¿Cómo establecieron paso a paso Estados Unidos, Japón y Corea del Sur su dominio en el campo de los chips?
Huawei HiSilicon lanzó su primer chip Kirin en 2009. Aunque la respuesta fue promedio en ese momento, Kirin despegó y logró avances considerables cada año: Kirin 925 llevó al Mate7 al campo de alta gama; Kirin 955 ayudó a que las ventas del Huawei P9 superaran los 10 millones... El chip de desarrollo propio se convirtió en el primero. El teléfono móvil Huawei se separará de la producción nacional. El arma más grande de los amigos.
Sin embargo, el 7 de agosto de 2020, la serie Kirin de chips de alta gama se vio obligada a retirarse anticipadamente. Yu Chengdong dijo que las series Kirin 990 y Kirin 1000 más avanzadas no se producirán después de septiembre de 2015, y que Huawei Mate40 será el canto del cisne de los chips de alta gama de Kirin. La razón por la que está agotado es simple: TSMC ya no funcionará para Huawei debido a la prohibición de Estados Unidos.
TSMC ha tenido problemas. Es difícil encontrar una nave de alta tecnología en el mundo. TSMC en realidad tiene una voz poderosa, ya que acaba de superar a Intel como la empresa de semiconductores más grande del mundo hace unas semanas. Por lo tanto, frente a la prohibición de EE. UU., TSMC también ha ofrecido mediación, pero siempre que EE. UU. mencione el nombre de una empresa, los ejecutivos de TSMC pueden asustarse y sudar frío. Esta empresa es Jinhua, Fujian.
Fujian Jinhua se fundó en 2016 con el objetivo de lograr avances en el campo de las tarjetas de memoria. Fujian Jinhua es un proceso integrado IDM, que involucra diseño, fabricación y empaque. Una vez que se lance el producto, se actualizará y mejorará todo el proceso de semiconductores en China continental. Jinhua invirtió 37 mil millones en la primera fase y también inició una cooperación técnica con UMC, la segunda fundición más grande de Taiwán.
El personal de I+D trabaja duro día y noche. Más de un año después de su creación, Jinhua construyó una línea de producción de 12 pulgadas y está lista para comenzar a producir. Inesperadamente, entró en escena el puño de hierro del capitalismo.
2065438+2007 65438+En 2007, Micron Technology de Estados Unidos inmediatamente comenzó a atacar a Jinhua por robar derechos de propiedad intelectual, y Jinhua no se quedó atrás. Las dos partes se demandaron mutuamente en Fuzhou, China y California, EE.UU., respectivamente. Justo cuando la situación era tensa, la administración Trump, que la había estado observando durante mucho tiempo, lanzó una guerra relámpago el 29 de octubre de 2018: Fujian Jinhua fue incluida en la lista de entidades y la cooperación con empresas estadounidenses quedó estrictamente prohibida.
Después de que se emitió la prohibición, el personal de apoyo de I+D de Applied Materials, una empresa estadounidense que cooperó con Jinhua, hizo las maletas y evacuó ese día. Las otras dos empresas estadounidenses, Corey y Lin Fan, también se retiraron rápidamente. los ingenieros que vinieron a cooperar. Es más, la europea ASML y la japonesa Tokyo Electronics también han suspendido el suministro de equipos a Jinhua porque los equipos contienen originales estadounidenses.
Cuando los empleados de Jinhua recordaron la escena de la retirada del capital extranjero, concluyeron: "Estas personas simplemente nos dieron tiempo para despedirnos".
El progreso de producción del sitio web oficial de Fujian Jinhua está estancado el día de la producción de la película de prueba de 2018, no hay ninguna actualización y la página del producto muestra directamente "Página en construcción". El 10 de mayo del año pasado, el Financial Times informó que Jinhua había comenzado a buscar arrendar o vender sus fábricas. En solo una ronda, el jugador pionero en almacenamiento de China fue derribado en la línea de salida.
La "Lista de entidades" es como un aviso de defunción que puede hundir a una empresa en el infierno en un instante. La determinación y la intensidad de las sanciones estadounidenses hacen temblar a TSMC. Esto también está respaldado por los componentes y tecnologías centrales de Estados Unidos. De manera similar, Samsung, que originalmente estaba ansioso por hacerse con el pastel de TSMC, también perdió seguidores; SMIC también declaró implícitamente que es posible que no pueda firmar contratos para "algunos clientes".
¿Por qué estas empresas no están dispuestas a tocar la "escala inversa" de Estados Unidos? En el campo de los semiconductores, ¿Estados Unidos realmente domina el mundo? No precisamente.
Aunque el valor de producción de la industria de semiconductores de EE. UU. representa alrededor del 47% del mundo, tiene una ventaja absoluta en términos de volumen, sin embargo, "jugadores fuertes" como Corea del Sur, Europa, Japón; China, la provincia de Taiwán y China continental también tienen sus propias fortalezas; la brecha con Estados Unidos no es una brecha insuperable.
