雄心勃勃的制造計劃：要生產(chǎn)全球20%的芯片

“雪崩來臨的時候，沒有一片雪花能夠幸免”。無論是中美還是日韓，在半導(dǎo)體這場沒有硝煙的紛爭中，都讓各個國家了解到自主可控供應(yīng)鏈的重要性?！懊鎸χ忻乐g的關(guān)系日益緊張，歐洲將不僅僅是一個旁觀者，甚至有可能將成為戰(zhàn)場?！睔W盟工業(yè)負(fù)責(zé)人Thierry Breton此前曾如此說到，“如果我們抓住數(shù)據(jù)、微電子學(xué)和互聯(lián)的機(jī)遇，歐洲將處于領(lǐng)先地位?！? 一時間歐洲集成電路野心再起，在歐盟委員會的幫助下，歐洲半導(dǎo)體業(yè)界正在發(fā)起新一輪的嘗試：不但計劃生產(chǎn)全球20%的芯片，還為超大規(guī)模計算，高性能大數(shù)據(jù)和一系列新興應(yīng)用制定了EPI計劃，以更好地與美國和中國競爭。通過開發(fā)本土處理器和必要的專業(yè)知識，歐盟以圖在未來幾年內(nèi)推動其HPC雄心。

歐盟半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)狀

過去30多年來里，歐洲一直致力于在全球半導(dǎo)體市場中發(fā)揮重要作用。雖然今天歐洲芯片制造商的全球零部件市場僅占14％，但在個別市場領(lǐng)域也還占據(jù)強勢地位。 歐洲公司在汽車和高端激光/照明應(yīng)用中可以說具有很強的地位，隨著ADAS和EV的發(fā)展，汽車中的半導(dǎo)體含量可能從現(xiàn)在的平均每輛389美元增加到每輛汽車超過2,000美元。在歐洲，有幾家半導(dǎo)體公司正適應(yīng)這一趨勢。

資料來源：愛迪生投資研究公司，英飛凌，Statista 荷蘭的恩智浦，德國的意法半導(dǎo)體、英飛凌以及博世在混合信號/模擬/傳感器世界中占有很大的市場份額。博世在傳感器方面尤其強大，英飛凌和NXP在汽車領(lǐng)域處于有利地位，英飛凌更專注于電力電子，而恩智浦則更專注于車載通信/ MCU。英飛凌科技今年4月份成功收購了美國芯片公司賽普拉斯，躋身汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商第一，兩家合并后，英飛凌也將成為功率、安全IC和NOR閃存市場首屈一指的供應(yīng)商。恩智浦半導(dǎo)體去年也斥資17.6億歐元收購Marvell 的無線連接業(yè)務(wù)WiFI，藉由它進(jìn)一步加強物聯(lián)網(wǎng)，汽車和通信基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)。 芯片設(shè)計商Melexis完全面向汽車行業(yè)，Melexis于1988 年在比利時成立。盡管Melexis進(jìn)入EV電源和ADAS領(lǐng)域的機(jī)會有限，但在汽車的通用電氣化尤其是磁傳感器方面尤其強大。他們在提高傳感器組件和模塊的可制造性上做出了巨大貢獻(xiàn)，如采用 Triaxis解決方案在三維霍爾磁傳感器領(lǐng)域開創(chuàng)先河，率先在中壓強應(yīng)用中使用 MEMS 技術(shù)，在鎖存器和開關(guān)以及車內(nèi)氛圍燈領(lǐng)域他們也處于領(lǐng)跑地位。 德國的Elmos這樣的利基公司將擁有更好的機(jī)會，Elmos開發(fā)，生產(chǎn)和銷售主要用于汽車的半導(dǎo)體和傳感器。他們也正在朝著汽車新趨勢邁進(jìn)，其超聲波傳感器可用于停車，以應(yīng)對ADAS趨勢。 高端光線和接近傳感器的提供商包括Dialog和ams。去年ams花費340億美元收購了Osram，在ams的VCSEL和3D傳感智能手機(jī)專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，建立了一個更大的照明/光子技術(shù)強國，專門從事汽車領(lǐng)域。在2019年，Dialog通過收購FCI擴(kuò)展了連接物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品組合，從而將低功耗Wi-Fi專業(yè)知識帶入了企業(yè)內(nèi)部。此外，Dialog還通過收購Creative Chips進(jìn)入了工業(yè)市場。 再者，還有像Kalray這樣的利基公司，Kalray成立于2008年，它是新型智能系統(tǒng)處理器的先驅(qū)。Kalray獲得專利的MPPA（“大規(guī)模并行處理器陣列”）架構(gòu)允許無限數(shù)量的內(nèi)核，并且與新型智能系統(tǒng)有著獨特的關(guān)聯(lián)。NXP在2020年上半年投資了Kalray，兩家將合作以推出下一代NXP BlueBox，并針對L2級別的廣泛智能和自動駕駛汽車已經(jīng)投入使用，未來將達(dá)到L4級甚至L5級。 在設(shè)備方面，盡管歐洲公司并未生產(chǎn)技術(shù)上最先進(jìn)的芯片，但它們確實提供了必不可少的設(shè)備，從EUV光刻設(shè)備，用于邏輯，代工和存儲芯片的ALD技術(shù)到用于高端芯片封裝的設(shè)備。在設(shè)備供應(yīng)商方面，邏輯/代工設(shè)備制造商有ASML，Aixtron，ASMI，Besi和Suss MicroTec；高端基板（設(shè)備）供應(yīng)商主要包括IQE，Riber，PVA Tepla和Soitec；ADAS和EV芯片制造商中包括Elmos，ams和較小的X-Fab。

