安徽合肥：国内首条量子芯片生产线投运！我们与国际先进只差3年

国内首条量子芯片——悟空芯生产线，自2022年1月在安徽合肥投入运营一年以来，已交付了多个批次的量子芯片，这种量子芯片是专门为“悟空”量子计算机配套的。

量子计算机“悟空”

量子计算，我们哪里行？

量子计算大家经常听到，并不陌生，但是量子芯片是什么呢？简单讲就是量子计算机的“大脑”。有人觉得这会不会又是骗经费的项目呢？带着这个疑问，我们来深度探究一下。

在说正题之前，小编先长长自家志气，看看咱们在量子计算领域有哪些拿得出手的本领。提到量子计算，其实这是一个研究范围很大的领域，有些方面欧美日做得不错，但有些方面我们则更为领先。

下面两张图表清晰地表明美国在量子算法、量子计算模型、量子比特的物理实现、量子计算机的核心量子纠错等方面要强于我国，但是咱们得益于量子通信 的研究优势，在量子纠缠、量子退相干、量子传输协议、光量子计算 等领域对美国有一定的优势，对主流的超导量子计算 的攻关优势也较为显著。所以不必妄自菲薄，咱还是可以的。

量子计算，我们哪里还不行？

当然也不要盲目尊大。20世纪80年代量子计算的概念最早出现，物理学家保罗·贝尼奥夫奠定了量子计算的基础；到了90年代，美国贝尔实验室的科学家提出了量子分解算法和量子搜索算法。要知道在10年前的2013年，量子计算对于我国而言还是陌生未知的领域。这样看我们与美国有着大约20年的科研和技术发展差距。但是，仅仅过了10年，我们跟世界先进水平之间是什么关系呢？

负责“悟空”量子计算机研制的本源量子负责人郭国平给出了自己的理解。他认为未来各国国力的竞争就是算力的竞争 ，量子计算机颠覆了传统的计算方式，形象地大概比较一下，一台量子计算机1秒的算力与1600台传统计算机的算力相当，所以就成了“兵家必争之地”。

近年来，美国以谷歌、IBM、英特尔、IonQ公司为代表的企业纷纷进军量子计算，所以发展迅速。作为行业龙头企业的带路人，郭国平理智地判断：“我国量子计算芯片在战术层面仍处于落后的位置，与国外最先进技术有3年左右的差距，且差距有扩大的趋势 。”这就是我们在这场全球角逐中的位置。如果用数据说话的话，大家可以看一下：

■ 谷歌公司：主要致力于超导量子计算，2018年3月发布了72量子位的Bristlecone处理器；2019年10月谷歌量子人工智能实验室研制出54量子比特的可编程超导Sycamore处理器，宣称实现了“量子霸权”。

■ IBM公司：也致力于超导量子计算，宣布搞定了50量子位的计算机，并在2020年9月发布了65量子比特的Hummingbird处理器，并计划在2021~2023年分别推出127、433、1121量子比特的处理器‘’

■ 英特尔公司：重点研发基于硅自旋量子比特的商用量子计算机，在2018年初交付了49量子位的超导测试芯片，被视为里程碑；在2019年12月公布首款低温控制芯片Horse Ridge，能够控制多种量子比特（超导量子比特和自旋量子比特）。

■ IonQ公司：重点探索囚禁离子量子计算，是这个路径的领军者。2020年10月公布了32量子比特的量子计算机系统。

2019 年8 月，我国浙江大学Chao Song 等人成功研制含有20 个量子比特的超导量子芯片，并通过该量子芯片成功实现了全局纠缠。

我国量子计算的行业龙头合肥本源量子，技术力量源于中国科技大学，在2017年10月上线“本源量子计算云平台”，采用超导量子芯片；并于2020年9月推出超导量子计算机——本源悟源，搭载了6比特超导量子处理器夸父KF C6-130。

咱们能不能弯道超车？

在传统计算机芯片研究生产领域，咱们产业基础薄，起步又晚，所以一直在瞄准国际先进水平在追赶，但是人家凭着发力早，早早占据了绝大多数的专利技术，对我国形成技术封锁。但是传统芯片目前发展速度趋缓，已经基本快到顶了。

