,也可能影响政府决策的力度和方向,认为投入大量资源也难以取得显著成效。

8.资金投入浪费

此观点认为:中国在半导体产业上投入了大量资金,但成效并不明显。一些项目存在重复建设、盲目投资的情况,导致资源浪费。例如,多个地方都在建设半导体产业园,但部分园区缺乏明确的产业定位和核心竞争力,只是跟风而上。

此观点的影响:这种观点可能会引发对政府产业政策的质疑,影响后续资金的持续投入。也可能使一些企业在决策时更加谨慎,担心投入后无法获得预期的回报。

9.人才短缺无解

此观点认为,中国半导体产业面临的人才短缺问题难以解决。一方面,半导体专业人才培养周期长、难度大,国内高校的相关专业设置和人才培养规模无法满足产业快速发展的需求。另一方面,国际上对中国半导体人才的引进存在诸多限制,企业难以吸引到高端人才。

此观点的影响,这种言论可能会让一些企业对人才培养和引进失去信心,影响企业的长期发展战略。同时,也可能影响年轻人对半导体行业的选择,认为该行业缺乏发展机会。

显然,观点1至6相对较为乐观,也反映了我国半导体产业发展的主要方向。虽然7、8、9这些言论反映了一些现实问题,同时也会产生一定的负面影响,希望这些负面影响不成为阻碍中国半导体产业发展的因素。现状是,中国半导体产业在国家政策的大力支持、企业的积极投入和科技人员的努力下,正不断克服困难,逐步缩小与国际先进水平的差距。

三.美国政府对中国半导体产业发展的遏制打压

当下,中国半导体产业的发展遇到的最大困难是美国政府的全方位无死角的遏制打压。美国政府对中国半导体产业的遏制打压措施主要包括以下方面:

1. 出口管制

(1)限制芯片及设备出口:美国不断扩大对华芯片出口管制范围,禁止美国企业向中国出口高端芯片以及用于制造高端芯片的设备。例如,限制向中国供应先进制程的光刻机、刻蚀机等关键半导体制造设备,这严重影响了中国半导体企业在高端芯片制造领域的发展。

(2)扩大“外国直接产品规则”(FDPR)适用范围:美国通过修改FDPR,将更多使用了美国技术或软件的外国产品也纳入出口管制范畴。即使芯片制造设备是在其他国家生产的,但只要其中使用了美国的技术或软件,就可能受到美国出口管制的限制,这极大地限制了非美国企业与中国半导体产业的合作。

2. 限制技术合作与交流

(1)阻止国际人才流动:限制半导体领域的专业人才前往中国工作或与中国企业进行技术交流合作。美国政府通过签证限制等手段,减少半导体领域的高端人才流向中国,试图阻碍中国在半导体技术研发方面的人才积累。

(2)禁止企业间技术合作:美国政府禁止美国半导体企业与中国企业开展某些关键技术的合作研发,例如在先进芯片设计、制造工艺等方面的合作。这使得中国企业难以获取国际先进的技术经验,延缓了技术升级的速度。

3. 拉拢附庸国共同制裁

(1)组建“芯片联盟”:美国积极拉拢日本、韩国、荷兰等拥有半导体优势的国家,组建所谓的“芯片四方联盟”等,试图联合这些国家对中国半导体产业进行围堵。例如,日本在其压力下,已出台多项半导体制造设备出口限制措施,限制对中国出口高性能半导体制造设备。

(2)胁迫附庸国跟进美国政策:美国不断向其附庸国施压,要求他们跟随美国的步伐,对中国实施半导体出口管制等措施。通过这种方式,美国试图在全球范围内形成对中国半导体产业的封锁,限制中国获取半导体相关技术和产品的渠道。

4. 直接制裁中国企业

将中国企业列入实体清单:美国商务部将众多中国半导体企业列入“实体清单”,对这些企业进行贸易限制。被列入实体清单的企业在购买美国技术、设备、零部件等方面受到严格限制,甚至无法与美国企业进行正常的商业往来。这不仅影响了中国企业的生产经营,也对中国半导体产业的整体发展造成了阻碍。

