2024-06-14 02:48

老美格局Close,国产半导体迎风起

2.5万

文章来源:头部科技

文丨俊俊


图片来源:由无界AI生成
图片来源:由无界AI生成
AI 人工智能时代,中美 “军备竞赛”已跃然纸上。



6 月 12 日消息,据知情人士爆料称,美国拜登政府正在考虑进一步限制中国获得用于人工智能(AI)的芯片技术,这次把目标锁定在了一种刚刚进入市场的,用于制造尖端芯片的全环栅极晶体管(Gate-all-around,GAA)新硬件技术。

同时还有消息称,美国还将限制高带宽内存(HBM)技术的对华出口。


AAG


全环绕栅极 (GAA) 是一种晶体管架构。

为了克服FinFET的平面架构局限性,GAA 采用 FinFET 设计并将其侧向转动,使通道是水平,而不是垂直,以更复杂的3D架构方式堆栈,预计电流通道将全部四个侧面,而不是三个方向的栅极包围,从而减少漏电流。

由于包裹所有这些通道的形状,它被称为全环绕栅极(GAA)。

GAA晶体管技术如此被置于台面,主要是其能进一步提升晶体管密度,四面环绕栅极的环绕通道也可以更好地控制晶体管开关,同时支持晶体管缩放,具有更低的可变性、更高的性能和更低的功耗

但该技术目前仅用于最尖端的工艺节点。



目前,只有三星在其 3nm 节点上生产了这项技术。

英特尔将在其 Intel 20A 节点中采用 GAA,台积电则计划在 2nm 制程上采用 GAA 技术。



三星专有的GAA FET“MBCFET”(出处:Samsung Semiconductor)

据三星称,MBCFET的推出有望“节省50%的功率,提高30%的性能,并减少45%的面积”

消息称,英伟达、英特尔、AMD等公司及其制造合作伙伴台积电、三星电子都希望在明年开始大规模生产采用GAA设计的半导体。


进一步封锁中国发展AI芯片


知情人士透露,美国的目标是让中国更难组装构建和运行AI模型所需的复杂计算系统,并在技术商业化之前封锁尚处于萌芽发展阶段的技术。

美国先前已对中国出售先进半导体和芯片制造设备和工具施加许多限制。

尽管如此,拜登政府仍在与时间赛跑,要在11月总统选举之前发布新的规定,并在优先考虑哪些技术方面进行权衡,尚未有任何加强限制条件的官方消息

目前还不清楚拜登政府官员们何时会做出最终决定,相关的传闻都是不具名的,所以真实性依然存疑。

不过,对HBM(GPU显存一般采用GDDR或者HBM两种方案,GDDR和HBM有效解决了内存墙的问题,在中高端GPU中得到广泛应用。行业数据显示,HBM性能远超GDDR)出口的新限制可能并不是那么的遥远。因为HBM对于人工智能芯片的开发和生成式人工智能模型的发展非常重要。



美日欧现有的对华出口管制政策,限制了中国获得16/14nm以下先进制程所需的半导体制造设备。

尽管如此,中国还是有其他方法可以规避这些限制并提高其现有工艺节点的性能

此前的信息显示,中国已经具备7nm制程的量产能力。甚至中国晶圆制造商可以将GAA晶体管技术移植到其现有的7nm工艺节点上,虽然这不能提供使用3nm GAA及以下工艺的技术的全部好处,但可以想象,它将在功率和性能方面有所提高。

由于GAA是通过单一图案完成的,因此中国可能会利用其现有的芯片制造工具完成这一壮举。

相关人士认为,中国不会在短期内获得3.5nm 或更小芯片的芯片制造设备,所以中国应该努力更好地利用其现有的7nm工艺节点。


技术真的能被封锁吗?


半导体行业,是一个十分复杂且精细的产业链,全世界没有一个国家能在所有主要领域中都保持领先地位

美国政府限制向中国出口使用美国知识产权制造的先进芯片和芯片制造设备——但这并不能阻止中国前进的脚步。

严厉的芯片管控规定,只会倒逼中国厂商进步更快。时日至今,在成熟制程这一环节上,我们的进步了很多。

中国先进制程的一剂强心针,还得说华为那款由美国商务部长倾情代言的mate 60 pro,中国在无法获得最先进光刻机的情况下,不知道用什么办法量产出了国产7nm 芯片。

中国的半导体技术正以一种无法被忽视的方式崛起。

去年2023年大陆成熟制程的产能占比已经达到了29%,而机构预测2030年这个占比可能会达到50%。

根据中国海关总署6月7日公布的最新数据,头5个月,国产芯片出口增长21.2%。在超大规模产业应用的支撑下,国产芯片初步实现了自主。中低端芯片出口显著增长,标志着从依赖进口到自主供应的转变。



此外,根据Knometa Research 发布的《2024 年全球晶圆产能报告》,预计到2026年,集成电路生产的晶圆产能每年平均增长7.1%。其中中国大陆产能约占全球的19.1%。

