03.05 為什麼全世界,只有美國能夠生產高精度芯片?

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不只美國能造,韓國、日本、臺灣也是芯片製造大戶。但其中美國份額最大,壟斷了全球六成以上的芯片供給

前幾天的中興遭受美國商務部制裁一事鬧的是沸沸揚揚,也順便讓平時大家並不怎麼注意的手機芯片結結實實地刷了一波存在。

作為手機以及其他智能電子產品的核心部件,芯片長期以來一直是由美國人主導的,在世界主要的芯片生產商中,美國公司佔了一大半。

(美國六大芯片製造廠商)


就以手機為例,如果你用的是蘋果手機,那裡面的芯片則都是蘋果自己研發的。如果是安卓手機,中國廠商中80%都是採用美國高通公司的產品。

2017年,中國進口芯片總額達到了空前的2601億美元,超過了石油成為中國進口最大宗的產品。之其中,半數以上的錢是花在了美國人身上。

(高通公司的驍龍芯片一直被中國主要安卓手機制造商所廣泛採用)

其實,全球的前幾位的手機芯片公司主要都是從事芯片的設計和研發,而在製造環節則是交由臺灣廠商聯發科代工。

蘋果、高通、華為皆是如此。

芯片的製造需要多年的技術積累以及尖端地工業基礎,就以激光蝕刻為例,這就不是一般人能玩得轉的。

聯發科現在擁有著世界最先機的10納米制造工藝,能在近乎一平方釐米的主板內集成了55億個晶體管,這個本事如今暫時獨步全球。這也讓聯發科的客戶囊括了除三星外幾乎所有的手機芯片製造商。

而三星公司,則能夠從設計研發到生產製造全部獨立完成,靠的就是多年的半導體技術積累和強大的產業鏈整合能力。

所以說,芯片製造絕非一日之功,需要長期的鉅額研發投入才能有所斬獲。在這方面,我們的路還很長。


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並不是哦

你看看臺積電,這是臺灣的。臺積電也沒有多厲害,就是全球最大的半導體代工廠(實際上真的很牛逼);

三星,這是韓國最大的企業,它自己做芯片業務的,設計芯片自己做、生產芯片自己做。蘋果此前很多芯片都是三星代工的。

嘉楠耘智最近的芯片是全球第一款7nm工藝的芯片,它們自行設計區塊鏈芯片,然後採用臺積電的工藝,讓臺積電代工,成功生產出7nm的芯片。

所以,你說只有美國能夠生產出來也不對。

其實,半導體行業在國外不算是朝陽行業了,半導體行業看似利潤高,但是實際上利潤率不高。你要知道,半導體行業的玩家並不多,但是全球的需求很高。因為技術門檻很高,所以就這麼幾個玩家。他們投入成本很高,市場份額也高,所以看起來利潤很高。實際上利潤率一般般,所以資本不願意進步。

美國能夠獨領風騷是因為美國的技術本來足夠先進,同時芯片行業門檻很高,需要很長時間,很多資金。在發展的時候,很多企業是被拖死的。因為短時間無法跟上美國的技術,大家都不買了,最後資金不足被拖死的。

三星也是被韓國扶持起來,才能做到這樣。而且三星很多股東是美國的企業,所以才能做起來。

如果有一些企業做起來了,這些領先的企業就通過價格戰,直接在市場上虧本出售,把其他企業拖死為止。畢竟大部分企業都沒有他們的資金和技術。


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實際上,很多高精度芯片的生產不是美國獨攬,包括歐洲、韓國、日本和中國臺灣地區等也有生產。以我們最為熟悉的手機芯片為例,韓國三星除了製造自己的芯片,還幫蘋果公司代工芯片;臺灣地區的臺積電也替華為和高通生產手機芯片。

1、美日韓歐瓜分高端芯片市場,其中美國佔據“大頭”

單從產品種類來說,芯片的種類就有幾十種大門類,上千種小門類。如果涉及設備流程的話就更多了,因此芯片種類紛繁複雜。在生產和生活中,應用到的高精度芯片可謂數不數勝,只不過美國在電腦、手機這些常見產品的芯片設計具有絕對優勢,很容易讓人產生“只有美國能生產高精度芯片”的錯覺。

