一、前言
我们经常碰到“芯片”、“集成电路”、“半导体”这几个术语,这些词在我们日常的讨论中经常是混用的,硬要区分的话,可以说集成电路是更广泛的概念。芯片则是指内含集成电路的半导体基片(最常用的是硅片),是集成电路的物理载体。而半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料,常见的有硅、锗、砷化镓等,用于制造芯片。
对于集成电路的描述用业界最形象的比喻就是一大堆聪明的人(芯片设计工程师)+大把的银子(大量资金投入)+一堆沙子(硅半导体)形成的结果。
今年3月,作为中国第二、世界第四大通信设备厂商的中兴被美国商务部突然制裁,禁止美国企业向中兴出售技术、芯片、软件(操作系统),禁令有效期长达七年…尽管禁令已经解除,但“中兴事件”才让举国大众看到我们缺“芯”少魂有多么严重!但紧接着我国主流媒体频频报道出中国芯片已经奋起直追,阿里、百度、格力、云知声、出门问问、思必驰、Rokid、深鉴科技……相继公布了造芯计划,甚至8月头条新闻爆出“一个中兴倒下去,千千万万个中国芯片公司站起来”,“杭州传来超算芯片开发商嘉楠耘智正式宣布全球首个7纳米芯片成功量产,远远早于苹果、英特尔、英伟达、高通…这意味着中国芯片胜利反击的辉煌一刻,更是中国科技发展的历史一刻”。似乎只要我们投入巨资,实现芯片自主,赶超美国易如反掌,事实果真如此吗?几天后杭州半导体协会的秘书长回复:“事实不像媒体说的那样夸张,这是一个专用芯片,只用于嘉楠耘智自己的挖矿机上,其设计难度远远低于手机、电脑用的那些通用芯片”。中国芯片学界、业界大佬也共同发声指出:
1、芯片是个慢行业,发展起来至少需要十到二十年。芯片项目投入大,要把中国的芯片产业搞上去,至少几千亿甚至数万亿人民币。
2、芯片不同方面发展水平不同,在 CPU 方面中国几乎没有可能赶超Intel。
3、大基金1000多亿人民币的规模对于芯片行业来说并不够。整个中国在集成电路方面的投资还不如 Intel 一年的投资,大基金现在的规模还需要继续加大。
4、过去有“芯片民工”这个说法,是说做芯片最苦逼,智商最高的一批工程师去做了芯片,结果把芯片做成了白菜价,竞争又极其激烈,所以很多人不愿意做芯片。
总结为一句话:芯片很难,做核心芯片更难,做需要生态系统的CPU芯片比大家想象得都要难!
借用一句网上经典的话:一碗牛肉面,真的要用牛肉,真的要用面,真的要炖很久!这么简单的道理,偌大一个国家,这么多精英,过去这么多年了,咋就不能懂呢?
二、我国集成电路发展历程
我国集成电路发展大致可以分为三个阶段:
第一阶段为1982-2000,称之为搭框架阶段。1982年成立了国务院计算机与大规模集成电路领导小组,由于当时的国际环境比较好,我们提出以市场换技术,以北京、上海、无锡为中心建立半导体产业基地,尤其是90年代的无锡华晶,成为国内瞩目的半导体标杆性企业。
第二阶段为2000-2014,18号文之后的15年,商业化初步阶段。2000年国务院[18号文],出台《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》,到2011年,国务院很快发布了关于《进一步鼓励软件和集成电路产业发展若干政策》的通知,就是4号文,在税收和财政上给予半导体产业优惠政策,产业分工得以初步实现。晶圆厂迎来一波建设浪潮,2000年后,天津摩托罗拉投资14亿美元建成月产2.5万片的8英寸工厂,上海中芯国际投资15亿美元建成月产4.2万片的8英寸工厂。到2003年,国内出现一批晶圆代工企业,如上海宏力、苏州和舰(联电)、上海贝岭、上海先进(飞利浦),北京中芯环球等。