Por ejemplo, Corea del Sur tiene una ventaja abrumadora en el campo de los chips de memoria, con un valor de producción de 654,38+050 mil millones de dólares estadounidenses, y los dos primeros (Samsung y Hynix) ocupan el 65% de el mercado;
El campo europeo de chips analógicos Hay tres actores principales (Infineon, STMicroelectronics y NXP), que nunca han salido del top 20 del mundo desde la década de 1980.
Japón no sólo tiene chips de reconocimiento de imágenes únicos, sino que varias empresas encabezadas por Shin-Etsu Hitachi también tienen un conocimiento firme de los materiales upstream para semiconductores en todo el mundo.
La provincia china de Taiwán es incluso mejor que Estados Unidos en el campo de la fundición de chips, alcanzando un nivel de 100 mil millones de dólares estadounidenses. TSMC y UMC representan el 60% de la escala, y las fundiciones de embalaje y pruebas lideradas por Sunmoon también pueden hacerse con el 50% del mercado;
Dependiendo del enorme mercado descendente, el campo del diseño de chips en China continental ha desarrollado rápidamente en los últimos años. No solo nació Huawei HiSilicon, uno de los diez principales gigantes del diseño de chips del mundo, sino que su escala general de diseño de chips también ocupa el segundo lugar en el mundo.
A juzgar por la solidez de sus libros, estas empresas pueden incluso "desamericanizar" la industria de los chips y crear conjuntamente un teléfono móvil sin chips estadounidenses. Sin embargo, Estados Unidos lo prohibió en virtud de 515, pero todos los poderosos no se atrevieron a seguirlo.
La situación de "un super y muchos fuertes" parece como un "tigre de papel". Bajo la hegemonía de Estados Unidos, la "verdad" actual puede ser que muchos fabricantes de semiconductores dividen y conquistan.
Lo que todo el mundo teme son en realidad las dos espadas afiladas que posee Estados Unidos: los equipos de chips y las herramientas de diseño. Estas dos espadas, junto con los materiales japoneses, constituyen tres poderosas cartas de la hegemonía de los semiconductores entre Estados Unidos y Japón: equipos, herramientas y materiales.
Entonces, ¿qué tienen de aterrador estas tres espadas en manos de Estados Unidos y Japón? ¿Cómo capturar poderosos gigantes tecnológicos? Sólo entendiendo estas respuestas podremos entender la salida de Huawei.
1. Equipo: cerebro externo formado por chips.
Para la industria en general, los proveedores de equipos solo venden palas y básicamente pagan el dinero. Sin embargo, los proveedores de equipos de semiconductores son diferentes. No solo proporcionan equipos y venden palas, sino que también venden servicios completos y cerebros. Se puede decir que es el cerebro externo de los fabricantes de chips.
El coste de fabricación de los chips es alto y sólo controlando la tasa de rendimiento en aproximadamente el 90% podemos evitar pérdidas. Pero debes saber que la fabricación de chips comienza con mil procesos, lo que da como resultado que incluso si la tasa de aprobación de cada paso es del 99%, después de múltiples acumulaciones de 0,9*0,9, la tasa de rendimiento final se acercará a 0. Por tanto, para no perder dinero, la tasa de aprobación de cada paso debe controlarse al 99,99%, o incluso por encima del 99,999%.
Para lograr esta situación, la complejidad del equipo es extremadamente alta. En lo que respecta a la máquina de litografía EUV más avanzada actual, un solo equipo tiene más de 100.000 piezas, 40.000 pernos y más de 3.000 líneas. Sólo las mangueras suman dos kilómetros. Un equipo tan grande pesa 180 toneladas y requiere 40 contenedores, 20 camiones y 3 cargueros para un envío.
Más importante aún, incluso si se vuelve a comprar el equipo, está lejos de ser tan simple como guardarlo y enchufarlo para usarlo como refrigerador de TV. En términos generales, se necesita un año para depurar y ensamblar una máquina de fotolitografía de alta precisión. El ensamblaje de piezas, la configuración de parámetros, la depuración de módulos, incluso el apriete de los tornillos y la temperatura externa afectarán los resultados de producción. Incluso si pasa un metro a una milla de distancia, la mayoría del equipo fallará colectivamente.
Este también es un "problema común" con todos los instrumentos de precisión. Por ejemplo, hace diez años, instrumentos valorados en 400 millones de yuanes en el 12º Laboratorio de Alta Precisión de la Universidad de Pekín fallaron repentinamente. La razón fue que la Línea 4 subterránea de Beijing de 13,5 metros pasó por la puerta este de la Universidad de Pekín y produjo vibraciones de 1 Hz a. 10 Hz. Laboratorio de alta precisión de la Universidad de Pekín El laboratorio tuvo que moverse en masa.