作為世界科技強國,美國長期佔據著芯片產業的霸主地位,這倒是個事實。根據國際研究機構Gartner的統計結果顯示,2017年半導體產業收入前十大企業中,美國佔了6家,韓國有2家,日本和荷蘭各1家。

在芯片領域,美國是整體式、全方位處於領先地位,涉及手機、電腦、家電、汽車、高鐵、電網和機器人等等多個領域的芯片研發。比如個人計算機所用的CPU處理器,美國英特爾就佔據了八成份額,人們耳熟能詳的奔騰、賽揚、酷睿等處理器都來自英特爾。

2、美國最早參與半導體領域,多國照葫蘆畫瓢

也許會有人問,為何美國在芯片行業能夠獨佔鰲頭?其實,這個要聯繫到“二戰後”。20世紀40、50年代,以美國為首的西方國家開始科學技術革命,大力發展各種高新技術。可以說,科技革命基本上由美國和蘇聯兩個國家玩轉,而世界上大多數國家還在解決溫飽問題,並不能實際參與。

那時候,美國重點發展的行業就包括半導體。由於半導體行業包含設計、製造和封測三個環節,每個環節都需要耗費大量的成本和時間,參與門檻很高;而美國是超級大國,佔據先發優勢,想要佔據主導地位還不簡單。值得一提的是,歐洲、日本、韓國和臺灣地區的半導體產業也是學習美國的,要想超越美國的半導體霸主地位難度可想而知。

3、三星首超英特爾,中國或加劇市場競爭程度

不過,隨著各國大力發展半導體行業,美國將會遭遇越來越激烈的市場競爭,想要長期坐穩龍頭椅還很難說。作為最大存儲芯片供應商,三星在2017年半導體市場的份額達到14.6%,首次從英特爾手中奪走第一寶座,這也是自1992年以來,英特爾首次被拉下第一名寶座。

除傳統行業壟斷者,近年來我國也在積極參與半導體市場,儘管“中國芯”面臨諸多挑戰,短時間難以跨入高端市場,但不容忽視的是,中國一直在努力。根據IC insights的報告顯示,2009年,全球純芯片設計公司50強中,中國只有華為旗下的海思一家。到了2016,中國進入該榜單的公司增長到11家。因此,對於未來中國也能大規模生產高精度芯片要充滿信心,畢竟半導體研發需要時間的積累和沉澱。


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為什麼全世界,只有美國能夠生產高精度芯片?這並不準確,能夠生存高精度芯片的並不只是美國。而說到美國是設計高精度芯片最厲害的國家那倒是比較貼切的。

在全球的芯片生產製造企業陣營中,有美國、韓國、臺灣。在芯片製造領域,而臺灣卻是獨領風騷,在前十大中可以佔據三席位,有:臺積電、聯華電子、力晶科技。其它有美國格羅方德,當然還有另一家廣為人知的芯片公司英特爾不但設計還製造芯片、韓國三星、大陸中芯國際、華虹集團等較為出色。而臺積電在芯片代工領域基本可以說佔據了大半壁江山,遙遙領先於其它芯片代工企業。


代表最先進工藝的7nm製程,曾經有幾家芯片製造商砸重金想要取得突破,可惜到目前只有臺積電實現7nm量產,隨後三星趕到。而具有產業鏈的韓國三星可謂雄心勃勃,規劃了7nm、5nm、4nm、3nm的路線圖,在7nm都已經難道了很多製造企業的同時,三星如此雄偉的計劃不知能否成功。

在7nm製程工藝研發上,其高昂的研發投入和製造成本,倒下了一批廠商。臺灣聯電因研發成本太高無力支撐而放棄了10nm工藝技術的研發;而美國出名的格羅方德(AMD的主力芯片代工企業)也因無力承擔如此高昂的費用而放棄7nm工藝技術的研發;連英特爾都在10nm上耗費不起時間和財物力,最終還是選擇了放棄。

可見美國高精度芯片製造業也感到了無力而不能繼續下去的窘境,而臺積電和三星卻還在一路猛衝猛打,取得了不少的成績。特別是臺積電更是取得優先量產的優勢,目前華為7nm麟980處理器、蘋果A12處理器、AMD也將選擇臺積電作為製造商。但三星與臺積電在7nm製程相比顯然更為激進,採取了更為先進的EUV技術在今年下半年投產,臺積電採用穩健策略先投產7nm,而在明年引入EUV技術,到時三星將取得領先優勢。


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芯片是如何製成的?

