Em abril de 2018, o Departamento de Comércio dos EUA impôs sanções à ZTE, uma grande fabricante chinesa de equipamentos de comunicação, com base na violação do embargo comercial contra o Irã e a Coreia do Norte, exigindo que as empresas relacionadas aos EUA não forneçam peças e componentes à ZTE em 7 anos. Incluindo os microchips mais críticos e outros produtos.
Em maio de 2019, o Departamento de Comércio dos EUA declarou que havia adicionado a Huawei e suas 70 subsidiárias à lista de entidades. Esta ação proíbe a gigante das telecomunicações Huawei de comprar peças de empresas dos EUA sem a aprovação do governo dos EUA.
Desde o incidente com a ZTE até a inclusão da Huawei na lista de entidades, embora tenha sido uma ação de sanções na superfície, isso refletiu essencialmente a falta de autonomia do chip doméstico.
De acordo com dados alfandegários, as importações de chips da China ultrapassaram US $ 312,058 bilhões em 2018, um aumento de 19,8% ano a ano, estabelecendo um recorde. Os chips ultrapassaram o petróleo bruto e se tornaram a maior categoria de importação da China. A exportação de chips é de apenas 84,636 bilhões de dólares e o valor de importação 3,7 vezes o valor de exportação. E a partir dos dados dos últimos cinco anos, o déficit comercial de chips da China está ficando cada vez maior. A taxa de autossuficiência de chips da China é seriamente insuficiente. Em 2018, a taxa de autossuficiência de chips da China era de apenas 15%.
Do ponto de vista da taxa de autossuficiência do chip principal, a taxa de autossuficiência dos chips principais, como processadores, GPUs e memória, é seriamente insuficiente, mas as empresas nacionais têm taxas de autossuficiência relativamente altas em chips de telefones celulares, inteligência artificial e embalagens. O chip do telefone móvel é representado pelo chip Kirin da Huawei e seu desempenho atingiu o nível de liderança mundial.
A tecnologia de embalagem e teste é relativamente baixa. Como um grande país com mão-de-obra intensiva, a China tem vantagens inerentes. Existem três campos principais de embalagem e teste, a saber: Changjiang Electronics Technology, Huatian Technology e Tongfu Microelectronics Todas as três empresas entraram no top ten da indústria global de embalagens e testes.
Em termos de chips de inteligência artificial, os gigantes domésticos tradicionais da Internet e as startups de inteligência artificial estão ativamente implantando chips de inteligência artificial representados pelos chips Hanguang 800 da Alibaba, NPU Cambrian e piloto automático da Horizon alcançaram bons resultados.
No geral, o mercado doméstico de chips é grande em escala e autossuficiência insuficiente; produtos de baixo custo desenvolveram-se rapidamente, avanços foram alcançados em áreas segmentadas e o núcleo é restringido por outras. Portanto, com o apoio de políticas e fundos nacionais, a China deve intensificar esforços para conquistar tecnologias essenciais, desenvolver vigorosamente chips domésticos, acelerar a substituição doméstica de chips e construir chips chineses.
Este artigo dará uma introdução relativamente abrangente aos chips, incluindo a cadeia da indústria de chips, chips digitais, chips AI, chips analógicos, bem como os principais padrões dos chips mundiais e jogadores participantes, e tentará explorar oportunidades para chips domésticos.
Parte 1
Os chips estão por toda parte na vida e não há falta de chips em smartphones, computadores, eletrodomésticos, automóveis e até mesmo na indústria militar. Embora o chip seja pequeno, ele lançou as bases para a realização da informatização e da inteligência em todas as esferas da vida.
A história do chip pode ser rastreada até o nascimento do transistor.Em 1947, a Bell Labs nos Estados Unidos produziu o primeiro transistor do mundo. O surgimento dos transistores possibilitou a integração de vários dispositivos e circuitos em um substrato dielétrico, e nasceu a ideia dos circuitos integrados.
Em 1958, Jack Kilby, que trabalhava na Texas Instruments (TI), usou um substrato de germânio (Ge) para conectar vários transistores, resistores e capacitores para desenvolver com sucesso o primeiro circuito integrado do mundo. Ele descobriu que a ergonomia dos circuitos integrados tem uma grande vantagem sobre os componentes discretos. Alguns meses depois que Jack Gere inventou os circuitos integrados baseados em germânio, Robert Noyce inventou sucessivamente circuitos integrados baseados em silício (Si), e a maioria das aplicações de semicondutores hoje são circuitos integrados baseados em silício.
Interconecte os transistores, resistores, capacitores, indutores e outros componentes e fiação necessários em um circuito, fabrique-os em um pequeno ou vários wafers semicondutores pequenos ou substratos dielétricos e, em seguida, encapsule-os em um pacote para ter o A microestrutura do circuito funciona, ou seja, o circuito integrado (IC), também conhecido como chip. Todos os componentes do chip foram estruturados como um todo, tornando os componentes eletrônicos um grande passo na direção da miniaturização, baixo consumo de energia, inteligência e alta confiabilidade.
Vamos pegar o iPhone 11 Pro Max como exemplo para ver a importância dos chips em dispositivos eletrônicos.
