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中兴的“芯”病,中国的心病

文章作者:admin 更新时间:2018-04-20 09:44:15 点击次数: 4289 所属分类: 行业新闻

缺“芯”缺在哪?

以此次中兴通讯被制裁的用于光通讯领域的光模块为例,其主要功能是实现光电及电光转换。光模块中包括光芯片,即激光器和光探测器,还有电芯片,即激光器驱动器、放大器等。低速的(≤10Gbps)光芯片和电芯片实现了国产,但高速的(≥25Gbps)光芯片和电芯片全部依赖进口。

为何缺“芯”?首先来了解一下“芯片的诞生”。

中国科学院西安光机所副研究员、中科创星创始合伙人米磊介绍,芯片核心产业链流程可以简单描述为设计—制造—封装。

其中有三个关键步骤:第一,提炼高纯度二氧化硅,做成比纸还薄的晶圆;第二,在晶圆上用激光刻出数十亿条线路,铺满几亿个二极管和三极管;第三,把每片晶圆切割封装好——目前指甲盖大小的芯片里能集成150亿个晶体管。

每一步,都需要极精细操作。

“芯片的制造如同用乐高盖房子。先有晶圆作为地基,再层层往上叠,最终完成自己想要的造型(即各式芯片)。”米磊说,做晶圆需要一种特殊的晶体结构——单晶,它可以像原子一样一个挨着一个紧密排列,保证基底平整。

要做出单晶的晶圆,就得对原料硅进行纯化和拉晶。拉晶过程中,“要用到单晶硅生产炉、切片机、倒角机等多种设备和材料,其中90%需要进口。” 陕西光电子集成电路先导院总经理张思申介绍。

“还有一个卡住我们的,就是芯片纳米级工艺。”米磊说,当前国际上可达到的芯片量产精度为10纳米,我国能达到的精度为28纳米,还差两代。“而且,关键原材料和设备还都是进口。”

芯片制造难,也烧钱。

前芯片行业从业者王岩(化名)告诉科技日报记者,做芯片“投入几十个亿可能就听个响”。制造芯片需要实践,但芯片的实践和试错成本太高,往往一颗芯片就能决定一家公司的生死。如果投入无法获得对等产出,这种耗资巨大的试错和实践就不会持久。“没有持续的实践,技术积累也就是空谈。”而如果没有实践中的经验积累,那么设计制造芯片过程中出错率高,产出率也差,形成恶性循环。

美国出了张“大王”

“缺芯现状非短期所能改变,要有耐心。”在18日晚由中国计算机学会青年计算机科技论坛(CCF YOCSEF)举办的一场特别论坛上,中国工程院院士李国杰表示,国家芯片水平从某种程度上反映了国家的整体水平。“从设计、加工到设备配套,芯片产业链漫长,涉及领域广,尤其需要经验的累积。”李国杰坦言,“不是说砸钱下去就能把差距追平。”

中科院计算技术研究所研究员包云岗认为,差距的形成和拉大,在一定程度上是由于我国错过了一个时代。上世纪七八十年代,国际芯片产业开始发展并迎来腾飞。“每种芯片发展到今天这样的成熟度,差不多需要万人/年的投入,而且是长期投入。”

我国芯片产业根基薄弱,国际环境也不好。

中科学计算技术研究所研究员、龙芯处理器负责人胡伟武感叹,没想到美国这么快就出了张“大王”。“如果禁运发生在五年后,我们或许能应对得更加从容。”

何出此言?胡伟武指出,在国际上,通用CPU的性能于2010年左右已达到了天花板;而我国自主研发的通用CPU性能,也预计在2019到2020年左右逼近天花板。再过五年或稍长一点时间,围绕自主芯片的生态也可初步形成。“现在主要有两个生态体系,一个是英特尔加微软,一个是ARM加安卓。在我国一些特殊领域,如能源、交通、金融、电信和国家安全中,国产芯片已经得以应用;再过若干年,到开放市场上或也可以一战。”胡伟武判断。

不要等“做到跟国际水平一样”才用

在18日晚的论坛上,主持人展示出了一张看起来有些“刺眼”的图:根据一份分析报告,在计算机系统、通用电子系统、通信设备、内存设备和显示及视频系统中的多个领域中,我国国产芯片占有率为0%。

李国杰院士反复强调一句话:自主芯片产业发展需要应用支撑。

“这个方面,国家过去有些动摇,态度不是很鲜明。以前想过启动政府采购,后来也没有。”李国杰说,“发展自主芯片,不要想着什么时候芯片做得跟国际水平一样好了才用。你不用它,怎么发现问题,怎么不断改进?”