第三阶段为2014-2030,以2014年发展纲要颁布为起点的15年,进入跨越式发展推进阶段。2014年6月,国务院颁布了《国家集成电路产业发展推进纲要》,提出设立国家集成电路产业基金(简称“大基金”),将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度,且明确提出到2020年,集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全行业销售收入年均增速超过20%,企业可持续发展能力大幅增强;到2030年,集成电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队,实现跨越发展。
三、集成电路特点简介
集成电路主要有以下特征:制造工序多、产品种类多、技术换代快、投资大、风险高。
(一)生产工序多
核心产业链流程可以简单描述为:IC设计公司根据下游户(系统厂商)的需求设计芯片,然后交给晶圆代工厂进行制造,这些IC制造公司主要的任务就是把IC设计公司设计好的电路图移植到硅晶圆制造公司制造好的晶圆上。完成后的晶圆再送往下游的IC封测厂,由封装测试厂进行封装测试,最后将性能良好的IC产品出售给系统厂商。
具体来说,可以细分为以下环节:
1、IC设计:根据客户要求设计芯片
IC设计可分成几个步骤,依序为:规格制定→逻辑设计→电路布局→布局后模拟→光罩制作。规格制定:整机或系统厂的工程师和IC设计工程师接触,提出要求;逻辑设计:IC设计工程师完成逻辑设计图;电路布局:将逻辑设计图转化成电路图;布局后模拟:经由软件测试,看是否符合规格制定要求;光罩制作:将电路制作成一片片的光罩,完成后的光罩即送往IC制造公司。
2、IC制造:将光罩上的电路图转移到晶圆上
IC制造的流程较为复杂(大概100多道工序),过程与传统相片的制造过程有一些相似。主要步骤包括:薄膜→光刻→显影→蚀刻→光阻去除。薄膜制备:在晶圆片表面上生长数层材质不同,厚度不同的薄膜;光刻:将掩膜板上的图形复制到硅片上。光刻的成本约为整个硅片制造工艺成本的1/3,耗费时间约占整个硅片工艺耗时的40~60%。
3、IC封测:封装和测试
封装的流程大致如下:切割→黏贴→切割焊接→模封。切割:将IC制造公司生产的晶圆切割成长方形的IC;黏贴:把IC黏贴到PCB上;焊接:将IC的接脚焊接到PCB上,使其与PCB相容;模封:将接脚模封起来。
(二)产品种类多
从技术复杂度和应用广度来看,集成电路主要可以分为高端通用和专用集成电路两大类。高端通用集成电路的技术复杂度高、标准统一、通用性强,具有量大面广的特征。它主要包括处理器、存储器,以及FPGA(现场可编程门阵列)、AD/DA(模数/数模转换)等。专用集成电路是针对特定系统需求设计的集成电路,通用性不强。每种专用集成电路都属于一类细分市场,例如,通信设备需要高频大容量数据交换芯片等专用芯片;汽车电子需要辅助驾驶系统芯片、视觉传感和图像处理芯片,以及未来的无人驾驶芯片等。
(三)技术更新换代快
根据摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,从而要求集成电路尺寸不断变小。
芯片的制程就是用来表征集成电路尺寸的大小的一个参数,随着摩尔定律发展,制程从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、28纳米、22纳米、14纳米,一直发展到现在的10纳米、7纳米、5纳米。目前,28纳米(nm)是传统制程和先进制程的分界点。
以台积电为例,晶圆制造的制程每隔几年便会更新换代一次。近几年来换代周期缩短,台积电2017年10nm已经量产,7nm将于今年量产(苹果iPhoneX用的便是台积电10nm工艺)。除了晶圆制造技术更新换代外,其下游的封测技术也不断随之发展。