前端和后端生態(tài)系統(tǒng)（資料來源：愛迪生投資研究） 迄今為止，歐洲最大的半導(dǎo)體相關(guān)股票是市值超過1000億歐元的ASML。ASML光刻設(shè)備是前端內(nèi)最大的細(xì)分市場，其對于通過在前端工藝（晶圓處理）中實現(xiàn)更小的圖案，在平方英寸的晶圓表面上安裝更多的晶體管來實現(xiàn)縮小至關(guān)重要，增加芯片的容量。 荷蘭的ASMI和德國的Aixtron制造沉積設(shè)備，這是是前端設(shè)備市場僅次于etching的第三大細(xì)分市場。ASMI已將原子層沉積（ALD）和等離子增強原子層沉積（PEALD）從研發(fā)一直帶到先進(jìn)制造商站點的主流生產(chǎn)，并且是Intel，臺積電和三星（逐漸發(fā)揮Logic / Foundry收縮趨勢）日益重要的供應(yīng)商，ASM是ASM International NV集團(tuán)的一部分，該集團(tuán)還包括ASM Pacific Technology（ASMPT）。而Aixtron的優(yōu)勢在于提供金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）工具來制造碳化硅和氮化鎵等特殊材料，在推動EV趨勢的同時，也可用于5G。 同樣在硅晶片和外延晶片中，總部在德國慕尼黑的Siltronic AG是全球半導(dǎo)體市場的領(lǐng)導(dǎo)者之一，Siltronic AG是直徑高達(dá)300mm的高度專業(yè)化超純硅晶圓的全球領(lǐng)先制造商之一。Siltronic AG雖成立于2004年，但其業(yè)務(wù)起源可追溯到1953年開始進(jìn)行涉及高純度硅的研究與開發(fā)。為Intel和TSMC等公司提供硅晶片，也為Soitec和IQE等公司提供服務(wù)。 法國Soitec的技術(shù)，項目和工業(yè)能力使其成為法國工業(yè)領(lǐng)域的皇冠上的明珠之一。該公司成立于25年前，Soitec的碳化硅和氮化鎵晶片將使其更好的應(yīng)對5G和新能源汽車的來臨。它設(shè)計和制造創(chuàng)新的半導(dǎo)體材料，提供獨特且具有競爭力的解決方案，以使芯片小型化，提高其性能并減少能耗。 在這些晶圓的設(shè)備方面，法國Riber是分子束外延（MBE）設(shè)備的供應(yīng)商，這是最通用和最精確的工具，可以在基底上沉積精確數(shù)量的材料。分子束外延（MBE）設(shè)備可以用來制造非常便宜的薄膜太陽能電池，制造未來有機(jī)LED電視的顯示，并幫助生產(chǎn)將導(dǎo)致更快、更強大的數(shù)據(jù)處理的超小型硅晶體管。 而德國的PVA TePla是為高溫和等離子處理過程提供真空解決方案，在半導(dǎo)體方面，其主要為半導(dǎo)體和太陽能行業(yè)提供系統(tǒng)，其碳化硅鑄錠爐將為汽車的發(fā)展帶來很大的幫助。 X-FAB是世界上最大的模擬/混合信號代工廠，是一家私有企業(yè)，總部位于德國愛爾福特，它每年可提供約120萬片200mm等效晶圓的制造能力。X-FAB是最大的專業(yè)晶圓廠集團(tuán)，與典型的代工服務(wù)不同，因為它在先進(jìn)的模擬和混合信號工藝技術(shù)方面擁有專業(yè)知識。這些技術(shù)并非旨在以盡可能小的結(jié)構(gòu)尺寸用于數(shù)字應(yīng)用，而是針對可以與諸如高壓，非易失性存儲器或傳感器之類的附加功能集成的模擬應(yīng)用。另外，X-FAB在SiC和5G（過濾器）方面仍有一些利基活動。

