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《IDTechEx发布《量子传感器：通过半导体晶圆厂从实验室到芯片（From Lab to Chip ）》报告》

  • 来源专题：集成电路与量子信息
  • 发布时间：2025-04-01

  • 据著名市场分析咨询公司IDTechEx3月31日发布《量子传感器：通过半导体晶圆厂从实验室到芯片（From Lab to Chip ）》报告。报告指出，与传统的现有传感器相比，量子传感器的灵敏度大大提高，甚至完全实现了新的传感能力。预计多个行业将受益于量子传感创新，包括原子钟、量子磁力计、量子陀螺仪等。然而，将量子传感器从实验室原型推向商业产品需要优化其尺寸、重量、功率和成本（简称SWaP-C）。正如IDTechEx最近的报告《2025-2045年量子传感器市场：技术、趋势、参与者、预测》所探讨的那样，实现这一目标的最成功方法是在高度可扩展的半导体制造工艺中制造尽可能多的传感器。通过现在更有效地生产量子传感所必需的组件并集成在价值链中的半导体晶圆厂将获得最大的收益回报。

    蒸汽电池和VCSEL等激光技术对量子传感器的发展至关重要。量子传感器的专用组件以及更广泛的量子技术，面临着一个反复出现的问题：高生产成本限制了最终产品的可寻址市场，这反过来又限制了扩大制造规模以降低成本。这是一个“鸡”和“蛋”的问题。为了解决这个问题，业界正在发起将工业和学术界聚集在一起的倡议，以支持新兴量子技术的半导体制造业的发展。将生产设施集中到“量子代工厂”提供了一种更有效的解决方案，促进量子行业内部的对话可以减少在内部开发组件上花费的资源，从而更快地实现可扩展的生产。

  • 原文来源：https://www.idtechex.com/en/research-article/quantum-sensors-from-lab-to-chip-through-semiconductor-fabs/32909
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相关报告

  • 《加快“从实验室到晶圆厂”进展：2015欧洲半导体展的创新》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：tengfei
    • 发布时间：2015-09-28
    • 2015欧洲半导体展将解决大批量制造中新产品、新工艺、新设备和新材料从研发环境到全面发展的诸多挑战。在欧洲半导体行业创新和合作成功的基础上，2015欧洲半导体展重点关注世界各地不断增长的技术创新集成度。展会主办方SEMI是服务于电子供应链的全球性协会，是加快实验室到工厂转变的领导者。2015欧洲半导体展于 10月6日至8日在Dresden召开，届时将有超过400家参展商和来自世界各地超过5000名专业观众参展。 通过筛选和竞争，来自欧洲的100多家年轻的高科技公司将在10月5日、6日HighTech Venture Days期间展出他们的新产品。此外，32家初创企业和成长型企业将在创新村中展出，挖掘潜在的投资者，行业合作伙伴和客户。2015欧洲半导体展将是一个连接创业公司、投资者、新客户和合作伙伴的新平台。
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  • 《欧美发布芯片法案 加剧全球半导体竞争》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2022-03-29
    • 最近，美众议院通过《2022年美国竞争法案》，以抗衡中国。其中，520亿美元将资助美半导体产业。欧盟也推出《芯片法案》，到2030年将投入约450亿美元用于支持芯片生产、建设大型芯片制造工厂。近年来，美国政府多次以半导体技术作为武器制裁中国企业，中国ICT产业深受其害，与此同时，我国正在以出台政策、提供资金、给予市场等方式大力扶持本土半导体产业发展，美国和欧洲出台法案目的在于提升各自的半导体企业竞争力，这将使全球半导体市场竞争越发白热化。 全球半导体产业链分布情况 半导体产业大致可以分为设备、设计、原材料、制造、封装测试五个部分。 