Desmonte a concha das costas
Remova a placa-mãe
Desmonte a placa-mãe
Estrutura da placa-mãe do iPhone 11 Pro Max
Vermelho: Apple APL1W85 A13 Bionic SoC, memória SK Hynix de 4 GB integrada
Laranja: chip de gerenciamento de energia Apple APL1092
Amarelo: Lingyun Logic Cirrus Logic 338S00509 decodificador de áudio
Verde: chip empacotado Decawave (chip U1 de banda ultralarga)
Azul: Avago 8100 Transceptor RF PAMiD de frequência média / alta
Roxo: transceptor PAMiD RF de baixa frequência Skyworks 78221-17
Rosa: Chip de gerenciamento de energia STMicrolectronics STB601A0N
Estrutura traseira da placa-mãe do iPhone 11 Pro Max
Vermelho: memória flash Toshiba TSB 4226VE9461CMNA11927
Placa de circuito RF do iPhone 11 Pro Max
Vermelho: Apple, USI 339S00648 chip WiFi / Bluetooth
Laranja: chip de banda base do modem IntelX927YD2Q
Amarelo: Transceptor Intel 5765P10 A1508B13 H1925
Verde: amplificador de potência Skyworks78223-17
Azul: Verizon 81013 -Módulo de rastreamento de pacotes Qorvo
Roxo: Skyworks13797-1956481691927 MX
Rosa: chip de gerenciamento de energia de banda base Intel 6840P10409 H1924
Módulo de carga
Vermelho: chip de carregamento sem fio STMicroelectronics
Laranja: amplificador de áudio Apple 338S00411
Amarelo: chip de carregamento de bateria SN261140 da Texas Instruments (TI)
Fonte: iFixit
Em resumo, podemos ver a importância dos chips para os dispositivos eletrônicos. Há um grande número de chips em um smartphone que oferece várias funções. Especificamente, a CPU, GPU, mecanismo de rede neural e chip de banda base externo integrados no A13 Bionic SoC são microprocessadores; RAM de memória operacional 4G é DRAM e memória flash é flash NAND, ambos os quais são chips de memória; chips de radiofrequência (transceptores) , Amplificador de potência), chips de multimídia de áudio e vídeo, chips de gerenciamento de energia, etc. são chips analógicos.
Da mesma forma, os chips estão desempenhando um papel importante em outros eletrônicos e dispositivos. Dispositivos não inteligentes, como controles remotos, ar condicionado e lâmpadas de LED, todos têm chips. Com o rápido desenvolvimento de 5G, AIoT, etc., inteligência, interconexão, nuvem, etc. exigem cada vez mais chips para desempenhar um papel, especialmente os chips de inteligência artificial tornaram-se um terreno competitivo para fabricantes de chips tradicionais, gigantes da Internet / tecnologia e startups de IA .
Existem muitas maneiras de classificar os chips.De acordo com os diferentes sinais processados, os chips podem ser divididos em chips digitais e chips analógicos.
Sinal digital: O parâmetro de informação é um sinal discreto no tempo e na amplitude, é um sinal discreto obtido por amostragem e quantização de um sinal analógico, expresso em binário (0/1). Suas características são: mudanças discretas de tempo e amplitude, fácil de armazenar, sem atenuação e mais adequado para processamento em alta velocidade.
Sinal analógico: O parâmetro de informação é expresso como um sinal contínuo dentro de um determinado intervalo de tempo, como temperatura, pressão, som e imagem. Sua característica é: a amplitude muda continuamente com o tempo, o que pode refletir verdadeira e vividamente o mundo físico em que estamos, mas é fácil de atenuar e difícil de armazenar.
Chips digitais são usados para processar sinais digitais e chips analógicos são usados para processar sinais analógicos. Pegue um smartphone como exemplo. O sinal analógico externo, como a imagem obtida ao tirar uma foto, a impressão digital ou rosto necessário para a identificação, é processado pelo chip analógico e, em seguida, o sinal analógico é convertido em um sinal digital pelo módulo analógico para digital e, em seguida, pelo chip digital Para processamento, o sinal digital processado também será convertido em um sinal analógico por um chip digital para analógico para transmissão externa conforme necessário.
1. Gigantes upstream internacionais monopolizam chips de uso geral de alta tecnologia e empresas nacionais se esforçam para alcançá-los
O design de chips é o topo da cadeia da indústria de chips, incluindo uma série de etapas, como seleção de arquitetura, design lógico, design de circuito e design de embalagem.
De acordo com dados da DIGITIMES Research, entre os dez principais fornecedores globais de design de IC em termos de receita em 2018, apenas a Huawei HiSilicon era uma empresa continental na lista. Embora os fornecedores de design de chip de processador móvel representados pela Huawei HiSilicon tenham entrado na vanguarda do mundo, ainda há uma grande lacuna no nível geral de design de chip doméstico em comparação com os gigantes internacionais. Chips de uso geral de última geração, como CPU, GPU e FPGA ainda estão sendo usados por gigantes internacionais. Monopólio.
Nos últimos anos, a indústria de design da China se desenvolveu rapidamente e a taxa de crescimento da indústria excedeu em muito a média internacional. Huawei HiSilicon atingiu o processo avançado de 7 nm e também está na vanguarda da tecnologia de chip 5G no mundo; Ziguang Zhanrui e Datang estão realizando ativamente a implantação 5G; O chip de reconhecimento de impressão digital da Goodix é usado na maioria dos smartphones domésticos; os layouts Cambrian e Horizon AI surgiram internacionalmente.
(1) O modelo de negócios de design de chips
De acordo com o modelo de negócios de design de chip, ele pode ser dividido em design de IP e design de chip.
