[芯片]中国芯片的真实情况,这篇文章终于说透了

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摘要:(ps:硅是一种化学元素,广泛存在岩石、砂砾之中,什么砖头、沙子里都有硅。晶圆所用硅,是高纯度硅,纯度高达99.99999999%。) 不要怀疑这个方法的可行性,美国日本的芯片技术不

  (ps:硅是一种化学元素,广泛存在岩石、砂砾之中,什么砖头、沙子里都有硅。晶圆所用硅,是高纯度硅,纯度高达99.99999999%。)

  不要怀疑这个方法的可行性,美国日本的芯片技术不是从天上掉下来的,也不是从外星人那里获取的,他们能我们当然能。

  什么叫晶圆代工呢?

  事实就是这样的。但是只要我们拿出‘两弹一星’的精神,耐心踏实,勇于创新,就没有克服不了的困难,没有翻不过去的坎。

  生产晶圆工艺并不复杂,并不存在什么技术壁垒。

  (ps:就是ARM提供设计方案,其他内容你芯片厂商爱咋整咋整)

  (ps:华为海思就是由台积电代工。台积电(台湾)包揽世界近六成晶圆代工业务,美国生产芯片也要找他)

  因为美国对中兴禁售关系,关于‘芯片’的的话题甚嚣尘上。国之重器受制于人,我们的确要痛定思痛,不允许此类事件再次发生。可是有些别有用心的人却叫嚣‘对美国芯片收重税’,说这样的话人不是敌特分子,就是极度不负责任的人。

  ARM公司是一家芯片设计公司,它不生产芯片,转而将设计方案授权给其他半导体厂商,由他们生产制造。

  芯片,又称微电路,就是半导体元件产品的统称,指内含集成电路的硅片,体积小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。

  光有原料,还有设计芯片,大多数芯片都是基于英国ARM公司架构。

  晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片,因为外形为圆形,所以称为晶圆。

  全球硅片生产商包括日本信越、日本胜高、台湾环球晶圆、德国世创、韩国LG……

  那么我在这里就简单说下‘芯片’的小事情。

  当然芯片行业并不那么简单,生产一枚芯片,需要几千道工序,所以有人说‘搞芯片比搞原子弹还难’。

  全球知名的晶圆代工有台积电、格罗方德、联电、三星、中芯、高塔半导体……

  有了晶圆之后,就少不了晶圆代工企业。

  有个好消息就是,国内硅片项目也有很多,包括上海新昇、重庆超硅、宁夏银和、郑州合晶……

  首先咱们先了解下:芯片的原料——晶圆

  晶圆上面啥东西都没有,所以就要将一大片晶圆切成许多芯片。晶圆代工就是向专业的集成电路设计公司或者电子厂商提供制造服务。

  在今日世界第二大晶圆代工厂成都基地将在12月试生产。

  这里只是提供了一个思路和看法,实战中要结合基本面和技术面相互判断,有不全之处希望多总结和交流。

  截至2017年年底,国家大基金成立三年多,累计项目承诺投资额1188亿元,实际出资818亿元,分别占一期总规模的86%和61%,二期拟募集1500亿~2000亿元人民币,都是用来支持国内芯片的发展。同时资本市场也为助力芯片上市公司发展,大基金一期以IC制造为主,具体分布为:集成电路制造67%,设计17%,封测10%,装备材料类 6%,目前已上市集成电路设计公司超过20家,有70家半导体和元器件行业上市公司。

  本文观点不构成投资建议,股市有风险,投资需谨慎。

  2、制造类领域上市公司:士兰微、三安光电、中芯国际(港股)

  1、设计类领域上市公司:兆易创新、景嘉微、紫光国芯、北京君正、中科曙光、中颖电子、富瀚微、圣邦股份

  从产业整体看,晶圆制造中芯国际、华力二期28nm芯片生产线已经开始建设投产,将继续往14nm等先进工艺延伸;晶圆封装国内中高端先进封装的占比已超过30%;设备材料也在关键领域取得了一定的突破。

  3、设备类领域上市公司:至纯科技、北方华创、长川科技、晶盛机电、精测电子

  中国芯片的未来发展可以说是举国关注的,在18年毛衣战的影响下,再度引发关于中国半导体芯片产业核心竞争力的担忧,如何突破“缺芯”之困,走上一条国产自主可控替代化的发展之路,关乎中国科技发展的未来。当前中国核心集成电路国产芯片占有率低,计算机、移动通信终端等领域的芯片国产占有率几近为零。

  5、材料领域上市公司:江丰电子、南大光电、江化微、鼎龙股份、晶瑞股份、上海新阳、中环股份等。

  芯片产业链主要为设计、制造、封测以及上游的材料和设备5大部分,大基金一期的项目进度情况:

  半导体芯片是一个需要高投入、规模效应的产业,投资周期长,风险大,**从2013年开始对半导体产业从芯片研发到制造开始了一条补芯之路。 芯片,专业上也称集成电路,被喻为国家的工业粮食,是所有整机设备的“心脏”,其重要性不可衡量。自2013年开始,我国每年进口的芯片价值超过2000亿美元,已经超过石油,成为最大宗的进口产品。2017年达到2500多亿美元,国内芯片产业的年销售额为5000多亿人民币。

  4、封测领域上市公司:长电科技、通富微电、晶方科技、华天科技、太极实业

  根据《中国制造2025》,到2020年我国芯片自给率将达到40%,2025年将达到50%,未来10年我国将是全球半导体行业发展最快的地区,至2030年左右,随着全球集成电路厂商在中国建厂,我国成为全球半导体生产和应用中心将是大概率。