就半导体设备而言，美国、荷兰、日本牢牢占据统治地位，美国应用材料、荷兰艾斯摩尔、日本应用材料、美国泛林、美国科垒依次名列全球半导体设备商前五强，市场份额合计超过70%。半导体设备市场份额前10的厂商均为美国、欧洲、日本企业，市场份额合计达90%。就是设备市场而言，全球市场份额约为600亿美元左右，其中，最关键的是光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积设备，资金占比大约为30%、25%和25%。荷兰艾斯摩尔基本垄断了高端光刻机，刻蚀设备由美国应用材料、美国泛林半导体、日本东京电子瓜分，薄膜沉积设备则是应用材料的强势领域，物理气相沉积设备占据全球市场份额30%以上，化学气相沉积设备占据全球市场份额的50%以上。 就半导体原材料而言，日本、美国企业在全球半导体材料供应上占主导地位，市场份额估算为500至600亿美元。半导体原材料主要分为晶圆制造材料和封装材料两大块。晶圆制造材料中，按照市场份额依次为硅片及硅基材料（占比31%），光掩模版（占比14%）、光刻胶配套试剂（占比7%）、光刻胶（占比5%）。封装材料中，按照市场份额依次为封装基板（占比40%）、引线框架（占比16%）、陶瓷基板（占比11%），键合线（占比15%）。就占比最高的硅片和封装基板而言，日本信越、胜高占据硅片市场半壁江山，松下电工则是封装基板行业的领头羊。就其他细分市场来说，日本住友金属、田中贵金属、东京应化，美国陶氏化学、3M等公司占据市场优势地位。 就半导体设计而言，美国公司占据了绝对优势地位，美国半导体设计公司市场份额总量占比超过50%。就细分市场而言，英特尔和AMD垄断了桌面和服务器CPU市场；德州仪器、ADI、Skyworks、博通等公司是模拟芯片行业领头羊；赛灵思、阿尔特拉、莱迪思、Microsemi基本垄断了全球FPGA市场；AMD和英伟达垄断了全球高性能GPU市场；三星、SK海力士、镁光、西部数据、铠侠等公司垄断了全球存储芯片市场；高通是手机芯片市场的领头羊，其在高端手机芯片市场的地位无可撼动，苹果的CPU被广泛应用于苹果的手机、平板、笔记本电脑等产品...... 美国英特尔、英伟达、苹果、AMD、高通、博通、赛灵思、德州仪器、ADI、Skywoks、Qorvo、镁光、西部数据等公司在CPU、GPU、DSP、FPGA、NAND、射频，以及各类模拟芯片领域均占据统治性市场地位或优势地位。 就半导体制造而言，全球前五的芯片制造商分别为台积电、三星、格罗方德、联电、中芯国际。根据2021年的数据，台积电以59.5%的市场份额遥遥领先于三星（8.7%）、联电（7.9%）、格芯（6.9%），市场份额是中芯国际的10倍有余，中芯国际和华虹集团的市场份额分别为5.7%和3.1%。就技术水平来说，台积电的制造工艺已经超越了美国老牌公司英特尔，在制造工艺方面处于全球领先水平，大陆企业与台积电在制造工艺技术上至少差2代，台积电是名副其实的行业霸主。 就封装测试而言，呈现出台湾地区、美国、大陆地区三足鼎立之态，台湾地区日月光、美国安靠、大陆长电科技、台湾地区力成科技和矽品位列营收前五位，营收前十的企业中有5家台湾地区企业，3家大陆企业，1家美国企业，1家新加坡企业。 目前，全球半导体产业分工呈现“雁行”状态，美国及其欧洲盟友占据技术门槛和利润最高的半导体设备和设计环节，日本、美国、欧洲、韩国公司占据了原材料环节，台湾地区和韩国占据了制造环节，台湾地区和中国大陆占据了封装测试环节。虽然台湾地区诞生了台积电这样的明星企业，但探究其本质，是美国进行技术转移的结果。从股权上看，台积电第一大股东是美国花旗银行，持股比例为20.5%，外国人、外国机构总持股比例高达78%，“台湾行政院”持股仅6.4%。从技术上看，台积电必须遵从于美国所主导的全球半导体产业分工，在关键技术、设备、原材料方面高度依赖美国、欧洲和日本，这也是在此前的中美贸易摩擦中，台积电惟美国马首是瞻制裁华为的原因所在。 美国和欧洲出台法案加剧全球半导体企业竞争 在过去几十年，西方国家高举全球化大旗，大量制造业向亚洲国家转移，与此同时，欧美逐步去工业化。即便是具有高附加值的半导体行业，美国仅在设备、设计上掌握明显优势，在原材料、制造、封装测试等方面均被超越。就数据来看，美国在全球半导体制造业中的份额从1990年的37%稳步下降到现在的12%左右。 