Projeto de IP, ou seja, projeta o núcleo IP do chip (IPcore). O núcleo IP é um módulo de design comumente usado para chips. Agora, o design dos chips não é mais totalmente começando do zero, mas é baseado em alguns núcleos IP maduros, e as funções do chip são adicionadas nesta base.
Tomando o ARM como exemplo, ele não produz chips, mas usa três métodos de autorização: autorização de processador, autorização de pacote de otimização de processador e autorização de arquitetura como modelo de negócios. A empresa de design do chip obtém a autorização da empresa ARM e obtém o núcleo IP do chip ARM, e o desenvolvimento do chip é realizado nesta base.
Projeto de chips, ou seja, por meio de arquitetura independente ou autorizada, desenvolvimento direcionado de acordo com as necessidades dos segmentos de mercado.
(2) Arquitetura do chip
No processo de design, o mais importante é escolher a arquitetura do conjunto de instruções.
A arquitetura do conjunto de instruções não é apenas um conjunto de instruções, mas também define as informações de hardware combinadas com o software e usa circuitos de hardware para implementar as operações especificadas pelo conjunto de instruções. O design da arquitetura do processador é o nível mais alto e mais importante na indústria de chips atual. A hierarquia.
A arquitetura do conjunto de instruções pode ser entendida como uma camada de abstração, que constitui a ponte e a interface entre o hardware subjacente do processador e o software em execução nele, e também é a camada de abstração mais importante no processador do computador atual.
Atualmente, as principais arquiteturas do mundo incluem a arquitetura ARM liderada pelo ARM e a arquitetura x86 liderada pela Intel. No geral, as arquiteturas ARM e x86 quase dividem todo o mercado de arquitetura. A arquitetura RISC-V, que é flexível, simplificada e de código aberto, também atraiu cada vez mais atenção.Tem um enorme potencial na Internet das Coisas, IA e outros campos de chips, e também se tornou uma nova oportunidade para o núcleo da China.
CISC e Intel x86
Hoje em dia, os PCs ou servidores comumente usados usam principalmente CPUs da Intel e AMD. O conjunto de instruções usado por este tipo de CPU pertence ao CISC (Complex Instruction Set Computer), que é um conjunto de instruções complexas. Pode haver muitos conjuntos de instruções suportados por uma CPU. As CPUs anteriores são baseadas no CISC.
Em 8 de junho de 1978, a Intel produziu o primeiro microprocessador de 16 bits do mundo e o chamou de "i8086" .A arquitetura x86 nasceu, que definiu as regras básicas de uso do chip. Nas décadas seguintes, a arquitetura x86 continuou a melhorar e o conjunto de instruções x86 foi usado como uma especificação e, portanto, a Intel tornou-se líder do setor.
Em 2003, a AMD lançou o primeiro processador de 64 bits da indústria, Athlon 64, e também trouxe o x86-64, que é um superconjunto estendido de 64 bits do conjunto de instruções x86, e a luta entre a Intel e a AMD começou desde então.
RISC e ARM
Com o advento da era da Internet móvel, os requisitos para baixo consumo de energia estão se tornando cada vez maiores. Apenas cerca de 20% das instruções em todo o conjunto de instruções da arquitetura x86 serão usadas com frequência. Portanto, em 1979, o professor David Patterson, da Universidade da Califórnia em Berkeley, apresentou a ideia do RISC, defendendo que o hardware deveria se concentrar em acelerar as instruções comumente usadas, e instruções mais complexas deveriam ser combinadas com as instruções comumente usadas.
RISC (Reduced Instruction SetComputer) é um computador com conjunto de instruções reduzido. O RISC otimiza os tipos e formatos das instruções CISC e simplifica os métodos de endereçamento para obter economia de energia e alta eficiência. É adequado para produtos eletrônicos portáteis, como telefones celulares, tablets, câmeras digitais e produtos da Internet das Coisas.
Na década de 1980, a ARM começou a fazer seus próprios chips com base na arquitetura RISC e, finalmente, foi crescendo passo a passo, derrotando a Intel e se tornando o atual rei dos chips móveis. Hoje, a maioria dos terminais de telefonia móvel e chips de dispositivos IoT, incluindo Huawei Kirin e Qualcomm Snapdragon, são projetados com base na arquitetura ARM.
Em 2007, o iPhone acabou criando a era da Internet móvel.O chip do processador da primeira geração do iPhone foi projetado com arquitetura ARM. Em 2008, o Google introduziu o sistema Android baseado no conjunto de instruções ARM. Até agora, o rápido desenvolvimento de telefones inteligentes estabeleceu o domínio da ARM no mercado de telefones inteligentes.
RISC-V e AIoT
Hoje em dia, com o vigoroso desenvolvimento de 5G, Internet das Coisas, inteligência artificial e outras tecnologias, mais e mais empresas começaram a produzir e fabricar terminais e módulos que atendem a várias indústrias verticais. Na escolha da arquitetura, o x86 é uma tecnologia fechada, e a arquitetura ARM deve pagar altas taxas de licenciamento.Neste caso, o RISC-V nasceu e entrou em cena.
O conjunto de instruções RISC-V é muito simplificado e flexível. Sua primeira versão continha apenas menos de 50 instruções, que podem ser usadas para implementar um processador com funções básicas, como operações de ponto fixo e modos privilegiados. A abordagem de código aberto adotada pela arquitetura RISC-V permite que seu conjunto de instruções seja usado livremente para qualquer propósito, permitindo que qualquer pessoa projete, fabrique e venda chips e software RISC-V sem ter que pagar nenhuma taxa de patente da empresa.
