中共為解決晶片製造中的「卡脖子」問題,實現半導體產業自主可控,2014年到2024年十年間,先後實施了「大基金一期」和「大基金二期」,累計投入超過3,000億(人民幣,下同)。但截至目前並未在晶片製造上實現真正的突破,晶片設計軟件(EDA)、製造設備和材料等領域依舊嚴重依賴國外供應商,突破「卡脖子」仍遙遙無期。

國產光刻機市佔率零增長 成擺設和累贅

《日經亞洲》周三(7月16日)報道,一位以中國主要晶片製造商為客戶的供應鏈高管表示:「本土(中國)光刻工具仍是一片空白,還遠未達到自給自足。大多數生產線仍在使用ASML或尼康的設備,即使那些是老款。」

一家中國晶片設備製造商高管的看法更為悲觀。他說,「我拜訪了一位晶片製造客戶,看到了上海微電子裝備股份有限公司(SMEE)的光刻機,就問了一下效果怎麼樣」,「我的客戶告訴我,這台光刻機在工廠裏已經安裝一年了,但仍然運轉不正常。」

「說實話,大多數國產設備的性能仍然無法與國際領先解決方案相媲美」,「但現階段,晶片製造商別無選擇。他們需要以這些設備為基準,不斷給予它們機會,即使這意味著可能會影響生產質量。」

《日經亞洲》早前曾報道,中芯國際和中國最大的DRAM內存晶片製造商長鑫存儲,均因使用國產設備而遭遇了嚴重的良率損失,而這種情況全球晶片製造商通常會盡力避免。

美銀全球研究部歐洲、中東和非洲地區IT硬件研究主管斯凱瑪瑪(Didier Scemama)表示,光刻機技術的進入門檻比其它類型的晶片製造設備高得多。他預計中國最終會取得一些進展。但斯凱瑪瑪說,「可能是五年後,可能是十年後,也可能是十五年後。我們真的不知道」,「這能與ASML競爭嗎?可能性很小。」

此前,華盛頓特區獨立智庫「安全與新興技術中心」(CSET)周一(7月14日)發布的報告顯示,荷蘭的ASML和日本的尼康繼續主導中國光刻機市場。

從2019年到2024年,國產供應幾乎為零增長,僅上海微電子裝備有限公司(SMEE)在低端晶片製造的I線(I-line)光刻機領域佔有4%市場份額。荷蘭ASML市佔率為79%,其次是日本企業17%。

國產半導體設備市佔率僅11.3% 嚴重依賴進口

CSET報告還說,截至2024年底,半導體製造設備領域中,中國企業在光刻機、化學機械拋光、蝕刻和清潔工具、薄膜沉積和封裝測試等部份進展緩慢,仍嚴重依賴國外供應商。

CSET(CENTER for SECURITY and EMERGING TECHNOLOGY)是喬治城大學沃爾什外交學院下屬的一個政策研究機構,專注於人工智能(AI)、先進計算和生物技術等行業。

諮詢公司TechInsights今年5月提供的數據顯示,2024年中國購買了價值410億美元的半導體製造設備,佔全球銷售額的40%,但國產設備僅佔11.3%。

晶片製造主要包含前道工藝和後道工藝。前道工藝包括晶圓製備、光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、清洗、化學機械拋光等步驟,核心設備包括光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備等;後道工藝則主要涉及晶片的封裝和測試,包括切割、鍵合、成型等步驟。

其它半導體設備國產化率 僅10%左右

其它半導體設備國產化率也不高,約10%左右。

蝕刻和清潔工具:蝕刻工具將光刻機產生的圖案雕刻到晶圓上,而清潔工具則用於去除光刻後殘留的光刻膠。

根據CSET的報告,在乾法刻蝕工具領域,美國公司佔據59%市場份額,其次是日本29%,中國供應商佔據11%。

沉積工具:在物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)領域,美國是沉積設備的最大供應國,佔據61%的市場份額,其次是日本15%,荷蘭11%,中國的份額約為7%。

化學機械拋光工具(Chemical Mechanical Polishing):美國應用材料公司(Applied Materials, Inc.)仍保持著決定性的領先地位,佔據60%份額,中國則為11%左右。

封裝工具:中國企業的市場份額遠遠落後於國外供應商。在先進封裝工具領域,美國佔據65%的市場份額,日本為15%,中國為7%。在其它封裝領域,中國一直在失去市場份額。

