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揚(yáng)眉吐氣!國產(chǎn)芯片迎來新突破,中國自研芯片強(qiáng)勢崛起,不容易!

作者:羅靈姣 日期:2023-10-24 09:35:14 點(diǎn)擊數(shù):

科技是社會發(fā)展的核心,芯片是當(dāng)代電子科技的生命。

“乾坤日月當(dāng)依舊,昨夜今朝卻異同”,如今的我們生活高速發(fā)展的信息時代。便捷的手機(jī)、飛速的交通、智能的生活,一切都與百年前的生活大相徑庭,

這些巨大的飛躍都來自于芯片技術(shù)的發(fā)展。

小小的一塊芯片上承載了數(shù)以億計(jì)的晶體管,通過這些集成電路來進(jìn)行運(yùn)算和存儲,主宰著電子世界。它們被廣泛應(yīng)用于信息、軍事、消費(fèi)等方面,代表著一個國家最先進(jìn)的科技水平。

揚(yáng)眉吐氣!國產(chǎn)芯片迎來新突破,中國自研芯片強(qiáng)勢崛起,不容易!(圖1)

在當(dāng)下的信息時代,掌握著先進(jìn)的芯片技術(shù),不僅意味著擁有更好的發(fā)展機(jī)會,更意味著擁有世界話語權(quán),各個國家都以芯片產(chǎn)業(yè)為科技發(fā)展的重中之重。

芯片的重要性與日俱增,而我國也出臺了許多的支持政策,大力推動了芯片行業(yè)的發(fā)展。

然而從我國芯片行業(yè)的現(xiàn)狀來看,先進(jìn)技術(shù)國的壓制、研發(fā)技術(shù)的相對滯后、需求的暴增......這些都標(biāo)示著中國芯片仍然在面臨著困境。

事實(shí)上,中國已經(jīng)在芯片行業(yè)上走了很長的時間,從20世紀(jì)中期到現(xiàn)在,中國芯片在逐漸崛起。

回顧中國芯片的發(fā)展歷程,每一個艱難的腳步都是在打基礎(chǔ),我們從來沒有停止過對超國際水平的追趕,獲得了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

一、中國芯片的崛起歷程

中國芯片的發(fā)展階段大致可以分為三個階段:探索起步階段、初步發(fā)展階段和轉(zhuǎn)型創(chuàng)新期。

(一)探索起步階段

1956年至1978年,中國的芯片產(chǎn)業(yè)在學(xué)習(xí)和摸索中慢慢起步。這一時期,全世界的芯片產(chǎn)業(yè)大致都處于同一階段。

1954年,美國最早制造出硅合金晶體管,打開了芯片半導(dǎo)體的新世界。為了追趕國外的半導(dǎo)體科學(xué),我國于1956年把電子元件的研究納入國家的四大緊急措施之列。

1958年,第一個集成電路在美國的實(shí)驗(yàn)室初現(xiàn)雛形;一年后,美國創(chuàng)新出了平面光刻技術(shù),晶體管從雙極體跨入了平面型;

在60年代,貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出了單晶技術(shù)、仙童半導(dǎo)體用平面工藝解決了集成電路的連接問題。

揚(yáng)眉吐氣!國產(chǎn)芯片迎來新突破,中國自研芯片強(qiáng)勢崛起,不容易!(圖2)

20世紀(jì)研發(fā)的晶體管

美國的半導(dǎo)體工業(yè)從起步開始,在十年之間站穩(wěn)了腳跟,作為世界上最早擁有批次生產(chǎn)能力的國家,美國開拓了芯片制造的前沿。

在這一時期,英特爾、AMD等公司也成立起來,成為世界芯片制造的領(lǐng)袖。

看著美國的快速發(fā)展,我國的科學(xué)家奮力直追。

1958年,北京電子管廠研制出硅合金晶體管;

1963年,中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研制成平面管;

1975年,北京大學(xué)物理系設(shè)計(jì)出我國第一批三種類型的1Kb DRAM動態(tài)隨機(jī)存儲器,標(biāo)志著我國擁有了獨(dú)立制造內(nèi)存芯片的技術(shù)。

這一階段中,國家主導(dǎo)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的研究,大批的研究機(jī)構(gòu)和電子廠投入建設(shè),對研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)行兩手抓的策略;