Atualmente, a Fundação RISC-V tem 235 unidades membros, incluindo 18 membros platina (dados em 10 de julho de 2019). Essas unidades membros incluem várias organizações, como empresas de design e fabricação de semicondutores, integradores de sistemas, fabricantes de equipamentos, empresas industriais militares, instituições de pesquisa científica, universidades, etc., o que é suficiente para mostrar que a influência do RISC-V está se expandindo.
A empresa representante focada em RISC-V é a Andes Technology, que ocupa o quinto lugar no campo IP, depois de ARM, Synopsys, MIPS e Cadence. A Andes Technology foi fundada em 2005, e o presidente é Cai Mingjie, o presidente da MediaTek. A empresa tem se concentrado em CPU IP incorporada desde seu início e tem uma história de 13 anos. Atualmente, a empresa desenvolve principalmente em torno de CPU de baixo consumo de energia e alto desempenho. Além de CPU IP, ela também fornece um conjunto completo de soluções, como IP de plataforma periférica, ferramentas de desenvolvimento de software e hardware e ecossistema.
Para evitar a restrição de gigantes de chips no exterior, o país começou a se esforçar para projetar chips baseados em RISC-V para obter autonomia de chip da fonte. Em julho de 2018, a Comissão Econômica e de Tecnologia da Informação de Xangai emitiu a primeira política doméstica para apoiar o RISC-V. Em outubro, a China RISC-V Industry Alliance foi estabelecida. Em termos de produtos, a Zhongtian Micro e a Huami Technology lançaram sucessivamente processadores baseados no conjunto de instruções RISC-V.
Huangshan No. 1 (Huami) desenvolvido com base no RISC-V, o primeiro chip de inteligência artificial do mundo no campo vestível. Em 25 de julho de 2019, Xuan Tie 910 foi lançado oficialmente, que é o primeiro produto desde o estabelecimento da Pingtou Ge Semiconductor. O Xuan Tie 910 é baseado no núcleo IP do processador RISC-V. Os desenvolvedores podem baixar o código FPGA gratuitamente para realizar o design do protótipo do chip e a inovação da arquitetura. Em 22 de agosto de 2019, o principal fornecedor de semicondutores da indústria, Zhaoyi Innovations, lançou oficialmente a série GD32V baseada em núcleo RISC-V de produtos MCU de uso geral de 32 bits, fornecendo suporte completo de cadeia de ferramentas de chips a bibliotecas de código de programa, kits de desenvolvimento e soluções de design E continuar a construir uma ecologia de desenvolvimento RISC-V.
2. Gigantes midstream internacionais lideram em tecnologia, fabricantes nacionais ajudam no desenvolvimento de design de chips
O meio da cadeia da indústria de chips inclui a fabricação, embalagem e teste de wafer.
De acordo com se o midstream superior está integrado, a indústria de chip / semicondutor tem dois modos:
O modo de integração vertical, também conhecido como IDM, pertence ao modo de negócios da empresa que precisa incluir design e fabricação / embalagem e teste. As empresas representativas do modelo IDM são Intel, Texas Instruments (TI) e Samsung.
Na divisão vertical do trabalho, as empresas que adotam a divisão do trabalho se especializam em apenas um negócio. Por exemplo, Nvidia e Huawei HiSilicon têm apenas design de chip e nenhum negócio de manufatura, que é chamado de fabless; enquanto as fundições representadas por TSMC, SMIC e GF apenas A fabricação de fundição não envolve projeto de chip e é chamada de Fundição.
A TSMC é a hegemonia absoluta na Fundição global, com uma participação de 50%. O progresso de desenvolvimento do processo de fabricação avançado da TSMC quase determina a velocidade de desenvolvimento da indústria. Representantes de fundições na China continental incluem SMIC e Hua Hong Semiconductor, entre as quais a SMIC ocupa o quinto lugar entre as empresas globais de fundição.
(1) Fabricação de wafer
A indústria de fundição de wafer puro é altamente concentrada As quatro principais fundições de wafer puro representam, em conjunto, 85% da participação global, e a TSMC tem uma participação de mercado de quase 60%. As fundições de wafer do continente representadas por SMIC, Huahong Semiconductor e Huali Micro ainda estão muito atrás dos gigantes internacionais.
No processo de fabricação de chips, o processo de fabricação de chips determina o nível avançado da fundição. O processo do chip é um parâmetro usado para caracterizar o tamanho do circuito integrado. Com o desenvolvimento da Lei de Moore, o processo mudou de 0,5um, 0,35um, 0,25um, 0,18um, 0,15um, 0,13um, 90nm, 65nm, 45nm, 32nm, 28nm, 22nm, 14nm, foi desenvolvido para os atuais 10nm, 7nm, 5nm. Atualmente, 28nm é o ponto de demarcação entre os processos tradicionais e avançados.
Tome a TSMC como exemplo, o processo de fabricação de wafer será atualizado a cada poucos anos. Nos últimos anos, o ciclo de substituição foi encurtado. A TSMC produziu em massa 10nm em 2017, 7nm serão produzidos em massa este ano e espera-se que 5nm sejam produzidos em massa em 2020. O chip A13 Bionic do iPhone11 usa o processo de 7nm da TSMC. Além da atualização da tecnologia de fabricação de wafer, sua embalagem downstream e tecnologia de teste também têm sido continuamente desenvolvidas.