  苹果A12

  高通骁龙845

  手机芯片在不断的竞争中发展,性能、效能和智能方面会不断增强。希望国内更多的企业能研发出完全自主的芯片,在庞大的市场上有更多中国企业的身影。

  苹果A12

  骁龙845具备强大的功能和特性,在Qualcomm Spectra 280图形信号处理器、Adreno 630视觉处理子系统、人工智能平台、Qualcomm安全处理单元(SPU)、X20调制解调器与无线网络、全天电池续航时间和快速充电技术等方面表现卓越。

  A12在A11基础上增强了神经网络引擎性能,利用实时机器学习技术,在照片、游戏、增强现实(AR)等许多方面能带来更好的体验。与A11相比,A12配备的中央处理器2个性能核心速度提升最高达15%,4个能效核心节能最高达50%,而在图形处理器上速度提升最高也达50%。A12除了高性能和高智能,也表现出高效能,提高电池的续航能力。

  目前手机芯片三强是苹果A12、华为麒麟980、高通骁龙845。

  麒麟980不仅在性能、效能、移动通信连接等方面领先业界,同时增强了AI运算力及丰富了AI应用场景。麒麟980相关技术全球首次,全球首款7nm工艺SoC芯片,在不到1 内集成69亿晶体管,相比麒麟970密度提升了1.6倍;全球首次实现基于ARM Cortex-A76的开发商用;全球首款双NPU手机芯片;全球率先支持LTE Cat.21;业内首次商用Mali-G76 GPU,相比上一代性能提升46%;全新升级第四代自研ISP,像素吞吐率提升46%,拥有Multi-pass多重降噪技术,针对暗光拍摄场景,有效降低噪点,保留更多细节,还拥有Pipeline(处理流水线)技术提升视频清晰度,视频拍摄时延降低33%。麒麟980拥有Flex-Scheduling智能调度机制,能灵活配置重载、中载、轻载多个场景,让用户在获得更高性能体验的同时拥有更长续航体验。麒麟980还拥有强大的移动端AI算力、完善的框架支持、丰富的工具链。

  2. 华为麒麟980

  华为麒麟980

  3. 高通骁龙845

  普通用户对高通的熟知来源于手机上使用的高通芯片。现阶段的中高端安卓手机使用的几乎都是高通骁龙Snapdragon处理器,比如小米最新发布的旗舰机型小米MIX2s使用的骁龙845,罗老师的坚果Pro2使用的骁龙660等。

  华为海思就属于Fabless模式,专门从事芯片设计,而不负责生产。苹果、高通、展讯同属此类。台积电就是专门从事芯片代工生产的公司,业内称之为Foundry,三星即是IDM也是Foundry,比如苹果 iPhone 6s/6s plus搭载的A9处理器就分别为台积电和三星代工生产的。不过之后的苹果A系列处理器就都交由台积电了。

  最近“芯片”刷屏,对于芯片产业的关注热潮背后,国人正在重新审视芯片行业的发展。

  复杂指令集和精简指令集只是技术手段的不同,很难说清楚孰优孰劣。Intel错失移动端市场有两方面的原因。

  这样说的原因是,高通赖以生存的并不是旗下的芯片技术,事实上,高通是一家通信公司,在3G/4G领域几乎是奠基者的存在,它是持有高级3G移动网络技术专利权最多的公司,手握近4000项相关发明专利。

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  本文为寻找中国创客原创

  实际上,国内高端通用芯片产业仍然处在起步阶段,与欧美、日韩的芯片产业仍有较大差距。讨论火热的背后,有些冷知识你可能不知道,比如,手机厂商每卖出一部智能手机,都要向高通缴纳一部分的专利费用;在PC端独领风骚的Intel,为什么就造不出好的手机芯片呢?

  根据高通公司此前公布的数据显示,对于在中国使用而销售的设备,高通中国标准必要专利(SEP)许可,3G设备(包括3G4G多模设备)为设备净售价的65%的5%;对于包括3模LTE-TDD在内仅支持4G的设备为设备净售价的65%的3.5%。

  1313编辑 赵力

  以下,就是寻找中国创客(ID:xjbmaker)为你梳理的几个不得不知的芯片冷知识:

  当你购买一部4G手机,比如刚刚上市的小米MIX2s,起售价3299元,为高通支付的专利授权费就是:3299 X 65% X 5% =107.2175。根据公开资料显示,高通在2015年的专利收入就高达79.47亿美元,占据当年全球智能手机总收入的2%。

  华为刚刚发布的海思麒麟 Kirin 970处理器,就是采用了台积电最新的10nm工艺,在近乎一平方厘米内集成了55亿个晶体管。

  2016年,日本软银公司斥资243亿英镑收购了ARM公司。基于目前市面上的主流手机芯片几乎都是采用的ARM架构,你也可以说,现在市面上99%的手机都是“日货” :)

  简单来说,芯片的指令集可分为分为复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)两部分,代表架构分别是x86、ARM和MIPS。像Intel的X86架构就是基于复杂指令集,而ARM则是基于精简指令集。后来苹果逐渐研发出自有架构后,使用的也是精简指令集。

  Intel为什么造不出好的手机芯片?

