芯片：让方寸曙光照亮中国工业

来源:科技日报

视觉中国

2018年，集成电路再次被写入政府工作报告，位列实体经济发展第一位。

作为影响社会、经济和国防安全保障与综合竞争力的战略性产业，怎么强调集成电路的重要性都不显过分，因为它是信息时代的核心基石，是一个国家的“工业粮草”，离开它的“喂养”，世界甚至无法运转。

通过周密的顶层设计和几代人的艰苦努力，中国集成电路技术长期受制于人的被动局面正在改观，产业链培育和布局基本完成，相关成果陆续显现。预计10年内，中国集成电路从技术到产业都将迈上新的高度，进入全球第一梯队。

凭周密部署打破芯片瓶颈

芯片通常被人们当做集成电路的代名词，在只有指甲盖大小的芯片上集成少到几千万多到几十亿个元器件，就如同在针尖上起舞。但是，没有它的支撑，信息社会就失去了根基。为使芯片不成为我国整体信息化发展的瓶颈，我国相关支持政策密集出台，技术攻关与产业突围并举，解决了集成电路“从无到有”的问题，与国际先进水平的差距开始缩小。

2008年，我国将“核高基”（核心电子器件、高端通用芯片、基础软件产品）和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”分别列入国家科技重大专项并开始实施。200多家企事业单位、2万多名科技工作者参与技术攻关，9年来已研发成功并进入海内外市场30多种高端装备和上百种关键材料产品。

国家科技重大专项技术总师、中国科学院微电子研究所所长叶甜春对科技日报记者说：“这是我国20年来第一次组织这样的技术攻关，使我国集成电路高端装备和材料从无到有，拉起了一个良性发展的产业链，形成了自主知识产权体系，国内企业在国际竞争中的实力和地位发生了很大变化。”

2014年，针对集成电路产业链中最薄弱的制造环节，我国开始调动产业投入，成立了国家集成电路产业基金（大基金），吸引了大量国内外资本，二期投入正在酝酿中。十三届全国人大代表、贵州华芯通半导体技术有限公司董事长欧阳武说：“作为国家深化科技创新改革，探索国家战略与市场机制相结合，提升集成电路上下游产业链竞争力的有益尝试，‘大基金’对我国的集成电路全产业链发展的积极推动作用不可估量。”

借国际合作弥补高端缺位

基于巨大的市场规模，全球芯片产业正加速向中国集中，国产芯片技术在自主研发和出海的双支撑下，已成长为新的市场风口，但依然缺乏高端产品，这种局面在最近一段时间开始改观。

2月22日，紫光展锐与英特尔宣布达成5G全球战略合作，联合开发搭载英特尔5G调制解调器的全新5G智能手机平台，并计划于2019年推向市场。调制解调器是通信环节非常重要的一环，不少芯片设计厂家就卡在此处而无法在第一时间推出5G产品。该合作计划公布后因为指向全球高端芯片市场和5G引起广泛关注。

紫光集团收购展讯通信、锐迪科，并将两者整合为紫光展锐的每一步都掀起不小的市场波澜，合并后的紫光展锐在手机芯片市场份额已稳居世界前三，80%的芯片产品销往海外市场，拥有亚洲第一的射频前端产品以及中国最大的物联网芯片市占率。但由于种种原因，产品主要集中在中低端。

紫光展锐市场高级副总裁吴慧雄说：“高端、全球市场、长期合作是我们同英特尔合作的几个关健词。在走向高端的路上，我们找到了非常好的搭档。”

2014年，英特尔宣布完成向紫光展锐投资90亿元，取得20%的股权。

紫光集团全球副总裁、紫光展锐首席运营官王靖明在接受科技日报记者采访时强调：“国际合作是途径，我们的落脚点是自主创新，掌握拥有自主知识产权的核心技术。这种战略关系的关键是互信互惠互利。”

当5G成为新一轮全球竞争的产业焦点，当全球物联网技术和应用进入创新活跃期，它所带来的千亿连接将创造一个极具想象力的新市场，新一代的巨无霸企业或许就在技术研发和行业应用已走在世界前列的紫光展锐等中国企业中产生。

用创新思维攀上更高台阶

尽管我国芯片产业日益强大，但由于过去几十年投入不足，欠账太多，无论是产业基础、产业结构、产业规模还是创新能力和水平与发达国家相比差距仍旧很大，尚需努力才能再上台阶。

叶甜春说：“我们的技术空白点还很多，我们的骨干企业规模和利润都远远不及竞争对手，国家应该投入更多资源去支持研发和创新，只有持续投入二三十年，我国集成电路产业才能真正站稳脚跟。绝不能因为最近几年发展速度快、技术进步大而掉以轻心，必须清醒地看到马上就会到来的艰苦爬坡，在这个逆水行舟的阶段，国家支持一旦出现间歇性停顿，就会前功尽弃。”

