中兴被封杀即休克 “中国芯”到底差在哪了?
发布时间:2018-05-24
近期,中兴被美国商务部制裁的消息成为热点。美国禁供中兴芯片,使得更多的人开始关注中国的“缺芯“问题。相比大豆和石油这类粮食作物和工业原料,芯片一旦被切断供应,是无法找到替代方案的。围绕芯片产业一些列核心科技的缺失,迫使我国必须踏下心来,坚定自主研发,争取早日赶上世界先进水平。
芯片产业自上世纪六七十年代发源,历经长期发展形成了完整而又严密的产业链。粗略地看,芯片产品大概可分成如下几个关键环节:芯片设计、晶圆生产、晶圆加工(代工)、光刻设备、后端封测、投放市场、生态建设。
以上诸多环节,绝大部分核心科技掌握在美国为首的西方阵营手中,中国虽在近些年意识到差距,但到目前仅能控制一些零散的点。那么具体看,中国在芯片制造的各环节都是什么水平,能有多少东西是能够自给自足的呢?
芯片设计:当代芯片的在狭小的裸晶面积上集成了数以亿计的晶体管,如此多的数量使得晶体管的排布无法由人工设计,这就需要专业的设计工具来帮助研发人员完成这一工作,而这就是所谓的电子设计自动化(EDA)。
自上世纪80年代,随着集成电路的复杂化,开始涌现通过编程语言进行芯片设计的新思路,其目的是在集成电路实际构造出来前就进行逻辑仿真、功能验证等关键性工作。随着芯片产业不断发展,芯片研发的前端和后端工序都有相应的EDA工具作支撑,可以说没有EDA也就没有芯片。
但遗憾的是,主要的EDA供应商Synopsys、Cadence和Mentor都是美国公司,国内芯片厂商也毫无例外地采用这几家公司的工具,且由于EDA工具与芯片制造业共同发展并完善了数十年,已形成了固定的产业链,因此缺失了这一课的中国要想搞自己的EDA极为困难,其难度甚至不亚于造芯片。
由此也可想而知,如果中兴不仅被断供芯片,甚至EDA工具也停止授权的话,那么这家公司就连卧薪尝胆、东山再起的机会也没有了。
前述主要事关一般的数字电路及模拟电路,至于移动SoC,我国现有海思麒麟、小米澎湃等代表性产品,可这些芯片都是基于ARM公版架构,再分别由华为和小米集成为自家SoC。因此一旦事态升级,连ARM授权都不给的话,国产的移动芯片也将将不复存在。
晶圆:全世界的人都知道芯片是沙子(石英)做的,但从沙子到芯片过程却考验着一个国家的精密工业能力。芯片所需的硅晶圆,必须遵循一系列复杂工艺,最终达到一定标准以供后期加工成各类芯片。可惜以中国的精加工水平,晶圆工艺发展有限,至于高阶制程需要的晶圆更是望尘莫及。
目前全球共有五大硅晶圆供应商,分别是日本的信越、胜高、台湾的环球晶圆、德国的Silitronic以及韩国LG Siltron,硅晶圆作为工业品,基本上不存在禁运。但须知当前半导体产业晶圆需求处于暴增期,诸如台积电、三星等代工大户都需要以“锁量不锁价”的方式订货,更别谈刚刚兴起的本土代工厂商了。
当然,订货的问题都是小事,只要出价比台积电、三星还高,也就不存在什么缺货。因此尽管中国并不能制造硅晶圆,但外购渠道也还通畅。当然,西方阵营对中国的高科技壁垒一向严密,就晶圆来说,产品可以随便买,但技术就别惦记了。早前中资曾想收购德国Silitronic,以获得硅晶圆制造技术并改善本土代工厂的供货环境,结果失败。
晶圆加工:目前全球最先进的量产技术分别掌握在台积电、三星和英特尔手中,已达到10nm水平,此外较为出名的还有的格罗方德、台联电等厂。
近几年,本土厂商通过引进自研相结合的途径,已能代工28nm技术(中芯国际、联芯,但良率还有提升空间),并在攻坚14nm(联芯,预计2019年量产)。目前,最有性价比的工艺制程是28~14nm这一层级,其适用于分车用芯片、AI芯片以及中端SoC,如高通骁龙6系等。由此看,中芯和联芯只要取得立足之地,未来还是大有机会的。