測試工具:中國晶圓老化測試工具領域佔9%市場份額,SoC測試工具佔據5%的市場份額。

此外,根據東吳證券5月發布的半導體設備國產化率研究報告,離子注入設備國產化率小於10%。檢測和量測設備國產化率小於5%。

關鍵半導體材料仍面臨「卡脖子」風險

根據今年3月致同發布的諮詢行業洞察報告:《半導體行業研究—半導體材料》,當前中國在半導體材料核心環節仍面臨「卡脖子」風險。

在全球半導體材料市場格局中,日本公司佔據了52%的市場份額。具體到製作晶片的19種材料中,日本有14種材料的市佔率達到全球第一,涵蓋矽片、光刻膠、CMP(化學機械拋光)等關鍵材料。難度較高的12吋矽片、光刻膠、電子氣體、濕電子化學品等領域,國產化程度尚不足20%。

此外,根據北京市半導體協會2025年2月提供的數據,整體光刻膠高端國產化率約10%,由於市場規模和利潤率都偏小,商業化模式上依舊困難。

從產品細分來看,G/I線光刻膠[用於G線(436nm)和I線(365nm)波長光源]國產化率為30%,krf光刻膠(用於波長為248nm的KrF光源)國產化率為10%,arf光刻膠國產化率為2%,euv光刻膠還處於研發階段。

晶片設計軟件EDA國產化率僅11.5%左右

EDA(電子設計自動化軟件)被譽為「晶片之母」,是半導體產業鏈最上游、壁壘最高的環節之一,它承載著從晶片功能設計到物理實現的全流程。

陸媒「21世紀報」今年6月報道稱,2024年全球EDA市場容量達到192.46億美元,新思科技32%、楷登電子29%、西門子EDA13%,三巨頭合計佔據74%的份額。

在中國市場,三巨頭份額更超過80%,國產化率僅11.5%左右。

為甚麼晶片製造離不開EDA軟件?微信公眾號「芯潮IC」7月3日文章稱有兩個核心原因。首先EDA軟件起到了技術槓桿作用。儘管2024年全球EDA市場規模僅157億美元,卻支撐著5740億美元的半導體產業和數萬億美元的電子系統產業。

其次是沒有EDA等於「打仗沒有武器」。設計一顆3nm晶片的成本已接近10億美元,而其中EDA工具和驗證流程佔據了近40%的投入。

中國光刻機落後國外10到15年

2024年12月,ASML行政總裁克里斯托夫‧富凱(Christophe Fouquet)接受荷蘭《商務日報》(NRC Handelsblad)專訪時表示,因為中國公司無法獲得尖端EUV光刻工具,中國晶片製造技術仍落後Intel、台積電和三星等行業巨頭10到15年。

光刻技術是晶片製造商的核心所在,而ASML是目前全球唯一一家生產極紫外(EUV)設備的生產商。EUV光刻機是生產全球最先進晶片所需的設備,這些光刻機生產的高端晶片被用於從電動車到軍事裝備等各種用途。

中共大基金未帶來真正突破

彭博6月27日報道,多年來中國的大基金將資金投入到半導體行業的方方面面,從中芯國際等領先製造商到小型設計公司,但該基金前兩期的巨額投資未能帶來真正的突破。

中國500億美元晶片基金(大基金三期)正在調整投資策略以對抗美國技術封鎖,重點投資於光刻機以及晶片設計、EDA等「卡脖子」環節,並計劃在未來幾個月展開首批重大投資。

據企業數據提供商天眼查顯示,國家集成電路產業投資基金三期股份有限公司(簡稱「大基金三期」)於2024年5月24日正式成立,註冊資本達3,440億元,該基金的有限合夥人包括中共財政部、國有銀行以及幾家地方政府支持的基金。

「大基金一期」項目成立於2014年,註冊資本987.2億元。根據國信證券2019年底的研究報告,截至2018年年底,大基金一期投資基本完畢,投資總金額約1,047億。

「大基金二期」成立於2019年,註冊資本2,041.5億元。申港證券曾表示,大基金二期的投資覆蓋了集成電路設計、晶片製造、封裝測試、材料以及設備製造等產業鏈環節。與一期相比,投資重點較多投向了製造環節,更加聚焦設備、材料領域,並加碼晶圓製造。#

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