No momento, a TSMC tem produção experimental de 5 nm. Para competir com a TSMC, a Samsung disse que desenvolveria um processo de 3 nm. A diferença entre a fábrica do continente e a TSMC é de cerca de duas gerações ou mais. O SMIC mais avançado foi capaz de produzir em massa o processo de 14 nm no primeiro trimestre deste ano e atualmente está se esforçando para conquistar 12 nm. Quanto ao Hua Hong Semiconductor, segundo classificado, ainda está longe de ser um processo avançado.
A existência de SMIC é de grande importância para a indústria de semicondutores na China continental: ganhar dinheiro é o segundo, principalmente para apoiar a autonomia da fabricação de semicondutores de alto nível e, em seguida, para promover a melhoria de toda a cadeia da indústria de design, fabricação e embalagem e teste. Ao mesmo tempo, ele também pode fornecer suporte aos fabricantes locais de equipamentos e materiais de semicondutores.
Foi o surgimento de fundições que reduziram as barreiras técnicas e financeiras para que novos participantes entrassem na indústria de semicondutores e criaram muitas empresas de design de IC.
(2) Embalagem e teste
A embalagem e o teste são o último estágio dos produtos de circuito integrado, e a tecnologia é relativamente fácil. O encapsulamento e o teste são dois processos: o encapsulamento envolve o circuito e deixa os pinos de contato do lado de fora; o teste é para detectar se o desempenho do chip atende aos requisitos do projeto.
O limite da tecnologia de embalagem é relativamente baixo e a base de desenvolvimento nacional é relativamente boa, de modo que a indústria de embalagem e teste se atualiza mais rápido do que design e fabricação. A empresa de semicondutores da China é a primeira a assumir a liderança no mundo e é mais provável que apareça na indústria de embalagens e testes. Existem três empresas líderes no campo doméstico de embalagem e teste, a saber, Changjiang Electronics Technology, Tianshui Huatian e Tongfu Microelectronics, todas as quais entraram no top ten da indústria global de embalagem e teste.
No longo prazo, a tecnologia de embalagem e teste doméstica manteve o ritmo global avançado. Com o aumento das empresas de design de chips upstream nacionais, a lógica de apoio à construção de plantas de wafer downstream é cumprida, complementada pelo apoio de políticas nacionais e capital industrial, as empresas de embalagem e teste nacionais são abrangentes Superar os fabricantes taiwaneses é um evento de alta probabilidade.
3. Downstream
A jusante da cadeia da indústria estão principalmente empresas de integração de sistemas que fornecem soluções de integração de software e hardware, como fornecedores de soluções de inteligência artificial. Por meio de algoritmos customizados e soluções de sistema para setores e necessidades específicas, as empresas downstream são as partes diretas para fortalecer a economia real.
As principais aplicações são direção inteligente, segurança inteligente, voz inteligente, robôs inteligentes, telefones inteligentes, AIoT, etc.
Parte 2
Chip digital
O chip digital é um circuito que transfere e processa sinais discretos e realiza as operações lógicas e operações de sinais digitais. Os chips digitais são amplamente utilizados em computadores, controle digital, comunicações, automação e instrumentação. Os chips digitais incluem processadores (CPU, GPU, chips de banda base, etc.), memória (DRAM, NANDFlash, Flash NOR) e circuitos lógicos (FPGA, etc.).
A CPU e a GPU em nossos dispositivos eletrônicos comumente usados, como PCs, Macs e smartphones, são todos chips digitais. Com o desenvolvimento da IA, chips como FPGA e ASIC têm recebido cada vez mais atenção. Da mesma forma, os chips de memória representados por nossa memória familiar e memória flash são todos chips digitais.
CPU (Central Processing Unit) é a unidade central de processamento, amplamente utilizada em equipamentos eletrônicos e na nuvem. Como um chip de uso geral, a CPU pode realizar muitos tipos diferentes de tarefas e desempenhar o papel do cérebro. Sua principal função é interpretar instruções de computador e processar dados em software de computador.
A Intel é uma gigante que desenvolve principalmente processadores CPU e a maior fabricante mundial de peças e CPUs para computadores pessoais. Em 1971, a Intel introduziu o primeiro microprocessador 4004 do mundo, que foi usado em calculadoras; em 1978, lançou o 8086, que pode processar dados de 16 bits e uma frequência de grupo de 5 MHz. Este é o primeiro chip x86. Uma versão simplificada do 80868088 é usada no PC. A revolução do computador e da Internet provocada pela CPU da Intel mudou o mundo inteiro. Pode-se dizer que a história da Intel é uma breve história de desenvolvimento de CPU.
Mas com o advento dos dispositivos de smartphones como o iPhone e o boom da Internet móvel, a Intel não foi capaz de manter sua vantagem, e a CPU do lado do dispositivo móvel foi gradualmente derrotada pelo chip ARM. O ARM usa uma arquitetura de conjunto de instruções simplificada RISC, com foco em chips de baixo custo, baixo consumo de energia e alta eficiência. Tem grandes vantagens em dispositivos móveis. Atualmente, mais de 95% dos smartphones e tablets do mundo usam a arquitetura ARM. Pode-se ver que ARM e Intel têm rotas estratégicas completamente opostas.Intel sempre aderiu ao modelo de negócios de toda a cadeia da indústria, enquanto ARM é um modelo de cooperação aberta e win-win.