Por lo que cada vez que se pone en marcha el equipo de fabricación de semiconductores por un período de tiempo, es necesario contactar al personal de servicio original de fábrica especializado para realizar ajustes en el sitio. El gigante holandés de máquinas de litografía ASML tuvo una vez un cliente que quería reemplazar el equipo óptico; debido a que los ingenieros de ASML no podían viajar al extranjero en ese momento, invitaron a empleados destacados del cliente a estudiar en la empresa. Fue necesario casi dos meses dominar el arte de sustituir piezas individuales.
Como resultado, gigantes de los semiconductores como ASML y Applied Materials no solo vendieron sus equipos sino que también establecieron un gran equipo de soporte de unas 2000 personas en China. Entre ellos, el segundo mayor ingreso de Applied Materials son los servicios, que representan más del 25% de los ingresos y crecen de manera constante.
Lo aterrador de la fábrica de equipos es que no sólo determina el proceso de fabricación de la fábrica a través de "una generación de equipos, una generación de tecnología, una generación de productos", sino que también mantiene firmemente a la fábrica en su manos a través del servicio postventa. A medida que la tecnología se vuelve cada vez más sofisticada, la voz de los fabricantes de equipos ha aumentado aún más.
La fortaleza de los fabricantes de equipos se puede reflejar claramente en los beneficios. En los últimos cinco años, el efecto principal de los fabricantes de chips se ha vuelto cada vez más obvio, pero el margen de beneficio neto de los fabricantes de equipos upstream ha aumentado significativamente: el margen de beneficio de Lam aumentó del 12% al 22%, y los materiales aplicados aumentaron del 12% al 22%. 14% a 18%. La fundición quiere que los clientes intimiden a la tienda, que ya no existe.
Por esta razón, Estados Unidos ha estado utilizando diversos medios para asegurar su dominio absoluto en el campo de los equipos durante 60 años.
Según el ranking de 2019 de los principales fabricantes de equipos de semiconductores del mundo, los cinco principales fabricantes de equipos de semiconductores del mundo representan el 58 % de los ingresos de la industria mundial. Entre ellos, Estados Unidos ocupa tres escaños; los otros dos, uno es Tokyo Electronics de Japón y el otro es ASML de Países Bajos, que cuentan con el apoyo de Estados Unidos.
En concreto, Applied Materials (AMAT), Forestry (Lin) y KLA (KLA) son empresas americanas con gran arraigo.
Entre ellos, la cuota de mercado de Pan Lin en máquinas de grabado llega al 50%. Applied Materials no solo se ubica a la par de Lin Fan en el campo de las máquinas de grabado, sino que también representa la mitad, o incluso hasta el 70%, de los segmentos de subequipos, como la implantación de iones y el pulido químico. Corey ocupa más del 50% de la cuota de mercado en el campo de los equipos de prueba frontal de semiconductores y el 98% de la cuota de mercado en los equipos de medición de recubrimientos.
El gigante de la litografía ASML parece una empresa holandesa, pero en realidad tiene un corazón estadounidense. Ya alrededor del año 2000, el mercado de máquinas de litografía todavía se encontraba en la etapa de litografía DUV (ultravioleta profunda), y la japonesa Nikon era el verdadero señor supremo. Sin embargo, en la etapa EUV (ultravioleta extremo), Nikon fue eliminada por Estados Unidos.
La razón es sencilla. La tecnología EUV está en su apogeo: el salto del DUV tradicional al EUV significa que la fuente de luz se acorta drásticamente de 193 nm a 13,5 nm, lo que requiere un láser de 20 KW para bombardear gotas de estaño de 20 micras a una frecuencia de 50.000 veces por segundo para vaporizarlas. el estaño líquido en plasma. Esto equivale a que una pelota de ping pong golpee una mosca dos veces durante un huracán a un ritmo de 50.000 veces por segundo.
En ese momento, la institución de I+D EUV más avanzada del mundo era la EUV LLC Alliance liderada por Intel y el Departamento de Energía de Estados Unidos.
El Departamento de Energía tiene bajo su jurisdicción a Motorola, AMD, IBM y tres laboratorios nacionales, de los que se puede decir que han recogido la esencia de la investigación científica estadounidense. Se puede decir que solo uniéndose a la alianza EUVLLC se puede obtener un boleto para EUV.
En ese momento, Estados Unidos consideraba a los semiconductores japoneses como sus enemigos y, naturalmente, rechazó la solicitud de Nikon de Japón de unirse a la alianza. Sin embargo, ASML prometió comprar el 55% de sus componentes a proveedores estadounidenses y aceptar revisiones periódicas. Sólo entonces entró en el juego en los Estados Unidos, desde una estrella en ascenso hasta la "Flor del Emperador".
Estados Unidos no solo abrió la puerta a Asme, sino que también hizo un gran regalo: Asme recibió la aprobación para adquirir la empresa estadounidense líder en tecnología de máscaras Silicon Valley Group, el proveedor estadounidense de soluciones e inspección de litografía Brion, y la empresa estadounidense líder en tecnología de máscaras, Brion, la empresa de fuentes de luz ultravioleta Cymer y más. El corazón tecnológico y el cuerpo de I+D de ASML están marcados con las barras y estrellas. Esto no lo decide Estados Unidos.
