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轉(zhuǎn)載丨“成都芯”突破“卡脖子”難題,跟回鍋肉有啥關(guān)系?

轉(zhuǎn)載丨“成都芯”突破“卡脖子”難題,跟回鍋肉有啥關(guān)系?

發(fā)布時(shí)間2024-09-18


“鹽煎肉是直接生肉下鍋,回鍋肉則需要先煮后炒。我們做的事,簡(jiǎn)單理解就是鹽煎肉與回鍋肉的區(qū)別。”

別誤會(huì)——這里并非川菜大廚的廚藝分享會(huì),而是芯仕成的“芯片小課堂”。

當(dāng)被問(wèn)到其濾波器芯片跟以往有何不同時(shí),成都芯仕成微電子有限公司(以下簡(jiǎn)稱“芯仕成”)創(chuàng)始人、“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”青年學(xué)者、電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博士生導(dǎo)師——吳傳貴用兩道菜我們打了一個(gè)形象的比方。

“在傳統(tǒng)的原材料基礎(chǔ)上,我們?cè)黾恿艘惶坠ば颍屗兂闪艘粋€(gè)全新的產(chǎn)品。”
常言道,治大國(guó)若烹小鮮,需要掌握好“火候”和“佐料”的使用——芯片也是如此更重要的是,這盤(pán)“菜”的掌勺權(quán),必須握在自己手里。
去年10月,華為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品線總裁曹明在“2023全球移動(dòng)寬帶論壇”期間,發(fā)布了全球首個(gè)全系列5.5G產(chǎn)品解決方案。自2019年被美國(guó)列入實(shí)體清單以來(lái),面對(duì)外部的“卡脖子”威脅,華為一步步實(shí)現(xiàn)了5G芯片設(shè)計(jì)以及研發(fā)制造從0-1的突破。
目前,從擁有5G芯片到實(shí)現(xiàn)真正的5G通信之間,仍有一關(guān)鍵部件無(wú)法繞開(kāi)國(guó)外技術(shù)的壟斷,它就是射頻前端中的“濾波器”
在此背景下,吳傳貴帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了新一代單晶壓電薄膜濾波器,以最為核心的壓電材料技術(shù)作為突破口,從基礎(chǔ)材料、新型結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵工藝三方面同時(shí)入手,構(gòu)建了材料制造-芯片設(shè)計(jì)-芯片制造的完整技術(shù)體系,成功突破了國(guó)外巨頭對(duì)濾波器技術(shù)的壟斷和封鎖。
當(dāng)前,成都市全力推進(jìn)“進(jìn)萬(wàn)企、解難題、優(yōu)環(huán)境、促發(fā)展”工作。成都新經(jīng)濟(jì)企業(yè)俱樂(lè)部與西部科創(chuàng)投資聯(lián)盟在“新聲”欄目第二站,對(duì)吳教授創(chuàng)立的芯仕成開(kāi)展深入調(diào)研,探究團(tuán)隊(duì)以科技創(chuàng)新打破“卡脖子”封鎖、以科技成果轉(zhuǎn)化形成新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展路徑,了解企業(yè)發(fā)展過(guò)程中對(duì)市場(chǎng)、融資、技術(shù)、人才等方面需求,為企業(yè)發(fā)展疏通堵點(diǎn)、化解痛點(diǎn)、消除難點(diǎn)。

01
新突破:
教授創(chuàng)業(yè),用硬實(shí)力破解“卡脖子”難題

??在實(shí)現(xiàn)5G通信的過(guò)程中,濾波器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
內(nèi)嵌于射頻前端中的濾波器,主要負(fù)責(zé)保留特定頻段內(nèi)的信號(hào),同時(shí)濾除特定頻段外的信號(hào),從而提高信號(hào)的抗干擾性及信噪比。通過(guò)濾波器的信號(hào)篩選、干擾抑制,芯片能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境中更有效地傳輸和接收數(shù)據(jù)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)不同,目前全球主要分為表聲波濾波器(SAW濾波器)與體聲波濾波器(BAW濾波器)兩條技術(shù)路線。