首先要提煉高純度二氧化硅,做成比紙薄的晶圓,然後在晶圓上用激光刻出幾億條線路,鋪滿幾億個二極管三極管,再把每片晶圓組合鏈接好,最後密封起來。指甲蓋大小的芯片裡就有5-70億個二極管!



這次中興被美國政府制裁後,很多人都在說咱應該自力更生。自立自強是沒有錯,但是中國社會太浮躁太急功近利,基礎創新不足,導致研發動力受阻。特別是投機賺快錢引發一些極不合理的現象(比如炒房),破壞了中國勤勞致富的傳統美德,使中國人缺乏沉下心來專注技術研究,做好事情的耐性和堅守。



而美國重視教育,美國大學有世界最好的教授,最先進和最完善的實驗研究設備,有最開放,最濃厚,最公平的學術環境。由於美國對知識產權及私有產權的保護,導致全世界科技移民總數的40%都被吸引到美國去。如果沒有好的基礎科學積累、創新機制、和自由土壤來吸引創造大量人才,中國很難在短時間內趕上美國的。



其實表面上搞高科技芯片是花大錢投資,背後卻是人才的競爭。中國要發展,唯一的途徑就是敞開胸懷,不要用狹隘的民族觀對抗世界封閉自己,要與時俱進、與世界俱進,遵守世界規則。有人可能會說兩彈一星的輝煌不也是封閉得來的?你得搞清楚,那是民國時期和開放世界接觸的成果,核心技術骨幹都是在海外學成的專家。



中國芯片已經嚴重依賴從美國進口,目前我國每年進口芯片約1500億元人民幣,進口金額早已超過石油進口,缺“芯”已經成為中國製造的一塊“芯”病。所以我們需要這個開放的世界,這樣才能在人才培養、科學研究、社會服務,還是文化傳承與創新上領先世界!


似風蕭蕭終傳我情


你這提問說得過了點,世界上除了美國還有日本、歐洲、韓國、臺灣等等。只不過總體來說,美國綜合實力最強,能夠自主生產高精度的芯片而已。中國也是可以的生產芯片的,但只是一些通用的芯片,在更精細的領域內就比較吃力了。這仍然是我們的痛點。

回到正題,為什麼美國能夠生產出高精度的芯片呢?我覺得原因有三。

1.美國綜合國力強大。俗話說,市場決定經濟總量,的確,美國的經濟87%來自各方面市場,只有13%依賴正常國際貿易,這保證了市場的繁榮穩定,也是美國經濟保持了20年快速增長的最重要因素。這也帶動了產業的發展,提供了經濟支持。

第三次工業革命的時候,美國就從工業時代硬是跨進了信息時代,他們也是有付出很大的代價,才走上了這條信息高速公路。

再到美國推行“再工業化”戰略的時候,"高端製造合作伙伴"計劃也出爐了,高端裝備製造產業成為製造業發展的重中之重。這一計劃無疑對半導體產業的加工設備起到了推動作用,今天我們看到美國半導體設備領域的強大實力也就不足為奇了。

2.美國高等學府眾多,賣力推行高精尖專業。美國很樂於去推行這種優質的教育,他們擁有世界最好的教授,最先進和最完善的實驗研究設備,有最開放,最濃厚,最公平的學術環境,所以,在美國無論是人才培養、科學研究、社會服務,還是文化傳承與創新,都依然是公認的世界領先。


3.美國不僅樂於培養人才,還很會廣納賢才。據相關數據統計,美國是世界上高等教育最發達的國家,每年就有有1750萬大學生在高校就學。其中,美國的本地學生之佔了三分之二,按照這個基數來說,移民人口也是非常多啦!

