來源：公眾號 CSDN（ID:CSDNnews）

據(jù)說mate40系列手機在華為內部所用的代號為“里程碑”，一方面這是華為對自身努力的肯定，另一方面也是Mate系列手機與海思麒麟的一次告別，從目前種種跡象來看，Mate40將是最后一款搭載麒麟高端芯片的手機了。

華為mate40系列將搭載麒麟1020處理器，這也是業(yè)內首款采用5nm工藝制程的芯片；不過遺憾的是，5nm制程的工藝目前全世界只有臺積電有供貨，其余廠商均沒有7nm以下的成熟制造工藝，而且據(jù)悉在9月15日前的緩沖期內，臺積電即使開足馬力，也只能給華為供貨一千萬顆左右的麒麟1020芯片，用“登場即成絕唱”來形容Mate40與麒麟1020組合的悲壯一點也不為過。

而被我們寄予厚望的弘芯，最近也爆出項目停擺、資金鏈斷裂，甚至***剛一入廠即遭遇抵押的種種問題。這個總投資人民幣1280億元的芯片項目，在2018年和2019年，兩度入選了湖北省重大項目，不過2020年弘芯從這個清單中被移出。

這樣的現(xiàn)實也需要我們來好好反思，為什么在芯片領域我國的脖子被卡得如此之狠。在上世紀90年代我們的***廠工程師幾乎是團滅全員轉型去賣早點了，因此我們在光刻領域直接消失了20年，可以說在這方面我們是自己伸脖子讓別人來卡的。不過我們在EDA領域的傳承一直都在，80年代末熊貓EDA的研發(fā)團隊流失率其實不算高，這方面其實可以拿來好好分析一下我們到底是如何一步步落后的。而同時我們也要觀察每顆螺絲釘都是自主打造的北斗導航方面，我們又做對了什么，今后又如何能在芯片方面闖出一條屬于我們自己的道路呢？

信息網絡的眼睛導航系統(tǒng)

如果說當下的世界沒有了7nm芯片，那么我們將失去很多好用的手機；而如果沒有了導航衛(wèi)星，那我們幾乎失去所有。從殲20、東風導彈到高鐵、飛機乃至外賣滴滴、共享單車都離不開全球定位系統(tǒng)的支持。不過在北斗之前全球定位系統(tǒng)是一種被歐美所壟斷的技術，而正是在GPS技術的加持下，美國可以隨心所欲地對其他國家發(fā)起外科手術式的精確打擊，而他的對手卻只能如瞎子一樣的亂沖亂撞。而如果沒有北斗，在2008年汶川地震，所有通信、電力、交通全部切斷的情況下，我們也就無從為救援隊打開了生命通道。

不過北斗所處在的航空領域，對于40年前的中國來說，是一個比芯片還要更加艱難的方向，雖然早在1985年陳芳允院士就提出了基于兩顆地球同步軌道衛(wèi)星的雙星定位的構想，奈何當時條件所限，沒有辦法驗證陳院士的方案。直到4年后的1989年，雙星系統(tǒng)模式才得到驗證，理論上可以實現(xiàn)精度30米的定位，隨著1994年北斗一號正式立項，2000年，北斗一號兩顆衛(wèi)星先后發(fā)射成功，主要在中國境內提供導航服務，校準精度雖然很低，但是也算是打破了美國GPS全球定位的壟斷。后來為了提高精度，北斗二號正式于2004年才立項，不過根據(jù)國際電聯(lián)的批復，北斗二號必須在2007年前就完成衛(wèi)星發(fā)射，也就是，北斗二號的研發(fā)時間只有3年。

衛(wèi)星所使用的頻率段，是需要國際電聯(lián)通信會議予以審核分配的，但是在電聯(lián)成立之初人類發(fā)射衛(wèi)星的能力還十分有限，也基本沒考慮過日益增多的近地軌道衛(wèi)星星座（NGSO）所可能帶來的“搶頻段”等資源分配問題，國際電聯(lián)基本采取先到先得的方式按需分配資源，不過最近馬斯克的SpaceX公司提出發(fā)射42000顆星鏈衛(wèi)星后，近地軌道衛(wèi)星的資源問題變得棘手起來。雖然在十幾年前衛(wèi)星頻段資源沒有現(xiàn)在這么緊迫，但是國際電聯(lián)給出的最后期限也不是那么容易就能突破的。