5. 切断供应链

(1)限制关键材料供应:美国在半导体关键材料方面也对中国进行限制,如镓、锗等半导体材料。美国试图通过限制这些关键材料的出口,影响中国半导体产业的原材料供应,进而影响中国半导体产品的生产。

(2)干扰产业链布局:美国通过政治手段干扰全球半导体产业链的布局,试图引导半导体产业的上下游企业将生产和投资从中国转移到其他国家或地区,以削弱中国在半导体产业链中的地位。

6.滥用国内法长臂管辖

美国出台了以下一些遏制打压中国半导体产业的法案。

(1)《芯片与科学法案》。该法案于2022 年出台,为美国半导体芯片行业的生产、研发和人才培养注入总额高达 527 亿美元的资金支持。但接受补贴的企业会受到一系列限制,例如禁止在被美国认为存在“国家安全风险”的海外国家(主要针对中国)大幅提升半导体制造能力,限期 10 年;新规还要求,在特定领域,补助接收方不得与受关切国家(如中国)的实体展开合作研究或技术转让。其目的是增强美国本土半导体产业的竞争力,同时打压中国半导体产业的发展,阻止中国获取半导体最新技术。

(2)《2023 财年国防授权法案》。该法案中提出了对中国芯片的相关修正内容,有美政客提议禁止政府机构同中国芯片制造商开展业务,并将此条款列入法案。这是美国将半导体产业相关问题政治化的体现,试图从政府层面切断与中国半导体企业的业务联系,对中国半导体产业的发展进行限制。

(3)出口管制相关规则

2022 年下半年更新《出口管理条例》。该条例以“临时规则”形式更新《出口管理条例》,从半导体制造和出口两个方面封锁中国半导体相关的新兴科技产业的发展空间。2023 年 10 月出口管制最终规则。在之前“临时规则”的基础上,进一步加严对人工智能(AI)相关芯片、半导体制造设备的对华出口限制,并将多家中国实体增列入出口管制“实体清单”。

四.美国政府打压中国的半导体产业对国际半导体产业发展产生了诸多恶劣影响

1. 扰乱全球供应链

(1)生产环节受阻:半导体产业是高度全球化的产业,芯片的生产过程需要在不同国家和地区进行分工合作。例如,一些国家提供原材料,一些国家进行芯片设计,还有一些国家负责制造和封装测试。美国打压中国半导体产业,限制相关设备、技术和产品的出口,导致全球半导体供应链的某些环节出现断裂或受阻。这使得芯片的生产周期延长、成本上升,影响了整个产业的生产效率和产品供应。

(2)物流运输不畅:半导体产品的运输通常需要高效的物流网络,但美国的打压措施可能导致一些物流企业在运输半导体相关产品时受到限制或审查,增加了物流的不确定性和运输成本。此外,一些国家为了应对美国的政策,可能会调整自己的贸易政策和物流管理措施,进一步扰乱了全球半导体产品的物流运输。

2. 削弱产业创新能力

(1)限制技术交流:美国的打压措施阻碍了中美两国半导体产业之间的正常技术交流与合作。中国在半导体领域的研发投入不断增加,取得了一些重要的技术突破和创新成果,而美国的限制措施使得美国企业与中国企业之间的技术合作受到限制,无法充分分享和交流创新成果,这对全球半导体产业的技术进步产生了负面影响。

(2)减少创新动力:全球半导体产业的创新需要大量的资金和市场支持。中国是全球最大的半导体市场之一,美国打压中国半导体产业,使得一些国际半导体企业失去了中国市场的份额和机会,减少了企业的收入和利润,从而影响了企业对研发的投入和创新的动力。此外,美国的打压措施也引发了其他国家对美国技术和产品的担忧,促使一些国家加快自主研发和产业升级的步伐,这在一定程度上分散了全球半导体产业的创新资源。

