中國半導體產業差距到底在哪?不止光刻機還有這十大半導體核心技術

半導體對於我們的重要性不言而喻，它涉及方方面面，通訊、計算機、消費電子、汽車、工控、照明、醫療等行業分分鐘離不開它。近年來，隨著全球AI、物聯網、雲計算等發展，半導體行業迎來了更大的爆發，據相關數據統計，2017年全球整體半導體市場規模達4,203.93億美元，較2016年3,458.51億美元，大幅成長21.6%。

半導體行業是典型的「金字塔」結構，越上遊的企業越少，產值越大，技術難度越高。由於起步晚、核心技術缺少，我國半導體發展受限，尤其是核心技術方面，仍有尚未掌握的關鍵技術，到目前為止，關鍵晶片領域依賴於進口仍是現狀。正因如此，我國將半導體列為國家重點規劃產業，並在資金、人才、技術上下苦功，力爭突破瓶頸，振興國產半導體產業。

這些半導體核心技術仍待突破

1、頂尖光刻機

作為集成電路產業的核心裝備，光刻機被稱為「人類最精密複雜的機器」。據OFweek電子工程網編輯了解，當前全球能製造高端光刻機的只有荷蘭的ASML、日本的尼康和佳能三大企業，它們市場份額超過八成。

光刻機又名掩模對準曝光機，曝光系統，光刻系統，它是晶片製造核心中的核心，光刻是半導體晶片生產流程中最複雜、最關鍵的工藝步驟，耗時長、成本高。半導體晶片生產的難點和關鍵點在於將電路圖從掩模上轉移至矽片上，這一過程通過光刻來實現，光刻的工藝水平直接決定晶片的製程水平和性能水平。

高端光刻機堪稱現代光學工業之花，其製造難度非常大，現在其最先進的EUV（極紫外光）光刻機已經能夠製造7nm以下製程的晶片了，單臺光刻機的售價已經超過了一億美元，中國完全自主生產的光刻機只有可憐的90nm製程，差了一大截。光刻機的研製到底難在哪？並非光刻機技術原理難懂，而是光刻機的製造工藝複雜。一臺先進的光刻機有5萬多個零件，設計生產不容易，難點是裡面的每一步都要求最先進的工藝和零件。

2、觸覺傳感器

傳感器被稱為工業的藝術品，它與計算機、通信被稱為信息系統的三大支柱，傳感器技術優劣是衡量一個國家科技水平和是否處在國際戰略競爭制高點的重要標誌，是發達國家高度重視和爭相發展的核心基礎技術。觸覺傳感器是用於機器人中模仿觸覺功能的傳感器。按功能可分為接觸覺傳感器、力－力矩覺傳感器、壓覺傳感器和滑覺傳感器等。

我國觸覺觸感器發展緩慢的原因之一是工藝不過關，精確、穩定的嚴苛要求攔住了我國大部分企業向觸覺傳感器邁進的步伐。除了生產工藝，材料純度也是從實驗室到工業生產的「扼咽之處」。導電橡膠、導電塑料、碳納米管、石墨烯等都是可用作觸覺傳感器的材料。目前，國內石墨烯的生產還可以，但用石墨烯製作傳感器的技術還不成熟。由於國內觸覺傳感器起步晚，專利問題是繞不過了！在技術追趕過程中，後來者必須繞過先行者的相關專利保護，除非找到明顯更優解，否則很可能會因為繞過專利而提高技術達成的門檻，這些對於觸覺觸感器的國產化而言都是難關。

未來，觸覺傳感器將朝向更加柔性化、小型化、智能化、人性化方向發展，觸覺傳感器的適用範圍將大大拓寬，在人機互動系統、智慧機器人、移動醫療等領域具有巨大的應用前景。

3、DSP晶片

DSP晶片即指能夠實現數位訊號處理技術的晶片。DSP晶片的內部採用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬體乘法器，廣泛採用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現各種數位訊號處理算法。

DSP晶片自誕生以來得到了飛速發展，一方面得益於集成電路的發展，另一方面也得益於巨大的市場。在短短二十年時間裡，DSP晶片已在信號處理、通信、雷達、圖像、軍事、儀器、自動化等眾多領域得到廣泛的應用。

目前，全球DSP晶片市場仍是巨頭壟斷，德州儀器、ADI、飛思卡爾、Motorola公司等都是這個行業的佼佼者。國產DSP晶片起步晚， 2006年中電十四所與龍芯公司合作開發國產DSP晶片。2012年它們研發的 「華睿1號」性能優於飛思卡爾公司的MPC8640D，2017年，國產DSP晶片「華睿二號」走向市場。

4、CPU

CPU是一塊超大規模的集成電路，是一臺計算機的運算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟體中的數據。中央處理器主要包括運算器（算術邏輯運算單元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速緩衝存儲器（Cache）及實現它們之間聯繫的數據（Data）、控制及狀態的總線（Bus）。它與內部存儲器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設備合稱為電子計算機三大核心部件。CPU依靠指令來自計算和控制系統，每款CPU在設計時就規定了一系列與其硬體電路相配合的指令系統。指令的強弱也是CPU的重要指標，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。

美國的英特爾、超威半導體公司，在CPU領域佔據一半以上的市場。國產CPU的應用領域既涵蓋了嵌入式設備、伺服器設備等專業領域，也同時面對消費級民用市場。由於服務對象和應用領域的巨大分歧，不同類型的國產CPU在國人心中存在感相去甚遠，如專門針對伺服器的飛騰、申威等，知名度不高。