  在此之前,芯片设计和制造都是由一家公司自己完成的,业内称之为IDM,比如我们熟知的英特尔、三星等,芯片的设计、制造、封测都是由自己完成。

  主流手机厂商的芯片实际上都是由台积电代工

  你可能很难想象,一直被视为国产手机芯片的独秀华为海思处理器实际上是由台积电代工生产的。事实上,全球有近6成的芯片代工都是由台积电完成的。

  Intel在几乎垄断了全球的电脑处理器市场,但是在移动端你却很难见到Intel的身影,大多数主流手机厂商使用的都是高通公司的芯片。除了高通本身在通信领域拥有的大量专利技术积累外,Intel本身的战略失误也是造成其在移动端市场缺席的重要原因。

  软银CEO孙正义:ARM架构芯片年出货量将达1万亿颗 / 视觉中国

  未经授权不得转载

  每一部你买的智能手机都要向高通缴纳专利费

  2017年4月13日,台北,台湾积体电路制造公司(TSMC)总裁兼联席首席执行官刘德音(Mark Liu)出席投资者会议 / 视觉中国

  不过,这种模式投入巨大,一方面设计研发费用惊人,一方面又要花大价钱建厂生产,所以现在设计和生产分开成为半导体行业的流行趋势,代工和研发由不同的公司完成,即晶圆代工(Foundry)+Fabless模式。

  主流手机芯片大多数都基于英国ARM公司的架构

  其二,移动端设备与PC不同,PC领域强调的是高性能,但对功耗要求不高,而移动端则必须兼顾高性能与功耗的平衡。在PC处理器上Intel使用的是X86架构,优点是性能强劲,但其将之试用在移动端后,带来的高功耗和续航上的差劲让Intel吃了大亏。

  你每购买一部使用高通骁龙芯片的国产手机,都要向高通公司支付一部分的费用,这部分费用并不只是高通的芯片成本费用。换句话说,即便你购买了使用联发科芯片的手机,依然要向高通支付专利费用。

  2018世界移动通信大会上的高通(Gualcomm) / 视觉中国

  此后,先是英国的 GEC Plessey获得了ARM的授权,后来德州仪器也与ARM达成合作。现在包括ntel、IBM、三星、LG半导体、NEC、SONY、飞利浦、Atmel等知名半导体厂商是ARM公司的合作伙伴。

  此外,由于ARM架构在手机领域的广泛应用,使得大多数安卓应用都是基于ARM架构开发,应用兼容性也是Intel的X86架构面临的难点。Intel的解决办法是技术手段来使基于ARM开发的安卓应用可以运行在自家X86平台上,但这毕竟比不上原生的ARM。

  1990年,艾康电脑出现财务危机,公司改组为ARM( Advanced Risc Machine)计算机公司,并获得了Apple与芯片厂商VLSI科技的资助。由于成立初期资金不足,ARM公司决定不制造芯片,转而将设计方案授权给其他半导体厂商,由他们生产制造。

  *本文部分内容参考维基百科及公开报道整理

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  手机厂商每卖出一部智能手机,都要向高通缴纳一部分的专利费用;在PC端独领风骚的Intel,为什么就造不出好的手机芯片呢?本文共计3026字,阅读时间6分钟。

  在通信领域的垄断地位也让高通在全球遭遇了多国的反垄断调查。2013年,中国启动对高通的反垄断调查。2015年,发改委公布调查结果,对高通处以60.88亿人民币的罚款,是《中华人民共和国反垄断法》实施以来的单笔罚款最高纪录。

  早年间,联想还在自家的旗舰机型K900上使用了Intel的Atom四线程处理器,对,就是科比代言的那款。全金属外壳加上Intel高发热的芯,冬天使用简直是暖宝宝的绝佳替代品。

  现在,几乎所有的主流芯片厂商都是基于ARM架构,即ARM官方的标准微架构“Cortex-A”,也就是所谓ARM的公版设计。当年华为海思处理器刚出来时,就被人质疑使用的是ARM公版,而不能称之为国产。

  记者 薛星星

  英国ARM公司是一家芯片设计公司,前身是艾康电脑(Acorn),于1978年创立于英国剑桥。此后一直从事手机芯片的开发,1980年代还为苹果的PDA设备“Newton”设计过芯片。1985年,艾康电脑研发出采用精简指令集的新处理器,名为ARM(Acorn RISC Machine),又称ARM 1。

  即便你不使用高通的芯片,但依然为高通的移动通信专利支付费用。前段时间魅族与高通的专利纷争就在于此。

  其一是其对移动端市场不够重视。彼时,智能手机兴起之初,正是Intel在 PC 端市场独领风骚之时。其推出的酷睿系列处理器一扫之前的颓势,重回PC霸主的地位。PC端的火爆让Intel忽视了移动端市场迅猛增长的前景。当年苹果还有意同Intel合作,为iPhone生产处理器,但之后不了了之。

  当时的情况确实触目惊心。从产业规模看,1994年我国大陆集成电路的产量和销售额分别只占世界市场份额的0.3%和0.2%,在大陆市场的占有率不足15%,只相当于我国台湾地区台积电一家公司的1/3。

  1.中国芯片的“531战略”

  不过,正如胡启立同志的回忆,“风浪和危难”远超过想象。

  响应“向科学进军”的号召,中国的知识分子、技术人员克服外界封锁的困难,在海外回国的一批半导体学者的带领下,开始建立起自己的半导体产业。

  集成电路产业的发展并非一朝一タ之功。

  事实上,在日新月异的技术和庞大的工业体系面前,中国的芯片产业发展很难靠“技术英雄”的一己之力实现赶超。尤其是那时十年动乱已经让企业的生产条件和设施受到严重破坏,产业发展违背科学规律,加之国际上的技术封锁与禁运,我国的芯片产业基本处于分散的、手工式的生产状态,与国际先进水平的差距不仅难以弥合,而且正在呈现出成倍扩大的趋势。