SAW濾波器:SAW濾波器是一種用石英、鈮酸鋰或鉭酸鋰等壓電晶體為基片,在其表面拋光后在上面蒸發(fā)一層金屬膜,通過(guò)光刻工藝制成兩組具有能量轉(zhuǎn)換功能的交叉指型的金屬電極(叉指換能器IDT)。由于溫漂特性等因素的限制,普通saw基本更多應(yīng)用于2.7GHz以下+低Q值(<800)的低端頻段、低端市場(chǎng)


BAW濾波器:BAW濾波器是體聲波器件,相較于SAW,性能全面提升:頻段更高(1GHz-7GHz),Q值高(<3000),帶內(nèi)插損小和帶外衰減大,體積小。因在高頻率和寬頻帶的技術(shù)優(yōu)勢(shì),可以提供更低的插入損耗、更好的選擇性、更高的功率容量、更大的運(yùn)行頻率以及更好的靜電放電保護(hù),從而在基站、手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)終端等高頻應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色

前者受限于在頻率、Q值方面的表現(xiàn),無(wú)法滿足高頻應(yīng)用場(chǎng)景。后者性能全面提升,但生產(chǎn)成本要高出好幾倍。
全球龍頭博通已經(jīng)搭建了非常完善的BAW專(zhuān)利保護(hù)陣列,對(duì)于采取不同模式,嘗試BAW規(guī)模出貨的企業(yè)來(lái)說(shuō),高筑的專(zhuān)利壁壘始終是其摘不掉的“金箍”。
處于全球供應(yīng)鏈中的華為,面對(duì)的正是一個(gè)日本和美國(guó)等海外玩家占主導(dǎo)的濾波器市場(chǎng)。
困難時(shí)期,突破封鎖、解決國(guó)家卡脖子難題的共同使命把華為與電子科大緊密聯(lián)系在了一起
“華為頻繁地來(lái)到學(xué)校尋求技術(shù)上的合作,讓我們意識(shí)到產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)濾波器的急需”吳傳貴如是說(shuō)。

雖然供應(yīng)鏈?zhǔn)茏瑁纱逄锱c高通的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)而催生的產(chǎn)業(yè)變革,為后來(lái)者帶來(lái)了一次彎道超車(chē)的機(jī)遇。
2020年,在原有的SAW之上,村田首創(chuàng)TF-SAW(也叫IHP高性能濾波器,Incredible High Performance),在壓電層下方增加載體襯底(Si和SiO2)減少能量耗散,同時(shí)具備低插損、低頻率溫度系數(shù)、高Q值和高帶外抑制的特征。
高性能之外,相較于SAW “五花肉”只增加了一層薄膜,大批量下成本可以逼近SAW。
從濾波器本質(zhì)邏輯來(lái)看,制約濾波器性能的是材料,而非半導(dǎo)體設(shè)計(jì)。此輪產(chǎn)業(yè)變革的核心仍然圍繞材料展開(kāi),而吳傳貴自2014年便開(kāi)始了該領(lǐng)域的材料研究。

“我大概從2014年開(kāi)始研究這一材料,其實(shí)做的還是很早,甚至比目前行業(yè)最主要的法國(guó)供應(yīng)商更早。” 

在研發(fā)層面的先發(fā)優(yōu)勢(shì),讓吳傳貴所在的電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在此輪產(chǎn)業(yè)變革中占據(jù)了有利身位
2019年吳傳貴創(chuàng)立成都芯仕成微電子有限公司,正式開(kāi)啟濾波器材料的科技成果轉(zhuǎn)化之路。2021年,電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室--華為公司“濾波器與電路技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室掛牌成立。

