中兴事件, 让我们看到了中国的 '芯' 痛, 都说一分钱难倒英雄汉, 一个小小的芯片, 不也难倒了国人吗? 那么, 为什么中国能造高铁, 能有支付宝, 能发明共享单车, 却不能造出小小的芯片呢?
小而精 一颗 '芯' 需要5000道工序
集成电路的更新速度
也许不是人人都了解集成电路, 但许多人听说过摩尔定律. 摩尔定律是指, 当价格不变时, 集成电路上可容纳的元器件的数目, 约每隔18个月便会增加一倍, 性能也将提升一倍. 在半个世纪前, 由英特尔创始人之一的摩尔提出的这一推测, 已经延续了50多年.
摩尔定律揭示了集成电路领域的发展速度. 在这样的高速创新发展中, 集成电路的产品持续降低成本, 提升性能, 增加功能. 也是在这样的高速发展中, 各国集成电路技术的差距越拉越大. 有业内人士表示, 中国若想在主要集成电路领域追赶上顶级公司, 需要的不止时间, 而是整个系统性提升.
美国是整体式, 全方位处于领先地位, 而我们只是在某些领域里面有所突破, 并且这些领域也并非核心, 高端的领域, 比如中国在存储器, CPU, FPG及高端的模拟芯片, 功率芯片等领域, 几乎是没有的. 如果中国发力研发, 在某些小的门类中可能会有所突破. 但面对核心, 高端领域的时候, 中国与美国相差甚远!
芯片有几十种大门类上千种小门类
芯片, 是指内含集成电路的硅片, 体积很小, 常常是计算机或其他电子设备的一部分. 芯片组, 是一系列相互关联的芯片组合. 它们相互依赖, 组合在一起能发挥更多作用, 比如, 计算机里的中央处理器 (CPU) 及手机中的射频, 基带和通信基站里的模数转换器 (ADC) 等, 就是由多个芯片组合在一起的更大的集成电路.
集成电路是非常精密的仪器, 其单位为纳米. 一纳米为十万分之一毫米. 这就对设计, 制造工艺都有非常严格, 高标准的要求. 芯片的种类很多, 仅从产品种类来说, 芯片的种类就有几十种大门类, 上千种小门类; 如果涉及设备流程的话就更多了.
制造一颗芯片需要5000道工序
一位芯片制造领域的专家介绍, 一颗芯片的制造工艺非常复杂, 一条生产线大约涉及50多个行业, 2000-5000道工序. 就拿代工厂来说, 需要先将 '砂子' 提纯成硅, 再切成晶元, 然后加工晶元. 晶元加工厂包含前后两道工艺, 前道工艺分几大模块——光刻, 薄膜, 刻蚀, 清洗, 注入; 后道工艺主要是封装——互联, 打线, 密封. 其中, 光刻是制造和设计的纽带.
其中许多工艺都在独立的工厂进行, 而使用的设备也需要专门的设备厂制造; 使用的材料包括几百种特种气体, 液体, 靶材, 都需要专门的化工工业. 另外, 集成电路的生产都是在超净间进行的, 因此还需要排风和空气净化等系统.
全球芯片几乎被美日欧垄断
目前, 全球芯片仍主要以美, 日, 欧企业产品为主, 高端市场几乎被这三大主力地区垄断. 在高端芯片领域, 由于国内厂商尚未形成规模效应与集群效应, 所以其生产仍以 '代工' 模式为主.
截至2015年年底的数据显示, 全球共有94家先进的晶元制造厂商, 其中17家在美国, 71家在亚洲 (中国有9家) , 6家在欧洲. 日本在上世纪80年代处于领先地位, 但自90年代开始其全球半导体市场份额显著下降, 至2015年仅有3家日本芯片制造商位列全球排名前二十——东芝, 瑞萨电子和索尼. 而与此同时, 东亚其他国家已成为动态随机存取存储器市场的主要公司. 韩国三星电子和海士力目前是世界第二和第三大半导体公司.
