国内外集成电路产业的差距及其发展设想

《国内外集成电路产业的差距及其发展设想》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国内外集成电路产业的差距及其发展设想（12页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、国内外集成电路产业的差距及其发展设想摘要：集成电路产业是一个国家现代工业的基础，在国民经济和国防建设中有举足轻重的地位。本文首先回顾了世界集成电路的发展历程以及中国集成电路的发展状况，然后先在集成电路产业的三个部分 一设计业，制造业，封装测试业分析了中外的技术差距，之后又从集成电路的创新性，研发投入，人才层面，产业结构等方面进行了分析。最后对世界集成电路的未来发展提出了自己的设想。关键词：集成电路，发展设想，中国集成电路产业，中外技术差距集成电路产业是信息产业的核心和灵魂，是信息化和网络化时代的基石。集成电路产业在国民经济和国防建设中具有举足轻重的地位，它是大国竞争的焦点，是国民经济发展的“倍

2、增器”，其对传统产业的改造是提升传统产业竞争力的重要途径。同时，集成电路产业是知 识密集、技术密集和资金密集型产业，世界集成电路产业发展异常迅速，技术进步日新月异我国正处在信息化加速发展的时期，信息产业发展进入到由大到强转变的新阶段，迫切需要加快做强集成电路产业，为做大做强信息产业， 保障国家信息安全提供支撑。因此，集成电路产业的发展对我国具有重大战略意义。一.集成电路简介及其发展历程集成电路是在微电子学的基础上，将晶体管等有源元件和电阻、电容等无源元件，按照一定电路“集成”在一起，完成特定的电路或功能的系统。集成电路技术包括半导体材料及器件物理，集成电路及系统的设计原理和技术，芯片加工工艺、

3、功能和特性测试技术等。集成电路按功能可分为：数字集成电路、模拟集成电路、微波集成电路及其他集成电路，其中，数字集成电路是近年来应用最广、发展最快的集成电路品种集成电路的发展是在应用需求的基础上，依托一系列的创新发展起来的。它的发展一直遵循摩尔定律，即在集成电路的单个芯片上集成的元件数，即集成电路的集成度，每18个月增加一倍即集成度每三年翻两番特征尺寸缩小1.414倍，而且集成电路芯片的需求量也以相同的速度增加，在集成电路性能提高的同时价格下降。集成电路的发展分为三个阶段。第一阶段：晶体管的发明极大地推动了当时集成电路技术的发展。美国TI公司的J S Kilby于1958年9月12日在实验室实现

4、了第一个集成电路震荡器的演示实验，标志着集成电路的诞生。在集成电路的第一阶段发展过程中,平面技术的发明是推动集成电路产业化的关键技 术基础。现代平面技术包括氧化、扩散、薄膜生长和 光刻刻蚀等技术。 其中光刻技术是另一关键技术。光刻是一种精密的表面加工技术，目前集成电路技术中主流的光刻技术加工的线条宽度已在超深亚微米量 级。同时，集成电路的设计也有了极大发展推动了它 的发展。微处理器的发明是集成电路设计一个具有里 程碑意义的事件。现在大规模集成电路的设计多以EDA为工具进行电路的设计。第二阶段：在这一阶段中，集成电路按摩尔定律以特征尺寸缩小、集成度增加的一维方式发展。光刻技术的进一步改进对特征尺

5、寸的按比例缩小起了关键作用。此外，铜互连技术的发明对这一阶段的发展也起到了重要作用。在传统集成电路中主要采用铝导线互连工艺。 物理分析表明，采用铜替代铝作为互连后，无沦是电路的性能还是可靠性都得到显著的改善。 但由于一些关键的技术和物理州题一直得不到解决，人们对铜互连只能停留在“望梅止渴” 的阶段。直到大马士革工艺的发明才真正使铜互连技术成为现实。第三阶段：集成电路技术发展表现出了新的特征，不仅从一维发展模式向多维发展模式转变，而且对物理学基础理论提出了挑战，同时也对物理学研究提出了新的、更高的要求。 随着器件特征尺寸的不断缩小，特别是在进入到纳米尺度的范围后，集成电路技术的这种一维发展模式面

6、临着一系列物理限制的挑战，这些挑战有来自于基本物理规律的物理极限，也有来自于材料、技术、器件、系统和传统理论方面的物理限制。攻克这些限制将使集成电路的发展进入一个新的阶段一一多维模式。二我国集成电路的发展过程及现状我国集成电路的起步并不晚。在世界上于1958年诞生第一块半导体集成电路之后仅7年，1965年我国己生产了第一块集成电路，但在之后30年间发展缓慢，与世界发达国家和地区的差距越拉越远。我国集成电路的发展分为三个阶段：起步阶段。50年代中后期到六十年代中期是我国集成电路产业的起步阶段。1966年硅双极IC和1968年MOSIC在工厂实现批量生产，标志着我国集成电路产业真正起步发展起来了。