现在的量子计算芯片却是一条新赛道，在这条赛道上，国际先进水平并没有落下我们多少，有的甚至我们在领跑。所以郭国平中肯地讲“我们现在是换道超车”，“不过别人也很精明，我们能想到的别人也早想到了”，“传统芯片有30年的差距我们都没放弃，如今量子芯片只有3年的差距更应该咬得住”。

谈超车尚早，但是咱们有“换道超车”的可能。这是因为量子计算芯片的研制不依赖于最先进的传统芯片生产线，在国内已经成熟的生产线上就可以完成。由于量子计算是新玩法，虽然有美国等公司仍然在专利技术领域跑马圈地，但是咱们也在努力地扩大地盘，鹿死谁手还不一定呢。比如量子本源就把未来的六大研发方向，分别是量子计算机、量子芯片 、量子测控、量子软件、量子云、量子人工智能。

如今他们在“悟空芯”生产线上已经导入24台有关工艺设备，孵化了3套自研专用设备，生产出1500多个批次流片试制的产品。但是郭国平却说：功成不必在我，也许他这辈子都看不到真正的量子计算机的诞生，但是在下一次技术变革来临的时候，中国人不要再被“卡脖子”，等后人研发出来后，别忘了给他“烧”上一台。

硬核科普——量子芯片

量子芯片是量子计算机的核心部件。目前有三种量子芯片被广泛研究，分别是：超导、半导体和离子阱量子芯片。三种芯片各有优劣：

■ 超导量子芯片：电路设计难度随着比特数增多而增大。

■ 导体量子芯片：计算性能不如另两种，但完全基于传统半导体工艺，只要科学家能在实验室里实现样品芯片，其大规模工业生产理论上不存在问题。

■ 离子阱量子芯片：计算性能优异，但体积庞大。

超导量子芯片：可以利用微纳加工工艺，超导约瑟夫森结是其核心元件。中间的绝缘层厚度一般小于10纳米，这样两块超导体内的Cooper 电子对通过隧穿效应穿过绝缘层可以到达另一边。器件的外界电磁偏置使两块超导体的波函数的相位差产生联系，使得电子具有相当高的横跃此薄层量子力学的振幅。这种量子隧穿效应可以用来制作量子器件。

约瑟夫森结

半导体量子芯片：就是能够进行逻辑运算和处理量子信息过程的量子处理器，基于门控量子点操纵单电子自旋，是研制量子计算机的核心器件，类比于经典计算机全电控的半导体中央处理器（CPU）。差别在于传统计算机使用二进制的经典比特（用晶体管高低电平表示0和1），而量子计算机采用量子比特（每个数据位用微观量子态表示，除了可以处于0、1状态之外，还能同时处于1和0两种状态 叠加态）。制备时首先通过分子束外延生长含有二维电子的基片材料；然后，通过高分辨电子束刻蚀、光学刻蚀等制备量子点结构的图形；最后，通过电子束蒸发金属镀膜，再利用金属剥离技术，获得半导体量子点芯片器件。

离子阱量子比特之间的相互作用力为库仑力。在该类型芯片中，用离子的内态能级编码量子位，而用晶态离子的集体振动声子态编码运动量子比特位。用于产生量子比特的原子就在芯片的中心位置，被激发并被电磁场和库仑相互作用所束缚。在高真空中使用电磁场捕获离子化的原子可形成电离后原子的势阱。

不同构型的离子阱结构图

结语

期待我国未来能在量子计算的诸多领域能够换道超车成功，不再被国外卡脖子，没准反过来我们也能卡卡某些不友好国家的脖子。

参考资料，特此致谢！

1、《中美量子计算研发现状对比分析及启示》

2、《量子计算辟蹊径 科教报国会有时 ——专访本源量子创始人郭国平》

3、《量子芯片的研究现状与应用》

40年，安徽芯片崛起之路

芯东西（公众号：aichip001）作者 | 高歌编辑 | Panken

芯东西4月25日报道，近日，长三角周边疫情对当地半导体企业的生产供应以及运输造成了较大影响，除了对“中国半导体第一城”上海，其周边安徽省也遭到了一定的冲击。为此，安徽省合肥市成立了工作专班，通过增开“大阪-仁川-合肥”联程货运航班等方式，保障晶合集成等合肥地区半导体企业的原材料供应。

