國防科技大學計算機學院博士扈嘯為您多維度講述—芯片研發(fā)究竟有多難？

1、它體積微小，貌不驚人，卻集高精尖技術(shù)于一體。

2、它作用非凡，應(yīng)用廣泛，是信息產(chǎn)業(yè)的核心和基石。

3、它事關(guān)國計民生與信息安全，牽動著億萬國人的心。

芯片有幾十種大門類上千種小門類

芯片，是指內(nèi)含集成電路的硅片，體積很小，常常是計算機或其他電子設(shè)備的一部分。芯片組，是一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合。它們相互依賴，組合在一起能發(fā)揮更多作用。

僅從產(chǎn)品種類來說，芯片的種類就有幾十種大門類，上千種小門類；如果涉及設(shè)備流程的話就更多了。美國是整體式、全方位處于領(lǐng)先地位，而我們只是在某些領(lǐng)域里面有所突破，并且這些領(lǐng)域也并非核心、高端的領(lǐng)域，比如中國在存儲器、CPU、FPG及高端的模擬芯片、功率芯片等領(lǐng)域，幾乎是沒有的。如果中國發(fā)力研發(fā)，在某些小的門類中可能會有所突破。

一臺通信基站內(nèi)有上百顆芯片

以運營商業(yè)務(wù)為例，通信基站設(shè)備是其最主要的產(chǎn)品之一，而在一臺通信基站中就有上百顆芯片負責實現(xiàn)不同功能。“簡單來說，基站發(fā)射并回收信號，收回信號后首先要有芯片濾波，穩(wěn)定信號；然后還有芯片將這種特別小的信號放大；再有芯片進行解析、處理；然后是芯片負責傳輸、分發(fā)。基站核心跟電腦類似，可以實現(xiàn)各種功能，但它可以支持多個手機，因而速度更快，芯片更復雜。”上述人士表示。

其中，最典型的是ADC芯片，中國目前還無法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品。ADC芯片是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，負責將天線接收的連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為通話或上網(wǎng)的數(shù)字信號。目前ADC主要依賴亞德諾、德州儀器等公司供應(yīng)。

從軟件方面來說，EDA仿真軟件是另一個典型。利用該軟件，電子設(shè)計師才可以在電腦上設(shè)計芯片系統(tǒng)，大量工作可以利用計算機完成，并可以實現(xiàn)多個產(chǎn)品的結(jié)合試驗等。如果沒有EDA仿真軟件，則需要人工進行設(shè)計、試驗，耗費的人力、時間等成本不計其數(shù)。目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有十幾種，基本都來自于美國。

制造一顆芯片需要5000道工序

一顆芯片的制造工藝非常復雜，一條生產(chǎn)線大約涉及50多個行業(yè)、2000-5000道工序。就拿代工廠來說，需要先將“砂子”提純成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工廠包含前后兩道工藝，前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入；后道工藝主要是封裝——互聯(lián)、打線、密封。其中，光刻是制造和設(shè)計的紐帶。

其中許多工藝都在獨立的工廠進行，而使用的設(shè)備也需要專門的設(shè)備廠制造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專門的化工工業(yè)。另外，集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進行的，因此還需要排風和空氣凈化等系統(tǒng)。

有說法認為，集成電路是比航天還要高的高科技。該業(yè)內(nèi)人士表示，這種說法也不無道理，“航天的可靠性估計也就4個9、5個9的樣子(X個9表示在軟件系統(tǒng)一年時間的使用過程中，系統(tǒng)可以正常使用時間與總時間之比)。現(xiàn)在硅晶圓材料的純度就要6個9以上。”

全球芯片幾乎被美日歐壟斷

目前，全球芯片仍主要以美、日、歐企業(yè)產(chǎn)品為主，高端市場幾乎被這三大主力地區(qū)壟斷。在高端芯片領(lǐng)域，由于國內(nèi)廠商尚未形成規(guī)模效應(yīng)與集群效應(yīng)，所以其生產(chǎn)仍以“代工”模式為主。

日本在上世紀80年代處于領(lǐng)先地位，但自90年代開始其全球半導體市場份額顯著下降，至2015年僅有3家日本芯片制造商位列全球排名前二十：東芝、瑞薩電子和索尼。而與此同時，東亞其他國家已成為動態(tài)隨機存取存儲器市場的主要公司。韓國三星電子和海士力目前是世界第二和第三大半導體公司。

根據(jù)美國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SIA)的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2017年1月至2月，中國和美國的芯片市場規(guī)模份額擴大，分別為33.10%和19.73%；日本和歐洲的芯片市場份額有所下降，分別為9.29%和9.12%。中國芯片市場是全球最大、增長最快的市場，但是對外依存度過高。

英特爾一直是世界上最大芯片制造商

自1993年1月以來，英特爾一直是世界上最大的芯片制造商。個人計算機所用的CPU處理器中，英特爾就占據(jù)了八成份額。人們耳熟能詳?shù)谋简v、賽揚、酷睿等處理器都來自英特爾。目前，英特爾的年營收率仍然在繼續(xù)增長：無論是從PC、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，還是物聯(lián)網(wǎng)芯片。

而在手機芯片中，高通是另一大巨頭。目前國內(nèi)除了華為、三星等手機廠商外，其余安卓手機廠商采用的全部都是高通處理器。除了購買芯片的費用外，高通還向每臺手機收取專利費用。（芯片圈 微信：xinpianquan）

中國能否跳離美國IP核另起爐灶？

有專家表示，我國集成電路的起步并不算晚，只比美國晚幾年。但由于其間歐美技術(shù)封鎖、國內(nèi)歷史問題等多種因素，目前與歐美的差距比較大，想要在短時間內(nèi)追趕有難度。

從整個行業(yè)來看，美國卡的是“IP(知識產(chǎn)權(quán))”，“圍繞IP的戰(zhàn)爭更激烈，就算你用了人家的技術(shù)，人家也有產(chǎn)權(quán)，你無法繞開它去解決問題。”資料顯示，IP核將一些在數(shù)字電路中常用但比較復雜的功能塊，如FIR濾波器、SDRAM控制器、PCI接口等設(shè)計成可修改參數(shù)的模塊。上述人士表示，中國集成電路行業(yè)一直流行一個詞語“彎道超車”，很多人在想，能否跳離美國的IP核而另起爐灶，另外開發(fā)一整套的生態(tài)系統(tǒng)？但這實在太復雜了。

多位行業(yè)研究人士表示，目前中國的集成電路是系統(tǒng)性落后，整體提升需要從基礎(chǔ)性研究和人才培養(yǎng)來做，需要比較久的時間，“我們需要先培養(yǎng)數(shù)學、物理等學科的基礎(chǔ)人才。這些人提上來后，再由他們培養(yǎng)跟其他學科交叉的人才。他們需要掌握工業(yè)設(shè)計等技術(shù)。”