7、调整阶段。六十年代末到七十年代中期是我国集成电路产业发展的调整时期。这一时期主要通过三次LSI会战，推动了一批技术成果的涌现。 发展形成阶段。80年代以后，我国集成电路产业进入了发展形成阶段。 这一阶段，通过“六五”、“七五”、“八五等一系列科技攻关项目的实施，我国集成电路 产业取得了长足的发展。目前，我国已建和在建的 8英寸、12英寸集成电路生产线有 17条，成为全球新的集成 电路代工基地。集成电路设计公司从最初的几十家增至400多家，特别是VIMICRO, HUAWEI,ZHONGXIN,中芯国际、宏力半导体、华虹NEC和苏州的和舰等一批大型集成电路制造企业的投产，增强了我国集成电路产业的

8、整体实力。在地区布局上，我国集成电路产业形成了四大重镇：以上海为龙头的长三角地区，产业链最完整、产业集聚度最高。以北京、天津为核 心的环渤海区，具有研发、人才优势。以广州、深圳为中心的珠三角，是我国最大的信息产 品制造和出口基地， 依托巨大的市场需求，开始进军集成电路产业。以成都、西安为中心城市的中西部地区，人力、电力、水资源丰富，并拥有传统的电子工业基础。我国的集成电路产业分为三部分：集成电路设计业，芯片制造业，封装和检测业。2007年我国集成电路产业构成2007年我国集成电路产业构成三我国集成电路产业和国外的差距中国的集成电路虽然取得了一定的成就，但整体来说与国外先进水平还有很大的差距。集

9、成电路产业本身包括集成电路设计业、芯片制造业和封装测试业三大部分。下面我们就先从这三个方面来看中国和世界先进水平的差距。1. 集成电路设计业随着工艺技术水平的不断提高，早期的人工设计已逐步被计算机辅助设计(CAD)所取代,目前已进入超超大规模集成电路设计和SOC设计阶段。在集成电路设计技术中最重要的设计方法、EDA工具及IP核三个方面都有新的发展。在我国，近年来集成电路设计业得到了长 足发展，大唐微电子、杭州士兰、珠海炬力、华大等专业设计公司已经崭露头角，年销售额 已经达到几亿元人民币。其设计能力达到 0.25-0.18 m高端设计达到0.13 m但是在集 成电路设计方面，目前全球主流技术是已

10、经达到0.18 i m- 0.13 i m高端设计已经进入90nm,芯片集成度达到 10A810A9数量级。根据2003年ITRS公布的预测结果，2007年 将实现特征尺寸 65nm ,2010年将实现45nm,2013年将实现32nm,2016年将实现22nm 量 产。此外，在IC设计的几项关键技术上，当今世界领先的 EDAX具基本掌握在世界专业EDA公司手中，如益华计算机 (Cadenee)、新思科技(Synopsys)、明导科技(Mentor Graphics) 和近年发展迅猛的迈格玛 (Magma),它们的世界市场占有率高达60%以上。而我国的 EDA工具开发上，华大集成电路设计中心作

11、为我国大陆唯一研发EDA工具的科研机构，虽然已经成功开发出全套EDA工具软件包一一熊猫九天系列 (Zeni系列)，但产品仍未达到普及的水平， 还不能与世界顶尖厂家在高层次、高水平上竞争。在IP核方面，我国IP核技术的发展相对落后，研发总量不大，未能形成规模市场，而且还存在着接口标准不统一、复用机制不健全以及知识产权保护力度不够等问题，加之国际大型IP公司纷纷以各种合作的方式向国内企业以低价甚至免费方式授权使用其IP核产品，对我国IP核产品的市场化形成非常大的阻力。还有SoC(系统芯片)在国外已相当普遍，而我国尚处于科技攻关阶段。下图为我国主要的集成电路设计企业。I2OO3|-中国前十大虫威业路