除了制程,建设晶圆制造生产线还需要事先确定一个参数,即所需用的硅片尺寸。硅片根据其直径分为6寸(150mm)、8寸(200mm)、12寸(300mm)等类型,目前高端市场12寸为主流,中低端市场则一般采用8寸。晶圆制造生产线的制程和硅片尺寸这两个参数一旦确定下来一般无法更改,因为如果要改建,则投资规模相当于新建一条生产线。
(四)投资大风险极高
通常情况下,一款28nm芯片设计的研发投入约为1亿元~2亿元,14nm芯片约为2亿元~3亿元,研发周期约为1~2年。对比来看,集成电路设计门槛显著高于互联网产品研发门槛。互联网创业企业的A轮融资金额多在几百万元量级,集成电路的设计成本要达到亿元量级。但是,相比集成电路制造,设计的进入门槛又很低,一条28nm工艺集成电路生产线的投资额约50亿美元,20nm工艺生产线高达100亿美元。
集成电路设计存在技术和市场两方面的不确定性。一是流片失败的技术风险,即芯片样品无法通过测试或达不到预期性能。对于产品线尚不丰富的初创设计企业,一颗芯片流片失败就可能导致企业破产。二是市场风险,芯片虽然生产出来,但没有猜对市场需求,销量达不到盈亏平衡点。对于独立的集成电路设计企业而言,市场风险比技术风险更大。对于依托整机系统企业的集成电路设计企业而言,芯片设计的需求相对明确,市场风险相对较小。
四、我国集成电路产业与发达国家的差距
集成电路被誉为电子工业的粮食,除了对国家和行业安全有着巨大的意义,利润率也随着技术含量水涨船高。芯片的原材料是二氧化硅,成本极低,上面凝聚的技术就决定了利润。消费类芯片产品一般毛利率在30%~40%,工业用产品一般能在50%~60%以上,更有甚者,以高性能模拟芯片为主的美国Linear公司,平均毛利率能达到90%!很多我们无法设计的芯片,例如高端交换芯片,毛利率都在99%以上,这么大块肥肉我们不能咬下一大口来,甚是可惜。
互联网我们有BAT可以和facebook、google过过招,电子整机和系统有华为、中兴可以对抗思科爱立信,集成电路与发达国家比到底如何呢?
(一)设计方面的差距
1、手机芯片
芯片设计严格意义上来说是最容易追赶发达国家的,这两年华为的麒麟芯片名声大振,性能甚至可以跻身世界前几名的水平,给广大民众形成了我国芯片水平达到世界领先的深刻印象,然而从严格意义上来讲,华为的麒麟芯片完全算不上自主。芯片自主包括:指令集自主、芯片设计自主、芯片制造自主。抛开设计、验证百分之百采用国外EDA工具外,麒麟芯片也只初步做到了部分设计自主,指令集和制造不能自主。麒麟的指令集来自ARM公版,制造是台积电代工。
指令集自主:这个看起来技术上最简单的,突破起来最难。它是芯片的“牛鼻子”,谁有主导权,谁才可以“牵”这个“牛鼻子”。
2、电脑CPU
计算机处理器方面,中国跟 Intel差距相当大,现在追赶上还比较困难。但这不光是中国的差距,而是全世界跟Intel的差距,甚至Intel自己内部想研发一个新的架构也失败了。这是因为Intel 的 CPU 已经建立起了自己的生态,全球很多系统都是基于这款 CPU 开发的。比如微软就跟英特尔绑定,成就了“Wintel”(微软和英特尔)帝国。
代表我国最高水平的电脑CPU无疑是龙芯了,我们这一代人对于龙芯的期待不亚于我们的父辈期待第一颗原子弹的爆炸。作为国产芯片的“代言人”,龙芯身上承担了太多的期待。只不过国产芯片的路,显然比想象中更为艰险和漫长。2017年4月,龙芯带来了一个好消息:推出新一代代表着国产最高水平的芯片龙芯3A3000和3B3000。从实测数据来看,这款芯片的综合性能已经超越了Intel Atom系列和ARM系列CPU。用过电脑的兄弟们一定都有切身体会,Atom系列与Intel i7差距有多大?
