芯片有多重要?

就像社會(hui) 的“神經係統”

芯片是“何方神聖”?為(wei) 何如此重要?廣東(dong) 省半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 研究院黎子蘭(lan) 博士表示，“它實際上起到了現代社會(hui) 神經係統的作用，如果把社會(hui) 比喻為(wei) 人，芯片就負責思考、感知、通訊，甚至控製著一部分的能源，比如功率芯片控製了電能、電壓、交流、直流等，因此對現代社會(hui) 非常關(guan) 鍵”。

黎子蘭(lan) 表示，未來所有的產(chan) 業(ye) 發展方向，相當部分是由半導體(ti) 芯片支撐實現的，“比如物聯網、5G、汽車電子、人工智能AI、AR、VR、區塊鏈都需要半導體(ti) 芯片”，他表示，以汽車和手機為(wei) 例，電子產(chan) 品在汽車中分布廣泛，汽車電子占汽車成本的比例逐年提升。有資料顯示，汽車電子占整車的成本達30%以上，未來隨著電動汽車和無人駕駛技術的成熟，汽車電子所占的成本將達到50%以上，成為(wei) 汽車智能化的關(guan) 鍵部分。智能手機基本上是由芯片和顯示屏等部件組成，“中國生產(chan) 了全球77%的手機，並且擁有多家領先品牌，作為(wei) 優(you) 勢產(chan) 業(ye) ，卻隻有3%的芯片是國產(chan) ”。

未來的電動汽車對半導體(ti) 的需求激增，功率半導體(ti) 首當其衝(chong) ，目前基本依賴進口

有資料顯示，2017年中國芯片的進口額高達2600億(yi) 美元，超過原油位列進口產(chan) 品第一，但國產(chan) 芯片僅(jin) 占國內(nei) 市場份額10%左右。

國產(chan) 芯片和發達國家的芯片

差距有多大?

全球電子產(chan) 業(ye) 生態係統

“國產(chan) 芯片和發達國家的差距是多方麵的、立體(ti) 的”，黎子蘭(lan) 向南都記者表示，中國的電子產(chan) 品製造業(ye) 僅(jin) 次於(yu) 美國，但是電子產(chan) 品的芯片卻嚴(yan) 重依賴進口。“不論是芯片的設計、生產(chan) 設備，還是製造材料、製造工藝等都存在很大差距”，黎子蘭(lan) 說。

芯片的設計離不開設計軟件即EDA，全球前三大的EDA企業(ye) 都是美國企業(ye) ，有數據顯示，美國的設計公司在市場占比高達69%。設備上，全球最重要的半導體(ti) 設備光刻機是荷蘭(lan) 生產(chan) ，但設備所需的部分核心零部件是美國廠商生產(chan) 。矽片是製作集成電路的重要材料，通過對矽片進行光刻、離子注入等手段，可以製成集成電路和各種半導體(ti) 器件。日本在半導體(ti) 生產(chan) 材料上優(you) 勢明顯，有資料顯示，世界前兩(liang) 名集成電路用矽片製造商是日本信越和SUMCO，占全球60%以上;這兩(liang) 家企業(ye) 生產(chan) 的大尺寸矽片(200毫米和300毫米)占全球的70%以上，形成絕對壟斷和極高的技術壁壘。
 

我們(men) 離“中國芯”有多遠?

我們(men) 離“中國芯”還有多遠?黎子蘭(lan) 表示，華為(wei) 的麒麟芯片很了不起，但是半導體(ti) 芯片行業(ye) 覆蓋麵廣，細分領域多，光有一個(ge) 麒麟芯片，或是某個(ge) 點的突破是不夠的，需要很多方麵，大家共同的努力。“如果有一天，我們(men) 能夠生產(chan) 出很多的芯片和產(chan) 品，別人不得不用的時候，中國的芯片就崛起了，如果能夠做到你中有我，我中有你，大家都離不開的時候，‘中國芯’就到來了”。

“全球半導體(ti) 芯片產(chan) 業(ye) 競爭(zheng) 最終比拚的是創新的效率，”黎子蘭(lan) 分析道，“如果你的產(chan) 品性能隻有其他產(chan) 品的一半，還停留在上一個(ge) 技術階段，就賣不動了”。