  1987年,江南无线电器材厂与电子部第24所无锡分所合并,成立无锡微电子联合公司,即中国华晶电子集团公司的前身

  在欧美技术封锁以及1980年后中国大陆减少电子产业投资的情况下,中国大陆的DRAM产业开始领先韩国,然后迅速被韩国反超。

  一份当时递交给中央的报告称,全国有33个单位不同程度地引进了各种集成电路生产线设备,累计投资13亿元左右,最后建成投入使用的只有少数几条线,多数引进线没能发挥出应有的作用。

  新世纪的曙光

  次年,在工程建设期间成立了中国华晶电子集团公司,后者被誉为“中国微电子产业的黄埔军校”,从这里“走出去”、在其他公司或政府部门担任过主要领导、骨干的人数,据统计不下500人。

  作为探索中国“芯”自主创新道路上一次难得的实践,客观来讲,“909工程”取得的成绩不仅是华虹完成了立项目标,也为中国集成电路产业的发展道路做了政策探索,为后来的大基金、“909工程”二次升级都积累了很多经验。

  在这样的劣势下试图赶超,无疑需要对芯片产业甚至社会经济的发展规律有极其精准的洞悉和运用。只有改革开放的春风才能为芯片产业的发展注入新的生机与活力。

  1986年,电子工业部在厦门召开集成电路发展战略研讨会,提出“七五”(1986—1990年)期间我国集成电路技术的“531”发展战略,即普及推广以742厂为基点的5微米技术,同时开发3微米技术,攻关1微米技术。

  而中国大陆直至1988年オ由上海无线电十四厂与美国贝尔电话合资成立贝岭微电子公司,建设中国大陆第一条4英寸晶圆生产线。那时,在欧美联手封锁压制下中国大陆只能买到二手淘汰设备。

  超级计算机“神威·太湖之光”所使用的申威芯片

  第三,牢牢抓住人才这个高科技企业发展的核心,优秀人才是创新的主力和中坚。

  造得出“两弹一星”,造不出芯片?

  时值美日两国在芯片领域龙争虎斗,韩国则一路高歌猛追,这个经过科研人员与企业家精心设计、反复论证的方案,被寄予厚望,要让中国拉近与世界先进水平的距离。

  1980年,坐落在大湖边的江南无线电器材厂迎来了一批西装革履、行事有板有眼的日本工程师。国门初开,这批日本人引来厂里不少好奇又略带怀疑的目光。很快,厂里贴出告示,宣布从日本东芝公司引进彩色和黑白电视机集成电路5微米全套生产线。

  与东芝公司的这次合作,是我国第一次从国外引进集成电路技术,短短起几年时间,厂里的芯片产量达到3000万块,一度蜚声国内的名牌电视机——熊猫、金星、孔值——心脏部位统统装有这家工厂的产品;

  胡启立后来总结了三点经验:

  而我们投资和决策要层层审批,时间很长,不能适应半导体这样快速发展的高科技产业的节奏。往往是等项目批下来,许多原来设想的情况都发生了变化,原本先进的技术已变成落后的了。

  与华晶形成鲜明对比的是,1990年新加坡政府投资特许半导体,只用两年时间建成,第三年投产,到1998年收回全部投资。

  经费也是一个重要原因。计划中要建立的南北三个微电子基地,投资预计无锡6亿元、上海5亿元、北京4亿元。由于资金没有着落,北方基地规划组工作一年多,写成报告汇报后就宣布解散。上海也仅投不到5亿元。

  中、美、日芯片时间线对比

  1977年8月,30位科技界代表受邀参加在人民大会堂召开的科教工作者座谈会。王守武发言说:“全国共有600多家半导体生产工厂,其一年生产的集成电路总量,只等于日本一家大型工厂月产量的十分之ー。”这句话,把改革开放之前中国半导体行业的成就和家底概括得八九不离十。

  1952年,民主德国方面尽最大的努力,给中国提供了种类和规格繁多的产品,最终确定引进18家单位的80多项产品,初步核算需要1.4亿元。

  与之形成鮮明对比的是,中国台湾地区的“工研院”1975年向美国购买3英寸晶圆生产线,1977年即建成投产。1978年,韩国电子技术研究所(KIET)从美国购买3英寸晶圆生产线,次年投产。1980年,台湾地区的联华电子建立4英寸晶圆厂。

  巨额投入打了水源,华晶还要为此承担沉重的利息支出压力。走投无路之下,从1998年2月起,华晶将部分设备租给香港上华半导体公司。上华对外筹集了2800万美元,在引进美国的技术、中国台湾地区的团队后,5个月内就开始量产了。

  “908工程”规划总投资20亿元,其中15亿元用在无锡华晶电子,建设月产能1.2万片的晶圆厂,由建设银行货款;另外5亿元投给9家集成电路企业设立设计中心。

  1.各种整机引进是“万国牌”"的,整机厂要的品种,电路厂做不出来;电路厂生产的,整机厂又不要,电路厂没有做到市场导向。

  如果说中国的芯片产业在前30年里做到了独立自主,但严重缺乏产业化和持续更新“造血”的能力,那么在接下来的30年里,中国又进入了以市场化和运动式集中攻关井行、换取技术进步和产业跨越的阶段。

  2.一己之力难以追赶

  第一,真正的核心技术很难通过市场交换得来,引进不是目的,目的是发展自己,为我所用,最终实现自主创新,走自己的路。企业必须从引进之日就要制定消化吸收的具体措施和今后创新的长期战略规划,并积极努力加以实施。

