數(shù)字化時代，芯片是世界經(jīng)濟發(fā)展的主角，卻也是中國信息產(chǎn)業(yè)的短板。21世紀開端以來，“方舟”“龍芯”的相繼問世，拉開了中國對計算機CPU芯片自主研發(fā)的序幕。然而，研發(fā)中國“芯”的艱辛，遠超先行者們滿腔熱血的預(yù)想。
據(jù)統(tǒng)計，2019年，中國芯片進口總額超過3000億美元，已成為中國最大的外匯支出。從“301調(diào)查”到關(guān)稅清單，再到禁售芯片，作為世界上領(lǐng)先的芯片設(shè)計及生產(chǎn)國的美國不僅依靠小小的處理芯片賺取了產(chǎn)業(yè)鏈頂端的大量利潤，并可以通過對芯片供應(yīng)量的控制實現(xiàn)對別國的技術(shù)封鎖和鉗制。這也從側(cè)面反映出掌握芯片的研發(fā)與制造核心技術(shù)舉足輕重的地位。
技術(shù)進步是顛覆式的，每落下一步，很快便被甩開一大截。芯片之難，在于投資大、周期長、風險高。芯片和基礎(chǔ)軟件涵蓋科學研究、技術(shù)研發(fā)、工藝流程、應(yīng)用推廣和人才培養(yǎng)等方方面面。那么，中國芯片產(chǎn)業(yè)如何趕超領(lǐng)先者，從而擺脫缺“芯”的困境？臺積電的“異軍突起”或許對我們有所啟發(fā)：創(chuàng)造出垂直分工的全新商業(yè)模式，讓全球垂直分工的集成電路企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，進而加速推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)今日的繁榮。
有專家預(yù)言，未來芯片產(chǎn)業(yè)的分工將越來越細，芯片生產(chǎn)的效率也越來越高。今后對芯片產(chǎn)業(yè)影響最大的五個方面是：中國芯片產(chǎn)業(yè)的崛起、3D封裝技術(shù)、EUV（極紫外）光刻機、人工智能機器學習、新材料。這五個方面對芯片產(chǎn)業(yè)的影響足以再次改變芯片產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)，甚至是整個人類的生產(chǎn)和生活方式。
中國“芯”，是一場博弈，更是一場突圍。國產(chǎn)芯片走向自主可控，注定是一條布滿荊棘的榮光之路。
2020年1月，中芯國際首條14nm生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，但與臺積電半導(dǎo)體技術(shù)仍有兩代差距
艱辛之路
一位業(yè)內(nèi)人士曾對我國芯片產(chǎn)業(yè)做出如下形容：“就像只有知道1+1=2，才能推算出1+2=3一樣，在X86和ARM的生態(tài)中，除非顛覆Windows和Linux兩大世界級操作系統(tǒng)，否則任何人都無法在這兩套生態(tài)內(nèi)，打破英特爾和ARM的壟斷。”
自主研發(fā)受挫、并購受阻、嚴重依賴進口，中國芯片產(chǎn)業(yè)技術(shù)薄弱仍然是一個不爭的事實。在一塊小小的芯片中創(chuàng)造出一方新天地，不論是產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片設(shè)計、中游的芯片制造，還是下游的芯片封測來說，每一步都是新挑戰(zhàn)。在芯片設(shè)計環(huán)節(jié)，全球做EDA（電子設(shè)計自動化）的廠商有六七十家。而Synopsys、Cadence及Mentor三家公司，便壟斷國內(nèi)95%、全球65%的市場份額。
芯片設(shè)計公司寄人籬下，芯片制造公司也并不好過。集邦咨詢的數(shù)據(jù)顯示，中國1380家芯片設(shè)計企業(yè)中，80%以上企業(yè)年營收少于1億元。雖然這類企業(yè)的整體營收增速達到13.4%，但因為中國晶圓廠的代工產(chǎn)能無法滿足芯片設(shè)計高漲的需求，導(dǎo)致缺口一直在擴大。
這也正是大部分中國芯片企業(yè)的困境。因為未知領(lǐng)域太多，所以從芯片設(shè)計到芯片應(yīng)用，能夠形成一定自主權(quán)的，也只有華為海思、展訊、匯頂科技等寥寥幾家。嚴格來說，華為海思只是一家負責芯片設(shè)計的公司。其CPU架構(gòu)授權(quán)自ARM公司，當完成芯片設(shè)計的工序后，仍要交付給晶圓代工企業(yè)進行制造。在國際知名分析機構(gòu)IC Insights 5月份發(fā)布的報告中指出，雖然華為海思沖進了全球前10，但也只是第10；在芯片代工上，由于受制于光刻機，只能在14nm做文章，而臺積電和三星已向5nm進發(fā)。
時至今日，有不少人仍在反思，為何國產(chǎn)芯至今沒有取得真正突破？中國科學院微電子研究所所長葉甜春對此解釋：“集成電路整個技術(shù)從設(shè)計到制造，到目前為止是人類歷史上最精密的設(shè)計和制造加工技術(shù)。如果將科學攻關(guān)比喻為攀高峰，那么集成電路就是喜馬拉雅山，核心芯片是珠穆朗瑪峰，翻越這里需要全世界最高端的技術(shù)，難度就在這里。”
