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[導讀]在中美日益緊張的關系下,無論日韓還是歐洲,沒有一個國家是旁觀者,甚至有可能將成為戰場。在此次半導體戰爭中,每個國家都深刻了解到自主可控供應鏈的重要性,只有抓住數據、微電子學和互聯的機遇,才能處于領先地位。

在中美日益緊張的關系下,無論日韓還是歐洲,沒有一個國家是旁觀者,甚至有可能將成為戰場。在此次半導體戰爭中,每個國家都深刻了解到自主可控供應鏈的重要性,只有抓住數據、微電子學和互聯的機遇,才能處于領先地位。

歐洲集成電路野心再起,在歐盟委員會的幫助下,歐洲半導體業界正在發起新一輪的嘗試:不但計劃生產全球20%的芯片,還為超大規模計算,高性能大數據和一系列新興應用制定了EPI計劃,以更好地與美國和中國競爭。通過開發本土處理器和必要的專業知識,歐盟以圖在未來幾年內推動其HPC雄心。

1、歐盟半導體行業現狀

過去30多年來里,歐洲一直致力于在全球半導體市場中發揮重要作用。雖然今天歐洲芯片制造商的全球零部件市場僅占14%,但在個別市場領域也還占據強勢地位。

歐洲公司在汽車和高端激光/照明應用中可以說具有很強的地位,隨著ADAS和EV的發展,汽車中的半導體含量可能從現在的平均每輛389美元增加到每輛汽車超過2,000美元。在歐洲,有幾家半導體公司正適應這一趨勢。

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,躋身汽車半導體供應商第一,兩家合并后,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商。恩智浦半導體去年也斥資17.6億歐元收購Marvell 的無線連接業務WiFI,藉由它進一步加強物聯網,汽車和通信基礎設施業務。

芯片設計商Melexis完全面向汽車行業,Melexis于1988 年在比利時成立。盡管Melexis進入EV電源和ADAS領域的機會有限,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,如采用 Triaxis解決方案在三維霍爾磁傳感器領域開創先河,率先在中壓強應用中使用 MEMS 技術,在鎖存器和開關以及車內氛圍燈領域他們也處于領跑地位。

德國的Elmos這樣的利基公司將擁有更好的機會,Elmos開發,生產和銷售主要用于汽車的半導體和傳感器。他們也正在朝著汽車新趨勢邁進,其超聲波傳感器可用于停車,以應對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傳感智能手機專業領域的基礎上,建立了一個更大的照明/光子技術強國,專門從事汽車領域。在2019年,Dialog通過收購FCI擴展了連接物聯網的產品組合,從而將低功耗Wi-Fi專業知識帶入了企業內部。此外,Dialog還通過收購Creative Chips進入了工業市場。

再者,還有像Kalray這樣的利基公司,Kalray成立于2008年,它是新型智能系統處理器的先驅。Kalray獲得專利的MPPA(“大規模并行處理器陣列”)架構允許無限數量的內核,并且與新型智能系統有著獨特的關聯。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投入使用,未來將達到L4級甚至L5級。

在設備方面,盡管歐洲公司并未生產技術上最先進的芯片,但它們確實提供了必不可少的設備,從EUV光刻設備,用于邏輯,代工和存儲芯片的ALD技術到用于高端芯片封裝的設備。在設備供應商方面,邏輯/代工設備制造商有ASML,Aixtron,ASMI,Besi和Suss MicroTec;高端基板(設備)供應商主要包括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。

前端和后端生態系統(資料來源:愛迪生投資研究)

迄今為止,歐洲最大的半導體相關股票是市值超過1000億歐元的ASML。ASML光刻設備是前端內最大的細分市場,其對于通過在前端工藝(晶圓處理)中實現更小的圖案,在平方英寸的晶圓表面上安裝更多的晶體管來實現縮小至關重要,增加芯片的容量。

