【中国为什么造不出芯片】为什么中国造不出高端芯片?

2021-05-18 - 芯片

中国每年进口最多的商品是什么?   很多人脱口而出:石油?  是也不是。  过去30年,中国最大的进口商品确实是原油。  但2018年,芯片(集成电路)取代石油,成为了中国第一大进口商品。  这一年,国家海关总署数据显示,中国的芯片进口额达到3120亿美元。2019年微降至3055亿美元,但仍牢牢占据进口榜第一名。  

中国为什么造不出芯片

2018年进口重点商品量值表 数据来源:海关总署 划线部分单位:百万美元  凡电子产品,都离不开芯片。  中国用这些芯片生产了全世界90%的电脑、手机和家电,但这一进口数据,使得我们"世界第一IT产品制造国"的名头,看上去有点虚。  

中国为什么造不出芯片

 芯片之于电子产品,犹如发动机之于汽车。  芯片,以二氧化硅(沙子的主要成份)为原料,但从一盘散沙变成这个互联网星球的科技之巅,需要走过漫漫的技术长路,而中国恰好在这条路上走得有些"芯"酸。

 芯片主要分为设计、制作和封装三大环节。  在芯片产业链上,有人是三位一体,三个都做,比如三星、英特尔。   有的只管设计,比如高通、AMD、NVIDIA以及咱们的华为海思、紫光展锐。

  有的只负责制造,这里就有我们熟悉的台积电、中芯国际等。   有的只做封装测试,比如日月光、安靠等。   细分到不同的部分,能力也有高下之分。

 中国目前最强的部分是封测,在2016年,全球前十封测企业里,中国大陆企业已跻身三家。   到了2020年第二季度,在紧挨着中国台湾的日月光、美国的安靠、中国台湾的矽品前三甲的就是中国大陆的江苏长电,已经靠近世界一流水平。  

  但在最突显技术能力的芯片设计和制造环节,我们还徘徊在中低端没有出来。   就拿芯片制造部分来说,芯片制程是一个重要的制造能力标准。   所谓制程,指的是芯片中晶体管线宽的大小,制程越小,单个芯片上就能容纳越多的电路元件,芯片的性能越强、功耗越低。

  40nm以上制程,可供生产存储芯片;   14nm制程实现,就能供应中高端AP/SoC、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车半导体等制造;   12nm制程实现,即可入手一台中端智能手机芯片;   7nm制程实现,即可拥有即将绝版的华为麒麟980芯片手机。

 中国企业中,目前只有中芯国际具备14nm制程制造能力。 

  在华为被美国卡脖子后,很多人提出了这样的灵魂拷问:为什么中国造不出高端芯片?  原因很复杂,内外皆有。  先说芯片技术本身。   英特尔创始人戈登·摩尔曾提出"摩尔定律"。

即每隔24个月(后改为18个月),集成电路上可容纳的晶体管数会增加一倍,性能会提升一倍。   因此,芯片的技术更迭非常迅速,每隔一两年就会更新换代。  这是一场吃力不讨好的竞赛,我们刚花了几年实现某项工艺的突破,之前的领跑者就已经跑到了更前面,制程工艺间的差别犹如制造自行车和钟表之间的差距,说的残酷点,我们刚突破的,可能就是别人玩剩下的。

  目前台积电预计将于2022年实现3nm制程的量产,而中芯国际将于2021年开始生产7nm制程的芯片,前提还得是这期间美国不要继续搞事阻拦。

        另外,工欲善其事必先利其器,在制造芯片的"器"上,我们缺胳膊少腿的部分还有很多。

  比如制造高端芯片的光刻机。   光刻机的制造技术只掌握在世界上少数几家厂商手中,最有名的是荷兰的ASML(阿斯麦)。

它造价高昂,一台约在3千万至5亿美元。ASML的EUV光刻机一台报价近10亿。   这部分中国为了进口也没少花钱,2019年进口相关产品金额高达790亿元,依然杯水车薪。  

2019年进口主要商品量值表(万元人民币)   除了技术上的限制,中国早年在技术投入方面存在认知误区。   一开始,中国生产芯片的水平并不低。   1975年,中科院北京109厂(现中科院微电子研究所),生产了国内第一块1K DRAM(存储芯片)只比美日晚了四、五年,却比中国台湾、韩国早了四、五年。

  但此后中国就落下了。   国内政策发生突变,政府不再向企业直接拨款,企业需要直接向银行贷款。

这时候,企业断了"生活费",生产成本也相应收缩。少了稳定的资金投入,技术很难更新。   其次,企业内部发展产生分歧,很多企业拥抱市场,认为生产和技术应该顺从市场需求,不应再唯技术马首是瞻。