自此,實(shí)驗(yàn)室在技術(shù)層面超前布局,芯仕成則根據(jù)行業(yè)現(xiàn)有需求積極推進(jìn)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化與量產(chǎn)。
經(jīng)過(guò)5年的努力,此前實(shí)驗(yàn)室里的技術(shù)成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單晶薄膜復(fù)合晶圓材料,一舉解決了國(guó)內(nèi)在高端射頻濾波器“卡脖子”的難題。
該材料具有高性能、低成本、高兼容性的特點(diǎn),可結(jié)合現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝快速開(kāi)發(fā)新一代TF-SAW產(chǎn)品,工作頻率較現(xiàn)有產(chǎn)品相比有3-5倍提升,最高可達(dá)15GHz,承載功率較國(guó)外產(chǎn)品提升4.25倍。與BAW相比,同等條件下芯片面積減小77%,制造工藝步驟減少78%。

XPOI-V:以單晶硅為基底,中間為氧化層,表面是一層幾百納米的單晶壓電薄膜,通常為鉭酸鋰或鈮酸鋰。平整度好、粗糙度低、一致性高,制作的TF-SAW工作頻段可覆蓋0.8GHz-4GHz,具有插損小、Q值高、承載功率大等優(yōu)勢(shì)。 


XPOI-R: 以單晶硅或鈮酸鋰為基底,中間為多層薄膜,表面是一層幾百納米的單晶壓電薄膜,通常為鈮酸鋰。平整度好、粗糙度低、一致性高等特點(diǎn),制作的TF-SAW工作頻段可覆蓋2GHz-15GHz,具有頻率高、帶寬大、插損小、Q值高、承載功率大等優(yōu)勢(shì)。 


Bonding wafer:以單晶硅、石英或碳化硅等為基底,中間為氧化層,表面是微米級(jí)的單晶壓電薄膜,通常為鉭酸鋰或鈮酸鋰。平整度好、粗糙度低、一致性高等特點(diǎn),制作的TC-SAW工作頻段可覆蓋0.8GHz-4GHz,具有溫度漂移系數(shù)小的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于此前難以逾越的專(zhuān)利壁壘,芯仕成已圍繞新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝三大方面構(gòu)建了完整、全面的專(zhuān)利體系。
至今已累計(jì)共54項(xiàng)專(zhuān)利,其中包括PCT4項(xiàng)、中國(guó)專(zhuān)利發(fā)明51項(xiàng),主要涵蓋新型壓電材料、高品質(zhì)亞微米級(jí)單晶薄膜、多物理層仿真與電磁兼容設(shè)計(jì)、新型薄膜轉(zhuǎn)移集成技術(shù)等。
此外,公司打造了具有全球領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的“材料-芯片-器件”全技術(shù)鏈條,走出了一條全新的技術(shù)路線。
通過(guò)齊全的工藝、檢測(cè)和輔助設(shè)備,可獨(dú)立完成從離子注入、化學(xué)機(jī)械拋光、晶圓減薄到鍍膜的完整工藝和晶圓加工中膜厚、輪廓、應(yīng)力等相關(guān)檢測(cè),部分關(guān)鍵設(shè)備及工藝為自主開(kāi)發(fā),具有獨(dú)創(chuàng)性。2023年被認(rèn)定為成都高新區(qū)集成電路材料中試平臺(tái)。
規(guī)模出貨能力方面,芯仕成建設(shè)有3,000平方米高等級(jí)超凈車(chē)間,年產(chǎn)量可達(dá)50,0004-8英寸單晶薄膜復(fù)合晶圓。
02
新應(yīng)用:
市場(chǎng)廣闊,新技術(shù)路徑或顛覆集成電路產(chǎn)業(yè)

芯仕成憑借單晶薄膜復(fù)合晶圓材料所填補(bǔ)起的高端射頻濾波器市場(chǎng),空間巨大,應(yīng)用廣泛,且需求迫切。
涉及領(lǐng)域包括,智能手機(jī)、射頻前端模組、移動(dòng)通訊基站、Wi-Fi路由器、可穿戴設(shè)備、特種行業(yè)應(yīng)用等。
智能手機(jī),是其中最大的應(yīng)用市場(chǎng)。隨著通信技術(shù)從2G發(fā)展至5G,通信頻段數(shù)目逐步增加(從2G的4個(gè)頻段上升到5G的50余個(gè)頻段),一臺(tái)5G手機(jī),可能需要集成100多個(gè)濾波器。