技术需要迭代;要迭代,就得经过市场的检验。胡伟武建议,要加大自主研发的元器件推广应用力度,给国产芯片更大空间。

因为,没有市场,做出来就是白做。“应用”对芯片的发展究竟意味着什么?胡伟武打了个比方:国产芯片现在在一楼,想努力去往二楼,可是没梯子。“就算不给梯子,给条绳子也可以,至少让我们有东西能借力爬上去。”魔鬼藏在细节中,而细节,藏在应用中。缺少应用,也就难以进行针对性改进,“二楼”就变得可望而不可即。

八年来,无锡江南计算机研究所高级工程师程华一直从事国产关键软硬件的评测和自主可控度评估工作。从2010年开始,她每年都会将三大国产品牌的最新款处理器与国外芯片进行对比。到2014年,基于部分国产处理器的整机性能已经追平或超越基于英特尔奔腾4双核处理器(主频3.2GHz)的整机性能。“我一直在用‘龙芯’的电脑,我觉得挺好。”

程华认为,国产芯片发展,很大的问题是缺少生态。“政府可以补贴家电下乡,为什么不能补贴搭载国产芯片的电脑呢?”她也呼吁,就算此次禁运危机解除,国产芯片也要有上战场的勇气。“我们热身了十几年,也该出来了。”(记者 张盖伦 付丽丽)


另附 新华网《新闻分析:中国如何突破“缺芯”困境》

美国商务部近日宣布对中兴通讯公司执行为期7年的出口禁令,再度引发关于中国半导体芯片产业核心竞争力的担忧。中国如何突破“缺芯”之困境,走上一条国产自主可控替代化的发展之路?

缺芯之困

《2017年中国集成电路产业分析报告》显示,当前中国核心集成电路国产芯片占有率低,在计算机、移动通信终端等领域的芯片国产占有率几近为零。

浙江之江实验室芯片中心高级顾问李序武博士介绍,透视中国芯片产业可从设计和制造两方面分析。过去几年,中国芯片设计进展飞快,设计公司成倍增加。但芯片设计技术和经验远远不足,尤其在先进信号转换器方面,如从模拟连续信号变为数字信号以及逆向转换,大大落后于国外。

李序武曾任中芯国际集成电路制造有限公司技术研发执行副总裁,在美国英特尔公司工作期间获得该公司技术领域最高荣誉“英特尔院士”,对中美半导体领域发展差异感触颇深。他说,在芯片制造方面,中国与世界最先进工艺还有不少差距,“平时中国企业可以从国外厂商购买芯片组装需要的系统,但外国政府一旦采取限制性措施,弱点就暴露出来了”。

如在中兴的核心业务基站领域,基站芯片自给力最低。而基站芯片本身对成熟度和高可靠性的要求远高于消费级芯片。有专家认为,在美宣布管制措施后,中国从开始试用国产替代芯片到批量使用至少需两年以上时间。

阿里云智联网科学家、芯片策略组长丁险峰博士看来,中国芯片研发的现状是散而小。

半导体芯片是一个需要高投入、规模效应的产业,投资周期长、风险大,很多人不愿涉足。中国政府从2013年开始对半导体产业从芯片研发到制造都加大了资金支持力度。但专家认为,目前投资过于分散,一些投资无效的项目瓜分了资金。

半导体行业从业者杭州华澜微电子股份有限公司总经理骆建军说:“中国现在最缺的不是半导体生产线,而是设计公司。没有芯片设计,生产线就不可能有自主可控芯片为‘米’下锅,最终回到给别人代工的老路。”

补芯之路

那么,中国应如何“补芯”?专家称不可“一蹴而就”,但需抓住现有机遇。芯片行业遵循已久的摩尔定律认为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18至24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。但李序武说,由于半导体光刻技术等瓶颈问题,再加上半导体做得越来越接近物理极限,现在更新换代速度正在慢下来,这对于中国来说是一个机会。

“前面走得慢,后面追得容易。有了国外公司的先行,后来者也可以少走很多弯路,”李序武说,“当然,路上埋下了很多‘地雷’,就是各种专利,要想全部绕开也很有挑战。”

中国半导体真正开始发展始于2000年,当时中国最大的半导体制造商中芯国际集成电路制造有限公司成立,但在成立之初已面临了美国国际商用机器公司(IBM)、英特尔等科技巨头,以及台湾积体电路制造股份有限公司等强大代工厂的激烈竞争,伴随其间的还有巨大的行业人才缺口。

骆建军说,政府在高校专业设置和就业方面都应有所引导,尤其要加强交叉学科能力培养,培养一个集成电路设计的领军者往往需要十几年的时间。

丁险峰也认为,目前国家对于创业人才的政策已不错,但需大幅倾斜到可在大公司长期奋斗的人才,“芯片需要大规模作战,需要有统领千军的能力,而不是发表文章的能力”。

此外,专家认为,更重要的是鼓励中国企业在国产芯片技术到位的情况下多采购国产芯片,而不是一味抱着“外国的月亮比中国圆”的心态,“长期满足于进口替换,不思进取”。比如华为、展讯通信的手机芯片完全可以满足很大一部分需求。

在芯片产业的投资方向也需更有产业眼光的人掌控。在国家财政支持之外,还需要市场、社会资本等积极参与。有专家建议,中国证券监督管理委员会可为芯片企业提供一些如加速审批等便利通道,使企业有机会从市场筹得更多研发经费。

丁险峰认为,数字化时代需要万亿级芯片与传感器,这个时代几乎完全属于中国,“因为中国可以掌握这类芯片与传感器,从模组、物联网终端、边缘服务到云计算,中国都可以做”。

中国相关企业如何汲取前车之鉴?专家们的一致看法是:低调做事,遵纪守法,积累好自己的核心技术。

新华社北京 4 月 19 日电(新华社记者 彭茜)