一顆“芯”是如何煉成的：需要5000道工序

2017年中國集成電路進(jìn)口量高達3770億塊，同比增長(cháng)10.1%；進(jìn)口額為2601億美元(約合17561億元)，同比增長(cháng)14.6%。2017年中國貨物進(jìn)口額為12.46萬(wàn)億元，也就是說(shuō)集成電路進(jìn)口額占中國總進(jìn)口額的14.1%，而同期中國的原油進(jìn)口總額僅約為1500億美元。中國在半導體芯片進(jìn)口上的花費已經(jīng)接近原油的兩倍。

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

　　現狀

　　半導體芯片進(jìn)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(tīng)說(shuō)過(guò)摩爾定律。摩爾定律是指，當價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18個(gè)月便會(huì )增加一倍，性能也將提升一倍。在半個(gè)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)內人士表示，中國若想在主要集成電路領(lǐng)域追趕上公司，需要的不止時(shí)間，而是整個(gè)系統性提升。

　　????海關(guān)總署公開(kāi)信息顯示，集成電路進(jìn)口額從2015年起已連續三年超過(guò)原油，且二者進(jìn)口差額每年都在950億美元以上。其中，2017年中國集成電路進(jìn)口量高達3770億塊，同比增長(cháng)10.1%；進(jìn)口額為2601億美元(約合17561億元)，同比增長(cháng)14.6%。2017年中國貨物進(jìn)口額為12.46萬(wàn)億元，也就是說(shuō)集成電路進(jìn)口額占中國總進(jìn)口額的14.1%，而同期中國的原油進(jìn)口總額僅約為1500億美元。中國在半導體芯片進(jìn)口上的花費已經(jīng)接近原油的兩倍。

　　調查

　　芯片有幾十種大門(mén)類(lèi)

　　上千種小門(mén)類(lèi)

　　芯片，是指內含集成電路的硅片，體積很小，常常是計算機或其他電子設備的一部分。芯片組，是一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合。它們相互依賴(lài)，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)及中的射頻、基帶和通信基站里的模數轉換器(ADC)等，就是由多個(gè)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(wàn)分之一毫米。這就對設計、制造工藝都有非常嚴格、高標準的要求。

　　芯片的種類(lèi)很多，芯謀研究分析師顧文軍對北京青年報記者表示：“僅從產(chǎn)品種類(lèi)來(lái)說(shuō)，芯片的種類(lèi)就有幾十種大門(mén)類(lèi)，上千種小門(mén)類(lèi)；如果涉及設備流程的話(huà)就更多了。美國是整體式、處于地位，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、的領(lǐng)域，比如中國在存儲器、CPU、FPG及的模擬芯片、功率芯片等領(lǐng)域，幾乎是沒(méi)有的。如果中國發(fā)力研發(fā)，在某些小的門(mén)類(lèi)中可能會(huì )有所突破。”

　　追訪(fǎng)

　　一臺通信基站內

　　有上百顆芯片

　　以運營(yíng)商業(yè)務(wù)為例，通信基站設備是其zui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(shí)現不同功能。“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基站發(fā)射并回收信號，收回信號后首先要有芯片濾波，穩定信號；然后還有芯片將這種特別小的信號放大；再有芯片進(jìn)行解析、處理；然后是芯片負責傳輸、分發(fā)?；竞诵母娔X類(lèi)似，可以實(shí)現各種功能，但它可以支持多個(gè)因而速度更快，芯片更復雜。”上述人士表示。

　　????其中，zui典型的是ADC芯片，中國目前還無(wú)法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品。ADC芯片是模數轉換芯片，負責將天線(xiàn)接收的連續的模擬信號轉換為通話(huà)或上網(wǎng)的數字信號。目前ADC主要依賴(lài)亞德諾、德州儀器等公司供應。