根据美国半导体产业协会 (SIA) 的最新统计数据显示, 2017年1月至2月, 中国和美国的芯片市场规模份额扩大, 分别为33.10%和19.73%; 日本和欧洲的芯片市场份额有所下降, 分别为9.29%和9.12%. 中国芯片市场是全球最大, 增长最快的市场, 但是对外依存度过高.
一台通信基站内有上百颗芯片大多来自美国
以运营商业务为例, 通信基站设备是其最主要的产品之一, 而在一台通信基站中就有上百颗芯片负责实现不同功能. '简单来说, 基站发射并回收信号, 收回信号后首先要有芯片滤波, 稳定信号; 然后还有芯片将这种特别小的信号放大; 再有芯片进行解析, 处理; 然后是芯片负责传输, 分发. 基站核心跟电脑类似, 可以实现各种功能, 但它可以支持多个手机, 因而速度更快, 芯片更复杂. ' 上述人士表示.
其中, 最典型的是ADC芯片, 中国目前还无法生产出可替代产品. ADC芯片是模数转换芯片, 负责将天线接收的连续的模拟信号转换为通话或上网的数字信号. 目前ADC主要依赖亚德诺, 德州仪器等公司供应.
从软件方面来说, EDA仿真软件是另一个典型. 利用该软件, 电子设计师才可以在电脑上设计芯片系统, 大量工作可以利用计算机完成, 并可以实现多个产品的结合试验等. 如果没有EDA仿真软件, 则需要人工进行设计, 试验, 耗费的人力, 时间等成本不计其数. 目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有十几种, 基本都来自于美国.
中国半导体前三分别是华为, 紫光, 中兴
而在国内, 我国的半导体产业近年来也在加速发展.
根据中国半导体行业协会统计, 2017年中国集成电路产业销售额达到5411.3亿元, 同比增长24.8%. 其中, 集成电路制造业增速最快, 2017年同比增长28.5%, 销售额达到1448.1亿元. 设计业和封测业继续保持快速增长, 增速分别为26.1%和20.8%, 销售额分别为2073.5亿元和1889.7亿元.
来自海关总署的数据显示, 2017年中国出口集成电路2043.5亿块, 同比增长13.1%; 出口金额为668.8亿美元, 同比增长9.8%.
一份由半导体协会和工信部中国电子信息产业发展研究院公布的2017年国内十大集成电路设计/制造行业的最新排名报告显示, 在国内前十大集成电路设计企业当中, 华为海思半导体以361亿元销售额排名第一; 清华紫光展锐以110亿元排名第二; 中兴微电子以76亿元排名第三. 随后的还有华大半导体, 智芯微电子, 汇顶科技, 士兰微电子, 敦泰科技 (深圳) 有限公司, 格科微电子和中星微电子.
中国能否跳离美国IP核另起炉灶?
有专家表示, 我国集成电路的起步并不算晚, 只比美国晚几年. 但由于其间欧美技术封锁, 国内历史问题等多种因素, 目前与欧美的差距比较大, 想要在短时间内追赶有难度.
从整个行业来看, 美国卡的是 'IP (知识产权) ' , '围绕IP的战争更激烈, 就算你用了人家的技术, 人家也有产权, 你无法绕开它去解决问题. ' 资料显示, IP核将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块, 如FIR滤波器, SDRAM控制器, PCI接口等设计成可修改参数的模块. 上述人士表示, 中国集成电路行业一直流行一个词语 '弯道超车' , 很多人在想, 能否跳离美国的IP核而另起炉灶, 另外开发一整套的生态系统? 但这实在太复杂了.
多位行业研究人士表示, 目前中国的集成电路是系统性落后, 整体提升需要从基础性研究和人才培养来做, 需要比较久的时间, '我们需要先培养数学, 物理等学科的基础人才. 这些人提上来后, 再由他们培养跟其他学科交叉的人才. 他们需要掌握工业设计等技术. '