發展半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 是產(chan) 業(ye) 轉型升級的必經之路，“目前人工智能很重要的一個(ge) 企業(ye) 是半導體(ti) 芯片企業(ye) 英偉(wei) 達，因為(wei) 人工智能對計算能力要求非常高”，黎子蘭(lan) 說，但半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 關(guan) 聯廣泛，“目前我國與(yu) 發達國家在各領域都存有差距，全麵追趕上有一定挑戰”。

如何實現“中國芯”?黎子蘭(lan) 表示，首先要進行合作，半導體(ti) 行業(ye) 是全球頂尖專(zhuan) 家幾十年的共同結晶，沒有任何一個(ge) 國家在全產(chan) 業(ye) 鏈都做到完全自主，求創新、求突破，首先要尋求合作。然後是創新，“創新是最有用的，在創新中做出全新的或更強的產(chan) 品，別人的產(chan) 品才可能基於(yu) 我們(men) 的產(chan) 品和技術”，黎子蘭(lan) 說，“創新幾乎是唯一的道路”。
 

未來半導體(ti) 的發展趨勢

半導體(ti) 芯片涉及不同的材料和功用，根據未來應用的方向，分成很多種類型，最大的類別是數字電路，還有訴求多元、功能為(wei) 王的類別，包括模擬電路、分離電路、光電等。

“數字電路的主旋律是微縮，對於(yu) 數字電路，器件越小，數目越多，開關(guan) 速度越快。而數字電路從(cong) 一個(ge) 技術代演進到另一個(ge) 技術代，大概隻花兩(liang) 年時間，”2004年左右最先進的工藝尺寸是65納米，現在最先進的技術已達10納米，“紅細胞是7000納米，而半導體(ti) 器件最核心的特征尺寸已經達到10納米，數字電路微縮是對設備和工藝的極限挑戰”，黎子蘭(lan) 說。

微縮：數字電路的主旋律

器件的微縮還導致結構向三維方向發展，這是數字電路的第二個(ge) 趨勢。“三種重要的數字芯片Logic、DRAM和FLASH，特征都是三維，今天三星推出的最新產(chan) 品是96層，這實在太了不起了”，黎子蘭(lan) 表示。1965年英特爾創始人之一高登·摩爾曾表示，芯片的晶體(ti) 管數目每兩(liang) 年翻一番。“摩爾定律其實是對數字電路微縮規律的總結”，黎子蘭(lan) 說，“至今摩爾定律已問世50多年，意味著至少翻了25次方，一個(ge) 芯片上的晶體(ti) 管數量最多超過100億(yi) 顆，可以實現非常強大的功能。”

高登·摩爾(Intel創始人之一)曾表示，芯片的晶體(ti) 管數目每兩(liang) 年翻一番

另外一類是訴求多元、功能為(wei) 王的第一、二、三代半導體(ti) ，包括模擬電路、分離電路、光電等。“因為(wei) 應用廣泛，這一塊對經濟的重要性不亞(ya) 於(yu) 數字電路，在很多方麵都起到重要作用”，黎子蘭(lan) 表示。新的材料可以大幅提高原有產(chan) 品的性能，或實現原來無法實現的功能。第三代半導體(ti) 材料(如GaN)在光電顯示、電力電子、RF器件等方麵極具潛力和前景。Si功率器件已到極限，第三代半導體(ti) 剛興(xing) 起，所使用的GaN功率器件品質因子是Si的1130倍，“GaN功率器件將帶來電力電子的革命”，黎子蘭(lan) 說。

“未來會(hui) 超越摩爾定律，提高性能和實現新的功能”，黎子蘭(lan) 表示，從(cong) 以往單純追求微縮，開始轉變為(wei) 實現新的不同功能，“例如在microLED顯示、通訊基站和雷達電子等領域，通過材料、器件結構等創新實現更加龐大和先進的功能，這是半導體(ti) 芯片創新的重點，也是機遇，而且對設備的要求沒有那麽(me) 誇張”，例如，從(cong) 九十年代商業(ye) 藍光LED出現開始，GaN材料開始引起公眾(zhong) 關(guan) 注，應用越來越廣泛。“但數字芯片和其他類型的芯片不是分離發展，另外一個(ge) 重要趨勢就是將它們(men) 在係統級別進行更強的整合”。

“總而言之，半導體(ti) 芯片的未來是微縮、超越微縮和融合”，黎子蘭(lan) 表示。