一顆“芯”是如何煉成的

2017年中國集成電路進口量高達3770億塊，同比增長10.1%,；進口額為2601億美元(約合17561億元),，同比增長14.6%,。2017年中國貨物進口額為12.46萬億元,，也就是說集成電路進口額占中國總進口額的14.1%,，而同期中國的原油進口總額僅約為1500億美元,。中國在半導體芯片進口上的花費已經(jīng)接近原油的兩倍,。

近日，越來越多的人關(guān)注中國自主研發(fā)的芯片進展,。若想煉成一顆中國“芯”,，需要怎樣的步驟？

現(xiàn)狀

半導體芯片進口花費

已接近原油兩倍

也許不是人人都了解集成電路,，但許多人聽說過摩爾定律,。摩爾定律是指，當價格不變時,，集成電路上可容納的元器件的數(shù)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(chuàng)始人之一的摩爾提出的這一推測，已經(jīng)延續(xù)了50多年,。

摩爾定律揭示了集成電路領(lǐng)域的發(fā)展速度,。在這樣的高速創(chuàng)新發(fā)展中，集成電路的產(chǎn)品持續(xù)降低成本,、提升性能,、增加功能。也是在這樣的高速發(fā)展中,，各國集成電路技術(shù)的差距越拉越大,。有業(yè)內(nèi)人士表示，中國若想在主要集成電路領(lǐng)域追趕上頂級公司,，需要的不止時間,，而是整個系統(tǒng)性提升。

海關(guān)總署公開信息顯示，集成電路進口額從2015年起已連續(xù)三年超過原油,，且二者進口差額每年都在950億美元以上,。其中，2017年中國集成電路進口量高達3770億塊,，同比增長10.1%,；進口額為2601億美元(約合17561億元)，同比增長14.6%,。2017年中國貨物進口額為12.46萬億元，也就是說集成電路進口額占中國總進口額的14.1%,，而同期中國的原油進口總額僅約為1500億美元,。中國在半導體芯片進口上的花費已經(jīng)接近原油的兩倍。

調(diào)查

芯片有幾十種大門類

上千種小門類

芯片,，是指內(nèi)含集成電路的硅片,，體積很小，常常是計算機或其他電子設(shè)備的一部分,。芯片組,，是一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合。它們相互依賴,，組合在一起能發(fā)揮更多作用,，比如，計算機里的中央處理器(CPU)及手機中的射頻,、基帶和通信基站里的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等,，就是由多個芯片組合在一起的更大的集成電路。而集成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(shè)計,、制造工藝都有非常嚴格,、高標準的要求。

芯片的種類很多,，芯謀研究首席分析師顧文軍對北京青年報記者表示：“僅從產(chǎn)品種類來說,，芯片的種類就有幾十種大門類，上千種小門類,；如果涉及設(shè)備流程的話就更多了,。美國是整體式、全方位處于領(lǐng)先地位,，而我們只是在某些領(lǐng)域里面有所突破,，并且這些領(lǐng)域也并非核心、高端的領(lǐng)域，比如中國在存儲器,、CPU,、FPG及高端的模擬芯片、功率芯片等領(lǐng)域,，幾乎是沒有的,。如果中國發(fā)力研發(fā)，在某些小的門類中可能會有所突破,?！?/p>

追訪

一臺通信基站內(nèi)

有上百顆芯片

以運營商業(yè)務為例，通信基站設(shè)備是其最主要的產(chǎn)品之一,，而在一臺通信基站中就有上百顆芯片負責實現(xiàn)不同功能,。“簡單來說,，基站發(fā)射并回收信號,，收回信號后首先要有芯片濾波，穩(wěn)定信號,；然后還有芯片將這種特別小的信號放大,；再有芯片進行解析、處理,；然后是芯片負責傳輸,、分發(fā)?；竞诵母娔X類似,，可以實現(xiàn)各種功能，但它可以支持多個手機,，因而速度更快,，芯片更復雜?！鄙鲜鋈耸勘硎?。

其中，最典型的是ADC芯片,，中國目前還無法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品,。ADC芯片是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，負責將天線接收的連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為通話或上網(wǎng)的數(shù)字信號,。目前ADC主要依賴亞德諾,、德州儀器等公司供應。