这种行业分工局面使美国对全球半导体产业链的掌控能力降低，特别是美国AMD、英伟达、高通、苹果等大公司在制造上高度依赖台积电成为美国半导体供应链的巨大隐患，因为一旦爆发统一战争，台积电很可能会受到波及，这会使美国IC设计公司的渠道变得非常脆弱。 正是因此，美国政府在最近几年一直致力于加强本土半导体产业，特别是有着较高对外依存度的半导体制造。在特朗普政府时期，美国就竭力“劝说”台积电在美国投资建厂，经过一番讨价还价，台积电决定投资120亿美元在亚利桑那州建设5纳米先进工艺晶圆厂，新工厂计划于2024年前后投产。无独有偶，三星也在美国政府的“劝说”下，决定在美国得克萨斯州的泰勒市投资170亿美元，用来建设能生产5纳米先进制程芯片的工厂。新工厂将会在2022年上半年开始动工，在2024年下半年启动生产。不久前，英特尔宣布将投资200亿美元在俄亥俄州建设2家芯片制造工厂。未来，投资可能还会增至1000亿美元，累计建设8家芯片制造工厂。从上述例子可以看出，美国政府采用招商引资+本土企业投资的模式补全自身产业链的短板，力图在2025年左右将半导体制造重新发展起来，避免在半导体制造环节因国际局势变幻而被卡脖子。与上述高额投资遥相呼应，美国众议院通过《2022 年美国竞争法案》，将拿出520亿美元将资助美半导体产业。美国众议院议长佩洛西表示，“众议院立法将加强我们在芯片方面的投资，加强我们的供应链并改变我们的研究能力，以及许多其他关键条款”。这项法案立意更加深远，直接采用补贴的方式扶持本土企业，以增强其在竞争日益白热化的半导体市场击败对手。 欧盟推出《芯片法案》的直接原因可能与当下弥漫全球的芯片荒有关，但究其根本原因，还是在于扶持欧洲本土半导体企业做大做强。西欧国家是先发工业国，依靠工业文明殖民全球，其技术底子还是不错的，具有ARM、博世、英飞凌、ST、恩智浦等一批企业。不过，受美国英特尔、AMD、英伟达、赛灵思、TI等一批大厂排挤，除了ARM在嵌入式和智能手机领域地位稳固，欧盟的半导体企业基本被美国企业压着，只能在细分市场寻找存在感。像桌面、服务器高性能CPU、GPU这类大家耳熟能详的芯片，基本没有欧洲企业什么事情，博世、英飞凌、ST、恩智浦等公司则更多在一些细分市场耕耘着自己的一亩三分地。德国的Siltronic、法国的Soitec在原材料方面具有一席之地，但相比于日本胜高、越信的市场地位依然有一定差距。荷兰ASML虽然是全球唯一能够制造尖端光刻机的厂商，但其最关键的零部件——光源依然要从美国进口。可以说，当下欧洲半导体企业的现状是具有较好技术积累和基础，在设计、制造、设备等领域都有自己的建树，但被美国、日本、韩国、中国台湾在各自强势领域压制，处于比上不足比下有余的状态。欧洲半导体产业的潜力的巨大的，唯一的问题就在于欧盟不是但单一制国家，各个成员国之间貌合神离，各怀鬼胎。如果欧盟《芯片法案》被各成员国不折不扣的贯彻落实，欧洲的半导体企业就可以获得更好的发展环节，增强其市场竞争力。 美欧出台法案旨在做大做强本土半导体产业链 打击中国只是副作用 先来看欧洲，如果欧盟是一个高度中央集权的单一制国家，那还是非常有潜力的，但问题就出在，欧盟人心不齐，一团散沙。英国一贯就是欧洲“搅屎棍”，奉行大陆均势政策，不希望德国或法国主导欧洲。本次立法允许各国政府补贴欧洲尖端芯片工厂，恰恰就是法国和德国政府推动。虽然法国和德国希望通过政府补贴发展本土的芯片产业，以帮助企业与美国和中国竞争。但欧洲那些本国半导体技术落后的小国则更希望坚持自由市场，《芯片法案》通过前，荷兰、爱尔兰在内的6个成员国就致函欧盟委员会，反对将政府资金用于大规模生产或商业活动。信函中称，对关键行业的战略资金“过度和非定向使用”将导致“欧盟内部的补贴竞争和不公平竞争”。因为法国和德国主导的这项法案对这些小国而言没有好处，“造不如买”最符合这些小国的利益。 即便是有半导体厂商的欧洲小国，其半导体厂商也对美国技术也有依赖，比如ASML，与其说是光刻机制造商，不如说是光刻机组装商，基于商业利益，ASML不可能放着成熟的美国光源不用，反而自主研发光源，或是采购欧洲企业的不成熟技术。荷兰为了本国企业能够从美国获取先进技术，必然反对法德主导的补贴政策法案。爱尔兰的情况也是类似，爱尔兰之所以反对法案，主要是因为其半导体产业主要依赖外资，其中，最关键的当属英特尔在爱尔兰的工厂——爱尔兰已经成为英特尔在美国之外最大的生产基地，英特尔公司正在加大对爱尔兰的投资，对工厂进行了大规模的扩建。