3. 引发市场波动和不确定性

(1)股价下跌:美国打压中国半导体产业的政策出台后,全球半导体相关企业的股价经常出现大幅波动。例如,美国对中国企业实施制裁或限制措施后,美国的半导体设备制造商、芯片设计公司以及国际上与中国有业务往来的半导体企业的股价都可能受到影响。投资者对半导体产业的未来发展预期变得不确定,导致资金流向不稳定,影响了整个产业的融资环境和发展前景。

(2)市场需求不稳定:美国的打压措施使得中国半导体产业的发展面临挑战,中国企业可能会减少对半导体产品的进口,转而加大自主研发和生产的力度。这可能导致全球半导体市场的需求结构发生变化,一些原本依赖中国市场的国际半导体企业的产品销量下降,市场份额减少。同时,中国企业的自主研发和生产也可能会在一定程度上增加市场的竞争,进一步加剧市场的波动和不确定性。

4. 阻碍产业区域协同发展

(1)破坏产业集群效应:在全球范围内,一些地区形成了半导体产业集群,如美国的硅谷、韩国的京畿道、中国的长三角和珠三角地区等。这些产业集群内的企业之间相互合作、协同发展,形成了强大的产业竞争力。美国打压中国半导体产业,可能导致一些国际半导体企业调整其在全球的产业布局,减少在中国的投资和业务,这将破坏原有的产业集群效应,影响区域内企业的发展和创新能力。

(2)影响国际合作项目:美国的打压措施也对国际间的半导体产业合作项目产生了负面影响。一些国家在半导体领域与中国有着合作项目,如共同研发、共建生产线等,但美国的政策干预使得这些合作项目面临困难和挑战,甚至被迫终止。这不仅影响了项目参与方的利益,也阻碍了全球半导体产业的区域协同发展和国际合作。

五.中国半导体产业应对美国政府遏制打压措施的策略

1. 技术研发层面

(1)加大自主研发投入:持续投入资金、人力和物力,对半导体产业链各关键环节的技术进行攻坚,包括芯片设计、制造工艺、设备研发、材料研发等。例如,在光刻机技术上,集中科研力量突破关键技术难点,提高国产光刻机的性能和产能,逐步减少对国外高端设备的依赖。

(2)推动技术创新与差异化发展:积极探索新的技术路线和创新应用,如在芯片架构、新材料应用等方面开展研究。例如,研发新型存储芯片、类脑芯片等,避开美国技术优势领域,开辟新的市场和发展空间。

(3)加强基础研究:重视半导体基础理论和前沿技术的研究,为产业的长远发展提供坚实的理论基础。政府和高校、科研机构应加大对半导体基础研究的支持力度,培养更多的专业人才和科研团队,提高我国在半导体领域的原始创新能力。

2. 人才培养与引进方面

(1)加强本土人才培养:优化高校半导体相关专业的课程设置和教学内容,加强实践教学环节,培养出既具有扎实理论基础又有实践操作能力的半导体人才。同时,鼓励企业与高校、科研机构开展产学研合作,共同培养符合产业需求的人才。

(2)吸引海外人才回流:制定优惠政策,吸引在海外留学或工作的半导体专业人才回国发展,为他们提供良好的工作环境、发展机会和待遇保障。建立海外人才信息库和沟通渠道,加强与海外人才的联系和交流。

(3)挖掘行业内部人才潜力:在半导体行业内部开展人才培训和交流活动,提高现有人才的技术水平和综合素质。鼓励企业建立人才激励机制,激发人才的创新积极性和工作热情。

3. 产业协同合作方面

(1)产业链上下游企业合作:加强芯片设计企业、晶圆制造企业、封装测试企业等之间的合作,建立产业联盟或合作平台,实现资源共享、技术协同和优势互补。通过共同研发、联合生产等方式,提高整个产业链的效率和竞争力。

(2)跨行业合作:推动半导体产业与其他行业的融合发展,如与汽车、电子、通信等行业开展合作,拓展半导体的应用领域,为产业发展创造新的机遇。同时,借助其他行业的技术和资源,促进半导体产业的技术创新和升级。