　　從軟件方面來(lái)說(shuō)，EDA仿真軟件是另一個(gè)典型。利用該軟件，電子設計師才可以在電腦上設計芯片系統，大量工作可以利用計算機完成，并可以實(shí)現多個(gè)產(chǎn)品的結合試驗等。如果沒(méi)有EDA仿真軟件，則需要人工進(jìn)行設計、試驗，耗費的人力、時(shí)間等成本不計其數。目前進(jìn)入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有十幾種，基本都來(lái)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(zhuān)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(xiàn)大約涉及50多個(gè)行業(yè)、2000-5000道工序。就拿代工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，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(chǎng)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(xiàn)、密封。其中，光刻是制造和設計的紐帶。

　　其中許多工藝都在獨立的工廠(chǎng)進(jìn)行，而使用的設備也需要專(zhuān)門(mén)的設備廠(chǎng)制造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專(zhuān)門(mén)的化工工業(yè)。另外，集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進(jìn)行的，因此還需要排風(fēng)和空氣凈化等系統。

　　有說(shuō)法認為，集成電路是比航天還要高的高科技。該業(yè)內人士表示，這種說(shuō)法也不無(wú)道理，“航天的可靠性估計也就4個(gè)9、5個(gè)9的樣子(X個(gè)9表示在軟件系統一年時(shí)間的使用過(guò)程中，系統可以正常使用時(shí)間與總時(shí)間之比)?，F在硅晶圓材料的純度就要6個(gè)9以上。”

　　焦點(diǎn)

　　芯片

　　幾乎被美日歐壟斷

　　根據前瞻研究院的報告顯示，目前，芯片仍主要以美、日、歐企業(yè)產(chǎn)品為主，市場(chǎng)幾乎被這三大主力地區壟斷。在芯片領(lǐng)域，由于國內廠(chǎng)商尚未形成規模效應與集群效應，所以其生產(chǎn)仍以“代工”模式為主。截至2015年年底的數據顯示，共有94家先進(jìn)的晶元制造廠(chǎng)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年代處于地位，但自90其半導體*顯著(zhù)下降，至2015年僅有3家日本芯片制造商位列*二十——東芝、瑞薩電子和索尼。而與此同時(shí)，東亞其他國家已成為動(dòng)態(tài)隨機存取存儲器市場(chǎng)的主要公司。韓國三星電子和海士力目前是*二和第三大半導體公司。

　　根據美國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )(SIA)的統計數據顯示，2017年1月至2月，中國和美國的芯片市場(chǎng)規模份額擴大，分別為33.10%和19.73%；日本和歐洲的芯片*有所下降，分別為9.29%和9.12%。中國芯片市場(chǎng)是zui大、增長(cháng)zui快的市場(chǎng)，但是對外依存度過(guò)高。

　　熱點(diǎn)

　　英特爾一直是

　　世界上zui大芯片制造商

　　自1993年1月以來(lái)，英特爾一直是世界上zui大的芯片制造商。個(gè)人計算機所用的CPU處理器中，英特爾就占據了八成份額。人們耳熟能詳的奔騰、賽揚、酷睿等處理器都來(lái)自英特爾。目前，英特爾的年營(yíng)收率仍然在繼續增長(cháng)——無(wú)論是從PC、數據中心服務(wù)器，還是物聯(lián)網(wǎng)芯片。

　　2016年英特爾仍是zui大芯片供應商，全年芯片銷(xiāo)售額達540.9億美元，較2015年增長(cháng)4.6%；*達15.7%。

　　而在芯片中，高通是另一大*。目前國內除了華為、三星等廠(chǎng)商外，其余安卓廠(chǎng)商采用的全部都是高通處理器。除了購買(mǎi)芯片的費用外，高通還向每臺收取費用。此前，魅族就與高通對簿公堂，魅族副總裁李楠稱(chēng)，有100多家廠(chǎng)商都與高通簽訂了購買(mǎi)的協(xié)議。

　　亮點(diǎn)

　　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(chǎn)業(yè)近年來(lái)也在加速發(fā)展。