不過就在2004年到2007年北斗二號最為關鍵三年中，我們也遇到了卡脖子的技術，這就是高精度原子鐘。這項技術原本歐洲計劃提供給我們的，最終卻并未成行。不過實現(xiàn)了原子鐘之后，北斗也成為了一個完完全全的自主制造的項目。

原子鐘-全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的核心

全球衛(wèi)星定位技術是利用人造地球衛(wèi)星進行點位測量的技術。早期，人造地球衛(wèi)星僅僅作為一種空間的觀測目標，這種對衛(wèi)星的幾何觀測能夠解決用常規(guī)大地測量難以實現(xiàn)的遠距離陸地海島聯(lián)測定位的問題。但是這種方法費時費力，不僅定位精度低，而且不能測得點位的地心坐標。

而現(xiàn)代全球定位的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當然由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。用戶設備部分按照定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。完成精確定位。

可以看出，這一切的關鍵都在于衛(wèi)星信號傳播到用戶所經歷的時間的精確度，因此制造一個精確的原子鐘是全球定位系統(tǒng)的核心技術所在，不過正如前文所講，這項技術歐美沒有向我們開放，我們只能在三年內自行研制出來一臺原子鐘，這個難度可想而知，不過從最終的結果來看，我們還是做到了。

2年干出來的原子鐘

人們平時所用的鐘表，精度高的大約每年會有1分鐘的誤差，這對日常生活是沒有影響的，但是在完全依靠時間精度來進行距離定位的全球衛(wèi)星定位領域這個精度就遠遠達不到要求了。從日軌到機械鐘再到更為精確的石英鐘、電子表，人類對于精確時間的追求可以說是貫穿于整個人類歷史的。

而其中最為精確的原子鐘的歷史，可以回溯到一百年前的上世紀30年代，美國哥倫比亞大學實驗室的拉比，在研究原子及其原子核的基本性質時獲得了一定突破，在拉比設想的時鐘里，處于某一特定的超精細態(tài)的一束原子穿過一個振動電磁場，場的振動頻率與原子超精細躍遷頻率越接近，原子從電磁場吸收的能量就會越多，并因此而經歷從原先的超精細態(tài)到另一態(tài)的躍遷。反饋回路可調節(jié)振動場的頻率，直到所有原子均能躍遷。原子鐘就是利用振動場的頻率作為節(jié)拍器來產生時間脈沖，為此拉比獲得了1944年的諾貝爾獎，后來拉比的學生拉姆齊還因大幅提高了原子鐘的精度，也斬獲了1989年的諾貝爾獎。不過原子鐘又是一個橫跨量子物理、電子電路、物理光學、幾何光學等多個領域的結合體，比如這個NIST F-1原子鐘，它由170個元器件組成，其中包括透鏡，反射鏡和激光器。位于中部的管子高1.70米，銫原子在其中上下移動，發(fā)出極為規(guī)則的時間“信號”。

想讓我們在三年之內搞出這么一個高精尖的設備來，真的是不容易。

雖然在上世紀上世紀六七十年代，我國就開始了對原子鐘的理論研究，但在北斗二號項目之前，還沒有人真正把原子鐘的理論落地到實踐中。而我們在北斗的心臟模塊原子鐘方面被卡了脖子，也讓經79歲的雷文琦和他的團隊立志要自主完成原子鐘的制造。不過時間的緊迫與經驗的欠缺，始終是一個原子鐘研發(fā)團隊面前的巨大難題的難題。

不過經歷了無數(shù)996乃至007的奮戰(zhàn)之后的2006年，我國第一臺星載銣原子鐘一飛沖天，雷文琦團隊的產品得到了實踐的檢測，不過整個團隊來不及開個慶功宴，就全部投入到了北斗二號首發(fā)星的研發(fā)任務中了。