此外,美國的高精尖行業例如芯片行業是屬於世界上最高水平的。所以就業環境和研究的發展也比世界其他地方而言,會對他們的未來發展會更好。

其實,這也是對中國的一個芯片發展現狀的一個反思有益處的。中國的確每年都投入了很大的科研資金在芯片行業,但是跟社會實際發展完全脫節。也許是迫於生活,如今的社會發展有些浮躁了,這種需要大量人才花費大量時間去研發的東西並不是很多人去做,所以才會造成如今的局面。這也許能給與我們一定的啟示,畢竟這個問題任重而道遠。


環球科技視界


這就是芯片產業本來就是美國人發明創造的,互聯網也是美國創造的,芯片組件只是核心技術支持,美國是發明創造者,是應用推廣者,是第一個將之打造為一種全新高技術創新產業。

美國從標準化,技術規範化,已經幾十年走在世界前列,芯片核心技術升級已經很多代了,而且不斷創新完善,使性能指標更加優化。設計更加複雜精密化。

所以第三次工業革命非美國莫屬,第四次工業革命性變革也是美國引領。

美國是研發與資本市場緊密結合,是孵化器,有硅谷原創動力源泉。


隨雨飄渺


專業人士來答一下。全球範圍內,能製造高精度芯片的,有美國、韓國和中國臺灣。


至於中國大陸,一度在芯片製造工藝上很落後,但很快就會追趕上來。


1. 芯片設計與芯片代工,有區別

蘋果、三星、華為、高通都可以設計芯片,這其中,三星可以自己生產芯片,其他芯片設計廠商,都需要找代工。

這次美國對中興的禁令,實際上,是禁止高通把芯片賣給中興。

美國高通的芯片,是高通自己設計的。但高通並不生產芯片,芯片的生產代工,比如高通的高端芯片高通 835,是交給三星來代工的。


三星和臺積電,是兩家最廣為人知的芯片代工廠。細數全球能生產芯片的廠商,並不止這兩家。比如我們在電腦上使用的處理器,是由英特爾設計並生產的。

也就是說,英特爾不僅可以設計芯片,也能生產芯片。


2. 芯片加工業的全球格局,大陸能排第幾?


全球芯片是高利潤行業。臺灣現在的經濟,基本就是靠臺積電和臺聯電在支撐。所以大陸也在這塊市場上努力。


我們看看芯片代工市場的全球份額。


三星和臺積電,是兩家最廣為人知的芯片代工廠。


  • 查看上圖,不難發現芯片代工最強的,就是中國臺灣省,臺積電和臺聯電,一直是全球芯片代工的前兩名。


  • 排名第三的芯片代工廠,是格羅方德,就是原來的 AMD 拆分出來的。

  • 排名第四的是三星,而且這兩年,有被中國大陸的中芯國際反超之勢。

  • 中國大陸的半導體產業,正在日新月異的發展。未來幾年,中芯國際有望成為全球前三。


小結一下,論高端芯片加工,美國、韓國和中國臺灣都很強,中國大陸正在努力追趕著紅。


3. 為什麼大陸目前生產不了高端芯片?


論芯片設計,大陸已經不弱了,華為的麒麟芯片,是華為自己研發的,在高端芯片上能和霸主高通對抗。


但華為的高端芯片,麒麟 970,代工卻沒有找大陸廠商。

因為即使是大陸第一的中芯國際,目前也沒有能力生產麒麟 970 芯片。必須交給臺積電。


華為麒麟 970 芯片,工藝製程是 10nm。

數字越小,說明製程越先進。我們手機裡的芯片,製程工藝好不好,決定了芯片的性能。

10nm的芯片,必然比 14nm 的強,14nm的又強於 20nm 工藝的。


現在的手機芯片中,10nm 是最先進的製程。

而目前 10nm 的生產工藝,是壟斷在英特爾、三星和臺積電手裡的。換句話說,是壟斷在美國、韓國和中國臺灣省手裡的。


請看下圖:

TSMC 就是臺積電,SMIC 就是大陸最先進的中芯國際。

2017年,三星和臺積電,都掌握了最先進的 10nm工藝。

而大陸最先進的中芯國際呢?還在用落後的 28nm 工藝,這可是三星在 4 年前用的過時工藝啊。



為什麼大陸的中芯國際,目前生產不了先進的 10 nm 工藝?