近年来，安徽省半导体产业发展迅速，其集成电路产业的布局中心合肥被国家发改委列为集成电路五大战略性新兴产业集群之一。

今年2月，安徽省发布《安徽省“十四五”科技创新规划》，该规划将集成电路产业列为发展重点，并提出要在芯片设计、芯片制造、先进封装等领域展开突破。

▲《安徽省“十四五”科技创新规划》中提出的集成电路重大专项

如今，安徽省集成电路企业已形成完整的产业链条，全国第三大晶圆代工厂晶合集成、DRAM龙头长鑫存储、光刻设备龙头芯碁微装、车规级MCU厂商杰发科技和封测龙头通富微电等一批国产龙头汇聚在安徽省。

20年间，安徽省集成电路从一开始的寥寥数家芯片设计公司，已成长为全国集成电路的重要集群之一，其产业布局的核心合肥更是汇聚了超过300家集成电路企业。安徽全省电子信息制造业其规模计划在“十四五”（2021年-2025年）期间超过7000亿元，并要培育12家以上能够年营收超百亿元的龙头企业。

伴随着安徽省集成电路产业的快速发展，安徽合肥投资京东方、长鑫存储等几次“豪赌”总是让人印象深刻，并归功于此。实际上安徽从家电到面板再到集成电路，从芯片设计到封测再到制造，走的是一条有迹可循、升级补足产业之路。本文将贯穿安徽集成电路20余年的发展历程，起底“合肥模式”下的这条产业升级之路。

一、两大研究所打下基础，21家软件企业成安徽芯片设计火苗

说起安徽微电子，先要从中国电子科技集团公司第四十三研究所（简称43所）和中国电子科技集团第三十八研究所（简称38所）说起。

43所创建于1968年，于1982年整体搬迁至安徽合肥。43所是我国最早从事微电子技术研究的国家一类研究所，也是我国唯一专注于混合微电子的专业研究所；38所则创建于1965年，于1988年底整体迁移至安徽合肥，是国内军事雷达电子的主要供应商。其拥有国家级集成电路设计中心、安徽省汽车电子工程研究中心等研发平台。

两家国家级微电子研究所的搬迁，为安徽合肥微电子研究打下了最初的基石。

2001年，国务院“十五”计划纲要发布，重点提到了软件产业和集成电路产业的发展。安徽省也紧随其后，于4月发布了《安徽省人民政府关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策规定的通知》，强调集成电路设计企业视同软件企业，适用建设产业园区、相关税收优惠和人才激励等政策。同样，经过认定的新建芯片生产项目可以获得相关税收补贴，引进技术和设备也有关税等优惠。

2001年11月，“合肥集成电路设计园”在合肥高新区正式建立。该园区主要依托中科大、合工大、电子工程学院、38所、214所、英图公司等单位，为集成电路设计企业和研究设计人员提供支持。

次年9月，信息产业部发布软件企业认定公告，安徽共有21家企业符合《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》《软件产品管理办法》有关规定。这21家企业中，就有英图微电子、合工大先行微电子等安徽省最早的集成电路设计企业。

▲信息产业部软件企业认定公告

二、四大产业带来300亿芯片市场，可支撑4座8吋晶圆厂

需注意的是，安徽的集成电路产业并非孤立地由政策驱动，而是和安徽省家电产业、汽车电子、新能源等产业共同发展。

上世纪80年代初，合肥通过引进阿里斯顿冰箱生产线和三洋洗衣机开启家电产业。2000年后，由于江浙一带的土地、人工成本渐高，政策向工业倾斜的合肥吸引了惠而浦、海尔、美的、格力和TCL等家电巨头，成为了全国的家电生产基地。