(3)国际合作:在不违反美国相关限制政策的前提下,继续与其他国家的半导体企业和科研机构开展合作。例如,与欧洲、日本、韩国等地区的企业在技术研发、生产制造等方面进行合作,共同推动全球半导体产业的发展。

4. 市场拓展方面

(1)挖掘国内市场潜力:加大对国内半导体市场的开发力度,满足国内电子信息产业对芯片的需求。政府可以通过政策引导、资金支持等方式,鼓励国内企业采用国产芯片,提高国产芯片的市场占有率。

(2)开拓国际新兴市场:积极拓展东南亚、非洲、拉丁美洲等国际新兴市场,降低对美国等传统市场的依赖。根据不同市场的需求特点,开发适合当地市场的半导体产品和解决方案,提高我国半导体产业在国际市场上的影响力。

5. 政府政策支持方面

(1)加大资金支持:政府设立半导体产业专项基金,加大对半导体企业的研发投入、设备采购、技术改造等方面的资金支持。同时,引导社会资本进入半导体产业,为产业发展提供充足的资金保障。

(2)出台税收优惠政策:对半导体企业给予税收减免、退税等优惠政策,降低企业的运营成本,提高企业的盈利能力。鼓励企业将更多的资金投入到技术研发和产业升级中。

(3)加强知识产权保护:完善半导体产业的知识产权保护体系,加大对知识产权侵权行为的打击力度,保护企业的创新成果和合法权益。鼓励企业积极申请专利,提高我国半导体产业的知识产权水平。

六.中国半导体产业在应对美国政府遏制打压措施方面有以下成功案例

1. 光刻技术突破

研发出氟化氩光刻机。2024 年,我国研发出首台氟化氩光刻机,其光源为波长 193 纳米的激光,分辨率小于或等于 65 纳米,套刻精度小于或等于 8 纳米,可用于制造先进制程的芯片。这是中国光刻机研发技术走上快车道的标志,尽管与国际最先进水平仍有一定差距,但为我国芯片制造设备的自主研发奠定了基础,有助于减少对国外光刻机的依赖。

2. 芯片设计领域进展

华为海思芯片的发展:华为的海思半导体在面对美国打压时,坚持自主研发,推出了一系列具有竞争力的芯片产品,在全球市场上占有一席之地。其芯片不仅性能优越,而且在 5G 通信等领域得到广泛应用,为中国半导体芯片设计领域树立了榜样。

3. 半导体材料创新

碳基半导体材料突破:中国科学院院士北京大学教授彭练矛和张志勇教授率领的团队,突破了长期困扰碳基半导体制备的瓶颈。碳基半导体相比主流的硅基半导体,具有成本更低、耗能更小、效率更高等优势,并且能在高温高辐射等极端环境下工作。这一突破为我国半导体产业提供了新的发展方向,有望打破国外在硅基半导体材料上的垄断。

4. 刻蚀机技术领先

中微公司 3nm 刻蚀机量产:中微公司已成功量产 3 纳米刻蚀机,刻蚀机是芯片制造的核心装备之一。该公司的主要零部件自主可控率已达到 90%以上,预计到三季度末可以实现 100%自主可控。中微公司的 3 纳米刻蚀机获得了台积电、中芯等国际顶级晶圆厂的认可,标志着中国在半导体刻蚀技术领域达到了国际先进水平。

5. 雷达芯片技术突破

高功率宽带毫米波集成电路芯片:中国电子科技集团公司第十四研究所的科学家们,成功研制出使用氮化镓半导体材料的“高功率宽带毫米波集成电路”雷达芯片。该芯片可以在毫米波频段下产生高达 10 瓦的功率输出,是目前已知的同类芯片中最强大的。这一成果突破了美国对氮化镓半导体技术的封锁,在军事和民用领域具有广泛的应用前景。

6. 存储芯片领域的和解与发展

福建晋华与美光和解:福建晋华与美光的专利纠纷历时 6 年,最终双方在全球范围内各自撤回对对方的指控,并结束彼此之间的所有诉讼。这起纠纷的解决,为中国存储芯片企业在国际市场上的发展创造了相对稳定的环境,也显示出中国企业在应对国际诉讼方面的能力和信心。