  对于市场化(或者用当时的话来说,借助经济责任制)能否帮助解决中国芯片技术落后的问题,大家心里都没有底。1981年10月,国务院下发的《关于实现工业生产经济责任制若干问题的意见》这样强调:“要摸着石头过河,水深水浅还不很清楚,要走一步看一步,两只脚搞得平衡一些,走错了收回来重走,不要摔到水里去。”

  成立于2014年的国家集成电路产业投资基金,专为促进集成电路产业的发展而设立,外界称之为“大基金”。基金总额最初计划约为1200亿元,最后增至1250亿元,发起人包括国开金融、中国烟草、亦庄国投、中国移动、上海国盛、中国电科、紫光通信、华芯投资等实力雄厚的企业。

  回过头来看,出现这种情况有着特殊的时代背景:国家缩减了对电子工业的直接投入,希望广大电子厂能够到市场上自己寻找出路。为了在短期内获得效益,大量工厂购买国外的技术和生产线,自主研发的电子工业思路逐渐被购买引进所替代。

  会议最后决定,要求各部委缩短项目审批时间,简化审批程序,彻底改变以往审批过程大于产品生命周期的做法。同时,“909项目”注册资本40亿元人民币(1996年国务院決定由中央财政再增加拨款1亿美元),由国务院和上海市财政按6:4出资拨款。中央拨付的资金专款专用,即刻到位。

  “七五”期间我国微电子产业的头号工程——无锡微电子工程,由此拉开序幕。该工程含2-3微米大生产线,以及制版,引导线和科研中心,于1988年开工建设。

  2.在引进工作中,大量引进硬件——设备和仪器,而不注重引进软件——技术和管理,这是引进未能发挥应有作用的教训。

  发展芯片产业的重要性和紧追性,已经为決策者所认可。

  在中国的其他高科技领域,情况相差无几。著名的“863计划”启动之前,中国科技界对这种差距洞若观火,一位资深科学家曾痛心疾首地说道:“如果再这样下去,中国的年轻科学家将丧失与国际科学界对话的能力。”

  新中国成立时,全中国只有几个比较像样的有线电和无线电工厂,日式机床不到1000台,生产能力和技术水平几乎为零。

  第二,始终坚持以市场为导向,“引进某高科技项目,往往首先想到为填补国内该领域的空白,容易导致从技术出发,忽视市场导向”。“如果与市场不合拍,即使技术水平再高,也得不到市场的回报,就会被淘汰出局”。

  不可否认,中国在过去10年里咬着牙取得了一批值得大书特书的科技突破,但无论芯片的技术还是产量,此时都已经远远落后于世界先进水平。不仅世界第一的美国将中国抛在了身后,连昔日落后的日本、韩国也正在迅速赶超。

  上海高性能集成电路设计中心后来做出了“申威”CPU芯片,用在我国首台全自主可控的十亿亿次超级计算机“神威·太湖之光”上。后者曾蝉联两年世界超算冠军,还为中国赢得了全球高性能计算应用领域的最高奖——戈登贝尔奖。

  此前的中兴事件让国人感受到了一颗小芯片的分量,而中兴在受到“定向打击”后所释放的信号更是令各路企业感到寒意袭人,一场关于中国缺“芯”的争论也就此展开。

  1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管,从而开创了人类的硅文明时代。在地球的另一边,1959年,在林兰英的带领下,我国冲破西方禁运,仅比美国晚一年拉出了硅单晶。

  742厂的辉煌还将延续一段时间。由于引进技术的成功,电子工业部决定从隶属于该部的主力研究所、位于四川的24所调出500人,与724厂共同组建无锡微电子科研生产联合体,以争取形成自主研发能力。

  受此影响,中方此前与日本电气股份有限公司谈判引进的一条集成电路生产线也宣告流产,失去了一次引进全套技术的机会。

  比如,1990年我国已经成为世界电视机生产大国,每年可以生产上亿台电视机,但电视机所用的关键芯片大多依靠进口。专用芯片中的专利技术转让费,是导致我国许多电子产品产量虽大但利润却很微薄的主要原因。

  这是中国集成电路产业有史以来的最大手笔,它的影响将在未来数年或数十年可逐渐显现出来。

  有着国家作为后盾的“909工程”,此时面临一个关键问题:如何找准芯片产业的突破口。芯片发展到20世纪90年代,技术已经过多次迭代,大的市场早被几家国际巨头瓜分完毕,这些巨头企业不仅技术成熟稳定,而且依靠极大的产量将成本摊至很低。

  但实际结果相差基远。“908工程”光是经费审批就花了足足2年时间,从美国朗讯引进0.9微米生产线又花了3年时间,中间经历了数次反复论证,加上建厂的2年时间,工程从开始立项到真正投产历时7年之久。

  江南无线电器材厂又叫“742厂”,1960年成立时只是江苏无锡一家身处小巷的地方国营小厂,以生产二极管为主;后经几次划转、合井,承担起新型半导体工艺设备的研究和生产任务,此时隶属于四机部(电子工业部)。

  落后5年到落后20年

  根据2017年科技部会同工信部发布的“核高基”国家科技重大专项成果显示,经过近10年的专项实施,一批集成电路制造关键装备实现了从无到有的突破,先后有30多种高端装备和上百种关键材料产品研发成功并进入海内外市场,填补了产业链的空白。

  龙芯的芯片后来在北斗卫星等国防军工领域得到广泛应用,成为芯片民族品牌的代表。

  当中兴事件发生后,中国的互联网上出现一种声音,认为中国芯片“梦幻开局”,起步不算晚,假如一直埋头搞建设,是否能发展出不逊于美、日、韩的技术能力和产业水平?