12、8计企业赚名单g2Q0耳年F非合年铛传艇寸匕京&ZO3S2杭州士兰彩电于號怕倍瓯公曰K含奁R王和工55213a&SlS4宅召汝芯脊科按有更仝司初工23932Si无嫁斗i ：闫矽科iSt电子勺限公司1&2B361SODO7才匕京那喑珂C3华術电于廉饴衍 除公阳lOOQa卜：毎琲击t洋 丈空司上海155139中田华木细威电蹟安计中心斗匕東lOOOIDL疾12000耳哄隹业177030共计441072.芯片制造业2010年中国有6575条芯片制造线，中国在集成电路领域内占到世界市场份额56%,成为世界集成电路芯片制造基地之一。目前代表我国芯片制造线的生产技术水平的是6条8英寸线，主要为0.25微米，

13、有的已达0.18微米。这六家公司目前合计约有 7000080000 片/月8英寸片产出，全部达产时将有200000片/月的产能。下表为六家企业技术水平及发展趋势。表8申国8英寸集成电路芯片线生产技术水平及发展鸳势企和名称上海 华虹MEC天津 事托弭拉中西国际 （）上海先进和舰 （苏州上薄 宏力鏡曳水平现状0*35-0-250.25(L 25-0.100.350.25-0.180.25-0,15（狀）发展0.180.130.250.13月投片盘30000300035000500010QOQ5000（片7月）发展250002500042000300005000040000F面一个表为中国主要的芯片

14、生产企业表&申匡集成电路芯昇取福现状共翳祭上海 华虹ECMOSMOS上海MOSMOS上善二海氐力5钱53电瞎科H05H0$上即Jt*曰林SB导士兰nt5上雷获丹东4 甘天光今一託生乂一旺7血所R所毕跋吨取股K05R哦逗皈聰亟KOS礎MQSMDS但是我国现有芯片生产线大部分尚未达到国际规模经济的水平。国际上一条芯片生产线,不论其硅园片直径大小，一般认为达到每月 20000片才算进入规模经济。我国已建成投产的芯片制造线中生产规模达到月产 20000片的只有以下5条线：8英寸线中的华虹 NEG中芯 国际（上海）；6英寸线中的华润上华、上海先进； 5英寸线中的上海先进。就是说，在 18 条5英寸、6英

15、寸和8英寸线中，上经济规模的才占四分之一，而大部分线的产量还较低。这是现阶段我国微电子产业发展中存在的第一个大问题。首要任务是将已建成的芯片线充分发挥作用，或扩产，使之达到月产20000片以上，我国芯片制造线数量在全球总量中的比例 仍然偏小。当前，国际先进的集成电路芯片加工水平已经进入90nm/12英寸，而且正向65nm水平前进，65nm以下设备已逐步进入实用，4522nm设备和技术正在开发当中。 而我国近4 5年我国先后建成了 6条8英寸线，加工水平已由0.35微米提高到0.25微米以至0.18微米， 但和国外先进水平尚有二代的差距。更不容忽视的是生产过程中所用到的设备基本都是从国外进口。以

16、光刻机为例，我国集成电路生产线中的光刻机基本都足从欧美和日本进口，尤其是0.5 ym以下的光刻机百分之百都来自国外。3. 封装测试业封装测试业在我国集成电路产业中所占比例最大，国产集成电路测试设备虽有一定的发展，但与国际水平相比仍存在较大差距。市场上各种型号国产测试仪，中小规模占80%只有少数采用计算机辅助测试的设备可称之为测试系统，但由于价格、可靠性、实用性等因素导致没有实用化。在大规模集成电路测试系统方面一片空白，国内所用的设备，完全是随生产线一起引进。现今测试系统已向高速、多管脚、多器件并行同测和SOG1试的方向发展。世界先进的测试设备技术，基本掌握在美国、日本等专业测试设备生产厂家手中

17、，如美国泰瑞达（TERADYNE、安捷伦（Agilent Technologies）公司、日本爱德万测试 （ADVANTEST公司等。我国封装业中新型封装形式比例很小，引线数偏小如前所述，封装中新形式：QFRPLCC、PGA、BGA乃至CSP我国均开始出现。但它们在整个封装电路块数中所占比例很小，而且绝大多数仍为 28引线以下的小引线数产品，大于40引线，上百引线所占比例很小。而国外引线数达400500的产品已批量生产， 甚至出现10002000引线的封装（采用倒装焊 形式）。下图2002年中国专业的集成电路封装企业排名*10 NOON塀审B专业曲电時功转企业曲E名?口口壬牛扌：3E台苗1业客

