[原创] 欧盟的半导体担忧
2020-10-08
14:00:03
来源: 半导体行业观察
“雪崩来临的时候，没有一片雪花能够幸免”。无论是中美还是日韩，在半导体这场没有硝烟的纷争中，都让各个国家了解到自主可控供应链的重要性。“面对中美之间的关系日益紧张，欧洲将不仅仅是一个旁观者，甚至有可能将成为战场。”欧盟工业负责人Thierry Breton此前曾如此说到，“如果我们抓住数据、微电子学和互联的机遇，欧洲将处于领先地位。”
一时间欧洲集成电路野心再起，在欧盟委员会的帮助下，欧洲半导体业界正在发起新一轮的尝试：
不但计划生产全球20%的芯片，还为超大规模计算，高性能大数据和一系列新兴应用制定了EPI计划，以更好地与美国和中国竞争
。通过开发本土处理器和必要的专业知识，欧盟以图在未来几年内推动其HPC雄心。
过去30多年来里，欧洲一直致力于在全球半导体市场中发挥重要作用。虽然今天欧洲芯片制造商的全球零部件市场仅占14％，但在个别市场领域也还占据强势地位。
欧洲公司在汽车和高端激光/照明应用中可以说具有很强的地位，随着ADAS和EV的发展，汽车中的半导体含量可能从现在的平均每辆389美元增加到每辆汽车超过2,000美元。在欧洲，有几家半导体公司正适应这一趋势。
资料来源：爱迪生投资研究公司，英飞凌，Statista
荷兰的恩智浦，德国的意法半导体、英飞凌以及博世在混合信号/模拟/传感器世界中占有很大的市场份额。博世在传感器方面尤其强大，英飞凌和NXP在汽车领域处于有利地位，英飞凌更专注于电力电子，而恩智浦则更专注于车载通信/ MCU。英飞凌科技今年4月份成功收购了美国芯片公司赛普拉斯，跻身汽车半导体供应商第一，两家合并后，英飞凌也将成为功率、安全IC和NOR闪存市场首屈一指的供应商。恩智浦半导体去年也斥资17.6亿欧元收购Marvell 的无线连接业务WiFI，藉由它进一步加强物联网，汽车和通信基础设施业务。
芯片设计商Melexis完全面向汽车行业，Melexis于1988 年在比利时成立。尽管Melexis进入EV电源和ADAS领域的机会有限，但在汽车的通用电气化尤其是磁传感器方面尤其强大。他们在提高传感器组件和模块的可制造性上做出了巨大贡献，如采用 Triaxis解决方案在三维霍尔磁传感器领域开创先河，率先在中压强应用中使用 MEMS 技术，在锁存器和开关以及车内氛围灯领域他们也处于领跑地位。
德国的Elmos这样的利基公司将拥有更好的机会，Elmos开发，生产和销售主要用于汽车的半导体和传感器。他们也正在朝着汽车新趋势迈进，其超声波传感器可用于停车，以应对ADAS趋势。
高端光线和接近传感器的提供商包括Dialog和ams。去年ams花费340亿美元收购了Osram，在ams的VCSEL和3D传感智能手机专业领域的基础上，建立了一个更大的照明/光子技术强国，专门从事汽车领域。在2019年，Dialog通过收购FCI扩展了连接物联网的产品组合，从而将低功耗Wi-Fi专业知识带入了企业内部。此外，Dialog还通过收购Creative Chips进入了工业市场。
再者，还有像Kalray这样的利基公司，Kalray成立于2008年，它是新型智能系统处理器的先驱。Kalray获得专利的MPPA®（“大规模并行处理器阵列”）架构允许无限数量的内核，并且与新型智能系统有着独特的关联。NXP在2020年上半年投资了Kalray，两家将合作以推出下一代NXP BlueBox，并针对L2级别的广泛智能和自动驾驶汽车已经投入使用，未来将达到L4级甚至L5级。
在设备方面，尽管欧洲公司并未生产技术上最先进的芯片，但它们确实提供了必不可少的设备，从EUV光刻设备，用于逻辑，代工和存储芯片的ALD技术到用于高端芯片封装的设备。在设备供应商方面，逻辑/代工设备制造商有ASML，Aixtron，ASMI，Besi和Suss MicroTec；高端基板（设备）供应商主要包括IQE，Riber，PVA Tepla和Soitec；ADAS和EV芯片制造商中包括Elmos，ams和较小的X-Fab。
迄今为止，欧洲最大的半导体相关股票是市值超过1000亿欧元的ASML。ASML光刻设备是前端内最大的细分市场，其对于通过在前端工艺（晶圆处理）中实现更小的图案，在平方英寸的晶圆表面上安装更多的晶体管来实现缩小至关重要，增加芯片的容量。
