中興事件, 讓我們看到了中國的 '芯' 痛, 都說一分錢難倒英雄漢, 一個小小的晶片, 不也難倒了國人嗎? 那麼, 為什麼中國能造高鐵, 能有支付寶, 能發明共用單車, 卻不能造出小小的晶片呢?
小而精 一顆 '芯' 需要5000道工序
整合電路的更新速度
也許不是人人都了解整合電路, 但許多人聽說過摩爾定律. 摩爾定律是指, 當價格不變時, 整合電路上可容納的元器件的數目, 約每隔18個月便會增加一倍, 性能也將提升一倍. 在半個世紀前, 由英特爾創始人之一的摩爾提出的這一推測, 已經延續了50多年.
摩爾定律揭示了整合電路領域的發展速度. 在這樣的高速創新發展中, 整合電路的產品持續降低成本, 提升性能, 增加功能. 也是在這樣的高速發展中, 各國整合電路技術的差距越拉越大. 有業內人士表示, 中國若想在主要整合電路領域追趕上頂級公司, 需要的不止時間, 而是整個系統性提升.
美國是整體式, 全方位處於領先地位, 而我們只是在某些領域裡面有所突破, 並且這些領域也並非核心, 高端的領域, 比如中國在存儲器, CPU, FPG及高端的類比晶片, 功率晶片等領域, 幾乎是沒有的. 如果中國發力研發, 在某些小的門類中可能會有所突破. 但面對核心, 高端領域的時候, 中國與美國相差甚遠!
晶片有幾十種大門類上千種小門類
晶片, 是指內含整合電路的矽片, 體積很小, 常常是計算機或其他電子設備的一部分. 晶片集, 是一系列相互關聯的晶片集合. 它們相互依賴, 組合在一起能發揮更多作用, 比如, 計算機裡的中央處理器 (CPU) 及手機中的射頻, 基帶和通信基站裡的模數轉換器 (ADC) 等, 就是由多個晶片集合在一起的更大的整合電路.
整合電路是非常精密的儀器, 其單位為納米. 一納米為十萬分之一毫米. 這就對設計, 製造工藝都有非常嚴格, 高標準的要求. 晶片的種類很多, 僅從產品種類來說, 晶片的種類就有幾十種大門類, 上千種小門類; 如果涉及設備流程的話就更多了.
製造一顆晶片需要5000道工序
一位晶片製造領域的專家介紹, 一顆晶片的製造工藝非常複雜, 一條生產線大約涉及50多個行業, 2000-5000道工序. 就拿代工廠來說, 需要先將 '砂子' 提純成矽, 再切成晶元, 然後加工晶元. 晶元加工廠包含前後兩道工藝, 前道工藝分幾大模組——光刻, 薄膜, 刻蝕, 清洗, 注入; 後道工藝主要是封裝——互聯, 打線, 密封. 其中, 光刻是製造和設計的紐帶.
其中許多工藝都在獨立的工廠進行, 而使用的設備也需要專門的設備廠製造; 使用的材料包括幾百種特種氣體, 液體, 靶材, 都需要專門的化工工業. 另外, 整合電路的生產都是在超淨間進行的, 因此還需要排風和空氣淨化等系統.
全球晶片幾乎被美日歐壟斷
目前, 全球晶片仍主要以美, 日, 歐企業產品為主, 高端市場幾乎被這三大主力地區壟斷. 在高端晶片領域, 由於國內廠商尚未形成規模效應與集群效應, 所以其生產仍以 '代工' 模式為主.
截至2015年年底的數據顯示, 全球共有94家先進的晶元製造廠商, 其中17家在美國, 71家在亞洲 (中國有9家) , 6家在歐洲. 日本在上世紀80年代處於領先地位, 但自90年代開始其全球半導體市場份額顯著下降, 至2015年僅有3家日本晶片製造商位列全球排名前二十——東芝, 瑞薩電子和索尼. 而與此同時, 東亞其他國家已成為動態隨機存取存儲器市場的主要公司. 韓國三星電子和海士力目前是世界第二和第三大半導體公司.