18、你年电吕真土158B448.82三壬（殊州 公司3曰立（游州 公E江?570004三啸K血公可n匕京. 35j工宜氓电公rd江甘&4BB 3. 36淋*11帚融诂公祠S9278.67南苗土注公司；工芬58D35金an （上商司上卸9上海松刃上海4362410无例华w公fJTW-2037111S3谥（彗竺司江蒂2021012上;侮坷;吞疇克仝司上邇1SL1B.b13天*承tr厂$以上是从集成电路产业的三个组成部分的技术层面分析中国和国外先进水平的差异， 下面我们再从另几个角度来看中国和国外先进水平的差距。1. 集成电路创新能力不足，制造业以代工为主集成。生产技术开发能力和产品设计开发能力弱，自主

19、创新能力差，技术水平落后，尖端核心技术缺乏。在集成电路领域，中国 申请的专利数仅占全球的1. 74%。在中国申请集成电路专利最多的国家是日本企业占43. 5 %,其次是美国占15. 8 %,居第三位的韩国占 13 . 9 %,而国内企业申请的仅为 8%。从专利申请的质量来说， 发明专利占专利申请量的比重越高，说明专利申请的质量越高。不难看出，国内专利申请的质量与国外有着很大的差别。国外几乎所有申请的专利都是发明专利，而国内发明专利的比重虽然呈上升趋势，但直到2003年以后才刚刚超过 50%，实用新型专利仍占较大比重。其中很重要的一个原因就是“垃圾专利”现象，目前国内在科研成果考核中，很重要的一

20、个指标就是是否有发明专利，为了体现科研成果， 许多科研人员申报了不少没有产业化价值的专利，从而造成了专利申请量大幅提升，而专利整体质量不高的现状。专利质量上的差距，也是国内集成电路行业技术积累水平较低的一个重要体现。2. 中国集成电路企业 R&D经费投入强度和国外相差较大研究与开发是国际上通行的科学技术领域术语，专指包括基础研究、应用研究和试验开发这三类科技研究，英文缩写为R&D(Research and Development)。下表将国内外企业的R&D经费投入强度做了比较。表4 E内外集氐电踏企业R&D投入原量和投入雪度对比企业R拴D投入1亿英镑】R&D投入题沟Tn tel395166三星

21、31.696.8索尼26.2475台积电2.4952联华电子1.719.6中兴,419上海先逍半导体制造0.466.7如表所示，国内外集成电路企业R&D投入总量的差别还是非常大的，In tel的R&D投入已经达到了 39亿英镑以上，三星和索尼也分别达到了31.69和26.24亿英镑，大陆和台湾的企业都在 3亿英镑以下，这也反映了国内外在整体研发实力上的差距。从研发投入 强度看，In tel达到16.6%，国内的平均水平仅为 1.3%，即使像中兴这样的龙头企业也只有 9.1%，研发强度体现了一个企业对技术创新的重视程度，同时也间接反映了一个企业技术创新的实力。集成电路产业是一个技术密集型产业，技

22、术研发实力上的差距也决定了不同国家在该产业上的实力差距。 技术研发投入主要集中在产业链的上游，研发投入越高，说明该企业在集成电路产业链的上游具有较强的实力，如In tel等，这些企业往往垄断了价值链中的大部分利润，台湾以及大陆的企业主要集中在产业链的中下游，因此研发投入相对上游企业要低，同样所获取的利润也少。利润率的高低也决定了企业在研发投入上的实力。3. 高层次人才短缺。缺乏留住人才的政策，致使有用的人才流向国外或国内的外资企业。集成电路产业是技术密集型产业，吸引人才、留住人才特别重要，像华越、华大、华虹等这样的国有背景集成电路企业，还受到工资总额限制，很难给人才提高待遇，致使很多人才流失。

23、4. 产业结构不合理。下图反映了我国集成电路产业2003年的各部分比重。同台湾地区的11.39%、75.69%、9. 67%和全球的7. 59%、87. 21%、3. 91 %相比，封测业的比重远远高于台湾地区和全 球，而设计业与制造业的比重又远低于台湾地区和全球。这说明与国际先进国家和地区相比,中国集成电路在产业链含金量较高的设计业和制造业方面竞争力很弱， 只能从含金量较低的封测业中获取微薄的利润。*11 2CHH年中U集成电路产业三大部分炭展状况单设计业业封载测邀业合计销性坟入44,960. 524635】4107, 9BOh 315,430 9所占比咧（%）1 2. E17* 2701C

24、04.产品市场占有率低图为中国集成电路销售额占世界集成电路总额的比例由于生产和开发技术水平落后，而且集成电路产业的发展又落后于整机的发展，产品竞争力低。集成电路产品销售额占电子行业总销售额的不足5%,占国内Ic市场份额不足20%,占全球Ic市场的1_6 %;为整机配套能力弱，国内重点整机产品生产所需的IC芯片，日前大量还靠进口。四对中国集成电路未来发展的设想及建议1. 优先发展集成电路设计业，大力开发集成电路产品。集成电路设计业作为集成电路的 核心，具有很大的创新空间，投入较少。2. 重点发展集成电路制造业。目前我国的集成芯片生产线严重制约着我国集成电路的整体水平。因此，引入国际先进芯片生产线