En los primeros años, Tokyo Electronics era sólo un agente de equipos para Fairchild, el creador de los semiconductores estadounidenses. Posteriormente, formó una empresa conjunta con Thermco de Estados Unidos para producir equipos de semiconductores. No fue hasta 1988 que Tokyo Electron se convirtió en una empresa de propiedad íntegramente japonesa, pero también tenía sangre de empresa estadounidense.
Entonces, en junio de 2019, frente a la primera ronda de prohibiciones estadounidenses, Tokyo Electronics dijo: "No haremos negocios con clientes chinos a quienes se les prohíbe hacer negocios con Applied Materials y Lin Fan". Las palabras muestran que los fabricantes de equipos estadounidenses se encuentran en un dilema.
Hasta ahora, basándose en años de "acumulación de tiempo" y "tecnología" de ultra alta precisión, Estados Unidos ha formado una iniciativa firme en el campo de los equipos. Sin embargo, los recién llegados no pueden conseguir ni el tiempo ni la tecnología de la noche a la mañana.
2. EDA (software de diseño): la "cuerda de oro" bajo el efecto de red ecológica
Si los equipos son la espada de la producción de chips, entonces EDA es sin duda la "cuerda de oro". de diseño de chip". Aunque no es fatal, puede hacer que "Sun Wukong" esté restringido y no tenga dónde usarlo.
La "cuerda dorada" de EDA se divide en tres partes: primero, es la "biblioteca de materiales + software PS" para diseñadores de chips, que permite que el diseño de chips dibuje líneas en dibujos hace décadas. trabajo mental de "organizar y combinar materiales + escribir código" en software. Además, un chip del tamaño de una uña contiene miles de millones de transistores. Este tipo de volumen de ingeniería sería imposible sin EDA.
En la esquina del diagrama de circuito del procesador Intel Pentium de hace 20 años, la densidad actual de transistores ha aumentado más de 1.000 veces.
En segundo lugar, el secreto de EDA reside en su rica biblioteca de IP. Las funciones de uso frecuente se estandarizarán en módulos que se podrán llamar directamente sin necesidad de que la empresa de diseño las rediseñe. Si el diseño de chips son las habilidades culinarias del chef, el software son los utensilios de cocina y el IP es el paquete de materiales.
De hecho, los gigantes de EDA a menudo se benefician del monopolio de su propiedad intelectual. Por ejemplo, Cadence tiene una gran cantidad de IP de circuitos analógicos y también es el rey del diseño de circuitos analógicos y de señal mixta. La biblioteca IP de Synopsys está más inclinada a la síntesis de CC y el análisis de temporización PT, por lo que Synopsys es un líder en el campo de lo digital. papas fritas.
Entre las tres principales empresas de propiedad intelectual del mundo, las empresas EDA representan dos, con una cuota de mercado total del 24,1%. En los ingresos de Synopsys a lo largo de los años, las licencias de IP son el segundo negocio más grande después de las licencias de EDA.
Otra función importante de EDA es la simulación, que ayuda al chip diseñado a encontrar y llenar huecos. Después de todo, el costo de una película (producción de prueba) llega a millones de dólares, lo que equivale a las ganancias de medio año de una pequeña empresa de diseño. Hay un dicho que circula ampliamente en la industria: si el diseño no se simula, habrá lágrimas.
Según cálculos estadísticos de un profesor de la Universidad de California, el coste de diseño de un SoC en 2011 fue de aproximadamente 40 millones de dólares. Sin embargo, sin EDA, el coste de diseño se dispararía a 7.700 millones de dólares, una cifra equivalente a 7.700 millones de dólares. aumento de casi 200 veces.
Por eso, al EDA se le llama el nivel más alto en semiconductores. Aunque el valor de la producción global es sólo de más de 10 mil millones de dólares estadounidenses, puede afectar el desarrollo del mercado global de circuitos integrados de más de 500 mil millones y la industria electrónica por valor de billones.
EDA es muy eficiente y fácil de usar, entonces, ¿cuál es el estado de la autonomía en China? Es una pena que sea más vergonzoso que el sistema operativo.
La participación global del mayor fabricante de EDA de China, Huada Jiutian, ha alcanzado casi el 65.438+0%, mientras que Synopsys Technology (Synopsys Technology), Cadence (Dengkai Electronics) y Mentuo La cuota de mercado de gráficos (Mingdao Technology, adquirida por Siemens en 2065, 438+06) supera el 80%.
Esto ha llevado al hecho de que, aunque China ocupa el segundo lugar en diseño de chips en el mundo, el diseño de chips se enfrentará a una "crisis de herramientas" bajo el mando de los Estados Unidos, y es difícil para una mujer inteligente hacer una comida sin arroz. Sin embargo, dado que el software ha sido pagado, ¿no se puede utilizar la versión anterior?