因為芯片的生產,關鍵是要光刻機。光刻機這個產業,是被荷蘭 ASML 壟斷的。

ASML,一家提供半導體制造設備的供應商,在大眾眼裡名不見經傳,但對於從事半導體行業的朋友而言,這是一家不折不扣的行業壟斷巨頭。

下圖是 ASML 的光刻機,可用於生產芯片,每一臺都是天價▼


英特爾、三星和臺積電能生產 10nm 工藝,首先是它們能從 ASML 進口高端的光刻機,用於生產 10nm 芯片。


大陸的芯片生產商,比如中芯國際等晶圓廠,其光刻機主要也是來自 ASML。

由於美國的貿易限制,ASML 不賣給大陸高端光刻機,只賣中低端的光刻機,所以中芯國際暫時只能生產工藝相對落後的芯片。


像美國的英特爾和韓國的三星,即使沒有製造高端光刻機的能力,但仍能從ASML進口,生產最先進的手機芯片。


大陸想要發展自己的半導體產業,就一定要自己能生產高端光刻機。

中芯國際已經開始研發最先進的 7nm工藝。我相信出人頭地的這一天,很快就會到來!


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陸家嘴文青


這問題首先要從歷史角度看待這個問題。



1820 年,奧斯特從實驗時發現了電流對磁針有力的作用,揭開了電學理論的新的一頁。

雅可比在 1834 年製造出世界上第一臺電動機,從而證明了實際應用電能的可能性。

1883 年美國發明家愛迪生髮現了熱電子效應,隨後在1904年弗萊明利用這個效應制成了電子二極管,並證實了電子管具有“閥門”作用,他首先被用於無線電檢波。 1906 年美國的德弗雷斯在弗萊明的二極管中放進了第三個電極——柵極而發明了電子三極管,從而建樹了早期電子技術上最重要的里程碑。

我們來看這個時間點上中國和世界其他國家在幹什麼?

1820年中國還處於嘉慶年間,還做著大清帝國的夢想,閉關鎖國當中,一切還處於手工階段,國外已經開始電子方面的進展!

1902年出現電子元器件二極管的時候,中國還處於老佛爺掌權的時代。

從起步的時間上,和英美國家晚了一百多年!

為何西方國家當時的科技都先進,為何現在就剩下美國電子科技發展的快!

這樣從兩次世界大戰說起!

1914年7月28日-1918年11月11日世界第一次大戰爆發!

歐洲國家大多數國家開始戰爭,戰爭的結果就是科技受到影響。

這時候美國沒有參與其中!

然後到了1939年9月1日—1945年9月2日第二次世界大戰。

美國雖然最後參戰,基本上都是打掃戰場的角色!

可以說兩次世界大戰,美國人發了戰爭的財,也籠絡很多科技人才。

有個傳言是:二戰結束後蘇聯要的是德國的重型工業,美國人要的是德國的人才!

這就是蘇聯重工業厲害,美國的科技提高一大截!



英特爾成立於1968年,AMD成立於1969年!

這個時間點經過二戰,歐洲亞洲大陸都在戰後恢復期,美國私人企業已經開始對CPU進行研究!

這就是美國如今芯片的一家獨大的原因!


關中道


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光就生產手機芯片來說,除了美國以外,還是有韓國三星,臺灣台積電。論自主研發能力,美國高通,韓國三星獵戶座,中國華為海思麒麟,都可以做到。

但是自研自產,還只有三星可以。比如華為的海思970,就是聯發科代工的。

用華為舉例,Ascend D1上用的K3V2,是華為最接近全自主的SOC,從設計到流片都是海思獨立完成。CPU方面需要得到英國ARM公司的授權,購買架構,GPU源自VIVANTE提供,當然也要花錢。我們經常聽到的Kryo架構,是基於公版ARM上進行的一些調整,底子還是一樣。

華為可以自主研發芯片,然後交由代工廠代工生產。之所以難以完成自主生產,是因為缺了一樣必備的設備,就是光刻機。

光刻機是由荷蘭ASML公司壟斷的產品,最強的EUV已經可以生產7nm進程的芯片。由於《瓦森納協議》的關係,中國在很長一段時間內不被允許進口光刻機,造不出來,就只能指望別人幫忙。

不過據悉中芯國際已經向ASML訂購了一臺EUV,1.2億美元,或於19年前交付,相信東西到了後,我們會在製造芯片這條大路上開拓出一個美好的未來。


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