荷蘭的ASMI和德國的Aixtron制造沉積設備,這是是前端設備市場僅次于etching的第三大細分市場。ASMI已將原子層沉積(ALD)和等離子增強原子層沉積(PEALD)從研發一直帶到先進制造商站點的主流生產,并且是Intel,臺積電和三星(逐漸發揮Logic / Foundry收縮趨勢)日益重要的供應商,ASM是ASM International NV集團的一部分,該集團還包括ASM Pacific Technology(ASMPT)。而Aixtron的優勢在于提供金屬有機化學氣相沉積(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是全球半導體市場的領導者之一,Siltronic AG是直徑高達300mm的高度專業化超純硅晶圓的全球領先制造商之一。Siltronic AG雖成立于2004年,但其業務起源可追溯到1953年開始進行涉及高純度硅的研究與開發。為Intel和TSMC等公司提供硅晶片,也為Soitec和IQE等公司提供服務。

法國Soitec的技術,項目和工業能力使其成為法國工業領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對5G和新能源汽車的來臨。它設計和制造創新的半導體材料,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。

在這些晶圓的設備方面,法國Riber是分子束外延(MBE)設備的供應商,這是最通用和最精確的工具,可以在基底上沉積精確數量的材料。分子束外延(MBE)設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LED電視的顯示,并幫助生產將導致更快、更強大的數據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,在半導體方面,其主要為半導體和太陽能行業提供系統,其碳化硅鑄錠爐將為汽車的發展帶來很大的幫助。

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,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是最大的專業晶圓廠集團,與典型的代工服務不同,因為它在先進的模擬和混合信號工藝技術方面擁有專業知識。這些技術并非旨在以盡可能小的結構尺寸用于數字應用,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用。另外,X-FAB在SiC和5G(過濾器)方面仍有一些利基活動。

2、EPI處理器計劃:確保歐洲的技術主權和獨立性

伴隨著大規模計算、大數據以及5G的AIoT的來臨,歐洲想要抓住這波數字潮流的機遇,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個合作伙伴來開發處理器,并確保高端芯片設計的關鍵能力仍在歐洲。

歐洲處理器倡議EPI(The European Processor Initiative)是該聯盟與歐盟委員會簽署的框架合作協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,其目標是設計并實現用于極端規模計算、高性能大數據和一系列新興應用的新型歐洲低功耗處理器系列路線圖。

在此做一下補充,FPA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框架合作協議。歐委會的目標是支持建立在兩臺百億億次計算機上的世界一流的歐洲高性能計算和大數據生態系統,這種處理器將有助于“ 培育能夠開發歐洲新技術的HPC生態系統,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議,并計劃了第一階段的開發。隨后簽署了《歐洲加工者倡議》的《特定撥款協議》,該財團于2018年12月啟動了該項目。

3、路線圖以及EPI的未來

從路線圖可以看出,EPI作為未來計算系統核心的新處理器的開發將被劃分為幾個流:通用平臺和全球架構流、HPC通用處理器流、加速器流、汽車平臺流。最終的工作將是產生一個處理器程序包,該程序包將Arm通用內核與基于RISC-V的加速器以及許多更專業的協處理器結合在一起。

來自與通用處理器和加速器芯片相關的兩個流的結果將生成一個異構的、高效節能的CPU,用于標準、非傳統和計算密集型領域,該通用處理器基于Arm的“ Zeus”內核,該內核是Neoverse系列處理器設計的第三代產品的一部分。EPI致力于最大限度地發揮這兩大領域的協同作用,并將與歐盟現有的技術、基礎設施和應用項目合作,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)中處于世界領先地位。

EPI項目涵蓋了設計和執行處理器和計算技術研究和創新的可持續路線圖所需的全部專業知識、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,設計新的HPC處理器系列是不可持續的。因此,EPI將覆蓋汽車行業等其他領域,以確保該計劃的整體經濟可行性。