國內(nèi)的半導(dǎo)體成品主要是開發(fā)邏輯電路,應(yīng)用在軍工服務(wù)和計(jì)算機(jī)制造方面;初步擁有了集成電路產(chǎn)業(yè),也為中國建立了一套橫跨院所和高校的半導(dǎo)體人才培養(yǎng)體系。

受到時代環(huán)境的制約,我國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)受國家管制,應(yīng)用范圍有限,民用和走入市場的領(lǐng)域一片空白。在集中管理之下,我國的芯片制造在開始時,就缺少了歐美國家競爭下的多樣制造。

(二)初步發(fā)展階段

進(jìn)入改革開放之后,中國的芯片產(chǎn)業(yè)迎來了初步發(fā)展。

在國家的支持下,1982年,“電子計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路領(lǐng)導(dǎo)小組”成立,1985年,中興半導(dǎo)體成立,致力于獨(dú)立研發(fā)新的芯片技術(shù)。

面對國外電子市場的沖擊,為了提高國營芯片企業(yè)的效益、促進(jìn)芯片行業(yè)的發(fā)展,國家提出了“531戰(zhàn)略”、“908工程”、“909工程”等科研戰(zhàn)略,致力于在具體的芯片分化領(lǐng)域有所進(jìn)展。

除此之外,國家還牽頭引入了國外的生產(chǎn)線,學(xué)習(xí)國外的技術(shù)。

然而由于芯片技術(shù)的快速更迭以及高要求,這一策略并沒有達(dá)到很好的效果,只有少數(shù)的企業(yè)抓住了機(jī)遇,成為了第一批芯片生產(chǎn)的幸運(yùn)兒。

對于發(fā)展條件不足的民營企業(yè),他們依托國內(nèi)的低價成本,承接了門檻較低的封裝產(chǎn)業(yè),在學(xué)習(xí)技術(shù)的同時進(jìn)行利潤積累,在下游產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)了一壁江山。

原本在這些條件的助力下,距離中國芯片接軌國際水平的目標(biāo)更進(jìn)一步。但事與愿違,全球芯片產(chǎn)業(yè)的裂變與分工細(xì)化打得我們措手不及。

在80年代,國外的芯片企業(yè)出現(xiàn)了兩種裂變——主攻軟件和專注硬件,微軟和英特爾作為兩個方向的領(lǐng)頭羊,選擇以合作的方式入手全球市場。

一時之間,便宜好用的芯片大量涌入,將國營芯片企業(yè)的受眾瓜分殆盡。

而在后續(xù)的分工過程中,ARM和臺積電又分別占據(jù)了芯片生產(chǎn)代工和IP核授權(quán)的先機(jī),將芯片產(chǎn)業(yè)擴(kuò)展為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝的不同產(chǎn)業(yè)鏈。

國外的企業(yè)有了更多入局芯片產(chǎn)業(yè)的機(jī)會,領(lǐng)域的細(xì)分也提供了高效專注某一方向技術(shù)的可能。

在這樣的背景下,我國芯片產(chǎn)業(yè)在初步發(fā)展時期就受到了很大的沖擊。原本在第一階段的五年差距立馬擴(kuò)大了,國內(nèi)外的發(fā)展鴻溝很快就橫亙而出。

雪上加霜的是,我國的研發(fā)雖然一直在進(jìn)行,但卻始終觸碰不到先進(jìn)技術(shù);西方國家對于生產(chǎn)的保護(hù)與壟斷,使得中國人才無處可學(xué),只能閉門造車,自行研發(fā)可用的技術(shù)。

(三)轉(zhuǎn)型創(chuàng)新期

在20世紀(jì)的前夕,我國的芯片產(chǎn)業(yè)迎來了轉(zhuǎn)型發(fā)展的機(jī)遇。

1999年,我國提出了“星光中國芯工程”,號召學(xué)習(xí)了海外先進(jìn)技術(shù)的科學(xué)家和愛國企業(yè)家一同開拓芯片產(chǎn)業(yè)。

中星微電子公司在中關(guān)村扎根,建立了數(shù)字多媒體芯片技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,致力于芯片的研發(fā)和設(shè)計(jì)。