尽管合肥的空调、洗衣机、冰箱等家电产业属于全国顶尖，但其电视产业发展较慢。当时一台电视2/3的成本都是液晶面板，而合肥却缺乏配套的液晶面板产业，拖累了其电视产业发展。

2008年，时任合肥市委书记的孙金龙邀请京东方在合肥建设面板，以175亿元投资京东方的第6代TFT-LCD液晶面板产线，并直接投资60亿元现金。相比之下，2008年合肥的财政收入仅为300亿元，因此这次占财政收入1/5的投资也被视为合肥的“豪赌”。

▲前合肥市委书记孙金龙

最终，合肥市政府对京东方的投资不仅大赚特赚，京东方更是带动了合肥当地的上下游企业发展。这不仅为合肥带来了半导体生产的需求和基础，也成为了合肥投资招商的经典案例。

2014年，合肥在家电、显示面板、汽车和装备、光伏产业等领域都取得了很大的成绩。据悉，合肥已成为全国最大的家电制造基地，还拥有京东方6代线、8.5代线、友达液晶模组生产线、联想2500万台笔记本电脑产线、规模全国前列的特种作业车辆产线，以及阳光电源、晶澳、海润、通威等新能源企业。

据合肥市发改委2013年的统计数据，合肥家用电器、面板显示、汽车电子和绿色能源等市场每年对芯片需求在数十亿片，超过300亿人民币，理论上可支撑3-4座8英寸晶圆厂，或1-2座12英寸晶圆厂发展。

▲2013年合肥市集成电路市场需求（数据来源：合肥市发展改革委员会）

不过，时任合肥市发展改革委员会副主任的朱胜利认为，合肥的集成电路产业具有产业规模较小、产业上下游脱节、领军人才缺乏的劣势。

2012年，纳入合肥市发改委统计的集成电路企业不到30家，产业链产值约20亿，从业人员1万多人，其他多为封测、配套企业，缺少晶圆制造环节，在国家重大专项、国家重点实验室建设上缺乏载体。

具体来说，合肥在集成电路设计环节上有联发科技、Marvell、38所和43所集成电路设计中心、东芯通讯、龙讯半导体、菲特科技、科盛微电子、工大先行微电子等公司；封装测试环节有泰瑞达、捷敏三菱、国晶微电子、合晶电子、43所封装厂等；芯片上下游供应链企业则有芯硕半导体、铜陵有色、法液空、京通电子、无限数字等。

在朱胜利看来，尽管合肥集成电路企业布局包括设计、封装、上游材料等，但集成电路设计企业和整机企业缺乏联动；封装业以代工为主，没有和合肥当地的市场结合，且缺乏领军人才，尤其缺乏具有市场经验和设计经验的复合型人才。

三、高校、投资、政策共同发力，2年成立3大半导体龙头

在巨大的芯片需求下，合肥市乃至安徽省开始补足自己的集成电路产业短板。

针对人才短缺，合肥工业大学和中国科学技术大学先后成立微电子学院，加快安徽省集成电路人才的培养。

2012年，合肥工业大学筹备建设示范性微电子学院，这也是安徽省首个微电子学院，与美国EDA企业楷登电子（Cadence）、中国台湾SoC厂商联发科等签订了项目合作和人才培养协议。2015年，同样位于合肥的中国科学技术大学正正式成立国家示范性微电子学院。

而自2014年开始，安徽省与合肥市相关部门多次发布集成电路产业扶持政策，内容包括人才培养、企业发展、技术创新等多个方向。

▲安徽省集成电路产业扶持政策（图片来源：华安证券研究所）

针对产业链短板，合肥高新科技创业投资有限公司2012年成立，由安徽省政府出资进行天使投资，推动高科技企业发展。2013年，合肥市成立了合肥市半导体产业发展有限公司，主要从事半导体产业招商引资及企业服务，形成了一整套完整的产业投资发展模式。