当然,我们龙芯市场应用打不开,不完全是性能差(低端应用需求总是存在的),而是因为在桌面电脑领域X86捆绑windows已经垄断了相关生态。安装龙芯的电脑,只能装红旗系统,其他X86的应用软件就用不了。
3、超算处理器
在几年前,当Intel第一代至强PHI上市之时,国内根本就没有类似的产品,而龙芯、申威、飞腾准备用于超算的多核芯片也远远无法与Intel匹敌:
飞腾1500,16核,制程40nm,1.8G主频,最大功耗65W,双精浮点144G;
申威1600,16核,制程65nm,1.1G主频,最大功耗70W,双精浮点140G;
申威1610,16核,制程40nm,1.6G主频,最大功耗50W,双精浮点200G;
龙芯3B1000,8核,制程65nm,1G主频,最大功耗65W,双精浮点128G;
龙芯3B1500,8核,制程32nm,1.2G主频,最大功耗40W,双精浮点192G。
从上可见,即便是成绩最好的申威1610的理论双精浮点峰值也只有200G,而Intel第一代至强PHI的理论双精浮点峰值高达1T,是申威1610的5倍。正是因此,天河2号只能无奈的选择Intel至强PHI作为其加速器。
(二)生产制造的差距
业界公认,就芯片的生产制造而言,完全不差钱的情况下差不多还要花个10~20年的时间才能赶上世界最先进水平。
目前现实情况是28nm(纳米)级精度的芯片产品,勉强可以交给中芯国际等芯片制造企业生产;但14nm、10nm、7nm精度级别的芯片,就不得不选择台积电等知名芯片制造企业来做。这是因为这类制造厂家的生产工艺制程更加先进,且不良率、生产成本的控制做得更为出色。
短板主要集中在制造方面,包括制造工艺、材料、装备、测试、封装等产业链各环节。举个例子,中国做集成电路制造最大的公司是中芯国际公司,但中芯国际在世界上只能排到第五名,而且中芯国际的装备只有不到20%是国产的。
(三)差距原因分析
除了通常大家都挂在嘴边的我们起步晚、资金缺、人才少…等等原因外,深入到集成电路的发展特点看,主要有以下两方面原因:
1、行业马太效应显著—强者恒大、赢家通吃
芯片这个行业是技术和资本双密集型的行业,技术门槛和资本门槛都很高,除了美国拿走大头,韩日欧和我国台湾省分了一点汤之外,没人玩得起。
芯片前期的研发成本非常高昂,不过一旦量产,生产和物流成本却很低,因此一旦研制成功,后期的利润非常丰厚。就好比苹果一部手机利润高达3000元,但是富士康才挣二十多块。
而丰厚的利润,又给企业带来了丰厚的研发资金,形成了良性循环,然后注册的专利更多,制定的标准更严格,把后来者的路完全给堵死。
而后来者,要想加入这个生态圈,必须遵守这个圈内的标准,所以必须缴纳高昂的专利费用,不然你生产的芯片跟其他商家不兼容,就会没人采购,也因此利润微薄。
缴纳了专利费,成本就高,成本高了市场就没有竞争力,没有了竞争力,利润更薄,就没有那么多资金投入研发,研发团队没法扩大,研发人员奖金也少,则陷入了恶性循环。
这个行业的高门槛特性,注定了容易形成垄断,蛋糕被一两家瓜分,最多不超过三四家。再有加入者,他们会拼命降价,让后来者血本无归。
比如内存最近疯狂降价,因为国产内存马上就要上市,他们一方面抢占市场,一方面拼命围剿中国企业。
对于后来者,没有市场占有率,就等于没有更多的试错机会。产品性能的缺点与不足,是要靠用户反馈的,发现了问题才有解决的可能,才能够不断升级换代。
高度市场化,产品厂商也都是追求利润最大化的,采购芯片的时候,肯定选性价比最高的。绝对不会为了支持国产,选高价的国产;或者同等价格,选性能低的国产芯片。
2、行业按照摩尔定律发展太快—一步落后就步步落后
集成电路产业的摩尔定律是当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。
这个定律是基于美国芯片产业有良好的产业生态链,包括技术储备、人才团队、持续的投入、稳定的客户。因此已经按照摩尔定律发展了三十多年了。