Lamentablemente no.
Porque existe una red ecológica integrada por fabricantes de EDA, fabricantes de IP y fundiciones. EDA se actualiza constantemente. Las nuevas versiones corresponden a bibliotecas IP y archivos PDK actualizados. Como paquete de diseño de procesos, PDK incluye corriente, voltaje, material, proceso y otros parámetros en el proceso del chip. Son datos necesarios para la producción OEM. La nueva EDA, la nueva IP y las nuevas tecnologías se promueven y se integran entre sí.
Por lo tanto, cuando utilice software antiguo, estará "fuera de contacto" en todas partes: no podrá obtener la última biblioteca de IP de diseño al diseñar, y no podrá obtener las últimas EDA y PDK cuando las encuentre. la fundición. Si las cosas siguen así, la tecnología se volverá cada vez más atrasada y habrá cada vez menos socios.
Pero dado que EDA es solo el código 0101, ¿no sería bueno encontrar algunos expertos del equipo de craqueo?
Desafortunadamente, esto es casi imposible.
Cada software EDA incluirá un software de cifrado Flexlm cuando salga de fábrica, bloqueando el EDA y los dispositivos instalados uno por uno, incluido el número de host, el disco duro del dispositivo, la tarjeta de red, la fecha de uso y otra información. . La longitud de la clave de Flexlm es de 239 bits, por lo que es difícil aplicar fuerza bruta. Si se utiliza la CPU de alto rendimiento de Intel para descifrarlo, se necesitarán unos 4.000 años de núcleo, lo que significa que se necesitarán 1.000 años para utilizar una CPU de 40 núcleos.
Por supuesto, también puedes seguir aumentando el número de CPU y reducir el tiempo de forma distribuida. Pero incluso si el crack tiene éxito, cuando llegue a la puerta de una nueva biblioteca de IP, el fabricante de EDA lo verificará nuevamente mediante "tiempo de modificación, tamaño de archivo y confirmación de la fuente de IP", y luego será rechazado. . Hay una sensación amarga como la de cavar un túnel subterráneo durante cien años sólo para chocar contra una roca.
El efecto de craqueo no es obvio, lo que también es contrario a la actitud de mi país hacia la protección de la propiedad intelectual. Por lo tanto, todavía tenemos que depender de empresas como BGI Jiutian para desarrollarnos. Entonces, ¿qué ancho tiene esta salida? De hecho, no es difícil escribir simplemente un conjunto de software. La clave es contar con una gran cantidad de IP, PDK y soporte de las industrias ascendentes y descendentes. Un solo avance puede no ser efectivo. Requiere un avance integral por parte de la legión, que no se puede lograr de la noche a la mañana.
3. Materiales: el último bastión de la artesanía
En 2019, hubo un conflicto entre Japón y Corea del Sur, y ambas partes estaban estancadas. Sin embargo, después de que Japón cortara varios materiales semiconductores de Corea del Sur, no pasó mucho tiempo antes de que Lee Jae-yong, director de Samsung de Corea del Sur, volara a Japón para exigir concesiones. Más tarde, incluso fue a Bélgica y la provincia china de Taiwán, tratando de desviarse para comprar o recolectar algunas acciones.
Es lógico que Corea del Sur también sea un país fuerte en semiconductores y Samsung sea un actor importante en el campo del diseño y la fabricación, pero siempre se ha sentido avergonzado ante cientos de millones de dólares. en materiales.
¿Es realmente tan difícil el material? Para ser honesto, las materias primas para semiconductores son muy abundantes. Por ejemplo, las obleas de silicio están hechas de arena de la tierra. Sin embargo, no es fácil lograr la "libertad material" en los semiconductores y es necesario abrir las dos venas de la "pureza" y la "fórmula".
La pureza es un camino sin fin. Mi país ha conseguido obleas de silicio fotovoltaicas de producción propia, con una pureza general de 6-89, o 99,999999%, pero la pureza de las obleas de silicio semiconductoras es de 119 y sigue mejorando. Más de 3 a 5 decimales significa que el contenido de impurezas difiere de 1000 a 65438+ millones de veces.
¿Qué tan grande es la brecha? Supongamos que las impurezas contenidas en las obleas de silicio fotovoltaicas son equivalentes a un balde de arena esparcido en el patio de recreo; entonces el requisito para las obleas de silicio semiconductoras es que un área del tamaño de dos campos de fútbol solo pueda albergar un grano de arena.
Entonces, ¿por qué se debe reducir el contenido de impurezas a un nivel tan bajo? Debido a que el tamaño de los átomos es sólo 1/10 nm, incluso si sólo aparecen unos pocos átomos de impurezas en el chip de silicio, bloqueará completamente un canal del circuito y provocará una falla local del chip. Si el contenido de impurezas es alto, incluso se pueden mezclar átomos de silicio, cambiando directamente la estructura de disposición atómica de la oblea de silicio y cambiando completamente la conductividad de la oblea de silicio.