这种模式下，2015年-2016年，合肥连续推动成立3个重要半导体企业，覆盖晶圆制造、存储与半导体设备等国产半导体被“卡脖子”的领域。

在晶圆制造方面，2015年5月，合肥市建设投资控股（集团）有限公司与台湾力晶科技股份有限公司合资设立晶合集成。这是安徽省首家12英寸代工企业，计划总投资超千亿元，规划分三期建设，设计总产能32万片/月。

如今，晶合集成的N1厂已经投产，截至2021年底，已达10万片/月规模，营收突破50亿元，是国内第三大晶圆代工厂。

▲2020年中国大陆企业控股的纯净原代工企业排名（数据来源：晶合集成招股书）

晶合集成的N2厂已在2020年8月开工，预计在2021年四季度完成无尘室建设和生产机台入驻，进入量产阶段。晶合集成称，N2厂以55nm和90nm制程工艺为主，产品包括驱动IC、CIS、MCU、PMIC等，预计2024年月产能可达4万片满产规模，届时晶合集成总产能将达8.5万片/月。

半导体制造设备方面，2015年6月，芯碁微装成立，主要从事以微纳直写光刻为技术核心的直接成像设备及直写光刻设备的研发和生产。主要产品及服务包括PCB直接成像设备及自动线系统、泛半导体直写光刻设备及自动线系统、其他激光直接成像设备。

2016年，合肥市再次进行“豪赌”，合肥产投联合中国NOR Flash芯片龙头兆易创新联合设立长鑫存储。2017年7月长鑫存储一期投产，是中国第一家量产的DRAM芯片设计制造一体化企业。投产后，兆易创新创始人朱一明卸任兆易创新CEO，接任长鑫存储董事长兼CEO。

▲长鑫存储的董事长兼CEO朱一明

除了合肥，安徽省的芜湖、蚌埠、铜陵、池州等市也在加速建设集成电路、半导体产业。

2020年9月，芜湖市半导体行业协会成立，其会员单位包括第三代半导体厂商启迪半导体、西安电子科技大学芜湖研究院、芜湖英奇电子科技股份有限公司、芜湖芯联成软件有限公司等公司。

随着产业链的逐渐补足，合肥市集成电路企业已超过300家，安徽省构建了从设计、制造、封装和测试，到材料、装备、创新研发平台和人才培养等较完整产业链条。

据国家统计局最新数据，2021年1-11月，安徽省规模以上工业企业集成电路产量同比增长54.1%，达126073.7万块，增速较2020年同期高138.9个百分点。

今年2月，安徽省人民政府办公厅发布《安徽省“十四五”科技创新规划》，设立集成电路重大专项，着重发展自主可控高端芯片设计技术、芯片制造技术、先进封装技术、集成电路材料与装备、新一代半导体技术、先进存储技术、MEMS技术、EDA技术。《安徽芯片重大专项公布！聚焦8大核心技术，量子计算高频出场》

结论：合理政策与投资支持，铸造今日“IC之城”

安徽以及其产业布局中心合肥近几年发展迅速，在家电、显示、集成电路、新能源等方面都有着很强的实力。其对京东方、长鑫存储、蔚来汽车等企业的重大投资更是由于金额巨大，被形容为“赌城”，好像安徽与合肥集成电路产业的成功不过是运气而已。

但实际上，安徽省与合肥市从政策、投资和人才等多方入手，形成了一整套帮助企业发展的过程。在安徽集成电路产业快速发展的背后，有着家电、显示、汽车、新能源等产业的市场支撑，形成了上下游供应链的协同。如今，安徽省的集成电路产业已经形成了从上游材料到下游封测的完整供应链，晶合集成、长鑫存储、芯碁微装等行业龙头的接连出现，也证明了安徽与合肥这一产业发展模式的可行。

参考信源：《合肥市集成电路产业发展研究报告》朱胜利、《新世纪“芯”希望--安徽省芯片产业发展思路浅谈》钱春华、《“合肥模式”的另一面：它的成功，你无法复制》ibankclub、《进击的安徽新兴产业之半导体 》华安证券尹沿技

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