Wann wird die Chipknappheit angesichts der Rohstoffknappheit und der hohen technologischen Hürden endlich gelindert?

Im vergangenen November erschien in der People's Daily eine Nachricht: „Das chinesische Team der Huazhong University of Science and Technology hat die Meisterschaft im globalen EDA-Wettbewerb gewonnen.“ Der Bericht zog sofort Zehntausende Leser an. Vor dem Hintergrund der US-Blockade relevanter chinesischer Technologien hat das Ergebnis dieses Wettbewerbs die Forscher im Chipbereich meines Landes enorm ermutigt und ihr Vertrauen in die eigenständige Herstellung von High-End-Chips gestärkt.

EDA-Auszeichnungszertifikat und zugehöriges Personal

Quelle: Offizieller Microblog der Huazhong University of Science and Technology

1. Die Beziehung zwischen EDA und Chips

EDA ist die Abkürzung für Electronic Design Automation, also den Entwurf von integrierten Schaltkreischips im großen Maßstab mithilfe der Zeichensoftware CAD. Sie wird als „Mutter der Chips“ bezeichnet und ist die Grundlage für die Realisierung des Chipdesigns. Das Thema des EDA-Wettbewerbs in diesem Jahr ist das sehr wichtige Problem des Layout- und Verdrahtungsdesignalgorithmus im Chipdesign.

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Da sich der Wettbewerb zwischen China und den USA verschärft, ist mein Land in vielen Schlüsseltechnologien, insbesondere im Chipbereich, mit Gefahren konfrontiert. Für mein Land ist es zwingend erforderlich, das Monopol zu brechen und sich bei wichtigen Chiptechnologien nicht länger der Kontrolle anderer auszusetzen. Daher ist die unabhängige Forschung und Entwicklung von Chipdesign-Software für den Durchbruch im Chipbereich von großer Bedeutung.

Die globale Informatisierungswelle bewirkt einen umfassenden Wandel hin zu Intelligenz, Vernetzung und Digitalisierung. Die rasante Entwicklung fortschrittlicher Technologien wie 5G, KI, autonomes Fahren und Cloud Computing hat zu einer zunehmend starken Nachfrage nach Hochleistungschips geführt.

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Chips bieten mehrdimensionale Basisunterstützung für Speicherung, Datenverarbeitung, Vernetzung und Intelligenz und bilden eine solide Basis für digitale Upgrades und intelligente Vernetzung. Daher werden Chips auch als „Industrielebensmittel“ bezeichnet. Ihre technische Leistungsfähigkeit und ihr industrieller Umfang repräsentieren den Entwicklungsstand und die internationale Wettbewerbsfähigkeit eines Landes.

2. Warum ist die Herstellung von Chips so schwierig?

Schwierigkeit 1: Rohstoffe

Beim Reinigen von Siliziumdioxid zur Herstellung von Wafern werden Produktionsöfen, Schneidemaschinen und andere Geräte benötigt. An jede Art von Ausrüstung werden sehr hohe technische Anforderungen gestellt und auch die Reinheit der Silizium-Einkristalle muss während des Reinigungsprozesses extrem hoch sein. Im Allgemeinen kann es unter einer Milliarde Siliziumatomen nur ein Fremdatom geben.

Einkristalliner Siliziumwafer

Quelle: Baidu Enzyklopädie

Schwierigkeit 2: Hochwertige Lithografiemaschinen sind schwer zu bekommen

Bei der Herstellung hochwertiger Lithografiemaschinen gibt es zwei Schwierigkeiten, nämlich die Lichtquelle und die Linse. Die Aufgabe der Lichtquelle besteht darin, den Schaltplan in die Siliziumscheibe zu gravieren. Wenn die einzelnen Komponenten nur wenige Nanometer voneinander entfernt sind, muss die Wellenlänge der Lichtquelle kurz genug sein, um zeichnen zu können. Zur Herstellung einer solchen Lichtquelle wird extrem ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern benötigt, das schwer zu erzeugen und zu kontrollieren ist.

Lichtquelle im Inneren der Extrem-Ultraviolett-Lithografiemaschine

Quelle: ASML

Das Objektiv ist das Herzstück der Lithografiemaschine. Seine Funktion besteht darin, den Lichtweg anzupassen und zu fokussieren. Der Chip stellt extrem hohe Anforderungen an die Präzision der Linse und die Spiegeloberfläche muss glatt sein, um 50 Pikometer zu erreichen, und ein Meter entspricht einer Billion Pikometern.

Schwierigkeit 3: Hohe technische Hürden und große Produktionsrisiken

Die Chipherstellung erfordert viel Übung und Anwendungsfeedback, aber die frühen Phasen der Chipproduktion, wie der Kauf von Geräten und der Aufbau eines Labors, sind zu kostspielig und riskant. Die Chipindustrie meines Landes hat eine schwache Basis und die nachgelagerten Industrien haben grundsätzlich stabile Zulieferer. Aus Gründen der Qualitätskontrolle ersetzen nachgelagerte Industrien vorgelagerte Lieferanten im Allgemeinen nicht so leicht, was zu einem schwachen Krisenbewusstsein bei den vorgelagerten Lieferanten führt.

Für Unternehmen sind die anfänglichen Kosten der Chipherstellung enorm und sie können in der späteren Phase auch mit anderen Versorgungsproblemen wie der Ausbeute konfrontiert werden, was zu weniger Möglichkeiten für Versuch und Irrtum führt und es schwierig macht, Technologie anzuhäufen. ohne die Ansammlung technischer Erfahrungen wird die Blindheit der Praxis noch verstärkt.

3. Der aktuelle Status chinesischer Chips

Chips sind der Grundstein des Informationszeitalters und der wichtigste Garant für zukünftige Technologien. Allerdings ist mein Land bei der Herstellung hochwertiger Chips sehr stark vom Ausland abhängig und die jährlichen Ausgaben für importierte Chips belaufen sich auf bis zu 300 Milliarden US-Dollar. Obwohl das Land die Entwicklung von High-End-Chips schon seit langem als nationale Strategie positioniert hat, gestaltet sich die Entwicklung von Halbleitern auf Siliziumbasis in China angesichts der derzeit angespannten Beziehungen zwischen China und den USA schwierig, und der Großteil davon konzentriert sich noch immer auf die Fertigungsverbindungen im mittleren und unteren Preissegment. Obwohl sich die Entwicklung nun in Richtung High-End bewegt, ist es noch ein weiter Weg.

Bei der Chipherstellung gibt es drei Hauptprozesse: Design, Herstellung sowie Verpackung und Prüfung. Obwohl mein Land über gewisse Kapazitäten im Bereich der grundlegenden Verpackung und Prüfung verfügt, besteht immer noch eine große Lücke zwischen den Design- und Fertigungsverbindungen und den höchsten technischen Standards.

Derzeit können in meinem Land Chips der unteren und mittleren Leistungsklasse in Massenproduktion hergestellt werden, aber bei Chips mit hoher Leistung ist es noch ein weiter Weg, bis wir das internationale Niveau erreichen. Der aktuelle Stand der Forschung und Entwicklung im Bereich High-End-Chips in meinem Land lässt sich kurzfristig nicht ändern und erfordert Geduld.

Darüber hinaus hat die rasante Entwicklung von High-End-Chips die rasante Entwicklung der elektronischen Informationstechnologie vorangetrieben, die das Produkt globaler Arbeitsteilung und Zusammenarbeit ist. Der Trend zur Deglobalisierung wird unweigerlich zu einem Mangel an Chips führen und die gesunde Entwicklung der Informationsindustrie in Ländern rund um die Welt gefährden.