又經歷了沒白天沒黑夜的8個月，2007年4月14日，首顆北斗導航衛(wèi)星終于發(fā)射成功，并傳回了時鐘信號，北斗導航工程終于擁有了一顆完完全全的中國“心，同時也宣告我國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，終于沒有被卡脖子的地方了。也正是因為有了北斗，GPS芯片的價格才由之前的數(shù)千元，逐漸降低到現(xiàn)在的區(qū)幾塊錢，這也使導航系統(tǒng)得以真正的走進智能手機，走進人們的生活。

美國為何能在EDA領域全面領先

說過了北斗，我們再回過頭來看看芯片，芯片產業(yè)鏈包括設計、制造、封裝測試、組裝等等方面，按照我們之前的認知，芯片領域的核心實力在于設計，因此我們在芯片設計方面投入很大，比如華為的海思、小米的澎湃。目前OPPO也有計劃加入自主設計芯片的行列，可以說我國在芯片方面真的不弱，甚至海思推出的很多自主IP的芯片可能算得上是全球領先。

不過從最新披露的世界500強情況看，芯片代工廠臺積電的利潤率竟然達到了34%之巨，而筆者心中一直以為的奢侈品公司蘋果的利潤率也只有21%，其實利潤率的高低，也從一個側面說明了產業(yè)鏈中哪方更占優(yōu)勢，因此之前我們以芯片設計為切入點，其余幾乎相關領域幾近放棄的做法，并不算明治之舉。因為我們可以從美國的做法中看到，在他們的規(guī)劃中把芯片產業(yè)鏈看成一個整體，幾乎不會割裂的去看待某一個環(huán)節(jié)。

而這點在EDA方面體現(xiàn)的尤為明顯，EDA的產業(yè)規(guī)模并不大，2019年全世界的市場規(guī)模總計都沒超過100億美元，而在國內的規(guī)模最多也不超過20億美元。可以說不會有哪個國內的IT巨頭會看上這么一個小小的市場。不過美國對于EDA廠商的支持與傾斜可以用不遺余力來形容，而從這個點上以點帶面，我們也可以看出自身的不足。

持續(xù)高額的研發(fā)投入：美國EDA的三巨頭一直非常重視新技術的研發(fā)，公司成本的最大支出部分也用于產品的研發(fā)，而且光是Synopsys和Cadence這兩家公司去年研發(fā)支出，加在一起都超過了20億美元，也就是比國內整個EDA市場規(guī)模還大。 以美國公司如此巨大的研發(fā)支出規(guī)模，我國想在EDA方面實現(xiàn)反超其難度之大也就可想而之了。

不斷推進的強強聯(lián)合：EDA行業(yè)是一個典型的小而美的行業(yè)，可分為前端和后端，前端主要負責邏輯實現(xiàn)，后端跟工藝緊密結合，所以稱EDA是芯片產業(yè)鏈上的皇冠，其實并不為過。

同時由于EDA市場容量不大，使得專注于同一方向的公司還不如合并在一起能夠更加提升效率。比如Synopsys成立以來，就發(fā)起幾十余項并購交易，不斷尋找那些在EDA功能模塊中做得比較有特色的成功企業(yè)，進行并購，從而使得自身能夠覆蓋整個設計流程。尤其是2002年Synopsys在美國商務部、司法部的牽線下，以8.3億美元收購了Avanti公司，使得Synopsys成為EDA歷史上第一家可以提供頂級前后端完整IC設計方案的領先EDA工具供應商，并在2008年超越Cadence成為全球最大的EDA工具廠商。而值得注意的是在此之前Avanti一直與Cadence公司深陷于專利官司之中，這場并購幾乎由美國政府主導，也正是通過這樣的并購，使得美國的EDA公司結束了專利內斗，迅速拓展并占領了海外市場。

持續(xù)的政策扶持與補貼：雖然美國總是指責其它國家對于國內產業(yè)進行補貼，但其實美國對自身半導體產業(yè)的扶植力度是一點也不小，先是在上世紀80年代直接出手，絞殺了日本半導體，而最近又一次將補貼投向了本國的半導體領域，推出了一項總值15億美元的半導體（微電子）復興計劃（ERI），用以支持芯片技術的開發(fā)。