25、将有效提高我国集成电路的制造水平。3. 改善我国集成电路的发展环境。国家应制定一系列优惠措施支持集成电路的发展，加 大对集成电路的资金投入。4. 加强人才培养和建设，提高我国集成电路的创新能力。中国集成电路产业创新能力的缺乏说到底还是人才的问题。加强人才建设和培养，将为我国集成电路的后续发展奠定基础， 提高我国的创新能力。5强海峡两岸集成电路产业的合作。目前台湾已掌握部分集成电路先进技术，如台积 电于2002年年底前已引用90纳米（即0. 09微米）制程，创全球之先例。为提高祖国大陆集 成电路技术水平，加强与台湾的技术合作十分必要。我们应组织相关研究单位和大专院校， 围绕集成电路的先进技术，与

26、高等学校、台湾芯片设计制作中心等科研机构、科技等企业广泛开展合作研究与开发，充分发挥海峡两岸科技合力，共同创新和发展“中国芯”。五对世界未来集成电路发展的设想1.低能耗，高性能的集成电路。根据In tel的报告，Pe ntium的处理器的功率密度已达到10w每平方厘米，相当于电炉的功耗。如果任由其发展，集成电路的能耗肯定会更高，那是 传统意义上的集成电路将无法工作。基于现今的纳米技术的发展，我设想在今后的集成电路的制造将进入纳米技术节点。纳米技术的引入将使集成电路的制造发生翻天覆地的变化，那是用来制造集成电路的原件将不再是现在的电阻，电容，晶体管等传统器件， 取而代之的将是纳米器件或微纳电子器

27、件。这些所谓的纳米器件可能是单个电子器件，也可能是自组装的原子器件，分子器件，纳米线，纳米管。虽然这些技术还缺乏理论基础和具体技术，但我相 信它们将是未来集成电路发展的主流方向，肯定有着高性能和低能耗。2. 超微型集成电路。借助于纳米技术的发展，集成电路的组成器件将以原子，分子器件 组成，当然其体积也可以极其小。这样就为以后的微型机器人的发展奠定基础。3. 生物芯片。它是电子技术和生物技术的结合。利用生物的信息分子来记录信息，用生 化反应来处理信息， 以此来完成电子芯片的作用。 由于生物反应具有快速性， 这样的芯片将 具有极高的处理速度，并且其能耗在一个很低的水平。4. 系统式集成电路。在传统

28、意义上，电脑 cpu 相当于人的大脑，为了完成工作，电脑中 必定还有配合大脑工作的一系列芯片。 我设想在未来的发挥中， 为了满足人们的某一特定需 求，可以将一系列芯片集成为一个芯片， 其实也就是某种特定用途的电子系统。 这样的集成 芯片由于属于一个系统， 各部分配合将更加迅速， 这样的芯片肯定具有很高的速度和稳定的 性能。5. 云端芯片。这是我个人的设想。在不远的未来，借助于互联网通讯的发展，那是网络 的速度和带宽将能充分满足人们的需求， 那时每个人的电脑并不需要一个高性能的芯片， 而 只要一个进行数据传输和储存的芯片即可。 我们可以在每个地区设立一个性能及其强大的云 端芯片， 当用户需要进行

29、数据处理时， 利用那时极快的网速， 将数据通过互联网发送至云端 芯片进行处理， 处理完毕后， 云端芯片再将处理结果反馈回来， 我们的计算机实际只充当了 数据存储和传输的角色， 而并没有进行运算。 由于云端芯片的处理功能极其强大， 普通人的 电脑也可以具有传统意义计算机的难以想象的计算能力。参考文献： 中国集成电路产业发展战略蒲涛提升我国大陆集成电路产业核心竞争力研究李磊 集成电路技术的发展陈飚微处理机 2011 年第三期 中国集成电路产业全局发展报告朱贻玮 2004.5 信息空间 绿色微纳电子 -21 世纪中国集成电路产业和科学技术发展趋势王阳元科技导 报我国集成电路产业发展的现状分析与对策研究燕斌 我国集成电路产业技术创新能力评价研究张贺胜 当前世界半导体技术与发展之一瞥高宗义安徽电子信息职业技术学院学报， 2003 年第 3 期