時間從未如此緊迫，國產(chǎn)芯片正面臨一場生死時速。唯一值得慶幸的是，我們已經(jīng)在追趕的路上。
翻越人才和技術(shù)兩座高山
“人才稀缺是最大的短板，材料和設(shè)備是最薄弱的一環(huán)。”青島大學芯片設(shè)計與應(yīng)用研究所所長吳國盛認為，這是我國目前集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。
事實上，芯片的人才之爭一直暗潮涌動。據(jù)《中國集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書（2018-2019）》預(yù)測，2021年人才短缺26.1萬人。到2021年前后，我國集成電路行業(yè)人才需求規(guī)模約為72.2萬人左右，而2018年底人才存量僅46.1萬人。這意味著，單純依托高校并不能夠滿足人才的供給要求。
專業(yè)人才的高流失率也是業(yè)內(nèi)普遍存在的問題。數(shù)字顯示，2018年度行業(yè)主動離職率為14.3%，其中設(shè)計業(yè)為9.8%，封測業(yè)為16.1%，制造業(yè)為17.1%。在他看來，這種“有經(jīng)驗的人離職率偏高”已成為我國集成電路產(chǎn)業(yè)人才最大的隱憂。“跳槽頻繁不利于技術(shù)的沉淀，集成電路產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)周期長，很多人還沒入門就開始跳槽了。”吳國盛向記者感慨道。
分析人才稀缺的原因，吳國盛認為主要有以下三個方面：一是教育體系中集成電路專業(yè)的人才培養(yǎng)方案需要提升。很多高校的課程體系還在沿用十年前甚至更老的教學方案，在使用已經(jīng)停產(chǎn)的芯片進行教學。芯片產(chǎn)業(yè)是持續(xù)攻關(guān)的產(chǎn)業(yè)，高校應(yīng)在傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式中融入新技術(shù)和新理念，積極推進產(chǎn)學研相結(jié)合的模式，培養(yǎng)出能夠適應(yīng)市場變化的人才。青島大學通過引進芯恩張汝京博士（CIDM芯片制造）和若貝吳國盛（集成電路設(shè)計與EDA），在產(chǎn)學研一體化和全鏈條集成電路產(chǎn)業(yè)整合上邁出了一大步。二是由于科技評級制度強調(diào)數(shù)字化考評，導(dǎo)致部分科研人員“只見樹木，不見森林”。因此，推出行之有效的試錯機制和獎勵激勵政策迫在眉睫。三是職業(yè)前景受限，集成電路行業(yè)人才訓練成長周期較長，技術(shù)類人員未來的職業(yè)發(fā)展受到一定制約，對于優(yōu)秀人才的吸引力逐漸減弱。一大部分集成電路專業(yè)人才轉(zhuǎn)行投身于互聯(lián)網(wǎng)、計算機軟件、IT服務(wù)、通信和房地產(chǎn)等高薪行業(yè)。
芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，另一個重要原因是行業(yè)的技術(shù)積累有差別。對半導(dǎo)體產(chǎn)品制造企業(yè)來說，制程工藝的節(jié)點代數(shù)代表了企業(yè)晶圓技術(shù)的研發(fā)實力。目前，業(yè)內(nèi)可以量產(chǎn)的最高制程工藝是臺積電的5nm制程工藝，中芯國際量產(chǎn)制程芯片工藝是14nm；在16nm及更高制程工藝上，臺積電有12nm、10nm、7nm制程工藝，而中芯國際16nm以上制程工藝僅有14nm。作為國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)最先進的集成電路晶圓代工技術(shù)水平的中芯國際，與業(yè)內(nèi)最高技術(shù)水平相比，其制程工藝上至少還存在兩代的技術(shù)差距。
這種差距還體現(xiàn)在晶圓產(chǎn)能和良率上。據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)，2019年中芯國際平均每月出貨量為20.5萬片，而臺積電平均月產(chǎn)量為108.3萬片。從月均出貨量數(shù)據(jù)對比上來看，臺積電的產(chǎn)量將近中芯國際的5倍。而在中芯國際早就成熟的28nm制程工藝上，良率突破也遇到了很多困難。“芯片技術(shù)固然是難點，但更難的是對市場需求的理解，這是一個需要不斷探索、不斷試錯、不斷反饋的過程。”吳國盛感慨道。