根據美國半導體產業協會 (SIA) 的最新統計數據顯示, 2017年1月至2月, 中國和美國的晶片市場規模份額擴大, 分別為33.10%和19.73%; 日本和歐洲的晶片市場份額有所下降, 分別為9.29%和9.12%. 中國晶片市場是全球最大, 增長最快的市場, 但是對外依存度過高.
一台通信基站內有上百顆晶片大多來自美國
以運營商業務為例, 通信基站設備是其最主要的產品之一, 而在一台通信基站中就有上百顆晶片負責實現不同功能. '簡單來說, 基站發射並回收訊號, 收回訊號後首先要有晶片濾波, 穩定訊號; 然後還有晶片將這種特別小的訊號放大; 再有晶片進行解析, 處理; 然後是晶片負責傳輸, 分發. 基站核心跟電腦類似, 可以實現各種功能, 但它可以支援多個手機, 因而速度更快, 晶片更複雜. ' 上述人士表示.
其中, 最典型的是ADC晶片, 中國目前還無法生產出可替代產品. ADC晶片是模數轉換晶片, 負責將天線接收的連續的類比訊號轉換為通話或上網的數字訊號. 目前ADC主要依賴亞德諾, 德州儀器等公司供應.
從軟體方面來說, EDA模擬軟體是另一個典型. 利用該軟體, 電子設計師才可以在電腦上設計晶片系統, 大量工作可以利用計算機完成, 並可以實現多個產品的結合試驗等. 如果沒有EDA模擬軟體, 則需要人工進行設計, 試驗, 耗費的人力, 時間等成本不計其數. 目前進入我國並具有廣泛影響的EDA軟體有十幾種, 基本都來自於美國.
中國半導體前三分別是華為, 紫光, 中興
而在國內, 我國的半導體產業近年來也在加速發展.
根據中國半導體行業協會統計, 2017年中國整合電路產業銷售額達到5411.3億元, 同比增長24.8%. 其中, 整合電路製造業增速最快, 2017年同比增長28.5%, 銷售額達到1448.1億元. 設計業和封測業繼續保持快速增長, 增速分別為26.1%和20.8%, 銷售額分別為2073.5億元和1889.7億元.
來自海關總署的數據顯示, 2017年中國出口整合電路2043.5億塊, 同比增長13.1%; 出口金額為668.8億美元, 同比增長9.8%.
一份由半導體協會和工信部中國電子資訊產業發展研究院公布的2017年國內十大整合電路設計/製造行業的最新排名報告顯示, 在國內前十大整合電路設計企業當中, 華為海思半導體以361億元銷售額排名第一; 清華紫光展銳以110億元排名第二; 中興微電子以76億元排名第三. 隨後的還有華大半導體, 智芯微電子, 匯頂科技, 士蘭微電子, 敦泰科技 (深圳) 有限公司, 格科微電子和中星微電子.
中國能否跳離美國IP核另起爐灶?
有專家表示, 我國整合電路的起步並不算晚, 只比美國晚幾年. 但由於其間歐美技術封鎖, 國內曆史問題等多種因素, 目前與歐美的差距比較大, 想要在短時間內追趕有難度.
從整個行業來看, 美國卡的是 'IP (智慧財產權) ' , '圍繞IP的戰爭更激烈, 就算你用了人家的技術, 人家也有產權, 你無法繞開它去解決問題. ' 資料顯示, IP核將一些在數字電路中常用但比較複雜的功能塊, 如FIR濾波器, SDRAM控制器, PCI介面等設計成可修改參數的模組. 上述人士表示, 中國整合電路行業一直流行一個詞語 '彎道超車' , 很多人在想, 能否跳離美國的IP核而另起爐灶, 另外開發一整套的生態系統? 但這實在太複雜了.
多位行業研究人士表示, 目前中國的整合電路是系統性落後, 整體提升需要從基礎性研究和人才培養來做, 需要比較久的時間, '我們需要先培養數學, 物理等學科的基礎人才. 這些人提上來後, 再由他們培養跟其他學科交叉的人才. 他們需要掌握工業設計等技術. '