由于领跑者步伐太过神速,对于后来者来说就是个噩梦。我们刚把286吃透,人家奔腾了。我们还没到奔腾,人家八核了。我们的产品还能卖给谁?无限的投入换回的是颗粒无收,几个回合下来,相信就没有几个再去干傻事跟随领跑者了,技术储备、人才队伍、客户均全面失去。
3、集成电路试错成本高、排错难度大
IC设计相对于互联网和整机设备,试错成本很高、排错难度极大。互联网做一个app,可以一天出一个版本,有些bug没关系,第2天就可以修复,试错和修改的成本几乎为零。整机硬件的电路板设计周期在1天到1个月之间,生产周期在3天到2周之间,出了错重新投板费用在几百到几千之间,最多数万块钱。而IC设计,不算架构设计,从电路设计开始到投片,最少要半年时间。投片送到工厂加工生产,一般要2个月到3个月。最重要的是一次投片的费用最少也要数十万元,先进工艺高达一千万到几千万。如此高的试错和时间成本对一次成功率的要求极高,不得不把流程拖长,反复验证,需要多个工种密切配合,团队中一个人出错,3个月后回来的芯片可能就是一块石头。修改一轮,又三个月出去了。
与试错成本高并存的是排错难度很大。互联网编个软件,调试起来几乎可以在程序任意地方设断点,查看变量当时的状态或者打出log;硬件电路板上,几乎任何一根信号线可以拉到示波器上看波形。而一颗手指甲盖大小的芯片,里面有上亿个晶体管,而最终能在电路板上测量到的信号线却只有十几根到几百根。如何根据这少得可怜的信息推理出哪个晶体管设计错误,难度不言而喻。
两大特点导致对IC从业人员的素质要求极高,试错周期长需要逻辑严谨细致的工作态度,排错难度大需要一套科学的实验方法。而这两方面,恰恰是我国教育的软肋--过分重视知识的记忆,而忽略逻辑和方法。所以当软件工程师们靠自己的聪明和勤奋,不断快速迭代的时候,芯片设计工程师们却经常遇到猪队友的困惑,导致原地打转。加班已经不能再多,却还是一次次的延误,上市时间依然落后。更有很多bug无法找到原因,反复投片实验也无结果,最后只能以项目失败收场,频繁的挫败感导致许多人不愿意从事这个行业。
五、国家的榜样--韩国
我们身边的邻国韩国,在集成电路设计、制造等方面均是后发先至,跻身世界第一梯队,雄霸一方。他们是如何实现弯道超车的呢?
与大部分后发国家一样,韩国的集成电路产业起步也很晚,先是从海外投资设厂开始。60年代中期,不少美资企业感受到来自日本半导体行业的第一轮竞争压力,它们开始在国外投资低成本的装配生产线,其中就包括韩国。
值得注意的是,外商在韩国踊跃开设半导体工厂的同时,韩国政府和企业也没有放弃自主研发技术的努力。1975年,韩国政府公布了扶持半导体产业的六年计划,强调实现电子配件及半导体生产的本土化,这无疑为未来韩国半导体产业的自主发展奠定了坚实的基础。
进入80年代,开始茁壮成长的韩国半导体企业抓住了一个良好的发展契机——动态随机存取存储器(DRAM)芯片此时正式投入使用。这种内存芯片构成了每台电脑不可或缺的“内存条”,其使用广泛,技术要求相对较低,适合大批量生产。
在此阶段,韩国企业开始从仿制、研发走向自主创新。1984年,三星公司完成了64KDRAM芯片的研发,当时其研发速度还落后于美国数年;1988年,三星宣布完成了4MDRAM芯片的设计,此时其研发速度仅比日本晚6个月;1992年,三星开发出了64M DRAM芯片,随后开始向惠普、IBM等美国大型企业提供产品,实现了在技术和市场上赶超美日的目标。至此以后,韩国企业在内存芯片领域一直处于世界领跑者地位。
在韩国内存芯片的发展史上,韩国政府发挥着推动国内企业技术进步的重要角色。1986年10月,韩国政府开始执行《超大规模集成电路技术共同开发计划》,要求以政府为主、民间为辅,投资开发DRAM芯片核心基础技术。随后的三年内,这一研发项目共投入了1.1亿美元,而政府承担了其中的57%研发经费。