盡管存在差距，國產(chǎn)芯片取得的進步也有目共睹。1978年至2000年，由于早期缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，我國芯片產(chǎn)業(yè)引進的都是國外淘汰的生產(chǎn)線。因此在產(chǎn)業(yè)升級的過程中，全部被淘汰，僅有909工程留下了一座上海華虹。2000年，中芯國際在上海創(chuàng)建之時，中國的芯片產(chǎn)業(yè)剛剛萌芽，全國只有一家華虹NEC稱得上是現(xiàn)代芯片企業(yè)——以存儲器和少量邏輯技術(shù)為主，在后期的封裝、測試幾乎是一片空白，前期的設(shè)計和技術(shù)支持則更弱。無論是電視還是手機和PC上的芯片，90%以上依靠進口。
如今，我國芯片產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)涵蓋了初期的規(guī)格制定、邏輯設(shè)計、電路設(shè)計、仿真布線到后期的掩膜制造，芯片的制造和封裝測試都具備相當?shù)囊?guī)模。僅從生產(chǎn)工藝來看，邏輯工藝、存儲器、模擬器件等工藝都在不同程度上接近了世界先進水平。在芯片應(yīng)用領(lǐng)域，中國已經(jīng)在許多方面處于全球領(lǐng)先地位。從最常用的運算放大器到手機和平板電腦中的微處理器，從閃存到固體硬盤，國產(chǎn)芯片成績斐然。在世界排名領(lǐng)先的超級計算機里，我們看到中國“芯”在跳躍；在億萬人形影不離的手機上，中國“芯”正嶄露頭角。
篳路藍縷，我國集成電路產(chǎn)業(yè)正走在打破生態(tài)體系隔閡的艱難之路上。技術(shù)的趕超、自主可控的產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)并非一日之功，這涉及到人才、硬件、原材料、光刻機和芯片架構(gòu)等方方面面，也注定這將是一條極其難走的道路。
呼喚芯片產(chǎn)業(yè)生態(tài)
在地方政府的招商版圖中，芯片產(chǎn)業(yè)鏈公司正在成為曾經(jīng)落寞、但現(xiàn)在卻最受待見的座上客。在經(jīng)濟增長趨緩和地區(qū)之間經(jīng)濟競爭越發(fā)激烈的大背景下，芯片半導(dǎo)體項目成為城市間競相爭奪的香餑餑。
但是，談好“芯”也并非易事。6月初，一則“青島矽摩轉(zhuǎn)戰(zhàn)杭州”的消息，著實令人惋惜。2019年1月在青島注冊的青島矽摩半導(dǎo)體技術(shù)有限公司的團隊已經(jīng)離開青島轉(zhuǎn)戰(zhàn)杭州，成為杭州當?shù)赝顿Y400 億元的富芯半導(dǎo)體模擬芯片 IDM 項目。這對項目所在地的即墨來說，并不是個好消息，對下一步要打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之都的青島來說，更是如此。
在新的賽道能不能搶先抵達終點，一方面取決于奔跑的加速度，另一方面取決于是否具備持久的爆發(fā)力。“與南方城市相比，北方城市相關(guān)政策標準和配套政策滯后，這會錯失許多先機。”吳國盛告訴記者。
早在2017年，青島便提出要抓好“雙百千”行動這個“牛鼻子”，按照傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)、特色產(chǎn)業(yè)、新興產(chǎn)業(yè)、未來產(chǎn)業(yè)五大發(fā)展方向，優(yōu)選集成電路、醫(yī)藥制造、醫(yī)療器械、機器人等重點行業(yè)率先突破發(fā)展。截至目前，青島市尚未從市級層面出臺相關(guān)標準及配套政策。而不論是從青島市沿用的省級標準來看，還是從今年年初剛發(fā)布的《嶗山區(qū)促進微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施細則（修訂）》來看，兩者在激勵力度、范圍及標準上均遜色于南方城市。
同樣在2017年前后，臺積電南京工廠正式落戶開建。為打造全國集成電路產(chǎn)業(yè)重點城市，推動集成電路產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，同期，南京便已經(jīng)制定出臺了產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和扶持政策，并成立了產(chǎn)業(yè)基金。2016年11月，南京集成電路產(chǎn)業(yè)服務(wù)中心（ICisC）在高新區(qū)正式揭牌。中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副理事長陳賢認為，集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，離不開與高校、科研院所的協(xié)同創(chuàng)新，集成電路產(chǎn)業(yè)服務(wù)中心將為“政產(chǎn)學研用”搭建起廣闊的平臺。