從軟件方面來說,，EDA仿真軟件是另一個典型,。利用該軟件,，電子設(shè)計師才可以在電腦上設(shè)計芯片系統(tǒng)，大量工作可以利用計算機完成,，并可以實現(xiàn)多個產(chǎn)品的結(jié)合試驗等,。如果沒有EDA仿真軟件，則需要人工進行設(shè)計,、試驗,，耗費的人力、時間等成本不計其數(shù),。目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有十幾種,，基本都來自于美國。

關(guān)注

制造一顆芯片

需要5000道工序

一位芯片制造領(lǐng)域的專家向北青報記者介紹,，一顆芯片的制造工藝非常復雜,，一條生產(chǎn)線大約涉及50多個行業(yè)、2000-5000道工序,。就拿代工廠來說，需要先將“砂子”提純成硅,，再切成晶元,，然后加工晶元。晶元加工廠包含前后兩道工藝,，前道工藝分幾大模塊——光刻,、薄膜、刻蝕,、清洗,、注入；后道工藝主要是封裝——互聯(lián),、打線,、密封。其中,，光刻是制造和設(shè)計的紐帶,。

其中許多工藝都在獨立的工廠進行，而使用的設(shè)備也需要專門的設(shè)備廠制造,；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(yè),。另外，集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進行的,，因此還需要排風和空氣凈化等系統(tǒng),。

有說法認為,，集成電路是比航天還要高的高科技。該業(yè)內(nèi)人士表示,，這種說法也不無道理,，“航天的可靠性估計也就4個9、5個9的樣子(X個9表示在軟件系統(tǒng)一年時間的使用過程中,，系統(tǒng)可以正常使用時間與總時間之比)?，F(xiàn)在硅晶圓材料的純度就要6個9以上?！?/p>

焦點

全球芯片

幾乎被美日歐壟斷

根據(jù)前瞻研究院的報告顯示,，目前，全球芯片仍主要以美,、日,、歐企業(yè)產(chǎn)品為主，高端市場幾乎被這三大主力地區(qū)壟斷,。在高端芯片領(lǐng)域,，由于國內(nèi)廠商尚未形成規(guī)模效應與集群效應，所以其生產(chǎn)仍以“代工”模式為主,。

截至2015年年底的數(shù)據(jù)顯示,，全球共有94家先進的晶元制造廠商，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年代處于領(lǐng)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家日本芯片制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(tài)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(jù)美國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SIA)的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,，2017年1月至2月，中國和美國的芯片市場規(guī)模份額擴大,，分別為33.10%和19.73%,；日本和歐洲的芯片市場份額有所下降，分別為9.29%和9.12%,。中國芯片市場是全球最大,、增長最快的市場，但是對外依存度過高,。

熱點

英特爾一直是

世界上最大芯片制造商

自1993年1月以來,，英特爾一直是世界上最大的芯片制造商,。個人計算機所用的CPU處理器中，英特爾就占據(jù)了八成份額,。人們耳熟能詳?shù)谋简v,、賽揚、酷睿等處理器都來自英特爾,。目前,，英特爾的年營收率仍然在繼續(xù)增長——無論是從PC、數(shù)據(jù)中心服務器,，還是物聯(lián)網(wǎng)芯片,。

2016年英特爾仍是全球最大芯片供應商，全年芯片銷售額達540.9億美元,，較2015年增長4.6%,；市場份額達15.7%。

而在手機芯片中,，高通是另一大巨頭,。目前國內(nèi)除了華為、三星等手機廠商外,，其余安卓手機廠商采用的全部都是高通處理器,。除了購買芯片的費用外，高通還向每臺手機收取專利費用,。此前，魅族就與高通對簿公堂,，魅族副總裁李楠稱,，有100多家手機廠商都與高通簽訂了購買專利的協(xié)議。

亮點

中國半導體前三

分別是華為,、紫光,、中興

而在國內(nèi)，我國的半導體產(chǎn)業(yè)近年來也在加速發(fā)展,。

根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,，2017年中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達到5411.3億元，同比增長24.8%,。其中,，集成電路制造業(yè)增速最快，2017年同比增長28.5%,，銷售額達到1448.1億元,。設(shè)計業(yè)和封測業(yè)繼續(xù)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(guān)總署的數(shù)據(jù)顯示,，2017年中國出口集成電路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(xié)會和工信部中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院公布的2017年國內(nèi)十大集成電路設(shè)計/制造行業(yè)的最新排名報告顯示,，在國內(nèi)前十大集成電路設(shè)計企業(yè)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,。隨后的還有華大半導體、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,。