荷兰的ASMI和德国的Aixtron制造沉积设备，这是是前端设备市场仅次于etching的第三大细分市场。ASMI已将原子层沉积（ALD）和等离子增强原子层沉积（PEALD）从研发一直带到先进制造商站点的主流生产，并且是Intel，台积电和三星（逐渐发挥Logic / Foundry收缩趋势）日益重要的供应商，ASM是ASM International NV集团的一部分，该集团还包括ASM Pacific Technology（ASMPT）。而Aixtron的优势在于提供金属有机化学气相沉积（MOCVD）工具来制造碳化硅和氮化镓等特殊材料，在推动EV趋势的同时，也可用于5G。
同样在硅晶片和外延晶片中，总部在德国慕尼黑的Siltronic AG是全球半导体市场的领导者之一，Siltronic AG是直径高达300mm的高度专业化超纯硅晶圆的全球领先制造商之一。Siltronic AG虽成立于2004年，但其业务起源可追溯到1953年开始进行涉及高纯度硅的研究与开发。为Intel和TSMC等公司提供硅晶片，也为Soitec和IQE等公司提供服务。
法国Soitec的技术，项目和工业能力使其成为法国工业领域的皇冠上的明珠之一。该公司成立于25年前，Soitec的碳化硅和氮化镓晶片将使其更好的应对5G和新能源汽车的来临。它设计和制造创新的半导体材料，提供独特且具有竞争力的解决方案，以使芯片小型化，提高其性能并减少能耗。
在这些晶圆的设备方面，法国Riber是分子束外延（MBE）设备的供应商，这是最通用和最精确的工具，可以在基底上沉积精确数量的材料。分子束外延（MBE）设备可以用来制造非常便宜的薄膜太阳能电池，制造未来有机LED电视的显示，并帮助生产将导致更快、更强大的数据处理的超小型硅晶体管。
而德国的PVA TePla是为高温和等离子处理过程提供真空解决方案，在半导体方面，其主要为半导体和太阳能行业提供系统，其碳化硅铸锭炉将为汽车的发展带来很大的帮助。
X-FAB是世界上最大的模拟/混合信号代工厂，是一家私有企业，总部位于德国爱尔福特，它每年可提供约120万片200mm等效晶圆的制造能力。X-FAB是最大的专业晶圆厂集团，与典型的代工服务不同，因为它在先进的模拟和混合信号工艺技术方面拥有专业知识。这些技术并非旨在以尽可能小的结构尺寸用于数字应用，而是针对可以与诸如高压，非易失性存储器或传感器之类的附加功能集成的模拟应用。另外，X-FAB在SiC和5G（过滤器）方面仍有一些利基活动。
伴随着大规模计算、大数据以及5G的AIoT的来临，欧洲想要抓住这波数字潮流的机遇，因此启动了EPI项目。他们组织聚集了来自10个欧洲国家的27个合作伙伴来开发处理器，并确保高端芯片设计的关键能力仍在欧洲。
欧洲处理器倡议EPI（The European Processor Initiative）是该联盟与欧盟委员会签署的框架合作协议第一阶段实施的一个项目，该项目自2018年12月成立，获得了欧盟FPA Horizon 2020资金支持，其目标是设计并实现用于极端规模计算、高性能大数据和一系列新兴应用的新型欧洲低功耗处理器系列路线图。
在此做一下补充，FPA最初是由欧盟Horizon 2020计划在2017年(H2020-ICT-2017-2)中提出的，其主题是ICT-42-2017欧洲低功耗微处理器技术框架合作协议。欧委会的目标是支持建立在两台百亿亿次计算机上的世界一流的欧洲高性能计算和大数据生态系统，这种处理器将有助于“ 培育能够开发欧洲新技术的HPC生态系统，例如较低的HPC芯片 ”。他们选中了EPI，并与欧洲委员会签署了一项协议，并计划了第一阶段的开发。随后签署了《欧洲加工者倡议》的《特定拨款协议》，该财团于2018年12月启动了该项目。
从路线图可以看出，EPI作为未来计算系统核心的新处理器的开发将被划分为几个流：通用平台和全球架构流、HPC通用处理器流、加速器流、汽车平台流。最终的工作将是产生一个处理器程序包，该程序包将Arm通用内核与基于RISC-V的加速器以及许多更专业的协处理器结合在一起。
来自与通用处理器和加速器芯片相关的两个流的结果将生成一个异构的、高效节能的CPU，用于标准、非传统和计算密集型领域，该通用处理器基于Arm的“ Zeus”内核，该内核是Neoverse系列处理器设计的第三代产品的一部分。EPI致力于最大限度地发挥这两大领域的协同作用，并将与欧盟现有的技术、基础设施和应用项目合作，使欧洲在高性能计算和百亿亿级新兴市场(如自动驾驶的汽车计算)中处于世界领先地位。
EPI项目涵盖了设计和执行处理器和计算技术研究和创新的可持续路线图所需的全部专业知识、技能和能力，以培育未来百亿亿级高性能计算和新兴应用，如果不考虑可以支持这种长期活动的可能的额外市场，设计新的HPC处理器系列是不可持续的。因此，EPI将覆盖汽车行业等其他领域，以确保该计划的整体经济可行性。