La superficie de silicio grabada y las partículas de estaño son como la luna brillante que se eleva detrás de la pirámide.
Para alcanzar tal pureza se requiere de la combinación perfecta de ciencia y tecnología.
Por un lado, requiere de un gran número de instrumentos científicos básicos para ayudar. Por ejemplo, durante el proceso de producción del material, los átomos metálicos penetrarán en el propio equipo y afectarán su pureza, por lo que se requiere una mejora continua. La pureza también es difícil de confirmar. Al igual que los gases especiales, se necesitan instrumentos especiales para detectar niveles de energía de impurezas de 100 millones (niveles de energía de PPB). Para alcanzar este nivel de dificultad, no sólo se necesitan empresas de semiconductores, sino también empresas de óptica como Olympus.
Por otro lado, también se requiere acumulación de procesos desde el laboratorio hasta la fábrica. La fabricación de materiales no solo requiere equipos de alta producción, sino que también los tapetes y trapeadores de la fábrica son suministros especiales de alta gama. Además, la diferencia de temperatura y humedad en el taller de producción también afectará la pureza del material, por lo que es necesario realizar repetidos intentos para alcanzar el estándar.
La alta pureza es sólo el primer paso, y la configuración de los materiales compuestos (como el fotorresistente) es la brecha insuperable. Si la "pureza" es una ciencia artística, entonces la "receta" es una ciencia metafísica.
De hecho, independientemente de la purificación o configuración, los principios y técnicas teóricos básicos no son difíciles. Sin embargo, cómo seleccionar y combinar materiales para lograr el efecto final requiere un alto grado de confianza en reglas generales, a menudo llamadas "know-how" en la industria.
El mismo material, diferentes proporciones tendrán diferentes efectos; al igual que cuando usamos rojo, amarillo y azul para combinar, diferentes proporciones pueden producir diferentes colores. Incluso la misma fórmula y el mismo proceso tendrán efectos diferentes o incluso de gran alcance bajo diferentes condiciones de humedad, temperatura e incluso luz.
Estos parámetros que afectan a los efectos materiales no pueden obtenerse mediante cálculos precisos, sólo pueden prepararse, experimentarse, observarse, registrarse y mejorarse una y otra vez en laboratorios y talleres. A veces, pueden ser necesarios varios años para conseguir una mejora del 10%. Pero este aumento del 10%, aunque sólo ocupa un mercado de decenas de miles de millones, ha afectado a la industria de semiconductores de un billón de dólares.
Entonces, ya sea purificación o fórmula, lo que realmente se requiere es un largo período de paciencia y concentración extrema. Esto no puede evitar recordar a la gente al dios japonés del sushi, que sólo hace sushi durante toda su vida, mientras que un aprendiz puede practicar durante cinco años simplemente girando una toalla.
Aunque en la vida esta perseverancia parece un poco pedante y ridícula, de hecho, las mejores en el campo de los materiales son las empresas japonesas.
Los datos de SEMI muestran que en 2019, las empresas japonesas representaron el 66% del mercado mundial de materiales semiconductores. Entre los 19 materiales principales, 14 son de Japón, con una cuota de mercado superior al 50%. En los cuatro campos de materiales principales: obleas de silicio, fotorresistentes, gases especiales para electrónica y pegamento para máscaras, que representan 2/3 del valor de producción, Japón tiene tres artículos que representan el 70% del total. En el campo de la última generación de fotoprotectores EUV, tres empresas japonesas han solicitado más del 80% de las patentes de la industria.
Después de que Japón obtuvo una ventaja en la capacidad de producción de materiales, utilizó los servicios para atar a sus clientes.
Muchos materiales semiconductores son extremadamente corrosivos y tóxicos. Un proveedor de un gas especial describió una vez que una vez que el gas se fugaba, sólo una botella podía acabar con toda la población de Xiamen. Por lo tanto, los fabricantes de chips sólo pueden dejar el transporte, el almacenamiento y las pruebas de materiales a sus proveedores de materiales "principales".
Los materiales, por otro lado, son pequeños pero poderosos. En la fabricación de semiconductores, los materiales que cuestan decenas de miles de dólares no cumplen con los estándares y la mayoría de los productos que valen miles de millones de dólares en la línea de producción serán desechados. Por lo tanto, los fabricantes solo elegirán proveedores con certificación y cooperación a largo plazo. Casi no hay posibilidades de que nuevos jugadores se suban a la mesa.
Para las empresas de materiales, cuanto más los utilicen en sentido posterior, más comentarios obtendrán y habrá más soporte de casos y más oportunidades de verificación para actualizar el proceso y mejorar la proporción, expandiendo así aún más una gran brecha con los perseguidores. Para los recién llegados, la situación empresarial se puede describir en una frase: si no pueden ponerse al día, cada paso será en vano.
