半导体|一台光刻机，解不了中国“芯痛”

芯片产业主要可以分为芯片设计，晶圆制造，封装测试三个环节。中国要实现芯片全产业链的国产替代，这三个环节中的技术、设备、材料、工艺、人才、资金都不容忽视。
目前，不仅仅是晶圆制造环节中光刻机稀缺，中国从芯片设计到封装测试都还有很多步骤和美、日等国家存在差距。本文将围绕芯片生产制造中的三个环节：芯片设计、晶圆制造、封装测试及成品芯片市场销售端中国面临的问题及挑战展开讨论。
一、芯片设计中国目前已经成为全球最大的半导体及芯片市场。在市场应用的带动下，以及在国家半导体大基金的扶持下，2018年中国涌现了超过1600家芯片设计公司。这其中，以海思半导体、紫光展锐、龙芯中科、阿里平头哥半导体、长江存储、汇顶科技、寒武纪、北京君正等芯片设计企业为首。
虽然，国内芯片设计公司数量众多，几乎涉及到各个应用领域中，但必须看到中国芯片设计公司与国际领先的芯片设计公司在盈利水平和设计能力还存在一定差距。
1.1盈利水平
2020年，国际芯片设计企业营收排名第一的高通、第二的博通营收为194亿美元、177亿美元。位列中国芯片设计企业营收第一的是海思半导体，盈利大约在963亿人民币左右。中国除了海思半导体的营收规模能与国际前列企业持平之外，其他公司都差距甚远。
1.2设计能力
据业内专家向亿欧透露，虽然目前中国芯片设计初创企业数量众多且受资本市场追捧，但很多芯片设计企业都是做反向的，通过Decap即开封芯片对正品芯片逐层拍照，提取，分析其中的数据信息，最终获取芯片的整个集成电路布图构造，反推芯片的电路设计。
芯片反向工程原本的目的是为了防止芯片被抄袭，但后来逐渐演变成为公司为了更快更省成本的设计出芯片而采取的一种方法。中国也有一些企业专门提供芯片开封技术及服务，例如，芯愿景软件有限公司。而芯愿景也正是因为无法摆脱对反向设计的依赖，导致科创板IPO阻力重重，最终被驳回。
二、晶圆制造晶圆制造是芯片生产制造环节中最核心且最复杂的环节。在国际舞台上，不管从市场占有率还是营收评估，台积电都遥遥领先其他企业。中国现在主要的晶圆制造代工厂是中芯国际和华虹半导体。晶圆制造的难点可概括为原材料的生产能力限制和制造工艺设备稀缺。
2.1 原材料
受到芯片原材料生产能力限制，中国芯片的晶圆制造在源头上就存在困境。生产整合芯片的原材料是硅。在从沙子中获取硅的加工工艺环节，对技术要求较高且复杂繁琐，其纯度不能低于99.99999%，用二氧化硅提纯出纯度要求非常高的电子级多晶硅的产能问题是中国芯片发展道路上的一座高山。
纵观全球，生产制造原材料单晶硅片的核心技术主要被日本掌握，日本信越化学和SUMCO、韩国LG有机化学及中国台湾的环球圆晶等都是硅材料方面的知名企业。目前，全球半导体硅片市场已经被来自日本、德国等国家和地区的5家供应商垄断了超过90%的市场份额。
2.2 制造工艺及其设备
【半导体|一台光刻机，解不了中国“芯痛”】工艺方面提到最多的就是光刻机，因为光刻机是其中最复杂及最核心的工艺设备。此前，全世界能批量生产高端光刻机的厂家只有三家，荷兰ASML，日本的尼康和佳能。但是，光刻机的研发成本让尼康和佳能几乎难以负担。
目前，ASML厂家占据全球光刻机市场出货量的90%。在中高端光刻机领域，ASML生产的最高端型号的EUV光刻机每台售价高达1.1亿美元。中国受限于光刻机不仅因为价格高昂，更受制于1996年签署的《瓦森纳协定》对中国的封锁禁售。