(2) Principais jogadores domésticosPara as empresas domésticas, CPU é o chip mais difícil para as empresas nacionais alcançarem as empresas líderes mundiais. As principais empresas nacionais de CPU incluem Godson, Zhaoxin, Huawei Kunpeng e Feiteng.
Mesmo que o desempenho de algumas CPUs tenha alcançado ou mesmo superado a Intel, devido à falta de suporte ecológico industrial abrangente para CPUs domésticas, as empresas nacionais ainda não são capazes de competir diretamente com os líderes de mercado. As empresas nacionais são utilizadas principalmente nos campos financeiro, de segurança, militar, aeroespacial e outros em nível nacional, e não há um mercado significativo no campo civil.
Loongson, originário da Academia Chinesa de Ciências, é a empresa com as maiores vendas de CPUs para PC na China.
A última geração de processadores Loongson 3A4000 / 3B4000, usando o processo de 28nm, a frequência foi aumentada de 1,5 GHz de Loongson 3A3000 para 2,0 GHz, a arquitetura foi atualizada para GS464V e o chipset correspondente também foi atualizado para Loongson 7A2000, processo de 28 nm. As remessas de processadores Loongson 3A / B3000 chegaram a mais de 300.000 peças. Diz-se que, após a substituição do processo de 14 nanômetros, ele pode atingir o nível dos processadores da série Zen da AMD.
Zhaoxin, fundada em 2013, é uma empresa de joint venture criada pela VIA e o fundo do governo de Xangai. Ela obteve a autorização x86 e é a espinha dorsal do desenvolvimento doméstico de processadores X86 de alto desempenho.
Zhaoxin e Antec cooperaram para lançar uma plataforma de segurança de rede autônoma e controlável caseira e também cooperaram com a Loongson e a Feiteng para lançar as séries Loongson 3A3000 / 3A4000, Zhaoxin C4600 e Feiteng FT1500A / 2000.
A série Zhaoxin KX-6000 e KH-30000 lançada em junho deste ano atualizou o processo para 16nm e se tornou a primeira CPU doméstica de uso geral com uma frequência principal de 3,0 G Hz. Existem duas especificações de 4 núcleos e 8 núcleos, e também suporta PCIe 4.0, memória DDR4 de canal duplo, o chipset correspondente foi atualizado para a série KH-3000.
Huawei Kunpeng, Huawei Kunpeng 920 se tornou o primeiro processador de data center de 64 núcleos do setor compatível com a arquitetura ARM.
Em termos de desempenho, a versão quad-core é equivalente ao Core i56300H, e a versão de oito núcleos é equivalente ao Core i58300H. Fabricado em um processo de 7 nm, o processador é baseado na arquitetura ARMv8, tem 64 núcleos de 2,6 GHz e suporta chips de interconexão DDR4, PCIe 4.0 e CCIX de 8 canais.
Em setembro, a Huawei assumiu a liderança na implantação do ecossistema de CPU produzido internamente pela Kunpeng na indústria de energia de Shenzhen, substituindo gradualmente as CPUs da Intel.
Feiteng é uma empresa que pode fornecer produtos de alto desempenho para desktops e chips incorporados entre as empresas domésticas de CPU, e é um dos principais representantes de chips domésticos.
Em agosto de 2019, mais de 500 parceiros de software e hardware foram combinados para desenvolver mais de 300 produtos de máquina completos em 6 categorias, e mais de 1.000 softwares foram transplantados e otimizados.
Em 26 de agosto de 2019, a China Great Wall, uma empresa de segurança doméstica líder no campo de segurança independente, concluiu a aquisição de uma participação de 35% na Tianjin Feiteng, tornando-se a maior acionista da Tianjin Feiteng.
GPU (Graphics Processing Unit), ou processador gráfico, era originalmente um microprocessador usado em computadores pessoais, estações de trabalho, consoles de jogos e alguns dispositivos móveis para executar operações gráficas. Mas, com seus recursos de computação paralela, as GPUs são amplamente utilizadas no campo de chips de IA.
A arquitetura da CPU requer muito espaço para colocar unidades de armazenamento e unidades de controle. Em contraste, a unidade de computação ocupa apenas uma pequena parte, por isso é extremamente limitada em recursos de computação paralela maciça e é melhor no controle lógico. Mas à medida que a demanda das pessoas por escala maior e velocidade de processamento mais rápida aumentava, a CPU não conseguia atender, então a GPU nasceu.
A maior diferença entre GPU e CPU é que em comparação com a computação serial da CPU, a GPU é um processo de computação paralela que pode usar simultaneamente um grande número de unidades de computação para resolver problemas de computação, melhorando efetivamente a velocidade de computação e a capacidade de processamento do sistema de computador. Para a inteligência artificial, a GPU apenas corresponde ao algoritmo de aprendizado profundo que contém uma grande quantidade de computação paralela, por isso se tornou a primeira escolha para hardware de aceleração de potência de computação na era da IA.
Nvidia (Nvidia) é o maior fornecedor de GPU independente do mundo. A NVIDIA foi fundada em 1993 por Huang Renxun e três outros. Atualmente, ela ocupa mais de 70% da participação de mercado global da indústria de GPU, e a GPU como seu produto principal responde por 84% de sua participação na receita. O mercado de GPU discreto formou os dois gigantes da Nvidia e AMD.