Japón puede lograr este logro; de hecho, es inseparable de la dirección planeada por la "Gestión Sagrada" de Japón, Kazuo Inamori, en la década de 1980: bajo las condiciones de que los países avanzados europeos y americanos no estén dispuestos a transferir tecnología, los japoneses no tienen otra opción. La única opción es llevar adelante sus propias "características de mejora" inherentes. Todo tipo de empresas deben ser minuciosas en sus respectivos campos profesionales y lograr lo último en tecnología, no menos que cualquier empresa en cualquier país del mundo; mundo.
Este espíritu artesanal permitió a Japón resistir a Estados Unidos y convertirse en el actor dominante en el campo de los materiales a pequeña escala.
Cuarto, ¿dónde abrirse paso?
Cuando hacíamos investigación industrial, teníamos la fuerte sensación de que, bajo la presión de Estados Unidos, China parecía estar en una situación desesperada que se remontaba al infinito:
Se descubrió que el chip estaba atascado en el cuello. Más tarde, tuvimos el ascenso de Huawei HiSilicon en el campo del diseño de chips, pero luego descubrimos que aún se necesitaban avances en el campo de la fundición cuando SMIC atacó la fabricación de chips por fundición; descubrió que necesitaba hacer avances en el enlace del equipo; la Compañía Zhongwei y North Huachuang contraatacaron el equipo. Cuando se obtuvo algo, se descubrió que la parte central del equipo quedó inconsciente cuando las partes también progresaron; que el material del chip todavía estaba atrapado en el cuello.
Cuando continuamos rastreando la fuente paso a paso, encontramos que todo vuelve a la ciencia básica que Ren enfatizó innumerables veces antes.
Mirando hacia atrás, sin el sistema binario moderno establecido en 1703, el lenguaje de máquina 200 años después no sería posible; sin el efecto de rectificación física descubierto por Braun en 1874, no habría más de medio siglo; más tarde, la invención y aplicación del transistor, la física del plasma y la química de los gases son las bases necesarias para equipos clave como las máquinas de grabado.
Entre las universidades americanas, 7 se encuentran entre las diez mejores en física, 6 en matemáticas y 5 en materiales. El fuerte predominio de la ciencia básica se ha convertido en la fuente de fortaleza de las empresas estadounidenses de semiconductores.
Detrás de la fortaleza de las disciplinas básicas se encuentra el sistema de apoyo a las disciplinas básicas establecido en los Estados Unidos en 1957: apoyo financiero para las disciplinas básicas en colegios y universidades; liderando la implementación de aplicaciones a través de proyectos de súper ciencia y tecnología.
Cuando Estados Unidos y la Unión Soviética competían por la hegemonía, el lanzamiento por parte de la Unión Soviética del primer satélite artificial del mundo estimuló a los gobernantes de Estados Unidos, lo que también se convirtió en un importante punto de inflexión en el desarrollo de la economía estadounidense. ciencia y tecnología:
Por un lado, para mantener "Estados Unidos a la cabeza", el gobierno comenzó a pagar directamente a las instituciones de investigación. La financiación de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) para la investigación básica en las universidades se disparó de 7 millones de dólares en 1955 a 200 millones de dólares en 1968. En 2018, NSF gastó 4.200 millones de dólares en investigación básica. El gobierno federal de Estados Unidos proporcionó la mitad de la financiación de la investigación básica durante 50 años.
En particular, NSF ofrece becas a miles de estudiantes de posgrado en disciplinas básicas cada año, entre los cuales nacieron 42 premios Nobel.
Por otro lado, Estados Unidos ha lanzado superproyectos para implementar resultados de investigación y desarrollo. En 1958, se estableció la NASA y comenzaron los programas de alunizaje Apolo y del transbordador espacial, que desafiaron los límites de la tecnología humana.
En el proceso de estudio del transbordador espacial que requiere 2,5 millones de piezas (en comparación, una máquina de fotolitografía tiene aproximadamente 6,5438+ millones de piezas y un automóvil solo tiene 6,5438+100.000 piezas), se requiere una gran cantidad de corte. Las tecnologías de vanguardia encontraron su lugar; estas tecnologías de vanguardia "impopulares" en ese momento se transformaron en productos civiles asesinos (como corazones artificiales y cámaras infrarrojas nacidas de piezas de transbordadores espaciales) cuando las condiciones estaban maduras.
El desbordamiento tecnológico del transbordador espacial no es un caso aislado. Los imanes superconductores utilizados en los equipos de resonancia magnética de los hospitales nacieron del desarrollo del acelerador de partículas estadounidense "Tevatron". Los súper proyectos de ciencia y tecnología en Estados Unidos se han convertido en campos experimentales, campos de entrenamiento y fuentes privadas de transformación para logros en disciplinas básicas.