為了帶頭開展這些工作,EPI項目被確立為該戰略計劃的基石之一。它匯集了來自10個歐洲國家的27個合作伙伴來開發處理器,并確保高端芯片設計的關鍵能力仍在歐洲。EPI的成員包括:Atos,巴塞羅那超級計算中心,寶馬集團,法國替代能源和原子能委員會(CEA),查爾默斯大學,Cineca,E4計算機工程,Elektrobit,ETH蘇黎世,Extoll,FORTH,弗勞恩霍夫ITWM,Genci,ForschungszentrumJülich,Kalray,KIT,Menta,Prove&Run,半動力學技術服務,英飛凌技術,SiPearl,意法半導體微電子,SURFsara,Technico Lisboa,博洛尼亞大學,比薩大學,薩格勒布大學。

但EPI項目最重要的一環是SiPearl,這是一家法國的無晶圓廠公司,致力于實現歐洲處理器倡議(EPI)項目的公司,SiPearl于2019年6月創建。SiPearl將通過與EPI的26個合作伙伴(科學界,超級計算中心以及IT,電子和汽車領域的知名企業)的密切合作來開發和營銷其解決方案,這些合作伙伴是其利益相關者和未來的客戶。作為Horizon 2020研究與創新計劃的一部分,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。

根據與歐盟目標緊密相關的路線圖,該公司計劃在2022年將其首批微處理器投入商業生產。對于首批微處理器,SiPearl已經從歐洲處理器計劃的合作伙伴,行業領導者和技術公司以及全球最佳供應商那里獲得了先進的技術。SiPearl采用無晶圓廠模式運作,不會擁有自己的生產中心。因此,它選擇最初將其生產委托給臺積電。SiPearl首席執行官Philippe Notton說到:“我們致力于在對歐洲經濟增長至關重要的行業中確保歐洲的技術主權和獨立性。”

4、雄心勃勃的制造計劃:要生產全球20%的芯片

最近,貿易戰對科技領域的影響再次凸顯了歐洲在微處理器設計,制造和應用方面自給自足的戰略重要性。歐盟工業負責人Thierry Breton近日表示,歐盟應追求生產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,驅動聯網汽車、智能手機和高性能計算機等各類產品的半導體,是大多數關鍵和戰略價值鏈的起點。如果歐洲在微電子領域沒有自主權,就不會有數字主權。歐洲目前在全球處理器和其他微電子產品產量中的占比不到10%。Breton表示,他將探索建立歐洲微電子聯盟,初始公共和民間投資總額至高達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“關鍵數字技術”(Key Digital Technologies),它是當前歐盟在該領域的“歐洲領先電子元件和系統”(ECSEL)的繼任者,該項目耗資50億歐元,旨在振興歐洲半導體產業。

在2008年金融危機之后的幾年里,歐洲在電子元件和系統(ECS)市場的領導地位上輸給了國際競爭者,“當時,歐洲遭遇經濟下滑時,人們迫切希望找到機制,來更好的打造歐洲制造。ECSEL的使命是提升歐洲電子工業的競爭力。ECSEL通過為試點生產線和大規模示范提供資金,為半導體制造廠(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中發揮了作用,該工藝優化了性能,將智能手機和平板電腦的功耗降低了40%。可以說現在每個人的手機中都有這項技術,但不幸的是,與智能手機制造商的保密協議通常意味著歐洲芯片制造商無法宣傳其產品內置的設備。De Colvenaer說:“您可以說'歐洲內部',也可以說ECSEL技術在內部。”

ECSEL在2014年至2024年的預算為50億歐元,它也是歐盟所有公私伙伴關系中規模最大的伙伴之一。其中,11.8億歐元來自歐盟的“地平線2020”研發計劃,而歐盟成員國的投入也差不多。其余的則是來自行業的實物捐助。

如今一家藝術晶圓廠的起步耗資數十億美元,但ECSEL與CA Technologies和Soitec等工業合作伙伴已經投資建立了試點生產線和示范設備,并將他們的半導體設計授權給了GlobalFoundaries、意法半導體、NXP和三星等公司。

數十年來,全球半導體大國之間的緊張局勢時不時地浮現出來,在這場游戲中,沒有國家能安然無恙的做個旁觀者。

在半導體的世界中,需要結束“造不如買”的思想,唯有自力更生掌控全產業鏈核心技術,才是硬道理。

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