  同年,李志坚在清华大学拉出了高纯度多晶硅。1960年,中科院半导体所和河北半导体研究所正式成立,我国的半导体工业体系初步建成。1965年,我国第一块集成电路诞生。

  砸锅卖铁”也要把芯片搞上去

  “531”发展战略的目标得以实现,但却是以全部从国外引进技术的方式实现的。

  从技术水平上看,当时我国大陆的生产水平仍然停留在4~5英寸晶圆、2~3微米工艺技术的档次,在技术上落后于美国、日本等国15年左右,相差3个发展阶段。

  技术进步是颠覆式的,每落下一步,很快就会被甩下一大截。研究芯片发展史的专家给出了比较客观的评判:这一时期的中国“芯”,在科研、技术水平上与世界水平有15年左右的差距,在工业生产上则有20年以上的差距。

  当时,“908项目”还正在进行之中,而且遇到了很大的困难。在总理办公会议上,胡启立申述了建设项目的困难:半导体产业是更新換代最快的一个产业,产品集成度每18个月增长一倍,相应的许多设备也要升级换代。

  后来有人打了个比方,贴切地形容了这种市场决策的难度——芯片产业犹如一列高速行驶的火车,如何在火车急驰中一跃而起攀入车厢,时间、角度、速度都至关重要。

  一时之间,全国各地芯片产业链的相关企业都派出考察团奔赴无锡,而742厂也响应国家战路,向全国推广已经掌握的5微米集成电路生产技术,免费赠送技术资料,甚至还派出工程技术人员到其他企业支援。该厂时任总经理王洪金为此专门发话:“到742厂学习,除了吃饭要钱,住宿不要钱!”

  本文对中国芯片产业从无到有的60年发展历程进行了全方位的回顾,透过集成电路的世纪变迁并与美、日、韩等国的崛起之路进行对比,为您多维度的解读中国芯片的困境所在及未来的破解之道。

  本文摘编自陈芳、董瑞丰著作《“芯”想事成:中国芯片产业的博弈与突围》,经授权发布。

  20世纪70年代初,随着中美关系的缓和,中国开始恢复与西方国家的经济技术交流。事情并不是一帆风顺。1973年,中方一个考察团赴美考察彩色电视机生产线,美方热情接待后赠送考察团代表每人一份工艺精致的玻璃蜗牛小礼品。不曾想“蜗牛”引起始料不及的政治风波,彩电生产线的引进被迫停止。

  特朗普继续在不断折腾。

  在改革开放仍处于起步阶段的中国,“探素”是出现在经济生活各个领域的一个高频词。

  在“核高基”之前,“863计划”(国家高技术研究发展计划)和“973计划”(国家重点基础研究发展计划)已经对IT领域的许多基础研究给予了资金支持,但项目基本上由科研院所和大专院校承担。

  华晶的8英寸晶圆生产车间

  在这次总理办公会议上,确定了中国电子工业有史以来投资规模最大、技术最先进的一个国家项目——“909工程”:投资100亿元,建设一条8英寸晶圆、从0.5微米工艺技术起步的集成电路生产线。

  这也是中兴创始人侯为贵在1980年被派往美国考察生产线、1985年又到深圳创办中兴半导体公司的原因。

  回想1977年,除了专业领域的少数领军入物,上至中央高层,下至普通专家,国人对这种差距和追赶的难度普遍认识不足。例如,有领导同志当年就曾问芯片产业的老一辈科学家王守武:“你们一定要把大规模集成电路搞上去,一年行吗?”

  问题的背后必然隐藏着深层次的原因,让我们突然意识到被“卡脖子”的芯片技术是如何陷入困境当中的?未来又有无完善的应对方法呢?

  从“造不如买”,到准备“引进、消化、吸收、创新”,“908工程”迈出了关键一步。它的失败,也让中国芯片从业人员在挫折中汲取了教训和经验。这些经验将在后续的中国“芯”特大工程——“909工程”中起到宝贵的作用。

  结果,援建电子管厂和交换机厂的动议顺利通过,但电子元件厂却被苏方拒绝,理由说来倒也简单:“援助电子管厂是可以的。至于无线电元件,连我们的工厂都是民主德国帮着建起来的,你们去请他们帮忙吧”

  1968年,北京组建东光电工厂;上海组建无线电十九厂。至1970年建成投产,形成中国集成电路产业中的“南北两霸”。但所谓的“打破尖端迷信”,让造反派对东光电工厂建厂时铺设的水磨石地板进行了大肆批判,导致工厂不敢对产品质量提出起码的要求,甚至把其负责研制的百万次大型电子计算机电路推倒重来。

  到1988年,我国的集成电路年产量终于达到1亿块。按照当时的通用标准,一个国家的集成电路年产量达到1亿块标志着开始进入工业化大生产。美国在1966年率先达到,日本随后在1968年达到。中国从1965年造出自己的第一块集成电路以来,经过漫长的23年,才达到了这一标准线。

  随后,中方在北京酒仙桥筹建北京电子管厂(即现在的北京京东方公司)、由民主德国提供技术援助。该厂总投资1亿元,年产1220万只,是亚洲最大的电子管厂。除此之外,酒仙桥还建起了规模庞大的北京电机总厂、华北无线电器材联合厂、北京有线电厂及华北光电技术研究所等单位。

  但客观来说,与当时国际先进技术和巨大的市场缺口相比,我国芯片无论工艺还是产品,仍存在相当大的差距。一份当年的研究报告列举了其中几个原因:

  2.风浪和危难远超想象

  时隔多年之后,把“908工程”放在中国从计划经济向市场经济转型的时代背景中去观察,我们会发现其实这并不是一个多么独特的个例,相反,它就像澎湃大潮中随处可见的一朵浪花。