7. 国产光刻胶取得核心突破

减轻对进口的依赖:在美国主导的芯片禁令下,中国在 G/I 线和 KrF 光刻胶领域实现了国产替代的一定突破,并且 ArF 光刻胶技术也逐步取得核心突破。这为国产光刻机的崛起奠定了坚实基础,减轻了我国半导体产业对进口光刻胶的依赖,提升了我国在半导体产业链中的地位。

七.全球半导体产业发展的趋势

1. 市场规模持续增长

(1)需求拉动增长:随着人工智能、物联网、5G 通信、自动驾驶汽车、云计算、数据中心等新兴技术和应用的快速发展,对半导体的需求持续增加。例如,人工智能训练和推理需要大量的高性能芯片来处理海量数据;物联网设备的普及使得每个设备都需要搭载半导体芯片以实现连接和数据处理;5G 网络的建设需要高性能的半导体元件来支持高速数据传输和低延迟通信。这些领域的快速发展为半导体产业提供了广阔的市场空间,推动市场规模不断扩大。

(2)市场复苏态势明显:经历了一段时间的市场调整后,半导体产业从2023 年下半年开始逐渐呈现出复苏迹象。从 2023 年四季度起,存储器行业开始回升,这一占全球半导体市场近 1/3 规模的细分市场的回暖,为整个半导体产业的复苏奠定了基础。预计 2024 年全球半导体市场销售额将呈现增长趋势,市场规模将进一步扩大。

2. 技术不断创新升级

(1)制程工艺推进:芯片制程工艺不断向更小的纳米级别演进,以提高芯片的性能和集成度。目前,5 纳米、3 纳米等先进制程已经实现量产,并且研发工作正在朝着 2 纳米及以下制程推进。例如,台积电、三星等半导体制造巨头在先进制程工艺的研发和量产方面一直处于领先地位,不断突破技术极限,为高性能芯片的生产提供了技术支持。

(2)新型半导体材料应用拓展:除了传统的硅材料,碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料的应用日益广泛。这些材料具有更高的电子迁移率、更高的击穿电场强度和更好的热导率,能够满足高温、高压、高频等特殊应用场景的需求。例如,在新能源汽车领域,碳化硅功率器件在车载逆变器、车载充电器等部件中的应用,可以提高电动汽车的续航里程和充电速度;在 5G 通信领域,氮化镓射频器件能够实现更高的功率输出和更高的频率响应。

(3)先进封装技术发展迅速:先进封装技术如 2.5D/3D 封装、晶圆级封装(CoWoS)等成为半导体产业的重要发展方向。这些先进封装技术可以实现更高的集成度、更好的性能和更低的功耗,同时也能够降低成本。例如,2.5D/3D 封装技术可以将多个芯片垂直堆叠或并排集成在一起,提高芯片之间的通信速度和带宽;CoWoS 封装技术则在高性能计算芯片和人工智能芯片的生产中得到了广泛应用,能够满足这些芯片对高带宽、低延迟的需求。

(4)异质异构集成受关注:异质异构集成是将不同工艺、不同材料、不同功能的芯片集成在一起,以实现更高的性能和更复杂的功能。这种技术可以充分发挥不同芯片的优势,突破单一工艺集成电路的功能和性能极限,是后摩尔定律时代集成电路发展的新方向。例如,将逻辑芯片、存储芯片、传感器芯片等不同类型的芯片集成在一起,可以构建出功能更强大、性能更优越的系统级芯片。

3. 产业结构不断调整

(2)产业链分工细化:半导体产业链的分工越来越细化,设计、制造、封装测试等环节逐渐分离,形成了专业的设计公司、晶圆代工厂和封装测试厂。这种分工模式可以提高生产效率、降低成本,同时也有利于各环节企业专注于自身的核心业务,提升技术水平和竞争力。例如,高通、英伟达等公司专注于芯片设计,台积电、三星等公司专注于晶圆制造,日月光、长电科技等公司专注于封装测试。