De hecho, dominar la tecnología fuente a través de la investigación básica y luego establecer la hegemonía industrial paso a paso no es solo una patente de Estados Unidos, sino también la elección de varias potencias industriales. para enfrentar la represión estadounidense. Los príncipes y generales tendrán semillas. Evite la trampa interminable del "avance hacia arriba de la sustitución interna" y logre un "desbordamiento descendente de la investigación básica".
De hecho, Japón también ha experimentado las dificultades y la opresión que enfrentamos.
A finales de la década de 1980, Estados Unidos lanzó un ataque sorpresa contra la industria de semiconductores de Japón: se utilizaron el bloqueo político, la supresión comercial y la opresión arancelaria. En particular, cultivó una “nueva hermana” para Corea del Sur. exprimir la industria de semiconductores de Japón. En unos pocos años, Japón perdió su posición como potencia número uno en semiconductores del mundo. Se han vendido tres modelos de los que Japan Semiconductor se enorgullece a los departamentos de semiconductores de Panasonic, Toshiba y Fujitsu.
Ante la represión de Estados Unidos, Japón optó por introducirse en materiales de alta tecnología, intercambiando tiempo por espacio e ingenio por confianza en sí mismo.
En 1989, Corea del Sur hizo esfuerzos para subsidiar los chips de memoria, y el Ministerio de Industria y Comercio Internacional de Japón formuló un "Plan Básico para la Investigación y el Desarrollo de Materiales Polímeros de Silicio" con una inversión de 1,6 mil millones de yenes, centrándose sobre las subvenciones a las empresas de silicona encabezadas por Shin-Etsu Chemical.
En 1995, en vísperas de la segunda guerra de precios de almacenamiento en Corea del Sur, la japonesa Tokyo Hwaying (Tok) comercializó el fotorresistente KrF, rompiendo el monopolio de más de 10 años de IBM en los Estados Unidos y en los siguientes cinco años. , la tecnología de su producto se convirtió en el estándar de la industria y el líder mundial.
En 2005, Samsung tomó la posición de liderazgo en chips de memoria. La japonesa Toppan Printing Co., Ltd. adquirió el negocio de fotomáscaras de DuPont de Estados Unidos por 76.5438 millones de yenes, convirtiéndose en el líder en fotomáscaras.
Mientras Corea del Sur se esfuerza por ampliar su capacidad de producción y competir ferozmente con otras fábricas de semiconductores, Japón ha ascendido gradualmente al trono de la hegemonía material. Una espada de hegemonía fue arrebatada de las manos de unos estadounidenses que parecían no tener solución.
Pero, ¿el éxito de Japón se debe simplemente a un cambio en el campo de batalla? Aparentemente no. En los últimos 30 años, Japón ha ganado 16 premios Nobel en los tres campos de las ciencias naturales, 6 de los cuales fueron en el campo de la química. Estos son los cimientos sólidos del ascenso de Japón.
¿Cómo es la investigación básica en China? En 2018, el gasto en investigación básica de mi país representó solo el 5% del gasto total anual en I+D, el más alto en 10 años. Durante el mismo período, la proporción de investigación básica en Estados Unidos fue del 17% y la de Japón fue del 12%. En varios foros escolares nacionales, hay un sinfín de publicaciones que instan a los jóvenes a cambiar de materias básicas a materias aplicadas, como la informática financiera.
Algunas personas bromean diciendo que Lujiazui entiende los circuitos integrados mejor que Zhangjiang.
En julio de este año estalló un mito sobre la dimisión colectiva de más de 90 personas de la Academia de Ciencias de China. Es cierto que cada uno tiene la libertad de elegir un trabajo, pero lo que hay que advertir es el por qué de la elección de cada uno. El largo ciclo, la débil transformación y los bajos rendimientos de la investigación sobre temas básicos hacen que los investigadores científicos palidezcan ante el aumento de los precios de la vivienda y las decenas de miles de millones de ganancias.
Ren Zeng se lamentó: En el pasado, la política del país para desarrollar la industria era gastar dinero, pero no funcionó incluso si se gastaba el dinero. Nuestro país está acostumbrado a construir puentes, carreteras y casas... siempre y cuando gastemos dinero. Pero las fichas no se pueden gastar. Hay que sorprender a los matemáticos, físicos y químicos...
Hace sesenta y cuatro años, Estados Unidos fue despertado por un satélite lanzado por la Unión Soviética. Mientras añaden "confrontación a corto plazo", los estadounidenses están gestando "innovaciones a largo plazo", abriendo así avances y tomando la delantera en muchos campos. Ahora la prohibición también nos ha despertado. Muchas industrias en China sólo son grandes en la superficie, y lo que se necesita con urgencia es la fortaleza de sus huesos.
El dolor de estas crisis es siempre lamentable. En las últimas décadas, la realidad de que seremos derrotados si nos quedamos atrás nos recuerda una y otra vez que para ganar en la próxima era debemos lograr innovación y avances en las capacidades tecnológicas básicas.