產(chǎn)業(yè)規(guī)劃缺乏系統(tǒng)性也是青島發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的短板。集成電路產(chǎn)業(yè)涵蓋很廣，設(shè)計、制造、封測、應(yīng)用等環(huán)節(jié)必不可少。吳國盛建議組建青島集成電路專家委員會，為青島市集成電路產(chǎn)業(yè)“把脈”。“青島既要系統(tǒng)性發(fā)展，打造一條全產(chǎn)業(yè)鏈，也要有所側(cè)重，不是所有集成電路項目都要上，要結(jié)合青島的城市特色，打造自己的亮點。”
合肥的做法值得思索。布局集成電路產(chǎn)業(yè)，合肥并非“家中有礦”。“賭”對了京東方的合肥，也并非全靠運氣。2013年，合肥的家電、平板顯示、汽車等支柱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級時都遇到了缺少芯片的問題。彼時，合肥便提出打造“IC之都”——從市場需求出發(fā)謀劃“補芯”，加大產(chǎn)業(yè)鏈招商力度。2017年底，百億級項目合肥晶合投產(chǎn)，合肥成為擁有12英寸晶圓先進制造廠的城市之一。投資過千億元的合肥長鑫也進展順利，正在開展動態(tài)存儲芯片技術(shù)驗證投片。深耕細分市場存儲設(shè)計的兆易創(chuàng)新、集成電路封測企業(yè)通富微電子、智能芯片先行者寒武紀等緊隨其后??不到10年的時間，合肥芯片的產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了“從無到有、從有到多”的跨越發(fā)展。如今，180余家芯片企業(yè)匯聚合肥，形成了涵蓋設(shè)計、制造、封測、材料、設(shè)備環(huán)節(jié)的全產(chǎn)業(yè)鏈，年產(chǎn)值保持約20%增速，“IC之都”正在崛起。
項目引進來，關(guān)鍵是留的下。不論是在營商環(huán)境、政府服務(wù)企業(yè)的意識上，還是在招商引資的考核標準和問責的制定上，青島矽摩的“出逃記”，都留給我們深思。
同樣是與青島經(jīng)濟總量不相上下的無錫，卻擁有滋養(yǎng)民營企業(yè)的“沃土”。全球29.2%的存儲芯片、13%的電腦硬盤、15%的貼片式陶瓷電容元器件、15%的光電轉(zhuǎn)換元器件及模塊，都在這里誕生。“無錫良好的產(chǎn)業(yè)組合可以實現(xiàn)在錫企業(yè)內(nèi)部的‘自助服務(wù)’。生產(chǎn)和銷售需要的集成電路、芯片、機械零部件、包裝等上下游企業(yè)在無錫都能夠找到。”捷普電子（無錫）有限公司總經(jīng)理舒鵬說。
對于優(yōu)質(zhì)營商環(huán)境的打造，無錫市委常委、常務(wù)副市長朱愛勛認為：“無錫打造最優(yōu)營商環(huán)境城市，要體現(xiàn)在理念意識的轉(zhuǎn)變優(yōu)化上、目標定位的爭先領(lǐng)先上、品牌形象的塑造提升上、體制機制的改革創(chuàng)新上，著眼建設(shè)世界格局中的無錫，持續(xù)做到環(huán)節(jié)更少、效率更高、成本更低、服務(wù)更好。”
中國制造，不僅需要強悍的肉體，更需要強悍的大腦和靈魂。回瞰這樣一個以制造業(yè)聞名的城市，青島在發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)不能停留在固有的圈層和認知層面上，尤其對于新一代信息技術(shù)和先進制造業(yè)等專業(yè)性和實踐性比較強的產(chǎn)業(yè)更是如此。在此過程中，陡峭的“學習曲線”在所難免。圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，從需求端牽引，用青島工業(yè)基礎(chǔ)和芯恩CIDM、海信“芯”、萊西領(lǐng)芯芯片小鎮(zhèn)“1+1+多”等特色模式去吸引更多的行業(yè)翹楚加速聚集形成較為完備的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)成為題中之意。這不僅關(guān)乎城市間的芯片之爭，更是推動國產(chǎn)芯片“出圈”的有力之舉。
看起來容易的路，有可能越走越困難；看起來困難的路，也可能最后越走越容易。“任何一種技術(shù)或者產(chǎn)品都不是目的，我們要思考的是如何主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)體系。建立自主可控的軟硬件技術(shù)體系，才能基于該技術(shù)體系進行持續(xù)升級，形成螺旋上升；否則，在別人的技術(shù)體系中跟著升級，永遠沒有超越的機會。”吳國盛對記者說。
中國“芯”，是博弈，亦是突圍。從科技迅猛革新到世界經(jīng)貿(mào)秩序劇烈調(diào)整，從新的社會思潮孕育到全球地緣政治格局重塑，一顆芯片率先折射出這場變局的風云詭譎。博弈過后的芯片突圍戰(zhàn)，既是資本戰(zhàn)、市場戰(zhàn)、人才戰(zhàn)，更是一場持久戰(zhàn)。
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