2001年,“星光一號”在北京誕生,我國擁有了第一顆百萬門級超大規(guī)模數(shù)字多媒體芯片,結(jié)束了沒有芯片的歷史。

“星光一號”不僅在國內(nèi)得到了好的反響,更是被多個國外知名品牌采用,受到了蘋果、飛利浦、戴爾、索尼等品牌的認(rèn)可。

同一時期,中芯國際、華為海思等企業(yè)也成立了,民企成為了中國芯片研制的主力軍,發(fā)展勢頭猛烈。

揚(yáng)眉吐氣!國產(chǎn)芯片迎來新突破,中國自研芯片強(qiáng)勢崛起,不容易!(圖3)星光一號升級版——“星光智能一號”

中國芯片產(chǎn)業(yè)搭上了騰飛的時代,一時之間發(fā)展迅速。

好景不長,由于風(fēng)頭過盛,中國芯片產(chǎn)業(yè)受到了國際芯片巨頭的防備與打壓,諸如產(chǎn)權(quán)訴訟、壟斷打壓的事件層出不窮。

此外,“漢芯”造假事件騙取了大量的科研經(jīng)費(fèi),引起了國家對民企不規(guī)范行為的制裁,對不少民企造成了影響。

這些讓大家看到了在發(fā)展機(jī)遇之下蘊(yùn)含著的風(fēng)險,因此積極尋找對策來解決問題。

2015年,國家出臺政策,設(shè)立芯片研制產(chǎn)業(yè)基金,對考察合格的優(yōu)質(zhì)公司進(jìn)行扶持。

這一決策讓真正有實(shí)力的人才和企業(yè)有了發(fā)揮的舞臺,芯片產(chǎn)業(yè)形成了良性的市場競爭,推動了我國的芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。

近幾年,我國的芯片研發(fā)趨勢向好,不僅研發(fā)出了全球首顆嵌入式,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器人工智能芯片——“星光智能一號”,推動了我國進(jìn)入智能時代;

還提出了智能摩爾之路,從人腦機(jī)制的啟發(fā)中,找到了芯片的三維轉(zhuǎn)型方向。

可以說,中國芯片在20世紀(jì)真正開始崛起了。

揚(yáng)眉吐氣!國產(chǎn)芯片迎來新突破,中國自研芯片強(qiáng)勢崛起,不容易!(圖4)中國芯片集成板

不過,即使在芯片設(shè)計(jì)和制造方面有所突破,但在芯片的生產(chǎn)上,我們至今也仍然依靠著國外的光刻機(jī),并且在高端芯片制造上,依舊在追趕國外的先進(jìn)技術(shù)。

也就是說,我國的芯片產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不平衡,在例如晶圓代工的環(huán)節(jié)中,技術(shù)上依然存在缺陷,亟待提升;且高端技術(shù)掌握程度不高,對進(jìn)口芯片的依賴很大。

而在過去幾十年的發(fā)展歷史中,芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了分化細(xì)致的全球網(wǎng)絡(luò),在任何一個環(huán)節(jié)的不足都會造成滯后。

盡管我國的企業(yè)在努力占據(jù)各個細(xì)化環(huán)節(jié),中國芯片還是在很多方面也受到了制約。

隨著我國的芯片技術(shù)快速前進(jìn),以美國為代表的資本國家開始對中國芯片企業(yè)圍追堵截,中興和華為先后受到了一系列制裁,芯片產(chǎn)業(yè)的制造交流也對中國關(guān)上了大門,中國的芯片科技受到了全面打壓。

看懂芯片承載的未來后,我國政府和企業(yè)正在齊心協(xié)力,共同解決中國芯片制造高端技術(shù)缺失和產(chǎn)業(yè)鏈不完整的問題。

中國芯片遇到了新的危機(jī),但在崛起之路上,我們依然在勇往直前。

二、新時代中國芯片崛起之難

芯片制造大致有5個主要環(huán)節(jié),生產(chǎn)流程是以電路設(shè)計(jì)為主導(dǎo),由芯片設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)出芯片,然后委托芯片制造廠生產(chǎn)晶圓,再委托封裝廠進(jìn)行芯片封裝、測試。

目前,中國芯片產(chǎn)業(yè)占據(jù)了全球市場規(guī)模的三分之一,隨著5G時代的到來,產(chǎn)業(yè)規(guī)模還將進(jìn)一步擴(kuò)大。