EPI處理器計劃：確保歐洲的技術(shù)主權(quán)和獨立性

伴隨著大規(guī)模計算、大數(shù)據(jù)以及5G的AIoT的來臨，歐洲想要抓住這波數(shù)字潮流的機(jī)遇，因此啟動了EPI項目。他們組織聚集了來自10個歐洲國家的27個合作伙伴來開發(fā)處理器，并確保高端芯片設(shè)計的關(guān)鍵能力仍在歐洲。 歐洲處理器倡議EPI（The European Processor Initiative）是該聯(lián)盟與歐盟委員會簽署的框架合作協(xié)議第一階段實施的一個項目，該項目自2018年12月成立，獲得了歐盟FPA Horizon 2020資金支持，其目標(biāo)是設(shè)計并實現(xiàn)用于極端規(guī)模計算、高性能大數(shù)據(jù)和一系列新興應(yīng)用的新型歐洲低功耗處理器系列路線圖。 在此做一下補充，F(xiàn)PA最初是由歐盟Horizon 2020計劃在2017年(H2020-ICT-2017-2)中提出的，其主題是ICT-42-2017歐洲低功耗微處理器技術(shù)框架合作協(xié)議。歐委會的目標(biāo)是支持建立在兩臺百億億次計算機(jī)上的世界一流的歐洲高性能計算和大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)，這種處理器將有助于“培育能夠開發(fā)歐洲新技術(shù)的HPC生態(tài)系統(tǒng)，例如較低的HPC芯片”。他們選中了EPI，并與歐洲委員會簽署了一項協(xié)議，并計劃了第一階段的開發(fā)。隨后簽署了《歐洲加工者倡議》的《特定撥款協(xié)議》，該財團(tuán)于2018年12月啟動了該項目。

