半導體航空發動機VS高階晶元製造,哪個難度更大?

發布時間:2024-05-09 閱讀:5222

C919是一架大型國產飛機,於12月9日上周五交付給中國東方航空公司(B 919A)。 首架C919飛機的交付,是繼C919獲得中國民用航空局頒發型號合格證後,中國大飛機工業征程上的又一重要里程碑,是中國民航商業運營的關鍵“第一步”。 值得注意的是,有網友表示,這架大型飛機只是組裝好的貨物,不是國產產品。

據了解,C919發動機是CFM的LEAP 1C,航空電子裝置來自美國通用電氣,飛控和輔助動力APU來自霍尼韋爾,通訊和導航系統來自柯林斯,起落架來自歐洲的利勃海爾,高公升力系統來自美國的穆格, 液壓系統來自美國派克,全部從國外購買。此外,也有網友疑惑問,航空發動機製造和晶元製造哪個更難?

高效能航空發動機和高階晶元,分別被譽為“工業皇冠上的明珠”和“工業糧草”,作為高科技工業產品,牢牢佔據著當今科技的制高點,也是我國兩個相對薄弱的領域。 在筆者看來,這兩者都不容易。 本文將從技術資料、研發費用和市場三個角度提供一些觀點和想法。 從技術材料層面筆者了解到,在航空發動機中,最核心、最難加工生產的部件是渦輪葉片,渦輪葉片的效能很大程度上決定了航空發動機的預渦輪溫度,而這一技術指標是航空發動機分類的重要依據。 渦輪葉片在極其惡劣的環境下工作,飛機在天空中飛行,首先必須防水,然後需要考慮小冰或小石頭的危害。 海拔10000公尺的溫度將低於-40攝氏度,飛機點火的核心將高達1000攝氏度。 因此,航空發動機的材料必須耐低溫高溫、耐公升縮,並能在高溫高壓環境下長時間保持數萬轉的高速旋轉。 高溫、高壓、高速、長時間,這些苛刻的要求已經不能僅僅通過材料效能的提高來解決,事實上,預汽輪機溫度的提高需要材料效能和冷卻技術的同步提高。 眾所周知,晶元領域最難突破的是製造晶元的光刻機。 由於晶元是奈米級加工的,光刻機本身的控制精度也需要在奈米級,光刻機中有兩個同步工作台,這就要求工作台從靜止移動到移動,誤差控制在2nm以內。 該晶元的開發過程如下:2001年:晶元工藝技術為130nm。 2004年:90nm的第一年。 2012年:工藝技術發展到22nm,聯電、聯發科、格芯等多家廠商都能達到22nm的半導體工藝。 2015年:晶元製造發展的分水嶺,進入14nm時代。 2017年:進入10nm時代,英特爾止步於10nm,i5和i7處理器因良率問題被推遲。 2018年:隨著7nm的到來,英特爾至今未能突破,美國另一家晶元代工巨頭“格芯”也在7nm處跌落。 2019年:開始量產6nm。 2020年:工藝開始進入5nm時代,進入難度更大的5nm,只有三星和台積電倖存下來。 2021年:台積電3nm工藝面臨量產風險。 2022年:台積電內部將2nm晶元提上日程。 目前,國產28nm工藝在2015年才實現量產,仍以28nm以上為主,業界以28nm為傳統工藝與先進工藝的分界點,也就是說,我國晶元製造水平仍處於傳統工藝階段,要趕超國外先進工藝還有很長的路要走。 隨著發展,半導體晶圓製造的集中度明顯提高,巨頭們不斷開發和推動技術的發展。 從技術角度來看,高階晶元還是比高效能航空發動機更難突破的。 從研發的角度來看2021年全球前10大晶元企業研發支出:

根據ChipInsights發布的資料,2021年全球半導體研發支出將首次超過800億美元,整體達到815億美元,比2020年增長12億美元。 其中,英特爾在 2021 年將研發支出增加了 12%,達到 152 億美元的歷史新高。 另外,我們再來看看2021年全球最大航空發動機企業的研發費用:羅爾斯·羅伊斯(或譯為“勞斯萊斯”)研發費用70億元; GE航空發動機研發資金不足80億元; 普惠(聯合技術)研發不到70億元人民幣; 從幾家國際巨頭的研發支出中可以清楚地看出,晶元的研發成本是航空發動機研發的幾倍,而2021年兩者的投入相差3 7倍。 可以看出,晶元難度要大得多,它凝聚了更多人的智慧。 據了解,2020年中國航空發動機動力研發支出僅為44億元,研發費用率在2左右,作為引領中國航空發動機創新的主體,已經非常低了。 從市場層面看除了製造商GE、PW、CFM,產業鏈上只有一家“美國精密鑄造公司”,市值相對較大,被伯克希爾哈撒韋公司以372億美元收購,實際控制人是沃倫·巴菲特。 除了精密鑄造企業外,美國航空發展產業鏈中市值超過40億美元的大企業都沒有。 事實上,美國精密鑄造公司的市值很大一部分來自於通過併購獲得的數百億美元的礦產,不包括這部分價值,剩下的就是航空葉片及零部件業務的價值,航空零部件製造部分的企業價值不到270億美元。 但晶元上下游產業鏈龐大,包括IC設計、晶圓製造加工、封裝測試等,涉及的技術遠比航發多,涉及的研發人員數量是航發的100倍,研發經費也是航發的100倍。

從市值來看,僅台積電的年利潤就超過了全球四大航空開發公司,美國的GE、PW、CFM和英國的RR,尤其是市值超過了幾家公司的商業價值之和。 事實上,世界上沒有乙個國家能夠建成80多條積體電路產業鏈,美國需要從荷蘭進口光刻機,從日本進口靶材和高純化工材料,從台灣和南韓購買IP。 此外,航空發動機的主要客戶相對單一,軍用航空發動機的主要客戶是中國空軍和海軍,民用航空發動機的主要客戶是受國家政策保護的中國商用航空集團公司,航空發動機的市場培育相對容易。 晶元產業市場規模過大,晶元市場的競爭是全球性的公開競爭,單靠國家扶持是不現實的,企業自身必須形成良性迴圈。 晶元行業的市場規模遠大於航空發動機行業。 從市場規模和市場培育難度來看,晶元行業要想突破的難度更大。 來源 |ofweek電子工程網

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