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台積電各國都來追求 中國半導體業卻被上了四道枷鎖 從IP、EDA、設備到材料 北京突圍機會有多大?

台積電各國都來追求 中國半導體業卻被上了四道枷鎖 從IP、EDA、設備到材料 北京突圍機會有多大?

劉煥彥

國際總經

Shutterstock、劉煥彥攝影

2024-03-06 02:40

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中國早在2015年就提出,希望在2025年晶片自給率達到70%的目標,但在客觀條件受限與美國發起科技戰等因素影響下,專家預估屆時連20%都到不了。

在業界專家眼中,中國追求半導體國產化的目標,最大關鍵不在於產能不夠大,而是從IP、EDA(電子設計自動化)工具、設備到材料,這幾個關鍵環節全都被國際社會卡脖子,特別是美國。

北京當然不希望長期仰人鼻息,如今希望能從小晶片(chiplet)技術及第三類半導體等兩方面突圍,惟成效仍待觀察。

 

中國盼2025年晶片自給率達70% 「估計屆時應該不超過兩成」

 

現代財經基金會於2月底舉行「全球晶片產業競逐的大趨勢」論壇,產業研究機構IDC台灣總經理江芳韻以「中國大陸晶片產業自主發展動向」為題,發表了約20分鐘的簡報。

 

根據中國國務院2015年提出的製造業策略「中國製造2025」,北京希望逐年提高中國的晶片自給率,目標是2025年達到70%。

 

 

但江芳韻指出,這個數字目前大約是10%出頭,而明年就是2025年,估計屆時應該還不會超過兩成。

 

她分析,中國在半導體產業,從晶片設計、生產到封裝都有了一定成績,但「中國在發展半導體產業,最關鍵的瓶頸就是材料、設備、軟體(EDA)等,這幾個是它未來必須要去突破的環節」。

 

半導體設備包山包海、認證時間長,需長期經驗累積

 

江芳韻說明了中國在EDA工具、半導體設備及半導體材料的現況及挑戰。

 

在EDA方面,美商新思科技(Synopsys)、益華(Cadence)及德國西門子等全球前三大廠商,合計市佔率接近八成,使得中國在這一塊自力發展的空間很小,「目前只有華大九天能做出比較長的(供應)鏈,每個點都有cover,但僅此而已」。

 

半導體設備則是包山包海,不僅種類繁多,認證時間又長,需要長期經驗累積。若以最大宗的蝕刻、光刻及沉積等三大類來說,這些佔了半導體設備的7~8成。

 

 

然而,蝕刻設備大多由美國廠商包辦、日廠有一些;光刻機的霸主是荷蘭的艾司摩爾(ASML)。

 

最後,半導體材料也是包山包海,若以佔比最大的矽晶圓、氣體及光罩為例,幾乎都是美國及日本廠商的天下。

 

就設備來說,北方華創、華特電氣及上海新陽等陸廠都積極投入,「但都只能單點單點的做,自給率不到1%,光刻機(自給率)幾乎是零,沒有任何發展空間」。

 

江芳韻認為,「未來看中國半導體,是否能夠自給自足,這幾個都會是需要觀察的重要環節。」

 

中國想從小晶片 + 第三類半導體突圍

 

江芳韻指出,中國為了突破國際社會在半導體產業上的制裁或圍堵,正在加速採行以下兩種手法。

 

第一是小晶片(chiplet)。

 

Chiplet就是以元件堆疊的方式,讓它儘量接近高階晶片的效能,所以中國在異質整合的發展非常積極,但問題是,並非所有的半導體應用都需要用到chiplet,例如行動電話或筆記型電腦,靠現有功能已經足夠,不需要做到chiplet。

 

「Chiplet是在高性能的應用比較需要,但這樣就會走到高階封裝,成本就會墊高,而中國已經發展出自己的chiplet標準。」

 

第二是發展第三類半導體,例如碳化矽(SiC)及氮化镓(GaN)。

第三類半導體受惠於其物理特性,特別適合大電流、高電壓的應用,例如汽車、充電樁、5G等。

 

江芳韻提到,過去中國在這一塊,有個瓶頸被美國及日本掐住脖子,就是基板的長晶能力很差,但2023年中國的第三類半導體基板的長晶能力忽然大跳躍,今年要繼續觀察。

 

 

預期5~10年內,中國大幅提升晶片自給率很難

 

「中國目前在(半導體)設計、製造、封測,在全球市佔率大概都有20%,所以有能力繼續發展,但為了要持續發展,被卡脖子的這三個環節,就是EDA、材料及設備,必須要突破。」

 

「預期在5~10年內,這裡要有大幅改善非常困難,所以中國未來半導體發展,會是個漸進式發展,先從製造累積經驗,再從其供應鏈逐步改善及調整。」

 

中國持續強化AI晶片自主研發能力,但未來高階AI晶片發展仍受限

 

另外,產業研究機構TrendForce認為,中國持續強化AI晶片自主研發能力,但未來高階AI晶片發展仍將受限,原因就與EDA的限制相關。

 

TrendForce去年底指出,美國禁令針對中國HPC(高性能運算)及AI應用領域的限制包含了軟硬體面向,例如美國商務部2023年10月新增Biren、Moore Threads(摩爾線程)至實體清單。

 

其次,商務部針對先進製程的管制原則,例如16奈米及更先進製程的邏輯IC、18奈米及更先進製程DRAM、以及128層或更高層數的NAND Flash等輸出至中國等。

 

再者,對於AI晶片硬體設計,商務部要求審核標準除總運算效能(Total Processing Performance)外,還新增了效能密度(Performance Density)需求,導致更多NVIDIA及AMD的高階AI晶片供應受阻。

 

在2023年美國新禁令之外,先前2022下半針對EDA半導體設計軟體工具,尤對採新一代3D結構、GAA製程,如三星3nm或台積電2nm等先進製程設計有所影響。

 

TrendForce預期,美方對EDA的限制,短期沒有立即重大影響,但長期來看,中國後續若要採用更先進製程,研發新一代更高效能HPC或AI晶片的過程仍會受阻。

 

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