  由于国家经济与财政的原因,在20世纪六七十年代,我国的五年计划对集成电路的总投资还不及国际上一个大公司一年的投资。例如,1973年中国与日本电气股份有限公司谈判引进集成电路生产线时,预备的资金仅为日方报价的一半。

  事后,胡启立回忆说,当时国家领导人参观了三星集成电路生产线,发出“触目惊心”的四字感慨。虽经屡次冲击,中国的芯片产业仍大大落后于国际先进水平。党和国家领导人迫切希望提升我国集成电路水平,领导同志甚至发出了“就是‘砸锅卖铁’也要把半导体产业搞上去”的指示。

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  1951年10月底,中苏第二届商务谈判在莫斯科举行。中方代表团成员向当时与中国关系密切的苏方探寻援建电子管、无线电元件和交换机生产厂的可行性。

  围绕“909工程”,上海虹日国际、上海华虹国际、北京华虹集成电路设计公司等相继成立。其中,华虹NEC没有重蹈华晶七年漫长建厂的覆撤,于1997年7月31日开工,1999年2月完工,2000年取得30.15亿元的销售额,利润达到5.16亿元。同时,其技术档次达到0.35~0.24微米,生产的64MB和128MBSDRAM存储器达到了当时的国际主流水准。

  在20世纪六七十年代,以中国的精英科学家和军事化研发体制,足以保证“两弹一星”这样的国家级工程顺利完成,但要让芯片产业实现超微细加工技术的不断升级,应对瞬息万变的市场变化,以及达到每年上亿甚至数十亿的产量,遇到了越来越多的障碍。

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  无论如何,到2005年6月,华虹完成了当初立项的所有目标。

  吸取了“908工程”与市场脱节的教训,“909工程”开始了新的政策探素:以市场为导向,以不断升级的产品线为基础。虽然投资总额超过了建国以来所有集成电路项目投资的总和,但国家投入由国家开发投资银行以资本金性质注入企业,成立独立运作的股份公司,资金的使用灵活性、自主性均很高。

  从国内看,20世纪60年代后期,处于“文革”动乱的中国一度采用群众运动的方式全民大搞半导体。当时,报纸上长篇累牍地宣传:街道老太太在弄堂里拉一台扩散炉也能做出半导体。这种违背基本规律的鼓吹,严重冲击了正规工厂的半导体生产研发流程。

  在多种原因的作用下,原本提倡的“引进、消化、吸收、创新”八字方针没有得到全面贯彻,导致一而再、再而三地引进。即便是先行者742厂,此后相继从东芝和西门子引进2-3微米数字电路全线设备和技术,后来又从美国朗讯公司引进0.9微米数字电路设备和技术。

  中国“芯”的漫漫征程还未停歇,新世纪,征途迎来了新的曙光。

  至少两代科学家、工程师和企业家付出了高昂的学费,试图换来理想中“引进、消化、吸收、创新”的技术发展道路。

  “909工程”的主要承担企业上海华虹-NEC

  2.“908工程”的教训

  多年以后,张文义已经离开华虹,转任另一家芯片制造厂商——中芯国际的董事长。根据2017年的一份数据统计,在全球芯片代工厂的市场份额排名中,台积电稳居第一,占55.9%;中芯国际排在第五,占5.4%;而华虹排在第九,占1.4%。

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  根据计划,“核高基”重大专项将持续至2020年,中央财政安排预算328亿元,加上地方财政以及其他配套资金,预计总投入将超过1000亿元。

  工程开工建设了,恰逢全球半导体市场低迷时期,其他国家的半导体工厂纷纷缓建或者停工;要自力更生,却发现已经开工建设的超净厂房没有预见到未来的发展,比需要的面积小了ー半;还没有来得及为投产庆祝,就遭遇世界范围的半导体存储器市场价格一落千丈,刚刚上路的生产线必须转型为代工……

  一年后,针对当时多头引进、重复布点的情况,领导小组提出“治散治乱”,集成电路要“建立南北两个基地和一个点”的发展战略。南方基地主要指上海、江苏和浙江,北方基地主要指北京、天津和沈阳;“一个点”指西安,主要为航天配套。

  甚至有人统计,从这条生产线上出来的芯片用在了40%的国产电视机、音响和电源上。742厂也一跃成为当时我国产能最大、工序最全、首家具有现代工业大生产特点的集成电路生产厂。

  是进入大市场“硬碰硬”,还是切入小市场的“空白点”?如何应对瞬息万变的市场需求和价格变化?这些对“909工程”的实操者都提出了巨大挑战。

  胡启立后来在书里记录了自己走出会议室那一刻的想法:“自古华山一条路,909只许成功,不许失败,唯有如此,オ能为我国半导体产业闯出一条生路。如果‘909工程’再翻车,就会把这条路堵死,可以肯定若干年内国家很难再向半导体产业投资。电子工业部也无法向国务院和全国人民交代!”