由于欧洲国家内部勾心斗角，法国和德国主导的这项法案在落地过程中没准会出现各种幺蛾子。诚然，法国和德国对于发展半导体产业雄心勃勃，但受制于国力和所处大环境，颇有“心比天高，命比纸薄”之感。《芯片法案》可以改善欧洲半导体企业的财务状况，但无法在欧洲建成独立于美国的半导体产业链。 相比之下，美国的《2022年美国竞争法案》影响会更大一些。美国是一个联邦制国家，虽然美国政府和洲政府会有各种扯皮，但在政策落实和执行上比欧洲国家强。美国半导体产业实力雄厚，只要美国政府创造一个良好环境，美国半导体企业就能百尺竿头更进一步。作为全球霸主，美国可以通过政治、外交等方式吸纳他国半导体企业，比如通过“劝说”的方式让台积电、三星到美国投资建设尖端工艺的芯片工厂，以此补全自身产业链在制造环节的短板，这使得美国可以在本土打造一个完整的半导体产业链，美国半导体企业可以采用“内外双循环”的方式参与国际竞争，大大提升其抵御市场风险的能力。 当下，中国大陆半导体企业实力普遍偏弱，和美国在半导体产业上合作大于竞争，彼此之间的矛盾远远达不到当年美国和日本半导体产业对决的水平。国内ICT企业生怕买不到欧美芯片，国内芯片设计公司生怕无法使用美国三大厂的EDA工具和台积电流片渠道，国内晶圆厂担忧买不到欧美日半导体设备和原材料......由于国内半导体企业技术底子薄，普遍对欧美日技术有较高的依赖性，企业最担忧的不是美国、欧洲刺激本土半导体企业发展的《法案》，而是担忧美国政府立法彻底禁绝中美技术交流和贸易。 简言之，美国《2022年美国竞争法案》并未直接打击中国，旨在修炼内功，弥补美国本土半导体产业链的短板，以及扶持美国企业技术创新，参与新兴市场的竞争，在短期内不会对中国大陆本土企业造成过多影响。但是，如果美国在本土够了完整的半导体产业链，产业实力进一步增加，这对于5至10年后已非吴下阿蒙的中国企业而言，无疑增大了参与国际竞争的难度，一旦发生紧急情况，“内功大成”的美国打人会“更疼”，对中国的制裁会更加严厉，打击力度会比以往更强。 打铁还需自身硬 早在2014年，中国成立国家集成电路产业投资基金，其中，一期募集资金1387亿元（2014-2019年），市场预计二期规模有望达到2000亿元，其投资方向是既包括传统半导体产业，又包含智能汽车、智能电网、人工智能、物联网、5G等，国内一大批半导体设计、设备、制造、封装测试企业都受益于大基金。必须说明的是，这仅仅是大基金的投资，并不包括地方政府投资和社会资本投资。 由于大基金采用国有资本投资撬动社会资本投资的模式，因而大基金撬动的社会资本将会是大基金募集资金的数倍。此前，美国智库战略与国际问题研究中心高级副总裁、技术政策项目主任詹姆斯·刘易斯表示，“中国对半导体的投资可能是美国的1000倍，这样的实力对比无论如何都没法赢。”他认为，美国目前在这场科技竞赛中领先，但中国正努力追赶，而美国最大的劣势是“不愿花钱”。 过去几年，中国企业乘着政策的东风，在设计、设备、原材料、制造、封装测试等领域都有所建树，取得了不俗的成绩，在多个细分市场逐步蚕食外商市场份额，有计划的推进国产化替代，但从总体上看，差距依然存在，而且还不小。就半导体设备而言，即便是中国大陆市场，自给率也仅有5%左右，美国应用材料、泛林、科垒三家公司在全球半导体设备市场的份额就超过50%。就半导体设计而言，在商业上相对成功的企业普遍对境外技术有较高依赖，设计行业的领头羊海思公司就高度依赖ARM技术授权，因美国制裁的原因营业收入断崖式下跌。几十年磨一剑专注自主研发的芯片设计公司大多数只能在低端市场艰难求生，或者是在信创市场谋求一席之地茁壮成长，商业市场基本被外商垄断。就原材料而言，虽然本土企业发展迅速，但中芯国际、华虹、长江存储等本土晶圆厂的原材料大量依然进口，其中12英寸晶圆严重依赖进口。在制造方面，中芯国际、华虹的市场份额合计仅8.8%，不足为台积电的五分之一。大陆唯一发展的比较好的是封装测试，技术上基本追捧国际主流水平。 当下，中国半导体产业与美国半导体产业的差距是巨大的，最缺的是发展壮大的人才、资金和时间，最需要的是修炼好内功，补全在设计、设备、原材料、制造环节的短板。只要构建完成“红色产业链”，哪怕技术比美国落后2至3代，就能够依托本土市场实现内循环，不惧怕美国制裁。
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