CPU發展迅速，算力和功耗是衡量其性能的重要指標。作為後來者，中國的研製水平總是離世界先進水準差一截，如龍芯的性能似乎總跟著英特爾後面跑，龍芯是中國科學院計算所自主研發的通用CPU，採用RISC指令集，類似於MIPS指令集。好消息是，2015年，中國發射首枚使用「龍芯」北鬥衛星。

5、GPU

又稱顯示核心、視覺處理器、顯示晶片，是一種專門在個人電腦、工作站、遊戲機和一些行動裝置（如平板電腦、智慧型手機等）上圖像運算工作的微處理器。用途是將計算機系統所需要的顯示信息進行轉換驅動，並向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件，也是「人機對話」的重要設備之一。

提到GPU，最先想到的是英偉達，它佔據全球GPU市場一半以上的市場份額，AMD的GPU也佔有一席之地。中國的GPU企業尚未形成巨大規模，相關技術也在積極研製之中，目前國內在研究GPU的企業有上海兆芯、華為、圖芯、天數智芯，華夏芯、芯視圖、中船重工709所、中航631所等。據OFweek電子工程網編輯獲悉，中國船舶重工集團公司研究的完全具備自主智慧財產權的凌久GP101，刷新了我國在國產顯卡領域的空白，凌久GP101是一款高性能低功耗的，圖形處理晶片，要和歐美等先進廠商相比，還有很大的距離，它要達到世界領先水平，還有漫長的路要走。

6、MPU

MPU又叫微處理器或內存保護單元。MPU是單一的一顆晶片，而晶片組則由一組晶片所構成，早期甚至多達7、8顆，但目前大多合併成2顆，一般稱作北橋（North Bridge）晶片和南橋（South Bridge)晶片。MPU是計算機的計算、判斷或控制中心，有人稱它為」計算機的心臟」。

英特爾、高通、三星、飛思卡爾、聯發科及展訊等供應商是這個市場的領導者。國產的MPU市場佔有率非常小，幾乎為零，華大、華為、紫光國芯等企業在加大研發相關技術。

7、DRAM / NAND Flash

即動態隨機存取存儲器，最為常見的系統內存。DRAM 只能將數據保持很短的時間。為了保持數據，DRAM使用電容存儲，所以必須隔一段時間刷新（refresh）一次，如果存儲單元沒有被刷新，存儲的信息就會丟失。 英特爾、德州儀器、IBM、韓國三星和海力士佔據絕對壟斷地位，在DRAM市場呼風喚雨。

長江存儲、合肥長鑫、福建晉華是中國存儲領域的三大新勢力，2019年會是中國存儲產業的關鍵年，屆時有福建晉華、合肥睿力的 DRAM 技術量產，更有長江存儲轉進 64 層 3D NAND 的研發和生產。未來兩年將有可能左右未來十年中國存儲產業的命運。

DRAM是這十大待突破的半導體核心技術中，最有可能大規模國產化的一項技術，值得期待。

8、CPLD / FPGA

CPLD是從PAL和GAL器件發展出來的器件，相對而言規模大，結構複雜，屬於大規模集成電路範圍。是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是藉助集成開發軟體平臺，用原理圖、硬體描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（「在系統」編程）將代碼傳送到目標晶片中，實現設計的數字系統。

FPGA即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

進入FPGA這個行業的門檻很高。過去十多年時間裡，Intel、IBM、摩託羅拉、飛利浦、東芝、三星等60多家公司曾試圖涉足該領域，除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進軍該領域之外，其餘公司紛紛折戟沉沙。目前的FPGA市場， Xilinx（賽靈思）和Altera（阿爾特拉）兩家公司佔據了90%的市場份額。

除了市場份額低之外，國內廠商在技術水平上和國外大廠的差距很大。雖然國內FPGA廠商有百家爭鳴之勢，但基本分布在中低端市場，大多是一些1000萬門級左右的FPGA，少數達到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發的。中國電科的3500萬門級FPGA和中國電子7000萬門級FPGA，是一次重大技術突破。

9、高端伺服電機

伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，並能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。

德國企業是伺服電機的領航者，倫茨、博世力士樂、路斯特、倍福等全球知名企業眾多，市場份額巨大。國產伺服電機目前的現狀是未形成巨頭級企業。小功率、小型化伺服電機居多，高端伺服電機較少。在一些高檔的應用上，尤其是在輕載6kg左右的桌面型機器人上，高端的國產化產品稀少。

10、超高射頻晶片

射頻晶片指的就是將無線電信號通信轉換成一定的無線電信號波形， 並通過天線諧振發送出去的一個電子元器件。射頻晶片架構包括接收通道和發射通道兩大部分。對於現有的GSM和TD-SCDMA模式而言，終端增加支持一個頻段，則其射頻晶片相應地增加一條接收通道，但是否需要新增一條發射通道則視新增頻段與原有頻段間隔關係而定。

中國是世界最大的手機生產國，但造不了高端的手機射頻器件，這需要材料、工藝和設計經驗的踏實積累。國內從事中低端射頻晶片的企業眾多，也佔據了相當一部分市場，但在高端射頻晶片領域，仍有較大上升空間。

綜述：中國擁有全球最大的半導體消費市場，因核心技術缺少，中國對美國的半導體進口額超過1000億美元，排名世界第一。中國是晶片的消耗和進口大國，2017年集成電路進口金額2601億美元，金額位列中國進口商品之冠。

「國產化」是未來的一大趨勢，這些國內未解決的半導體核心技術均是世界級難題，其難度不亞於造「航空母艦」。對於企業和技術人員來說，沉下心去做事方能尋求突破和發展，切勿急於求成，被市場蒙蔽了雙眼，得不償失。

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