路線圖以及EPI的未來 從路線圖可以看出，EPI作為未來計算系統(tǒng)核心的新處理器的開發(fā)將被劃分為幾個流：通用平臺和全球架構(gòu)流、HPC通用處理器流、加速器流、汽車平臺流。最終的工作將是產(chǎn)生一個處理器程序包，該程序包將Arm通用內(nèi)核與基于RISC-V的加速器以及許多更專業(yè)的協(xié)處理器結(jié)合在一起。 來自與通用處理器和加速器芯片相關(guān)的兩個流的結(jié)果將生成一個異構(gòu)的、高效節(jié)能的CPU，用于標(biāo)準(zhǔn)、非傳統(tǒng)和計算密集型領(lǐng)域，該通用處理器基于Arm的“ Zeus”內(nèi)核，該內(nèi)核是Neoverse系列處理器設(shè)計的第三代產(chǎn)品的一部分。EPI致力于最大限度地發(fā)揮這兩大領(lǐng)域的協(xié)同作用，并將與歐盟現(xiàn)有的技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用項目合作，使歐洲在高性能計算和百億億級新興市場(如自動駕駛的汽車計算)中處于世界領(lǐng)先地位。 EPI項目涵蓋了設(shè)計和執(zhí)行處理器和計算技術(shù)研究和創(chuàng)新的可持續(xù)路線圖所需的全部專業(yè)知識、技能和能力，以培育未來百億億級高性能計算和新興應(yīng)用，如果不考慮可以支持這種長期活動的可能的額外市場，設(shè)計新的HPC處理器系列是不可持續(xù)的。因此，EPI將覆蓋汽車行業(yè)等其他領(lǐng)域，以確保該計劃的整體經(jīng)濟(jì)可行性。 為了帶頭開展這些工作，EPI項目被確立為該戰(zhàn)略計劃的基石之一。它匯集了來自10個歐洲國家的27個合作伙伴來開發(fā)處理器，并確保高端芯片設(shè)計的關(guān)鍵能力仍在歐洲。EPI的成員包括：Atos，巴塞羅那超級計算中心，寶馬集團(tuán)，法國替代能源和原子能委員會（CEA），查爾默斯大學(xué)，Cineca，E4計算機(jī)工程，Elektrobit，ETH蘇黎世，Extoll，F(xiàn)ORTH，弗勞恩霍夫ITWM，Genci，F(xiàn)orschungszentrumJülich，Kalray，KIT，Menta，Prove＆Run，半動力學(xué)技術(shù)服務(wù)，英飛凌技術(shù)，SiPearl，意法半導(dǎo)體微電子，SURFsara，Technico Lisboa，博洛尼亞大學(xué)，比薩大學(xué)，薩格勒布大學(xué)。 但EPI項目最重要的一環(huán)是SiPearl，這是一家法國的無晶圓廠公司，致力于實現(xiàn)歐洲處理器倡議（EPI）項目的公司，SiPearl于2019年6月創(chuàng)建。SiPearl將通過與EPI的26個合作伙伴（科學(xué)界，超級計算中心以及IT，電子和汽車領(lǐng)域的知名企業(yè)）的密切合作來開發(fā)和營銷其解決方案，這些合作伙伴是其利益相關(guān)者和未來的客戶。作為Horizon 2020研究與創(chuàng)新計劃的一部分，SiPearl是一家擁有獨立資本的法國公司，獲得了620萬歐元的歐盟補貼。 根據(jù)與歐盟目標(biāo)緊密相關(guān)的路線圖，該公司計劃在2022年將其首批微處理器投入商業(yè)生產(chǎn)。對于首批微處理器，SiPearl已經(jīng)從歐洲處理器計劃的合作伙伴，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和技術(shù)公司以及全球最佳供應(yīng)商那里獲得了先進(jìn)的技術(shù)。SiPearl采用無晶圓廠模式運作，不會擁有自己的生產(chǎn)中心。因此，它選擇最初將其生產(chǎn)委托給臺積電。SiPearl首席執(zhí)行官Philippe Notton說到：“我們致力于在對歐洲經(jīng)濟(jì)增長至關(guān)重要的行業(yè)中確保歐洲的技術(shù)主權(quán)和獨立性?！?