  742厂的技术引进是成功的,但总体来看,在20世纪80年代初期,中国的芯片产业出现了重复引进和过于分散的问题。

  有了华晶的基础,1990年8月,国家计委和电子工业部在北京联合召开了有关领导和专家参加的座谈会;中央随即决定实施“908工程”,目标是在“八五”(1991-1995年)期间半导体技术达到1微米。

  1.追赶乏力

  1999年8月,华晶和上华合作的工厂转制为合资公司——无锡华晶上华半导体公司,上华持股51%;新公司迅速扭亏为盈,成为中国大陆第一家“纯晶圆代工”企业。

  如果要反思,我们看到的是计划经济的运行体制已经远远不能适应芯片产业发展的内在规律,在后者愈益商业化、国际化的背景下,“908工程”困境凸显:研发跟不上国际先进技术的步伐,产业化程度低,产品的批量生产能力迟迟不能扩大。

  “十五”计划(2001-2005年)初期,863信息技术领域专家组经过深入调研,设立了超大规模集成电路设计专项。专项先后确立了“国产高性能SOC芯片”“面向网络计算机的北大众志863CPU系统芯片及整机系统”“龙芯2号增强型处理器芯片设计”等课题,支持上海高性能集成电路设计中心、北大众志、中国科学院计算技术研究所等单位研发国产CPU。

  在此基础上,2006年,“核高基”重大专项正式上马。“核高基”是“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”的简称。当年,国务院颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,将“核高基”列为16个科技重大专项之首,与载人航天、探月工程等并列。

  从小规模集成电路起步,经过中规模集成电路,发展到大规模集成电路,就在美国的芯片技术飞速发展之时,中国的追赶开始乏力。

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  在“大基金”之前,中国“芯”还有“核高基”等国家专项扶持。

  专项技术总师、清华大学教授魏少军当时对外表示:“我们在核心电子器件关键技术方面取得重大突破,技术水平全面提升,与国外的差距由专项启动前的15年以上缩短到5年,一批重大产品使我国核心电子器件长期依赖进口的‘卡脖子’问题得到缓解。”

  1969年的江南无线电器材厂

  待1997年建成投产时,华晶的技术水平已大大落后于国际主流技术达4-5代,月产仅800片左右,投产当年亏损2.4亿元,成为“投产即落后”的经典反面案例。

  1966年,十年动荡开始,但我国的半导体工业建设并未止步。1972年,美国总统尼克松访华后,中国开始从欧美引进技术。这一年,我国自主研制的PMOS大规模集成电路在永川半导体研究所诞生,实现了从中小集成电路发展到大规模集成电路的跨越

  这种情况在“核高基”重大专项上发生了改变。事实上,国家中长期规划的16个科技重大专项,一个共同特征就是以产业化为目的,而不是仅仅停留在实验室阶段。因此。“核高基”的一个重要特征就是“企业牵头主导”。而如何在高度市场化的条件下发挥“举国体制”的优势,成为“核高基”要解决的难题。

  政府主管部门判断,芯片产业发展滞后已严重影响信息产业的进一步发展。在各类电子产品中,集成电路85%以上依赖进口,使得当时中国的电子产品虽有自己的品牌,但只能使用外国芯片。

  如果说“909工程”的投入,对20世纪的中国“芯”来说是一笔史无前例的巨额投资,那么21世纪的中国“芯”得到的重视有过之而无不及。

  值得一提的是,1975年,中国大陆已经完成了动态随机存储器核心技术的研发工作。北京大学物理系半导体教研室由王阳元领导的课题组,完成了三种技术方案,在当时的中科院109厂生产出中国第一块1024位动态随机存储器。这一成果尽管比美国、日本晚了四五年,但是比韩国要早四五年。

  经过几年的观察和酝酿之后,改革开放以来发展中国“芯”的第一个重大战略正式提出。

  3.科研与生产结合不紧密,厂、所内部运行机制不顺畅。

  1982年10月,国务院为了加强对全国计算机和大规模集成电路行业的领导,成立了以时任副总理万里为组长的“电子计算机和大规模集成电路领导小组”,制定中国芯片发展规划,提出“六五”(1981-1985年)期间要对半导体工业进行技术改造。

  随后他又写到:“这些判断都没错,但现在想来,那时我对即将遇到的风浪和危难的估计都是远远不足的。”

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  从国际上看,由于集成电路是先进技术,而且与国防军事密切相关,“巴统”对中国长年实行禁运,无论制造设备还是工艺技术,在一个很关键的时期内断绝了中国交流引进的路径。

  在1986年提出“531发展战略,有一个背景:在这一年,我国集成电路产量出现急剧下滑。按照既定战略,国家将集中资金建设二三个骨干大厂、扶持一批十个左右中型企业、允许存在一批各有特色的一ニ十个小厂。

  电子工业部在20世纪90年代中期递交的报告中这样写道:我国没有多少能和外国公司平起平坐的进行交换、合作的关键性技术专利。这种状况如不改变,我国的电子工业有永远沦为“电子组装加工”的危险……如果能够抓住机遇,我国集成电路产业将可跃上一个新台阶,从而获得追赶世界发展步伐的机会。

  北大众志1999年就研制出中国第一个完全自主研发的CPU架构,《人民日报》在这年的最后一天刊文,称这一成果是“献给新千年的礼物”。

  1975年,北京大学物理系王阳元领导的课题组研制成功第一块三种类型的1024位MOS动态随机存储器

  1.“909工程”拿到“特殊政策”

  作为“909工程”的主要承担者,华虹公司的成功与否在一定程度上決定着“909工程”的成败。时任上海市市长的徐匡迪是“909工程”的重要支持者,他曾多次与华虹当时的董事长张文义一同参加与外商的谈判,每次他都问张文义:“华虹是赚了还是亏了?”能否盈利是判断华红取得成功的重要标志。

  多年以后,无锡仍是中国集成电路产业布局中的一个重要基地,这与742厂时期打下的底子不无关系。

  1995年12月11日,时任电子工业部部长胡启立正在湖北武汉,准备第二天前往三峡工程考察。当晚,他突然接到国务院办公厅的电话,通知他隔天在北京出席总理办公会议。