當(dāng)下SAW濾波器已在2G(GSM)的B1(2100 MHz), B3 (1800 MHz), B5 (850/900 MHz)得到了廣泛應(yīng)用。
在頻段較低的領(lǐng)域如藍(lán)牙,導(dǎo)航(GPS、GLONASS、Galileo、北斗)、部分衛(wèi)星通信場(chǎng)景,SAW濾波器也得到廣泛應(yīng)用。
而2GHz以上的高頻通信,特別是3G(UMTS/HSPA)和4G(LTE),芯仕成研發(fā)的單晶薄膜復(fù)合晶圓可以用于TF-SAW的制造,通過(guò)引入溫度補(bǔ)償工藝和超級(jí)薄膜工藝,性能可與BAW媲美。

隨著5G手機(jī)的普及和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,單單這一濾波器市場(chǎng),全球規(guī)模就達(dá)到1000億,其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求占據(jù)50%-80%,是手機(jī)射頻前端價(jià)值量最高、增長(zhǎng)最快的單品器件,并保持著年均10%以上的增長(zhǎng)。
國(guó)產(chǎn)濾波器替代率只有5%左右,出口幾乎為零,替代空間巨大。
值得一提的是,目前公司所具備的單晶薄膜復(fù)合晶圓技術(shù)路徑,除了濾波器外,還可以作為任意芯片原材料的制成路徑。
現(xiàn)階段,芯仕成將濾波器這一卡脖子最嚴(yán)重的領(lǐng)域作為技術(shù)切入點(diǎn),未來(lái)有望從材料領(lǐng)域?yàn)橄掠渭呻娐穾?lái)更多的顛覆性變革。通過(guò)性能的多倍提升,成本的大幅降低,擴(kuò)大集成電路應(yīng)用場(chǎng)景,隨之而來(lái)的則是更廣闊的產(chǎn)品市場(chǎng)。

03
新征程:
邁過(guò)0到1,向著1到1000再出發(fā)

截至目前,帶有強(qiáng)烈“教授創(chuàng)業(yè)“色彩的芯仕成,在川發(fā)展院士基金、英諾天使基金等產(chǎn)業(yè)基金、市場(chǎng)化基金的加持下,不斷匯入資本、上下游伙伴、市場(chǎng)資源,走過(guò)了技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,并使產(chǎn)品具備生產(chǎn)條件、具備量產(chǎn)能力的準(zhǔn)備階段,從產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的雙重層面,邁過(guò)了0到1的突破。
接下來(lái),公司將專(zhuān)注于1到1000的發(fā)展,根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行產(chǎn)能擴(kuò)充,推進(jìn)批量生產(chǎn)與規(guī)模擴(kuò)展。
不管是01的產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化,還是11000的產(chǎn)能擴(kuò)充,都對(duì)吳教授這位“教授創(chuàng)業(yè)者“提出了更高的要求。對(duì)此,擁有雙重身份的吳教授,分享了自己的心路歷程。

“在學(xué)校做創(chuàng)新、做研究時(shí),關(guān)心的是夠不夠‘新’。對(duì)于產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化來(lái)說(shuō),‘新‘也可能意味著沒(méi)有成熟的供應(yīng)商,無(wú)法實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。


批量化生產(chǎn)也有比實(shí)驗(yàn)室更加復(fù)雜的生產(chǎn)流程。實(shí)驗(yàn)室可以通過(guò)1%的成功率來(lái)驗(yàn)證原理的正確,批量化生產(chǎn)中則需要確保每個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性,從而帶來(lái)足夠高的成功率來(lái)滿足市場(chǎng)需求。” 