(2) Principais jogadores domésticos que participam da GPUSujeito à tecnologia, talentos e patentes, existe uma grande lacuna entre os fabricantes de GPUs domésticos e os gigantes internacionais. Jingjiawei se tornou o único líder da indústria na produção em massa de GPUs na China.
Jingjiawei, líder na indústria doméstica de GPUs e a única empresa de design de chips GPU com ações A, foi fundada em abril de 2006.
A P&D é apoiada pela National Defense University e coopera ativamente com empresas de algoritmos nacionais e estrangeiras em novas tecnologias. O primeiro chip de processamento gráfico JM5400 com direitos de propriedade intelectual independente foi aplicado.
Xiyu Post Microelectronics, GPU-Firefly n ° 1 incorporado, chip de GPU incorporado, este projeto preencheu a lacuna doméstica e a tecnologia geral atingiu o nível de liderança nacional.
A Sugon, representada pelo servidor GPU Xmachine e pela plataforma de inteligência artificial Sothis AI, fornece produtos e serviços de desenvolvimento personalizados para aplicações de inteligência artificial financeira. De chips, placas, máquinas completas, plataformas e arquiteturas de desenvolvimento, ele oferece suporte total aos aplicativos de inteligência artificial de instituições financeiras, melhora o desempenho dos servidores financeiros e controla os riscos financeiros.
Assim como o aço e o petróleo são o "alimento" da era industrial, os chips de memória são o "alimento" mais importante para o desenvolvimento da indústria de semicondutores. Todas as informações no computador, incluindo dados brutos de entrada, programas de computador, resultados de corrida intermediários e resultados finais de corrida são armazenados na memória.
Em relação à perda de dados armazenados após falha de energia, os chips de memória semicondutores podem ser divididos em duas categorias:
Um tipo é a memória não volátil, este tipo de memória pode armazenar dados após falha de energia, representada principalmente por NAND Flash, que é comumente vista em SSD (disco rígido de estado sólido); o outro tipo é a memória volátil, que pode ser armazenada após falha de energia. Os dados não podem ser armazenados, principalmente representados pela DRAM, que é freqüentemente usada na memória do computador e do telefone móvel. Além de NAND Flash e DRAM, NorFlash também está incluído. A capacidade é relativamente pequena, geralmente abaixo de 64 Mb. É usado para armazenar algoritmos e códigos para alguns circuitos de acionamento e é usado em telefones celulares, eletrônica automotiva, controle industrial e outros campos.
Do ponto de vista da composição do valor de saída, DRAM, NAND Flash e NOR Flash são as partes principais da indústria de memória. Isso ocorre porque, por um lado, o desempenho cada vez maior dos sistemas operacionais de telefonia móvel e o software de aplicativos cada vez mais abundante dependem fortemente da capacidade da memória flash incorporada do telefone móvel; por outro lado, o surgimento de novas tecnologias, como a Internet de Todas as Coisas, promove a rápida expansão dos dados.
A DRAM (Dynamic Random Access Memory), ou seja, a memória dinâmica de acesso aleatório, é a memória mais comum que pode conter dados por um curto período de tempo, sendo a aplicação mais comum a memória do PC. A fim de manter os dados, o armazenamento do capacitor é usado, por isso deve ser atualizado a cada duas vezes.Se a célula de memória não for atualizada, as informações armazenadas serão perdidas.
Do ponto de vista da indústria, os primeiros aplicativos de computador representavam até 90% de toda a indústria de DRAM. Desde 2016, com o surgimento de smartphones de alta capacidade, os smartphones substituíram gradualmente os PCs e se tornaram o mainstream da indústria de DRAM. Ao mesmo tempo, o surgimento da demanda de DRAM por servidores em nuvem contribuiu muito A falta de promotores, incluindo Facebook, Google, Amazon, Tencent, Alibaba, etc., continua a expandir os sistemas de armazenamento de rede. O aumento na demanda por armazenamento em nuvem e computação em nuvem impulsionou a demanda por DRAM de servidor para decolar. Atualmente, a indústria de DRAM tem sido usada pelos três principais armazenamento nos Estados Unidos e Coréia A empresa monopoliza, Samsung, Hynix, Micron ocupam mais de 95% do mercado global.
Para empresas estatais, a DRAM requer um grande investimento da indústria e alto limite, o que requer forte apoio do estado. No momento, os três principais projetos de chips de memória domésticos Hefei Changxin, Fujian Jinhua e Yangtze River Storage tornaram-se a esperança de substituição doméstica de chips de memória.
NAND Flash é o tipo mais importante de memória Flash. A memória Flash NAND tem as vantagens de grande capacidade e velocidade de regravação rápida. É adequada para o armazenamento de grandes quantidades de dados e é mais comumente usada em unidades de estado sólido.
O NAND Flash depende de partículas de armazenamento para obter armazenamento, e a menor unidade para armazenar dados é chamada de célula. Do ponto de vista do processo, o NAND Flash pode ser dividido em processo 2D e processo 3D. O processo 2D tradicional é semelhante a "um pedaço de papel", mas a capacidade de "um pedaço de papel" é limitada. Samsung, Intel, Micron e Toshiba são quatro empresas. Para atender às necessidades de terminais de grande capacidade, os principais fabricantes de memória flash começaram a desenvolver memória flash de várias camadas (3D NAND Flash). O 3D NAND Flash introduzido pela Intel e Micron é a tecnologia de armazenamento mais inovadora desde a introdução do NAND Flash. O empilhamento de memória quebra o limite da capacidade do chip de memória NAND 2D e aumenta muito a capacidade da memória. Portanto, a tecnologia 3D NAND tem quatro vantagens: uma é 1.000 vezes mais rápida que o Flash NAND 2D; em segundo lugar, o custo é apenas metade da DRAM; em terceiro, a vida útil É 1.000 vezes maior que o do NAND 2D; em quarto lugar, a densidade é 10 vezes maior do que o armazenamento tradicional.
