晶片有多重要?
就像社會的 '神經系統'
晶片是 '何方神聖' ?為何如此重要?廣東省半導體產業研究院黎子蘭博士表示, '它實際上起到了現代社會神經系統的作用, 如果把社會比喻為人, 晶片就負責思考, 感知, 通訊, 甚至控制著一部分的能源, 比如功率晶片控制了電能, 電壓, 交流, 直流等, 因此對現代社會非常關鍵' .
黎子蘭表示, 未來所有的產業發展方向, 相當部分是由半導體晶片支撐實現的, '比如物聯網, 5G, 汽車電子, 人工智慧AI, AR, VR, 區塊鏈都需要半導體晶片' , 他表示, 以汽車和手機為例, 電子產品在汽車中分布廣泛, 汽車電子占汽車成本的比例逐年提升. 有資料顯示, 汽車電子占整車的成本達30%以上, 未來隨著電動汽車和無人駕駛技術的成熟, 汽車電子所佔的成本將達到50%以上, 成為汽車智能化的關鍵部分. 智能手機基本上是由晶片和顯示屏等部件組成, '中國生產了全球77%的手機, 並且擁有多家領先品牌, 作為優勢產業, 卻只有3%的晶片是國產' .
未來的電動汽車對半導體的需求激增, 功率半導體首當其衝, 目前基本依賴進口
有資料顯示, 2017年中國晶片的進口額高達2600億美元, 超過原油位列進口產品第一, 但國產晶片僅佔國內市場份額10%左右.
國產晶片和發達國家的晶片
差距有多大?
全球電子產業生態系統
'國產晶片和發達國家的差距是多方面的, 立體的' , 黎子蘭向南都記者表示, 中國的電子產品製造業僅次於美國, 但是電子產品的晶片卻嚴重依賴進口. '不論是晶片的設計, 生產設備, 還是製造材料, 製造工藝等都存在很大差距' , 黎子蘭說.
晶片的設計離不開設計軟體即EDA, 全球前三大的EDA企業都是美國企業, 有數據顯示, 美國的設計公司在市場佔比高達69%. 設備上, 全球最重要的半導體設備光刻機是荷蘭生產, 但設備所需的部分核心零部件是美國廠商生產. 矽片是製作整合電路的重要材料, 通過對矽片進行光刻, 離子注入等手段, 可以製成整合電路和各種半導體器件. 日本在半導體生產材料上優勢明顯, 有資料顯示, 世界前兩名整合電路用矽片製造商是日本信越和SUMCO, 佔全球60%以上;這兩家企業生產的大尺寸矽片(200毫米和300毫米)佔全球的70%以上, 形成絕對壟斷和極高的技術壁壘.
我們離 '中國芯' 有多遠?
我們離 '中國芯' 還有多遠?黎子蘭表示, 華為的麒麟晶片很了不起, 但是半導體晶片行業覆蓋面廣, 細分領域多, 光有一個麒麟晶片, 或是某個點的突破是不夠的, 需要很多方面, 大家共同的努力. '如果有一天, 我們能夠生產出很多的晶片和產品, 別人不得不用的時候, 中國的晶片就崛起了, 如果能夠做到你中有我, 我中有你, 大家都離不開的時候, '中國芯' 就到來了' .
'全球半導體晶片產業競爭最終比拼的是創新的效率, ' 黎子蘭分析道, '如果你的產品性能只有其他產品的一半, 還停留在上一個技術階段, 就賣不動了' .
發展半導體產業是產業轉型升級的必經之路, '目前人工智慧很重要的一個企業是半導體晶片企業英偉達, 因為人工智慧對計算能力要求非常高' , 黎子蘭說, 但半導體產業關聯廣泛, '目前我國與發達國家在各領域都存有差距, 全面追趕上有一定挑戰' .
如何實現 '中國芯' ?黎子蘭表示, 首先要進行合作, 半導體行業是全球頂尖專家幾十年的共同結晶, 沒有任何一個國家在全產業鏈都做到完全自主, 求創新, 求突破, 首先要尋求合作. 然後是創新, '創新是最有用的, 在創新中做出全新的或更強的產品, 別人的產品才可能基於我們的產品和技術' , 黎子蘭說, '創新幾乎是唯一的道路' .
未來
半導體的發展趨勢
半導體晶片涉及不同的材料和功用, 根據未來應用的方向, 分成很多種類型, 最大的類別是數字電路, 還有訴求多元, 功能為王的類別, 包括類比電路, 分離電路, 光電等.
'數字電路的主旋律是微縮, 對於數字電路, 器件越小, 數目越多, 開關速度越快. 而數字電路從一個技術代演化到另一個技術代, 大概只花兩年時間, ' 2004年左右最先進的工藝尺寸是65納米, 現在最先進的技術已達10納米, '紅細胞是7000納米, 而半導體器件最核心的特徵尺寸已經達到10納米, 數字電路微縮是對設備和工藝的極限挑戰' , 黎子蘭說.
微縮: 數字電路的主旋律
器件的微縮還導致結構向三維方向發展, 這是數字電路的第二個趨勢. '三種重要的數字晶片Logic, DRAM和FLASH, 特徵都是三維, 今天三星推出的最新產品是96層, 這實在太了不起了' , 黎子蘭表示. 1965年英特爾創始人之一高登·摩爾曾表示, 晶片的晶體管數目每兩年翻一番. '摩爾定律其實是對數字電路微縮規律的總結' , 黎子蘭說, '至今摩爾定律已問世50多年, 意味著至少翻了25次方, 一個晶片上的晶體管數量最多超過100億顆, 可以實現非常強大的功能. '
高登·摩爾(Intel創始人之一)曾表示, 晶片的晶體管數目每兩年翻一番
另外一類是訴求多元, 功能為王的第一, 二, 三代半導體, 包括類比電路, 分離電路, 光電等. '因為應用廣泛, 這一塊對經濟的重要性不亞於數字電路, 在很多方面都起到重要作用' , 黎子蘭表示. 新的材料可以大幅提高原有產品的性能, 或實現原來無法實現的功能. 第三代半導體材料(如GaN)在光電顯示, 電力電子, RF器件等方面極具潛力和前景. Si功率器件已到極限, 第三代半導體剛興起, 所使用的GaN功率器件品質因子是Si的1130倍, 'GaN功率器件將帶來電力電子的革命' , 黎子蘭說.
'未來會超越摩爾定律, 提高性能和實現新的功能' , 黎子蘭表示, 從以往單純追求微縮, 開始轉變為實現新的不同功能, '例如在microLED顯示, 通訊基站和雷達電子等領域, 通過材料, 器件結構等創新實現更加龐大和先進的功能, 這是半導體晶片創新的重點, 也是機遇, 而且對設備的要求沒有那麼誇張' , 例如, 從九十年代商業藍光LED出現開始, GaN材料開始引起公眾關注, 應用越來越廣泛. '但數字晶片和其他類型的晶片不是分離發展, 另外一個重要趨勢就是將它們在系統級別進行更強的整合' .
'總而言之, 半導體晶片的未來是微縮, 超越微縮和融合' , 黎子蘭表示.