財經(jīng)觀察

中國能否跳離

美國IP核另起爐灶？

有專家表示,，我國集成電路的起步并不算晚,，只比美國晚幾年。但由于其間歐美技術(shù)封鎖,、國內(nèi)歷史問題等多種因素,，目前與歐美的差距比較大，想要在短時間內(nèi)追趕有難度,。

一位從業(yè)者對北青報記者表示,，從整個行業(yè)來看，美國卡的是“IP(知識產(chǎn)權(quán))”,，“圍繞IP的戰(zhàn)爭更激烈,，就算你用了人家的技術(shù)，人家也有產(chǎn)權(quán),，你無法繞開它去解決問題,。”資料顯示,，IP核將一些在數(shù)字電路中常用但比較復雜的功能塊,，如FIR濾波器、SDRAM控制器,、PCI接口等設(shè)計成可修改參數(shù)的模塊,。上述人士表示，中國集成電路行業(yè)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(fā)一整套的生態(tài)系統(tǒng)？但這實在太復雜了,。

多位行業(yè)研究人士表示,，目前中國的集成電路是系統(tǒng)性落后，整體提升需要從基礎(chǔ)性研究和人才培養(yǎng)來做,，需要比較久的時間,，“我們需要先培養(yǎng)數(shù)學、物理等學科的基礎(chǔ)人才,。這些人提上來后,，再由他們培養(yǎng)跟其他學科交叉的人才。他們需要掌握工業(yè)設(shè)計等技術(shù),?！?/p>

個案展示

華為海思半導體有限公司成立于2004年，前身是創(chuàng)建于1991年的華為集成電路設(shè)計中心,。目前,，海思總部位于深圳，在北京,、上海及美國硅谷和瑞典設(shè)有設(shè)計分部,。其產(chǎn)品覆蓋無線網(wǎng)絡、固定網(wǎng)絡,、數(shù)字媒體等領(lǐng)域的芯片及解決方案,，成功應用在全球100多個國家和地區(qū)；在數(shù)字媒體領(lǐng)域,，已推出SoC網(wǎng)絡監(jiān)控芯片及解決方案,、可視電話芯片及解決方案、DVB芯片及解決方案和IPTV芯片及解決方案,。華為海思的產(chǎn)品在運營商業(yè)務,、消費者業(yè)務等多個業(yè)務線都有應用,，而普通消費者更多是因為華為手機搭載的麒麟處理器認識它,，目前華為多款手機包括Mate系列、P系列及榮耀手機都有搭載,。麒麟960還被外媒評為“2016最佳安卓機處理器”,，表現(xiàn)超過高通處理器。海思總裁何庭波曾表示,，“我們在開始做7納米,，也在跟著業(yè)界一起看5納米這些更先進的工藝?！?/p>

華為海思

麒麟960被評為

“2016最佳安卓機處理器”

紫光展銳

正致力研發(fā)

國產(chǎn)自主可控架構(gòu)的CPU

紫光展銳則是紫光集團響應國家的集成電路發(fā)展戰(zhàn)略,，而通過資本運作,、企業(yè)布局等方式大力發(fā)展起來的。2013年12月,，紫光集團收購在美國納斯達克上市的國內(nèi)排名第一,、世界排名第三位的通信基帶芯片設(shè)計企業(yè)展訊通信公司，進而在2014年7月完成對同為納斯達克上市公司,、國內(nèi)排名第二的通信芯片設(shè)計企業(yè)銳迪科微電子公司的并購,。2016年，紫光控股上海宏茂微電子公司,，布局集成電路封裝測試領(lǐng)域,。同時，2016年紫光控股武漢長江存儲有限公司,，并在成都,、南京陸續(xù)簽約落地總投資額近1000億美元的存儲芯片與存儲器制造工廠。

據(jù)其官網(wǎng)消息,，2015年,，紫光展銳與英特爾達成合作，開發(fā)出了基于英特爾x86架構(gòu)的系統(tǒng)芯片并上市,。目前,，紫光展銳擁有5000多名員工，其中90%以上是研發(fā)人員,；在全球設(shè)有16個技術(shù)研發(fā)中心,。紫光展銳正致力研發(fā)國產(chǎn)自主可控架構(gòu)的CPU。

本組文/本報記者 溫婧