Além dos gigantes de armazenamento tradicionais Samsung Electronics, SK Hynix e Micron Technology, a Toshiba e a Western Digital também são forças importantes que não podem ser ignoradas no campo NAND Flash. Assim como a DRAM, as empresas nacionais ainda precisam de forte apoio de políticas e fundos de apoio nacionais.
No geral, DRAM e NAND Flash respondem por mais de 96% do mercado de chips de memória. Devido à pequena capacidade de armazenamento do NOR Flash, o campo de aplicação concentra-se no armazenamento de código. Há uma tendência de serem substituídos pelo NAND flash em aplicativos de armazenamento de consumo. Usado em telefones celulares funcionais, decodificadores, equipamentos de rede, controle de linha de produção industrial.
No nível da empresa, à medida que a tendência futura da indústria de memória dominada por DRAM e NAND Flash continuará, os gigantes da memória no exterior Samsung Electronics, SK Hynix, Micron Technology, Western Digital e Toshiba continuarão a controlar o mercado de memória de médio a alto nível e continuarão a competir no futuro Setor de armazenamento.
As importações totais de chips de memória da China chegam a 88 bilhões de dólares americanos e sua dependência externa ultrapassa 90%. A taxa de autossuficiência de DRAM e NAND é quase zero.
A China começou a desenvolver vigorosamente chips de memória domésticos. Atualmente, a China formou gradualmente um projeto NAND e DRAM (Yangtze River Storage) em cooperação com Wuhan, Nanjing e Chengdu pelo Ziguang Group, um projeto DRAM em cooperação com Zhaoyi Innovation and Hefei (Hefei Changxin), UMC Os três principais projetos de armazenamento do projeto DRAM (Fujian Jinhua) em cooperação com a província de Fujian.
Embora o mercado consumidor de DRAM convencional seja enorme, a resistência e a pressão para a frente também são grandes. As empresas nacionais podem entrar por meio de segmentos de mercado e realizar o acúmulo de P&D e produção antes de ultrapassar. Tornou-se a escolha de muitas empresas domésticas de chips de memória, como a Dongxin A Semiconductor tem como alvo o mercado de chips de memória de pequena e média capacidade.
A nova geração de trilhões de dispositivos de IoT de oceano azul exige uma grande quantidade de armazenamento e transmissão de dados, e chips de armazenamento de pequena e média capacidade serão mais adequados para o desenvolvimento da Internet das Coisas. Atualmente, a indústria global de memória flash NAND está em um período de transição do 2D para o 3D. Vários gigantes estão se concentrando na competição 3D. Os gigantes do armazenamento irão abandonar gradualmente o mercado de chips de memória de pequena e média capacidade. O rápido desenvolvimento da Internet das Coisas e dos terminais inteligentes continuará a expandir a demanda por chips de armazenamento de pequena e média capacidade. A evolução do padrão da indústria criou oportunidades históricas de desenvolvimento para empresas de semicondutores como a Dongxin, que se concentram em chips de memória de pequeno e médio porte.
A estrutura do hardware de armazenamento, como disco rígido SSD e disco U geralmente inclui PCB (incluindo circuito de alimentação), memória flash NAND, chip de controle principal, interface e assim por diante. O chip de controle principal é equivalente à CPU do disco rígido e desempenha um papel vital.
O chip de controle principal é projetado com núcleo ARM maduro, camada física DDR e outras autorizações de IP, o que reduz bastante a dificuldade de pesquisa e desenvolvimento. Portanto, o chip de controle principal se tornou o ponto de entrada para startups domésticas e deve quebrar o monopólio de empresas estrangeiras.
Atualmente, as empresas mundiais de chips mestre SSD são principalmente dos Estados Unidos e Taiwan. A Marvell é a representante dos mestres americanos, e Taiwan é representada pela Phison Vision e SMI.
Desde 2015, os fabricantes nacionais aumentaram gradualmente o investimento no mercado de armazenamento. Muitos fabricantes escolheram o controle mestre SSD como um ponto de ruptura. Juntamente com o suporte de chips de armazenamento por fundos de semicondutores domésticos, empresas de controle mestre doméstico começaram a surgir.
As empresas mais conhecidas incluem Longsys, Guokewei, Yixin, Hualan Microelectronics, bem como empresas como Zhongbo e Yifang Information que se concentram na indústria militar e no mercado empresarial, bem como subsidiárias estabelecidas por fabricantes taiwaneses no continente. Por exemplo, Phison estabeleceu a Zhaoxin Technology em Hefei, e a Hangzhou Lianyun Technology também possui investimentos taiwaneses.
Em geral, não há menos que 10 empresas nacionais implantando chips mestre SSD, e o número ultrapassou os dos Estados Unidos e Taiwan. No entanto, as empresas nacionais ainda são forças emergentes no campo dos chips mestres.