雄心勃勃的制造計劃：要生產(chǎn)全球20%的芯片

最近，貿(mào)易戰(zhàn)對科技領(lǐng)域的影響再次凸顯了歐洲在微處理器設(shè)計，制造和應(yīng)用方面自給自足的戰(zhàn)略重要性。歐盟工業(yè)負(fù)責(zé)人Thierry Breton近日表示，歐盟應(yīng)追求生產(chǎn)至少占全球芯片和微處理器價值的五分之一，以更好地與美國和中國競爭。 Thierry Breton指出，驅(qū)動聯(lián)網(wǎng)汽車、智能手機(jī)和高性能計算機(jī)等各類產(chǎn)品的半導(dǎo)體，是大多數(shù)關(guān)鍵和戰(zhàn)略價值鏈的起點。如果歐洲在微電子領(lǐng)域沒有自主權(quán)，就不會有數(shù)字主權(quán)。歐洲目前在全球處理器和其他微電子產(chǎn)品產(chǎn)量中的占比不到10%。Breton表示，他將探索建立歐洲微電子聯(lián)盟，初始公共和民間投資總額至高達(dá)300億歐元 (340億美元 )。 下一個歐盟研究計劃“地平線歐洲”(Horizon Europe)擬資助的合作伙伴包括“關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)”(Key Digital Technologies)，它是當(dāng)前歐盟在該領(lǐng)域的“歐洲領(lǐng)先電子元件和系統(tǒng)”(ECSEL)的繼任者，該項目耗資50億歐元，旨在振興歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。 在2008年金融危機(jī)之后的幾年里，歐洲在電子元件和系統(tǒng)(ECS)市場的領(lǐng)導(dǎo)地位上輸給了國際競爭者，“當(dāng)時，歐洲遭遇經(jīng)濟(jì)下滑時，人們迫切希望找到機(jī)制，來更好的打造歐洲制造。ECSEL的使命是提升歐洲電子工業(yè)的競爭力。ECSEL通過為試點生產(chǎn)線和大規(guī)模示范提供資金，為半導(dǎo)體制造廠(fabs)提供支持的工作，幫助歐洲重新回到了芯片制造的前沿。 例如，ECSEL在完全耗盡絕緣體上硅芯片制造工藝的開發(fā)中發(fā)揮了作用，該工藝優(yōu)化了性能，將智能手機(jī)和平板電腦的功耗降低了40％?？梢哉f現(xiàn)在每個人的手機(jī)中都有這項技術(shù)，但不幸的是，與智能手機(jī)制造商的保密協(xié)議通常意味著歐洲芯片制造商無法宣傳其產(chǎn)品內(nèi)置的設(shè)備。De Colvenaer說：“您可以說'歐洲內(nèi)部'，也可以說ECSEL技術(shù)在內(nèi)部?！? ECSEL在2014年至2024年的預(yù)算為50億歐元，它也是歐盟所有公私伙伴關(guān)系中規(guī)模最大的伙伴之一。其中，11.8億歐元來自歐盟的“地平線2020”研發(fā)計劃，而歐盟成員國的投入也差不多。其余的則是來自行業(yè)的實物捐助。 如今一家藝術(shù)晶圓廠的起步耗資數(shù)十億美元，但ECSEL與CA Technologies和Soitec等工業(yè)合作伙伴已經(jīng)投資建立了試點生產(chǎn)線和示范設(shè)備，并將他們的半導(dǎo)體設(shè)計授權(quán)給了GlobalFoundaries、意法半導(dǎo)體、NXP和三星等公司。

結(jié)語

不止中國和歐盟，“風(fēng)物長宜放眼量”，數(shù)十年來，全球半導(dǎo)體大國之間的緊張局勢時不時地浮現(xiàn)出來，在這場游戲中，沒有國家能安然無恙的做個旁觀者，別人不給的，就是我們要發(fā)展的。在半導(dǎo)體的世界中，需要結(jié)束“造不如買”的思想，唯有自力更生掌控全產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)，才是硬道理。誠如毛主席當(dāng)年所說，核潛艇，一萬年也要造出來！

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