而且美國國會不但通過了ERI計劃，還額外增加了投入，每年額外對ERI注資1.5億美元。

Cadence的人工智能加EDA的項目，就是由ERI扶持而生的，據(jù)Cadence的報告稱，AI在EDA的應用可以分為四個方面：數(shù)據(jù)快速提取模型；布局中的熱點檢測；布局和線路；仿真模型。Cadence致力于研究將機器學習應用在Virtuoso平臺上，并參與了ERI中智能設計芯片項目。

自主芯片、路在何方？

其實看過了我國北斗的成功與美國芯片的成功，那么我國的自研芯片到底應該何去何從呢？

政策扶植，集中力量辦大事：雖然筆者一直在金融機構工作，一直傾向于自由市場理論，不過此時我們也應該清楚的認識到美國對于我們高科技產業(yè)的限制，是一種徹頭徹尾的政治干預，因此我國雖然在前一段時間出臺政府對于芯片企業(yè)的稅收給予了特別優(yōu)惠，但是這種依靠市場自身能力的調節(jié)手段，恐怕對于目前外傷失血式的狀況來講作用有限，正是在這種特殊時期，才適合使用舉國體制的打法，像造北斗那樣來造芯，這才是解決問題的最佳途徑。

而且值得我們注意的是，我們國內包括芯愿景、華大九天等等在內的EDA公司，其最大弱點在于沒法提供芯片設計的全流程支持，究其原因還是在于研發(fā)力量的過于薄弱，因為我們國內的EDA企業(yè)全部研發(fā)人員加在一起充其量也就不到400人，連一個微信群都填不滿。而三大EDA巨頭光是在華的研發(fā)人員就不低于1000人，在研發(fā)實力對比懸殊的情況下，我們再讓國內的EDA公司的研發(fā)力量各自為戰(zhàn)，恐怕真的永無出頭之日了，因此在這個前提下，由我國政府機構牽頭將現(xiàn)有國內的EDA軟件公司進行整合，集中力量辦大事才是突破的關鍵。

加大開放力度，縮小技術代差：國內EDA企業(yè)還有一個問題就是與最新的工藝結合比較弱，當然在這方面三大EDA公司有天然優(yōu)勢，他們可以在剛剛研發(fā)5nm制程時，就與臺積電達成全方位合作，方便拿到對最新工藝的全套素材，而國內EDA廠商只能在工藝開發(fā)完以后拿到部分數(shù)據(jù)，無法接觸到先進工藝的核心部分，難以針對先進工藝設計改良EDA軟件，這也造成與三巨頭的差距越拉越大，所以我們一是要加強與臺積電、三星等晶圓制造廠商的合作，緊跟最新工藝。另一方面，也要打通EDA企業(yè)與國內芯片制造廠的溝通渠道，保證整個產業(yè)鏈的技術水平不會落后太多。

提前布局物聯(lián)網等新興產業(yè)：根據(jù)目前最保守的估計物聯(lián)網時代所帶來的流量都會是互聯(lián)網的30倍，其終端數(shù)量會達到互聯(lián)網的100倍，如此海量的終端其實也給芯片產業(yè)帶來新的機會，而且物聯(lián)網終端一般對于性能要求不高，28nm甚至更低的制程也足可以滿足需求，這對于我們已經停頓許久的光刻技術來說尤其是重大利好，因此針對這種新興產業(yè)我們也要提前布局，尤其需要考慮與NB-IoT，LoRa等物聯(lián)網通訊協(xié)議相結合，推出在物聯(lián)網時代的爆款芯片。

步步常由逆境行，極知造物欲其成。北斗衛(wèi)星這款可以實現(xiàn)分米、毫米級別的自主全球定位技術。讓我們對于芯片產業(yè)也重能夠重拾信心。相信只要給我國的芯片人以時間，那么必能補齊短板，終成大業(yè)。