随后,韩国政府持续推出多个半导体开发计划。直到2016年,韩国政府在其半导体产业已位于世界前列的背景下,依旧在执行名为“系统集成半导体基础技术开发事业”的计划,力图补齐韩国半导体产业发展的短板。
目前,韩国持续在内存芯片领域发力,长期保持着世界第一内存芯片生产大国的地位。以2017年第三季度为例,当时三星电子已占全球DRAM内存芯片市场44.5%的份额;另一家韩国厂商海力士的市场份额则达到27.9%,两者相加已接近全世界市场的70%。
近10年来,在移动设备领域运用广泛的闪存芯片领域,韩国企业表现不俗。例如,2017年第三季度,三星电子当季度占据国际市场39%的份额,排名占据世界第一。
韩国整体产业政策模式有一个制度背景,就是基本上不鼓励合资政策,其目的就是要防止技术锁定,防止国内企业太依赖于国外的技术。此外,韩国还大力鼓励产业竞争和企业家精神发挥作用,让企业成为创新的主体。这使得韩国整体产业能够取得良好表现。
六、启示与建议
虽然这些年,国内集成电路产业发展突飞猛进,自给率逐年提高。华为海思最新的麒麟芯片可以和高通骁龙820一比高下;龙芯积累了十多年,也终于可以和北斗卫星一起上天;随便拆开一个蓝牙音箱、机顶盒、冰箱洗衣机,里面的核心芯片已经大部分是国产品牌。但不可忽视的现状是,这些国产芯片的成功应用大多在消费类领域。在对稳定性和可靠性要求很高的通信、工业、医疗以及军事的大批量应用中,国产芯片距离国际一般水平差距较大。尤其是一些技术含量很高的关键器件:高速光通信接口、大规模FPGA、高速高精度ADC/DAC等领域,还完全依赖美国供应商。如何像我们的邻国韩国一样实现屌丝逆袭、甚至雄霸天下呢?
(一)抓好人才最要紧
人才是当下我国芯片发展最大的一个痛点。作为一个不断更新迭代的行业,芯片半导体领域非常需要优秀人才不断加入,但这几年最优秀的半导体专业的毕业生首选并不是国内的华为海思等专业对口的芯片企业,而是出国和考取公务员。
所以过去很多人不愿意做芯片,转行加入互联网公司做编程。而在欧洲、美国、以色列等国家,先进的芯片技术是无数专家学者坐了几十年的冷板凳做出来的。我们应该思考如何去构建一个软环境,让更多从事底层技术研究的学者们能够静下心来“坐冷板凳”。
(二)选好方向是关键
韩国的崛起是从选对了方向--DRAM开始,一步一步获得不仅是市场的成功,更培养了人才、提升了能力、塑造了信心,探索出了一条适合韩国的芯片发展之路。
就当前国力与水平来看,直接向Intel、高通、英伟达等豪强正面叫板是不明智的,不仅正面树敌无数且胜算极低。他山之石可以攻玉,我们也可以针对当前国情,选择一个集中的突破口发力,从局部突破开始,逐步扩大局面并积蓄力量。
比如人工智能芯片这个全新的在未来可能一统江湖的领域,大家起步差距并不大,我们甚至占有用户数据更多等部分优势,可以全力集中投入,组建一个强大的深度学习团队,研究具体落地解决的问题,然后寻找一套适合的算法架构,从而创新性地开发出优质的人工智能芯片,再通过大量的应用反馈,不断地迭代进化,从而实现领先。
(三)技术道路要探索
这些年我们在芯片技术发展方面可以说走过很多曲折的道路,教训一抓一大把,比如发展芯片技术采取了与其他科学技术一样的方式方法,如利用高校来作为技术突破的主力军,有些高性能关键器件芯片规模不大,看起来挺适合高校来作为突破的主力军。但多年下来,业内公认是高校的水平不如工业界。这不是中国特有的,美国也这样。这和集成电路产业的特点密切相关!高校的优势是出新思想,对于算法这类领域挺合适,仿真实验看到结果快且准,仿出来有效果基本实际就会有效,顶多实现复杂度太高。但芯片试错成本太高,流程太长,参与协作的工种太多,任何一个环节出问题,就看不到好结果。能把一个芯片做成业界普通水平就已经很不容易了,这需要多年积累。学生们积累当然很少,因此纵有好的思想,往往躲不过芯片设计道路上无数的暗坑,还没看到效果就死在半路了。学校的特长是做更前沿的研究来实现弯道超车,而集成电路恰恰不好弯道超车,只能扎实推进、一步一个脚印地积累,用时间和经验来堆积。