　　根據中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )統計，2017年中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售額達到5411.3億元，同比增長(cháng)24.8%。其中，集成電路制造業(yè)增速zui快，2017年同比增長(cháng)28.5%，銷(xiāo)售額達到1448.1億元。設計業(yè)和封測業(yè)繼續保持快速增長(cháng)，增速分別為26.1%和20.8%，銷(xiāo)售額分別為2073.5億元和1889.7億元。

　　來(lái)自海關(guān)總署的數據顯示，2017年中國出口集成電路2043.5億塊，同比增長(cháng)13.1%；出口金額為668.8億美元，同比增長(cháng)9.8%。

　　一份由半導體協(xié)會(huì )和工信部中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院公布的2017年國內集成電路設計/制造行業(yè)的排名報告顯示，在國內前集成電路設計企業(yè)當中，華為海思半導體以361億元銷(xiāo)售額排名*；清華紫光展銳以110億元*二；中興微電子以76億元*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(guān)察

　　中國能否跳離

　　美國IP核另起爐灶？

　　有專(zhuān)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)國內歷史問(wèn)題等多種因素，目前與歐美的差距比較大，想要在短時(shí)間內追趕有難度。

　　一位從業(yè)者對北青報記者表示，從整個(gè)行業(yè)來(lái)看，美國卡的是“IP(知識產(chǎn)權)”，“圍繞IP的戰爭更激烈，就算你用了人家的技術(shù)，人家也有產(chǎn)權，你無(wú)法繞開(kāi)它去解決問(wèn)題。”資料顯示，IP核將一些在數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接口等設計成可修改參數的模塊。上述人士表示，中國集成電路行業(yè)一直流行一個(gè)詞語(yǔ)“彎道超車(chē)”，很多人在想，能否跳離美國的IP核而另起爐灶，另外開(kāi)發(fā)一整套的生態(tài)系統？但這實(shí)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性落后，整體提升需要從基礎性研究和人才培養來(lái)做，需要比較久的時(shí)間，“我們需要先培養數學(xué)、物理等學(xué)科的基礎人才。這些人提上來(lái)后，再由他們培養跟其他學(xué)科交叉的人才。他們需要掌握工業(yè)設計等技術(shù)。”

　　個(gè)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有設計分部。其產(chǎn)品覆蓋無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、固定網(wǎng)絡(luò )、數字媒體等領(lǐng)域的芯片及解決方案，成功應用在100多個(gè)國家和地區；在數字媒體領(lǐng)域，已推出SoC網(wǎng)絡(luò )監控芯片及解決方案、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(yíng)商業(yè)務(wù)、消費者業(yè)務(wù)等多個(gè)業(yè)務(wù)線(xiàn)都有應用，而普通消費者更多是因為華為搭載的麒麟處理器認識它，目前華為多款包括Mate系列、P系列及榮耀都有搭載。麒麟960還被外媒評為“2016安卓機處理器”，表現超過(guò)高通處理器。海思總裁何庭波曾表示，“我們在開(kāi)始做7納米，也在跟著(zhù)業(yè)界一起看5納米這些更先進(jìn)的工藝。”

華為海思

麒麟960被評為

“2016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)展戰略，而通過(guò)運作、企業(yè)布局等方式大力發(fā)展起來(lái)的。2013年12月，紫光集團收購在美國納斯達克上市的國內排名*、世界*三位的通信基帶芯片設計企業(yè)展訊通信公司，進(jìn)而在2014年7月完成對同為納斯達克上市公司、國內*二的通信芯片設計企業(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(shí)，2016年紫光控股武漢長(cháng)江存儲有限公司，并在成都、南京陸續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(chǎng)。

　　據其消息，2015年，紫光展銳與英特爾達成合作，開(kāi)發(fā)出了基于英特爾x86架構的系統芯片并上市。目前，紫光展銳擁有5000多名員工，其中90%以上是研發(fā)人員；在設有16個(gè)技術(shù)研發(fā)中心。紫光展銳正致力研發(fā)國產(chǎn)自主可控架構的CPU。