國內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)分布已形成地域規(guī)模,圍繞北京、長三角、珠三角等多個中心發(fā)展。

在具體的芯片制造流程中,我國在系統(tǒng)方面擁有自主研發(fā)的鴻蒙系統(tǒng);

在設(shè)計(jì)方面擁有近2000家設(shè)計(jì)公司,海思和紫光集團(tuán)占據(jù)了全球前十的兩個席位;

在封裝、測試方面勢頭強(qiáng)勁,長電科技、華天科技、通富微電長期位列全球前十。

而以上分化環(huán)節(jié)之外,我國的芯片產(chǎn)業(yè)目前還存在許多不足。在晶圓代工方面,我國僅僅在早期的工藝上達(dá)到了成熟,在細(xì)微新工藝上,依舊在追趕臺積電公司;

在制造產(chǎn)業(yè)方面,我國的芯片制造還較為滯后,與設(shè)計(jì)、封測相比,所占的比例相比還很低;在設(shè)計(jì)IP方面,我國的生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)也進(jìn)展頗慢,正在等待技術(shù)革新。

總而言之,中國芯片在生態(tài)和制造環(huán)節(jié)存在很大的不足,面臨著的頭號挑戰(zhàn)正是芯片的制造問題。造成這一局面的原因有多重。

第一、芯片的制造流程脫節(jié)

一片芯片的誕生是涵蓋芯片設(shè)計(jì)、硅片制造、晶圓制造、電子封裝、基板互聯(lián)、儀器設(shè)備組裝等多重流程的復(fù)雜工藝,每一個環(huán)節(jié)都在生產(chǎn)中占據(jù)著重要的作用。

我國的圓晶制造至今依靠引進(jìn)國外的光刻機(jī),關(guān)鍵的高頻射頻元器件、化合物半導(dǎo)體等也都需要進(jìn)口,高端的制造工藝還存在空白,對高端芯片的進(jìn)口需求極大,與其他環(huán)節(jié)嚴(yán)重脫節(jié)。

揚(yáng)眉吐氣!國產(chǎn)芯片迎來新突破,中國自研芯片強(qiáng)勢崛起,不容易!(圖5)

第二,芯片的制造技術(shù)落后

除了設(shè)計(jì)需要創(chuàng)新,芯片制造也有高標(biāo)準(zhǔn)。

材料、工廠環(huán)境、設(shè)備等,都對芯片的成品有直接的影響。芯片是人類目前最頂尖科技水平在材料上的體現(xiàn)之一,國內(nèi)的相關(guān)技術(shù)還難以支持優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的制造,與國際先進(jìn)水平差距較大。

我國目前最先進(jìn)的制程技術(shù)還停留在對第一代14 nm的FinFET技術(shù)的重大進(jìn)展,對更為先進(jìn)的工藝還未觸及,甚至很多設(shè)備都依賴進(jìn)口;

而最先進(jìn)的工藝已經(jīng)發(fā)展到5nm了,與我國形成了巨大的鴻溝。

第三、芯片的制造成本高

芯片制造具有前期投入大、生產(chǎn)周期長、研發(fā)費(fèi)用大的特點(diǎn),投入金額一般以億為單位;如此高昂的造價,還需要面對研發(fā)困境和市場風(fēng)險,成功的企業(yè)往往要付出超出預(yù)期的成本。

第四,外國壟斷制裁影響大。為了壓制中國的綜合實(shí)力,將核心科技壟斷在自己手中,西方資本國家一直對中國的芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)行封鎖。

2018年,中興企業(yè)受到封鎖,2019年,華為芯片徹底斷供。只要中國芯片有技術(shù)上的突破,就會被這些國家使用何種借口訴訟,阻止中國芯片的進(jìn)一步發(fā)展,以達(dá)到維護(hù)他們的壟斷地位的目的。

三、中國芯片走向崛起的根本動力

2017年全球芯片行業(yè)十大公司排名,除了臺積電中國臺灣晶圓代工,中國的芯片公司無一上榜。

作為世界上最大的芯片消費(fèi)市場,我國的芯片市場交易額高達(dá)五千億,本土生產(chǎn)的芯片僅占據(jù)了10%左右的比例。重要的市場和核心的技術(shù)依然被發(fā)達(dá)國家掌控。