如此看,国内的晶圆加工水平并非不堪,那么问题出在哪呢?进入10nm以内,极紫外光刻(EUV)成为关键,缺失这一技术就丧失了未来的发展权。目前,能够提供EUV光刻机的供应商只有荷兰ASML一家。由于此类机械实在太精密,因此ASML的产量也就一年几十台,而很不巧该公司的大股东正是英特尔、台积电和三星这三家大厂,因此中国要订货就要排期,大约2年之久才能见到光刻机,再加上装机调试的时间,都足够台积电这些大厂的工艺都再进化一个世代了。
也就是说,都不用《瓦森纳协定》出马,光是正常的商业因素就足以阻碍本土晶圆加工业的进步了。纵观全局,目前本土芯片产业最大的障碍还是来源于EDA工具和光刻设备,此二项中国短期内也无法攻克,因此只有在摩尔定律失效之际寻求弯道超车的机会。
后端封测:相较上述环节的不堪表现,中国本土的封测产业算是发展得有声有色了,长电科技、华天科技和通富微电分别排名第三、第七和第八。因此,封测作为本土半导体产业的突破点还是大有可为的。
市场与生态建设:目前消费者能见到的国产芯片,诸如海思麒麟等还是基于ARM公版架构,而且代工也是由台积电等代工厂完成,实质上产业链自给的程度很低。至于真正意义上的国产芯片,普通消费者很难见到,要用也只是用在遥控器、电子玩具等低端产品上。因此,外国芯片早就在大众不经意间完全占据了消费市场。
芯片之上,则是植根于此的软件生态。举例来说,在微软X86架构的环境,人们可以选择各种软件。国产芯片要想占领市场并构建生态,必将是艰难而又漫长的过程。
翻身之路不好走
综合上述,可以看出中国芯片产业落后主要是因为起步太晚和西方禁运,因此毫无疑问,自主研发一定是最终的王道,但事情也不是这么简单,在投资、技术、市场及人才等各方面都需要加大投入力度。
投资:实际上,对于我国芯片产业的落后现实,相关部门早已有了认识,并采取措施以政府牵头投资的方式扶植产业发展。2014年,国家集成电路大基金一期筹集了1387亿元人民币,投资芯片行业的制造、设计、封测、装备材料等各环节,其比例分别为63%、20%、10%、7%。目前,大基金二期也蓄势待发,预计筹集资金1500~2000亿元,进一步发展本土芯片产业。
时间:本土芯片产业要想追赶国际先进水平,投资只是催化剂,关键还在于花时间把别人走过的路再走一遍。目前最先进的芯片制程已发展到7nm,越来越接近摩尔定律的极限,对国际大厂来说,路也是越走越窄,因此对本土芯片产业来说,正好可以利用国际大厂技术停顿的时间缩小差距。
市场:不得不承认我国虽已成长为全球最大的芯片市场,但通行的不论是电脑芯片还是手机芯片都是别人的,植根于此的操作系统和软件生态也固定成型。对本土芯片业来说,挤入早已饱和的市场是个问题。但这里必须提的是,英特尔作为桌面芯片的霸主,在移动时代却被ARM和高通抢了先。目前AI等新应用场景正在崛起,因此本土厂商合理布局,应该大有机会抢滩登陆。
人才:目前本土芯片产业在大基金的引领下急速扩张,大陆新设的晶圆厂数量众多,所需的人才队伍也是问题。据预计,2020年我国半导体从业人员需求达80万人,但2016年这一数字仅40万。尽管产业发展需坚定人才自主培养的路线,但短期内的巨大缺口又不得不靠其他办法补足,说直接就是挖人。
去年,厦门联芯成功挖到原台积电技术专家梁孟松,由此攻克14nm的希望大大加强。但除了领头人物,本土芯片产业更缺乏基础型人才。客观上讲,中国近些年如火如荼的互联网和金融产业分流了众多芯片人才,因此要想根本上解决人才问题,关键在于社会观念的转变,并切实提高芯片从业者的待遇和福利。
总结
中兴被制裁,让更多人关注我国芯片产业的现状,开始探究“中国芯”迄今仍未崛起的原因。必须承认,我国芯片产业面对着错失时间、外界封锁、生态贫瘠、人才缺乏等诸多窘境,发展之路必然是曲折的。因此,从业者必须认清现实,结合自身优势劣势,才能总结出一条发展道路,从而使中国摆脱“缺芯”尴尬。