随着晶圆厂建设和扩建计划,预计到2026年中国大陆将以22.3%的产能超过韩国和台湾地区,成为全球最大的集成电路晶圆产能来源地

根据国联证券6月1日最新数据,中国半导体销售额在全球占比水平在30%左右。随着销售额逐渐提升,占比也有缓慢抬升的趋势,截至3月占比达到30.8%。

中国企业正日益主导中低端芯片制造,它们占全球成熟芯片制造产能所有计划扩张的一半以上。

今年5月,中国还成立了国家大基金三期(国家集成电路产业投资基金),用以推动中国集成电路产业的发展。

中国作为全球最大的制造中心,是全球规模最大、品类最全、供应链最完整的电子消费生产制造和消费国。如果我们选择了更为先进的制造模式,更高效的制造工艺,那么传统芯片制造业将不可避免地迎来一个新的黎明。

效果更佳、功能更强、价格更低的中国芯片有望在全球芯片市场占据主导地位,这将对西方国家的封锁策略产生巨大的反噬效应。

但我们仍需认清现实,步步为营。半导体这块大蛋糕,我们相当于才刚上了桌子:

台积电在芯片代工领域的市场占比,全球超过六成;

芯片制造设备光刻机,荷兰艾斯摩尔公司独步天下;

国内比较具优势的新能源汽车,其核心环节之一的芯片,还是在欧美日的大企业手里,他们掌握着90%份额;

……

未来我们仍有很长的一段路要走,好在国产半导体技术也在持续发力。



经过数十年发展,半导体工艺制程已逐渐逼近亚纳米物理极限,传统硅基集成电路难以依靠进一步缩小晶体管面内尺寸来延续摩尔定律。

发展垂直架构的多层互连CMOS逻辑电路以实现三维集成技术的突破,已成为国际半导体领域积极探寻的新方向。

由于硅基晶体管的现代工艺采用单晶硅表面离子注入的方式,难以实现在一层离子注入的单晶硅上方再次生长或转移单晶硅。

虽然可以通过三维空间连接电极、芯粒等方式提高集成度,但是关键的晶体管始终被限制在集成电路最底层,无法获得厚度方向的自由度。新材料或颠覆性原理因此成为备受关注的重要突破点。

近日,中国科学院大学教授周武课题组与山西大学教授韩拯课题组、辽宁材料实验室副研究员王汉文课题组、中山大学教授侯仰龙课题组、中国科学院金属研究所研究员李秀艳课题组等合作,提出了一种全新的基于界面耦合的p型掺杂二维半导体方法

该方法采用界面效应的颠覆性路线,工艺简单、效果稳定,并且可以有效保持二维半导体本征的优异性能。在此基础上,该研究团队利用垂直堆叠的方式制备了由14层范德华材料组成、包含4个晶体管的互补型逻辑门NAND以及SRAM等器件。

据“ 中国科学院大学”介绍,该研究成果打破了硅基逻辑电路的底层“封印”,基于量子效应获得了三维(3D)垂直集成多层互补型晶体管电路,为后摩尔时代未来二维半导体器件的发展提供了思路。目前,该项由中国科学家主导的半导体领域新成果登上《自然》杂志。

此前还有清华大学研制成功世界首款类脑互补视觉芯片,该芯片可在极低的带宽和功耗代价下,实现每秒10000帧的高速、10bit的高精度、130dB的高动态范围的视觉信息采集,为自动驾驶、具身智能等开辟了新的道路,相关论文登上5月30日的《自然》杂志封面;以及中国第三代自主超导量子计算机「本源悟空」核心部件——高密度微波互连模组在合肥完成重大突破,实现完全国产化等等国产半导进展不胜枚举。

欧、美、日韩联手的极限打压,虽然延缓了国产芯片先进制程的突破,但并不能阻挡国产芯片的发展。

面对西方“卡脖子”,“中国人对国产芯片的渴望极其强烈。”


机会大于挑战


高端芯片被“卡脖子”是当前最热的科技安全问题,但最长远的、最大的科技安全问题则是错失下次科技革命的机遇。

西方对中国芯片产业发展的恐慌,为了眼前的利益而对中国进行遏制,反复警告封锁的后果,实际上是在为自己的未来发展敲响警钟。

忽视了14亿人的智慧,最终的受害者可能是他们自己。

中国在超大规模集成电路领域的研发潜力是无法被封杀的,当美国企业失去了中国这个十亿消费者的超大规模市场,他们的技术进步也将损失相当多的反馈能力。

中国人的词典里,没有不可能这个词,国产芯片“弯道超车,变换道超车”的故事,将成为全球科技发展史上最为引人注目的一章。

我们所面临的机会,永远大于挑战!

遵循科学,保持开放,面向市场,技术就永远无法被封锁。

国产芯片近几年的发展势头,你怎么看?

本文链接:https://www.aixinzhijie.com/article/6846034
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