中國芯片雖然積累了一些經(jīng)驗(yàn),也有了向好的發(fā)展趨勢,但也需要找對方向,從核心要點(diǎn)入手,提升自身的技術(shù),這樣才能真正站起來。

《中國制造2025》提出,2025年我國芯片自給率要達(dá)到50%。

工信部提出的相關(guān)實(shí)施方案則提出,10年內(nèi)力爭實(shí)現(xiàn)70%芯片自主保障且部分達(dá)到國際領(lǐng)先水平。這意味著國家依舊會給予芯片產(chǎn)業(yè)最大程度的支持。

事實(shí)上,我國的企業(yè)在自主研發(fā)的同時也在走互幫互助的路線,華為、紫光、中興等27家企業(yè)成立了“中國高端芯片聯(lián)盟”,合作追趕世界先進(jìn)水平,我國的芯片專利數(shù)量已經(jīng)有了可喜的增長。

揚(yáng)眉吐氣!國產(chǎn)芯片迎來新突破,中國自研芯片強(qiáng)勢崛起,不容易!(圖6)

從眼下來看,只有認(rèn)清不足之處、完善相關(guān)的保障、提出替代方案,才能解決當(dāng)前的困境;而從長久考慮,需要完善產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)、通過創(chuàng)新研發(fā)能力、培養(yǎng)人才儲備,才能取得中國芯片的勝利。

首先,中國芯片在設(shè)計(jì)和封測環(huán)節(jié)已經(jīng)取得了較好的發(fā)展成果,但制造環(huán)節(jié)仍有發(fā)展空間。近年來,芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域異軍突起,在整個行業(yè)中貢獻(xiàn)同比增長最快;

封測產(chǎn)業(yè)具備規(guī)模和技術(shù)基礎(chǔ),基本已掌握最先進(jìn)的技術(shù);而制造所需的光刻機(jī)依舊依賴進(jìn)口,因此,必須把握核心,對制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)突破。

其次,制定芯片生產(chǎn)備份方案,對于受到國外壟斷的重要設(shè)備和零部件,需要事無巨細(xì)的考慮,解決好生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的后顧之憂。對高端的機(jī)床、儀器、芯片等等,都要保障生產(chǎn)順利進(jìn)行。

再者,要保障芯片產(chǎn)業(yè)鏈的連續(xù)性。

做到芯片設(shè)計(jì)、制備工藝、制造、封裝測試等領(lǐng)域突破“卡脖子”技術(shù),不斷完善產(chǎn)業(yè)生態(tài),提升產(chǎn)業(yè)鏈核心競爭力和控制力。

最后,也是重中之重的部分,要切實(shí)提高自主創(chuàng)新能力、增大人才儲備。打鐵還需自身硬,中國芯片目前遇到的難題,歸根結(jié)底都是源于我國的芯片技術(shù)落后、可用之人不足。

只有掌握先進(jìn)技術(shù)、培養(yǎng)可靠人才,加快關(guān)鍵設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)、提高儀器精度、建立獨(dú)立的研發(fā)體系,才能盡快實(shí)現(xiàn)中國人制造中國芯,打破受制于人的局面。

結(jié)語

隨著5G和AI的興起,中國迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。

盡管眼下中國芯片的發(fā)展遇到了阻礙,但回顧中國芯片的發(fā)展歷程,這條崛起之路從來都不是一帆風(fēng)順的。

所有的機(jī)遇都與挑戰(zhàn)相伴,如果上世紀(jì)沒有舉步維艱的困境,或許我國的核彈和原子彈也不會很快的制造出來。

同理,中國的絕大多數(shù)科技都是在曲折中摸索出來的,今天的芯片產(chǎn)業(yè)也不是我們遇到的首次挫折了。

從之前積累的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)時對于時局的思考中,中國芯片面臨的問題已經(jīng)顯而易見了,需要做的就是緊抓制造不足進(jìn)行突破。

雄關(guān)漫道真如鐵,而今邁步從頭越。如今遇到的問題只是暫時的阻礙,國家和企業(yè)都已經(jīng)用行動表明了攀越的決心,中國芯片的崛起已然在路上了。



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