为了带头开展这些工作，EPI项目被确立为该战略计划的基石之一。它汇集了来自10个欧洲国家的27个合作伙伴来开发处理器，并确保高端芯片设计的关键能力仍在欧洲。EPI的成员包括：Atos，巴塞罗那超级计算中心，宝马集团，法国替代能源和原子能委员会（CEA），查尔默斯大学，Cineca，E4计算机工程，Elektrobit，ETH苏黎世，Extoll，FORTH，弗劳恩霍夫ITWM，Genci，ForschungszentrumJülich，Kalray，KIT，Menta，Prove＆Run，半动力学技术服务，
英飞凌技术，
SiPearl，意法半导体微电子，SURFsara，Technico Lisboa，博洛尼亚大学，比萨大学，萨格勒布大学。
但EPI项目最重要的一环是SiPearl，这是一家法国的无晶圆厂公司，致力于实现欧洲处理器倡议（EPI）项目的公司，SiPearl于2019年6月创建。SiPearl将通过与EPI的26个合作伙伴（科学界，超级计算中心以及IT，电子和汽车领域的知名企业）的密切合作来开发和营销其解决方案，这些合作伙伴是其利益相关者和未来的客户。作为Horizon 2020研究与创新计划的一部分，SiPearl是一家拥有独立资本的法国公司，获得了620万欧元的欧盟补贴。
根据与欧盟目标紧密相关的路线图，该公司计划在2022年将其首批微处理器投入商业生产。对于首批微处理器，SiPearl已经从欧洲处理器计划的合作伙伴，行业领导者和技术公司以及全球最佳供应商那里获得了先进的技术。SiPearl采用无晶圆厂模式运作，不会拥有自己的生产中心。因此，它选择最初将其生产委托给台积电。SiPearl首席执行官Philippe Notton说到：“我们致力于在对欧洲经济增长至关重要的行业中确保欧洲的技术主权和独立性。”
最近，贸易战对科技领域的影响再次凸显了欧洲在微处理器设计，制造和应用方面自给自足的战略重要性。欧盟工业负责人Thierry Breton近日表示，
欧盟应追求生产至少占全球芯片和微处理器价值的五分之一，以更好地与美国和中国竞争。
Thierry Breton指出，驱动联网汽车、智能手机和高性能计算机等各类产品的半导体，是大多数关键和战略价值链的起点。如果欧洲在微电子领域没有自主权，就不会有数字主权。欧洲目前在全球处理器和其他微电子产品产量中的占比不到10%。Breton表示，他将探索建立欧洲微电子联盟，初始公共和民间投资总额至高达300亿欧元 (340亿美元 )。
下一个欧盟研究计划“地平线欧洲”(Horizon Europe)拟资助的合作伙伴包括“关键数字技术”(Key Digital Technologies)，它是当前欧盟在该领域的“欧洲领先电子元件和系统”(ECSEL)的继任者，该项目耗资50亿欧元，旨在振兴欧洲半导体产业。
在2008年金融危机之后的几年里，欧洲在电子元件和系统(ECS)市场的领导地位上输给了国际竞争者，“当时，欧洲遭遇经济下滑时，人们迫切希望找到机制，来更好的打造欧洲制造。ECSEL的使命是提升欧洲电子工业的竞争力。ECSEL通过为试点生产线和大规模示范提供资金，为半导体制造厂(fabs)提供支持的工作，帮助欧洲重新回到了芯片制造的前沿。
例如，ECSEL在完全耗尽绝缘体上硅芯片制造工艺的开发中发挥了作用，该工艺优化了性能，将智能手机和平板电脑的功耗降低了40％。可以说现在每个人的手机中都有这项技术，但不幸的是，与智能手机制造商的保密协议通常意味着欧洲芯片制造商无法宣传其产品内置的设备。De Colvenaer说：“您可以说'欧洲内部'，也可以说ECSEL技术在内部。”
ECSEL在2014年至2024年的预算为50亿欧元，它也是欧盟所有公私伙伴关系中规模最大的伙伴之一。其中，11.8亿欧元来自欧盟的“地平线2020”研发计划，而欧盟成员国的投入也差不多。其余的则是来自行业的实物捐助。
如今一家艺术晶圆厂的起步耗资数十亿美元，但ECSEL与CA Technologies和Soitec等工业合作伙伴已经投资建立了试点生产线和示范设备，并将他们的半导体设计授权给了GlobalFoundaries、意法半导体、NXP和三星等公司。
不止中国和欧盟，“风物长宜放眼量”，数十年来，全球半导体大国之间的紧张局势时不时地浮现出来，在这场游戏中，没有国家能安然无恙的做个旁观者，别人不给的，就是我们要发展的。在半导体的世界中，需要结束“造不如买”的思想，唯有自力更生掌控全产业链核心技术，才是硬道理。诚如毛主席当年所说，核潜艇，一万年也要造出来！
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