“当我们在追赶时，有非常多的路径可以借鉴，越接近前者，可借鉴的东西就越少。”叶甜春说，“全球产业正在整合，产业模式在变，中国集成电路如果不能攀上一个大的台阶，不迅速调整战略，差距将被进一步拉开，只有靠创新的研发、创新的思维，才能找到正确路径，避免掉入陷阱。”

叶甜春说：“过去二三十年，电子产品规格主要由日本与欧美厂商定义，现在，中国庞大的市场需求使很多新产品必须针对中国市场定义，这是中国市场引领全球市场的开始，也是中国集成电路产业重塑市场格局的机会。如果说所有的技术创新都是靠应用在驱动，商业模式的创新便不可缺失。一个相互驱动的生态体系，面向不同行业应用产品的设计、制造的一体化垂直整合模式还待建立。”

叶甜春强调，集成电路产业是一个高技术密集、涉及学科众多、高度全球化的领域，没有一个国家敢说绝对领先，而是各有所长。我国集成电路产业此时已不是简单地追赶领跑，自主创新和国际合作都不可偏废。“如果高铁的所有零部件供应全部由中资公司能提供才开始建设，也许到现在都建不成一公里。这么大的系统工程，每颗螺丝钉都由自己造既不经济，也不现实。”(记者 刘 艳)

汽车芯片告急、手机芯片极缺……世界正在闹“芯”荒

近期，关于芯片短缺的消息一个接一个。 汽车芯片告急、手机芯片极缺......几乎所有用到芯片的行业都受到了冲击，多家知名厂商因芯片供应不足被迫停工或减产，几乎全世界都在闹“芯”荒。

芯片短缺 “蝴蝶效应”不断蔓延

3月25日，福特汽车宣布，由于芯片短缺，俄亥俄州一家商用车工厂停产，并削减了肯塔基一家卡车工厂的产量。公司预计，芯片短缺或使今年的利润减少25亿美元。

而就在一天前，另一家汽车巨头通用汽车将北美的减产计划延长，原因同样是由于芯片短缺。

通用汽车首席执行官 巴拉： 这是整个行业的问题，我们每天都在和一个跨部门团队研究如何把影响降到最低。

通用汽车发言人表示，停工减产可能使公司今年的利润减少约20亿美元。

自2020年下半年以来，全球掀起了一股汽车供应链的“芯片荒”，且愈演愈烈。

而芯片短缺的“蝴蝶效应”还在不断蔓延。除了汽车业，手机、游戏机、安防摄像头等行业同样陷入了“缺芯”困局。苹果公司表示，部分新款高端iPhone的销售受到零部件短缺的限制。

芯片是绝大多数电子设备的核心组成部分，被誉为“工业粮食”。它不仅在智能手机、电视机、计算机、汽车等电子设备方面被广泛应用，在军事、通信、遥控等方面也不可或缺，对5G、人工智能、物联网、自动驾驶等都是必不可少的基础。

贸易政策分析师 西尔维亚·陈： 我们今天看到的芯片短缺有很多原因，新冠疫情是一个重要因素，疫情改变了消费者的行为。我们购买新的个人电脑、新手机、新平板电脑、游戏机等，这样我们能在封锁令时在家办公娱乐。

因为新冠疫情，汽车销量下滑，汽车业高层取消了汽车芯片订单。但是，随后意外的销售反弹让车厂以及芯片商措手不及。

可以说新冠疫情是导致芯片短缺的直接原因，而芯片的制造工艺日趋复杂，且高度依赖全球供应链，则是造成芯片短缺困境的深层原因。

指甲盖大小的芯片是智能手机或电脑的“大脑”，上面有数不清的晶体管。

1947年，物理学家肖克利与人共同发明晶体管，被媒体和科学界称为“20世纪最重要的发明”。

电子工程师 霍夫： 晶体管的发明是一个重大进步，它使电子设备更省电、体积更小。

数千万的晶体管集成在一张芯片上，晶体管越多，芯片的性能就越强大。

事实上，在晶体管被发明出来后，研究人员在不断给它瘦身，如今已缩小到了纳米级别，为的就是能在一张芯片上集成尽可能多的晶体管。

硅是芯片最重要的基础材料，是地球上第二丰富的资源，但更多以二氧化硅，也就是沙子的形态储存在地球上。制造芯片，首先要从二氧化硅提炼出高纯度的硅晶体，制成硅锭，再切割成薄脆的圆盘形状，抛光后形成晶圆，相当于芯片的“地基”。