對(duì)于公司運(yùn)營(yíng)管理和產(chǎn)品商業(yè)化,吳教授保持了更加開(kāi)放的心態(tài),“工程師有比我強(qiáng)的地方,并不是我是教授,我的水平就比你們高,你首先要接受這一點(diǎn)。”
芯仕成的團(tuán)隊(duì)中,技術(shù)骨干團(tuán)隊(duì)碩博人才比例高達(dá)75%,其中包含12位博士。而在團(tuán)隊(duì)搭建上,芯仕成選擇的所有成員,均具備集成電路行業(yè)跨國(guó)公司、上市公司或行業(yè)頭部企業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn),平均從業(yè)時(shí)間大于十年。

這讓芯仕成在實(shí)驗(yàn)室技術(shù)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上,又增添了不可或缺的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn),這讓公司的產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化之路走更加扎實(shí)、順暢。
未來(lái),芯仕成將“用顛覆性技術(shù)變革集成電路產(chǎn)業(yè)”作為企業(yè)的愿景,用“求實(shí)、坦誠(chéng)、團(tuán)隊(duì)、勤奮“作為企業(yè)的價(jià)值觀。
而對(duì)于公司的使命,作為一名學(xué)者,也作為一名創(chuàng)業(yè)者,吳教授坦言:“我們做的工作可能已經(jīng)超脫了一家普通的公司做產(chǎn)品掙錢(qián),它還有比較大的社會(huì)價(jià)值。”
對(duì)于這份社會(huì)價(jià)值,在提及國(guó)家面臨的“卡脖子”困境時(shí),作為一名學(xué)者,吳傳貴帶一絲歉疚地表示:“我做研究做得很早、技術(shù)成果做得再好,如果不能轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品,還是不能解決國(guó)家的產(chǎn)業(yè)問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)安全問(wèn)題。”
而提及芯仕成所取得的成果與突破時(shí),一向安靜沉穩(wěn)的吳教授,語(yǔ)氣突然變得興奮又欣喜:“因?yàn)槲覀冊(cè)谶@個(gè)過(guò)程中又做了一些技術(shù)創(chuàng)新,我們做的良率、性能、可靠性,會(huì)比現(xiàn)在法國(guó)那家公司做出來(lái)的高很多。”
當(dāng)說(shuō)出“高 很 多”這三個(gè)字時(shí)突然閃出的光亮眼神,讓新聲看到了吳教授作為一名學(xué)者兼創(chuàng)業(yè)者,在用自身研究成果打破國(guó)家“卡脖子”鎖鏈的過(guò)程中收獲到的由衷快樂(lè)。

當(dāng)前,作為成都首個(gè)萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè),電子信息產(chǎn)業(yè)已成為成都規(guī)模最大、實(shí)力最雄厚,并具有全國(guó)比較優(yōu)勢(shì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),具備“設(shè)計(jì)-制造-生產(chǎn)”完整產(chǎn)業(yè)鏈體系。集成電路也是成都優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一,是城市創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要支撐。
芯仕成的成長(zhǎng)之路,便是成都圍繞電子科大、四川大學(xué)以及中電科10所、29所、30所等一批高校和科研院所,開(kāi)展集成電路產(chǎn)業(yè)攻堅(jiān)的一個(gè)縮影。
成都新經(jīng)濟(jì)企業(yè)俱樂(lè)部(NEEC)與西部科創(chuàng)投資聯(lián)盟將進(jìn)一步落實(shí)習(xí)總書(shū)記在川視察時(shí)提出的重要指示,繼續(xù)深入重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈,在推進(jìn)科技創(chuàng)新和科技成果轉(zhuǎn)化上同時(shí)發(fā)力,推動(dòng)政策、資本、企業(yè)、市場(chǎng)、人才等關(guān)鍵要素向產(chǎn)業(yè)聚集,促進(jìn)更多的科技創(chuàng)新成果賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力,推動(dòng)新型工業(yè)化建設(shè)。
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文章來(lái)源:新聲、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究院