  导致的结果是,中国企业在匹配芯片的算法和软件上下足了功夫,而最难攻克也最需要攻克的芯片技术就被放在了最不紧要的位置。   如今人们感叹中国移动互联网的发达,回头却发现自己连基本功都没练好。   补课成了当下最重要的命题。  

 回顾全球芯片发展史,我们或许能以史为鉴。  1958-1959年,德州仪器和飞兆(仙童)半导体先后发明集成电路,此后美国公司长期统治着半导体市场。   随后,日本开始以"举国体制"重点发展半导体产业,政府通过资金、政策扶持相关厂商,用了20年时间,在DRAM等领域实现了技术水平超越,日本DRAM的全球市场占有率一度高达80%。

  接着,美国对日本实施精准打击,强迫日本签署《日美半导体协定》,施加了一系列限制条款。

日本半导体产业从此中衰。   正当美日两国打得头破血流时,有一个国家渔翁得利,占据了芯片市场的一席之地——它就是韩国。

  1974年,三星创始人李秉喆不顾管理层劝告,自掏腰包入股了美国Hankook半导体公司,并于1977年将其完全吞下,整合业务成立了三星半导体。         在这期间,韩国政府出台了扶持半导体产业的六年计划,目标是实现半导体本土生产。

"政府 大财团"的发展模式正式启动运转。   此后历经波折,直到1983年,三星才建起了半导体厂房,从遇到资金问题的美光公司(Micron)手里买来了64K DRAM的技术,又从夏普公司手里买来了加工工艺授权。

          1984年,三星实现了64K DRAM的批量生产,但与国际先进水平仍有不小的距离。

这时,三星做了两件事。  首先是挖人,挖美日公司的墙角,高薪聘请半导体工程师,实在挖不到的,就聘请他们周末飞来韩国进行指导。

  原东芝副社长川西刚,曾讲述过这样一段往事:1986年,三星极力邀请他访韩,飞机抵达首尔后,川西受到了极为隆重的接待,随后对方提出请求,说我们正在建设半导体工厂,请您看看。   川西不便推辞,就参观了三星的工厂。回国后,三星转而要求参观东芝的半导体工厂,川西顾及礼数,无奈之下又同意了。  

图源:《日本群像:东山再起的20年》   当时东芝的半导体工厂,拥有全球最先进的技术。参访之后,三星就挖走了东芝的生产部长,建了一座和东芝一样的工厂。   到了1990年代前半段,日本经济衰退,加上《日美半导体协定》的影响,三星又趁机挖走了更多的日本技术人才。

 除了挖人,三星还打价格战。  1984年,DRAM价格一路下滑,从4美元跌至30美分。当时,三星的生产成本是1.

3美元一块。这意味着,每生产一块就要至少亏掉一美元。   作为一个赔钱的陪跑者,三星没有选择退出。   1980年代,三星在半导体领域几乎是一路亏过来的,最终以数亿美元的代价,把竞争对手(比如英特尔)挤出了牌桌。

  为什么后来美国没有针对韩国,再搞一个《韩美半导体协定》?就是因为在韩国半导体产业崛起之时,美国本土企业已经撤出DRAM生产了。   1990年代后期,韩国成为了存储芯片领域的世界第一。2017年,三星电子超越英特尔,成为了全球最大的芯片制造商。   这背后不可忽视的,是三星持续的研发和资本投入。  

  韩国的芯片发展史,对中国有三点启示:  第一,耐心。  半导体行业投入高,自身发展周期长,利润回报周期更长,想看到曙光需极大的耐心。韩国芯片的崛起,大约经历了漫长的40年,而最初的20年几乎看不到希望。

  但韩国咬牙坚持,并在芯片行业处于利润低谷时,进行了坚决的资本入局。  第二,政策和资本。  韩国政府的资金和政策全力支持三星。1982到1987年,韩国政府在半导体行业总共投入3.

46亿美元动激发了民间约20亿的私人投资。   20世纪90年代,韩国政府又先后为三星提供约8亿美元的投资。  第三,优秀的人才和企业。

  除了三星之外,韩国的LG、SK海力士等公司都在芯片领域扮演着重要角色。韩国科技部下属的电子通信研究所,也牵头汇聚"官产学"力量进行技术攻关。   资本、政策、人才、企业,把韩国芯片技术推向高位。   未来,中国公司想要在芯片上有所超越,可以回顾下隔壁邻居的发展史。顶尖的人才、完善的政策、雄厚的资本和前沿的设备缺一不可。

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