而接下来在晶圆片上进行光刻，被视为芯片制造的最关键步骤之一。

艾司摩尔公司副总裁 丹尼·布朗： 半导体光刻技术是终极点金术，是它把沙子变成了金子。

以紫外光作为“画笔”，光刻机把预先设计好的芯片电子线路书写到硅晶圆旋涂的光刻胶上，精度可以达到头发丝的千分之一。

可以说，光刻工艺直接决定了芯片中晶体管的尺寸和性能。

而半导体行业的发展，又遵循着一个黄金定律：摩尔定律。

该定律预测，随着技术进步，每隔18至24个月，芯片上能置入的晶体管数量就会翻一倍。芯片制程随之缩小，性能也会随之飞跃。

这就要求光刻机也必须随着摩尔定律，在芯片更新前，率先完成革新。如今，全球80%的光刻机都出自一家叫做阿斯麦的荷兰公司。

近年来，芯片业还盛传着一种“摩尔第二定律”，那就是芯片工厂的成本每四年翻一番，正因此，能够制造高端芯片的晶圆厂越来越少。

△领先的芯片公司数量（数据来源：麦肯锡 《经济学家》杂志）

芯片生产周期也比较长，平均周期达26周时间，要经过数千道工序。

可以说，半导体产业链是全球化程度最高的产业链，必须以合作的方式才能完成。供应链一旦受损，整个行业都会受影响。

2020年10月，意法半导体位于欧洲的几个工厂发起大罢工。今年3月19日，汽车行业最大的芯片供应商日本瑞萨电子的工厂发生火灾，令原本紧绷的供应链再遭重创。

2020年下半年以来，中国大陆最大的芯片代工厂中芯国际被美国持续制裁，则更进一步加剧了全球芯片的产能紧张。

面临困境 “芯片大战”一触即发

早在1989年，作家沃肖夫斯基就在《芯片大战：明日世界之争》一书中指出，这个世界的经济主导地位将属于能够制造更便宜、更快、更好芯片的国家。

32年后，当全球遭遇“缺芯”困境时，芯片的重要性再次凸显了出来。危机之中，一场由芯片短缺引发的“芯片大战”也正在开启。

3月24日，英特尔宣布将投资200亿美元在美国亚利桑那州新建两个芯片制造厂。

多年来，有“牙膏厂”之称的英特尔凭借垄断地位，一直不愿意迅速提高产品性能。

如今，在这场“芯片大战”中，不得不加快更新速度。

而英特尔的主要对手AMD不仅仅在CPU性能上不断超越，还是苹果电脑显卡以及索尼PS5游戏机芯片的主要供应商。

2020年6月23日，世界最大的芯片采购商苹果公司宣布，Mac产品将不再使用英特尔芯片。

苹果公司首席执行官 库克： 在苹果，硬件和软件的集成是我们一切工作的基础，而芯片则是硬件的核心。

苹果公司CEO库克表示，作出这一重大调整的目的只有一个，这样能做出更好的产品。

这不由得使人想起当年乔布斯为了追求更好的性能，放弃IBM和摩托罗拉芯片，转而和英特尔合作的场景。

三星也制定了一份总支出约为1160亿美元的十年规划，并考虑扩大其在得克萨斯州的半导体制造业务。

在美国政策分析家玛格伦看来，今天的芯片大战，更是一场国家层面类似“太空竞赛”的“豪赌”。

2月18日，美国商会、美国半导体工业协会和美国汽车制造创新联盟等机构联名致信美国政府，敦促政府以投资税减免等举措推动在美国兴建更多半导体生产厂。

《经济学家》科技记者 克罗斯： 美国一直处于科技领先地位，并将其视为一项重要的国家安全资产。美国军队实际上是硅谷芯片最早最大的买家之一，即使是当下， 和其它领域一样，军队也正迅速数字化，而半导体对此至关重要。

美国总统拜登表示将寻求立法拨款370亿美元，以加强美国芯片制造业的发展。

2月24日，他还签署了一项行政令，要求对半导体芯片在内的四种关键产品的供应链进行快速审查。

近年来，美国不断发起对华科技战，将半导体供应链“武器化”，切断对一些中国公司的芯片供应，其目的就是遏制中国半导体业的发展。

《经济学家》科技记者 克罗斯： 美国将半导体视为一种战略物资，所以很担心中国建立国内产业。

2020年底，以德国、法国、荷兰等为首的欧洲17个国家发表《欧洲半导体联合声明》，计划将在未来两三年内投入1450亿欧元，建立一条不含美国科技的半导体产业链，希望摆脱对美国和亚洲芯片的依赖。

小小一块芯片，从来都不简单。它是工业的核心、产业的基础，有人甚至将其称为“数字时代的石油”。

在未来世界，想要赢得这场“芯”球大战，建立自主的标准体系和强大的生态，具有重大的战略意义。

来源：央视新闻客户端

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