(2)产业整合加速:为了提高竞争力和市场份额,半导体企业之间的并购整合不断加速。企业通过并购可以获得更先进的技术、更丰富的产品线、更广阔的市场渠道和更强大的研发能力。例如,2023 年全球半导体领域的并购整合主要集中在 EDA、AI、宽禁带半导体等领域。

(3)区域竞争加剧:全球半导体产业的区域竞争日益激烈,各地区都在加大对半导体产业的支持和投入,以提升本地半导体产业的竞争力。美国、欧洲、日本等传统半导体产业强国在技术研发、产业基础等方面具有优势,仍然占据着半导体产业的高端市场;韩国、中国台湾地区等在半导体制造领域具有较强的实力;中国大陆则在政策支持、市场需求、产业投资等方面具有优势,半导体产业发展迅速,正在逐步缩小与国际先进水平的差距。

4. 应用领域不断拓展

(1)人工智能与半导体深度融合:人工智能的发展离不开半导体芯片的支持,同时人工智能技术也在不断推动半导体产业的发展。半导体公司将人工智能技术应用到芯片设计、制造、封装测试等环节,提高生产效率和产品质量。例如,利用人工智能算法进行芯片设计的优化,可以缩短设计周期、降低设计成本;在芯片制造过程中,利用人工智能技术对生产设备进行监控和预测性维护,可以提高设备的利用率和生产的稳定性。

(2)汽车半导体需求旺盛:汽车产业的电动化、智能化、网联化趋势推动了汽车半导体市场的快速增长。电动汽车需要大量的半导体芯片来实现电池管理、电机控制、车载充电等功能;自动驾驶汽车则需要高性能的传感器、处理器、通信芯片等半导体元件来实现环境感知、决策控制、车联网通信等功能。预计未来汽车半导体市场将保持较高的增长率,成为半导体产业的重要增长极。

(3)物联网带动半导体需求分散化:物联网的发展使得半导体的应用场景更加广泛和分散,从智能家居、智能穿戴、智能医疗到工业物联网、智能城市等领域,都需要大量的半导体芯片来实现设备的连接、数据的传输和处理。这种需求的分散化对半导体产业的生产模式和供应链管理提出了更高的要求,同时也为半导体企业带来了更多的市场机会。

八.中国半导体产业在国际半导体产业中的地位

1.市场需求方面:

(1)全球最大的半导体消费市场:中国拥有庞大的电子制造业和快速增长的信息消费市场,对半导体的需求巨大,占全球半导体消费量的近一半。这种强大的需求为中国半导体产业的发展提供了坚实的市场基础,也使中国在全球半导体市场中具有重要的话语权。例如,智能手机、电脑、平板等电子产品的生产和消费都离不开半导体芯片,中国在这些产品的制造和消费方面占据着重要地位,从而带动了对半导体的大量需求。

(2)需求驱动产业发展:巨大的市场需求吸引了全球半导体企业的关注,促使它们积极在中国市场布局,这也为中国半导体产业的发展提供了机遇。同时,国内企业也在不断提升自身的技术水平和产品质量,以满足国内市场的需求,进一步推动了产业的发展。

2.产业链方面

(1)产业链完整性不断提升:中国在半导体产业链的各个环节都取得了一定的进展,已经形成了较为完整的产业链。在芯片设计领域,有海思半导体、紫光集团等企业,它们在移动通信、人工智能等领域取得了一系列的技术突破;在芯片制造方面,中芯国际、华力微电子等企业已经具备了 28 纳米、14 纳米甚至 7 纳米的制造能力;在封装测试领域,长电科技、天水华天等企业已经取得了领先地位。

(2)产业集群效应初步显现:中国已经形成了以北京、上海、深圳、武汉、成都等地为代表的半导体产业集群,这些集群集中了大量的半导体企业,拥有良好的创新生态和供应链体系,上下游企业之间的协同效应明显,产业规模经济优势突出。

3.生产能力方面:

(1)晶圆产能增长迅速:根据相关研究报告,中国的晶圆产能在全球的占比不断提高。截至 2023 年底,中国约占全球晶圆产量的 19%,并且预计到 2026 年,中国大陆将拥有全球最大的 IC 晶圆产能,超过韩国和中国台湾。这显示出中国在半导体生产能力方面的快速提升,将对全球半导体产业的格局产生重要影响。

(2)成熟工艺节点具备优势:在成熟工艺节点(28 纳米及以上)的半导体制造方面,中国企业已经具备了较强的生产能力和成本优势,能够满足国内市场以及部分国际市场的需求。例如,在一些家电、工业控制等领域,成熟工艺节点的芯片应用广泛,中国企业在这些领域的市场份额逐渐增加。

九.中国半导体产业未来发展的前景展望

1.政策支持持续加强

(1)国家战略高度重视:半导体产业被定位为国家战略性新兴产业,“十四五”规划等政策文件明确提出要加强集成电路和软件基础能力建设。政府将继续加大对半导体产业的政策扶持力度,包括提供税收减免、资金扶持、研发支持等,为产业的发展提供良好的政策环境。

(2)地方政策积极推动:各地政府也纷纷出台相关政策,建立半导体产业园区,提供土地、资金和税收等多重优惠,吸引国内外企业投资,推动产业集群的发展,进一步促进半导体产业的发展。

2.技术创新不断推进

(1)研发投入持续增加:随着企业对技术创新的重视程度不断提高,研发投入将持续增加。这将有助于中国企业在芯片设计、制造工艺、封装测试等方面取得更多的技术突破,缩小与国际先进水平的差距。例如,中芯国际等企业在先进制程技术的研发上不断投入资金和人力,有望在未来实现更先进制程的量产。

(2)人才培养体系不断完善:中国拥有众多的电子信息类专业高校和科研机构,将不断为半导体产业输送专业人才。同时,企业与高校、科研机构的合作将更加紧密,产学研结合的人才培养模式将不断完善,提高人才的实际工作技能和创新能力,为产业的发展提供有力的人才支撑。

3.市场需求持续增长

(1)新兴应用领域带来机遇:5G、人工智能、物联网、汽车电子、国防、军事、航空航天等新兴领域的快速发展,对半导体的需求呈现出爆发式增长。例如,5G 通信需要大量的高性能芯片来支持高速数据传输,人工智能和物联网的发展也需要各种类型的芯片来实现数据处理和通信功能,这些新兴应用领域将为中国半导体产业的发展提供广阔的市场空间。

(2)国产替代进程加速:在国际贸易摩擦的背景下,中国企业对国产半导体产品的需求增加,国产替代的趋势明显。国内企业将加大对关键技术和产品的研发投入,提高产品的质量和性能,逐步实现对进口产品的替代,这将有助于提高中国半导体产业的自给率和竞争力。

4.国际合作不断拓展

(1)技术引进与合作:尽管面临着国际政治经济环境的挑战,但中国半导体产业仍将积极开展国际合作,引进先进的技术和管理经验。与国外的半导体企业和研究机构在技术研发、项目合作、人才培养等方面的合作将不断加强,这有助于中国企业快速提升技术水平和管理能力。

(2)“一带一路”倡议带来机遇:“一带一路”倡议为中国半导体产业的国际合作提供了新的机遇。中国企业可以与“一带一路”沿线国家的企业开展合作,共同开拓国际市场,实现互利共赢。例如,在一些新兴市场国家,中国的半导体产品和技术具有一定的优势,可以通过合作项目的方式进入这些市场,拓展国际业务。

对中国的半导体产业的发展,中国人民既要看到前路艰险,还有许多困难需要克服,也要对未来充满信心。中华民族是不可战胜的民族,任何艰难险阻也压不垮中国人民。中国的半导体产业一定会迎来辉煌的未来,为中华民族的伟大复兴增添最华美的光彩。

注:本文作者为“秦安战略”智库核心成员牟林,为本平台原创作品,欢迎朋友们留言交流,一起网聚智慧、网聚人气、网聚力量。

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