再比如,国家近十几年来一直通过863/973/核高基等国家级科研计划对关键器件进行支持,投入巨大。后期也要求工业界和整机厂加入,以解决应用脱节的问题。但这些年下来,真正能量产并转化为实际产品的成果寥寥无几。究其原因,一个是目标脱节。芯片行业大家都知道,实验室测试通过只是迈出了一小步,到量产还有巨大的工作量。科研项目只需要在评审的时候能够提供几颗样片,演示出所需性能即可拿到尾款。而工业级应用需要在各种温度和环境变化条件下保持性能稳定,以及解决批量生产的良率问题。如何保证量产是需要从设计一开始就考虑的,有些科研单位选择的架构本身就决定了成果只能交差,而不能量产。二是指标脱节。科研项目的立项单位不考虑国内实际水平,盲目追赶世界领先水平。不管上一周期的项目是否完成,今年的指标一定要更近一步。申请单位恶意竞争,不考虑自身实力,申请时竞报指标,谁提的指标高谁拿到项目,才不管以后如何交差。这样的制度下,结果可想而知。
整机厂自己努力我们也试过。国内真正算在高性能关键器件领域有所突破的应该只有华为旗下的海思一家了。海思因为有华为不计成本的投入才有今天,这不是一般整机厂家可以模仿、尝试的,芯片行业有个特点--很多问题在实验室是测不出来的,必须在大规模应用的时候才能发现、改进和提高,这就悲剧了,自己开发的芯片如何能一步就到达适合规模应用的程度?整机规模尝试有缺陷或瑕疵的芯片可能给整机厂带来毁灭性的结局,这个局如何破?
对于突破集成电路技术,必须有足够的资金支持、必须有整机厂的通力合作、必须有极具耐心的团队。他们的关系如何形成一个有机整体,这种合作共赢的机制思路显示不能从上而下地拉郎配,而是要自下而上地靠产业界、企业本身去摸索尝试,政府只需要改善土壤,让其适合这样的模式探索即可。
(四)政策扶持须到位
国家层面应该考虑政府以怎样的政策来激发芯片企业的创新活力,芯片等高端产品的技术突破非常需要借助“政策东风”,“通过政策的‘指挥棒’来引导企业对资源投入的侧重点”。
国家在扶持芯片业发展方面,需要改变过去对待项目管理的方式去管理芯片产业发展,项目管理是对确定的事件进行管控,从而取得确定的希望的结果,但芯片更接近是一项创新的科学研究活动,涉及的因素多、失败的概率高,因此要充分允许失败、容忍失败甚至鼓励大胆尝试导致的失败,只有这种屡战屡败还屡败屡战的不屈不饶的奋斗,才能从根本上开创出新的局面。
目前,我国对芯片半导体行业已经出台了许多专门的扶持政策,也成立了这一领域的“大基金”——国家集成电路产业投资基金,以市场化投资的形式推动该产业发展,改变了过去税收土地优惠补贴、研发奖励的方式。
未来有许多具体的政策支持可以通过“大基金”等机构来实现。例如,针对半导体产业链条长的特点,可以对一些重点、短板环节加大投入,将政策支持与市场选择结合,争取早日实现国产技术的自主可控。
政策层面可以考虑给研发投入特别大、技术难度比较高的领域给予一些鼓励政策,引导芯片行业补好短板,协同发展。
七、结语
从国家信息安全角度,必须加大投入去做自主可控的底层技术研发。国内半导体市场接近全球的三分之一,但国内半导体自给率水平非常低,特别是核心芯片极度缺乏,国产占有率都几乎为零。芯片关乎到国家安全,国产化迫在眉睫。2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。大基金首期投资成果显著,撬动了地方产业基金达5000亿元,目前大基金二期募资已经启动,募集金额将超过一期,推动国内半导体产业发展。
芯片是一个世界格局的产业链,世界各国各有分工,任何一个国家不可能把芯片从 CPU 的研发、到操作系统产业链条的构建、到芯片的设计、到底层的生产封装、测试甚至设备工艺的研究,全部做到自给自足。而随着中国加大投入芯片产业,中国自主可控的话语权应该越来越重,跟各国相互制衡。
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