做芯片的不如做項(xiàng)鏈的？國內(nèi)高端IC芯片破局已刻不容緩

　　數(shù)據(jù)顯示，2016全球芯片市場達(dá)到3397億美元，同比增長1.5%。而2017年預(yù)計(jì)將超過4000億美元，漲幅高達(dá)10%以上。

　　不過令人窘迫的是，在這么大的蛋糕面前，盡管我國已消化了近1/3市場需求而成為全球最大的芯片消費(fèi)國，但繁榮背后卻有一個(gè)殘酷的事實(shí)：我國國產(chǎn)芯片的自給率不到30%，產(chǎn)值不足全球的7%，市場份額更是不到10%，也就是說中國“芯”90%以上依賴進(jìn)口。截至2016年底，中國芯片的進(jìn)口金額達(dá)到1.3萬億人民幣左右，而同期的原油進(jìn)口不到0.7萬億。中國在芯片進(jìn)口上的花費(fèi)已經(jīng)接近原油的兩倍。

　　做芯片的不如做項(xiàng)鏈的?

　　上周一(2017年10月23日)，工業(yè)和信息化部人才交流中心(MIITEC)和比利時(shí)微電子研究中心(IMEC)聯(lián)合主辦的“名家芯思維”——2017年設(shè)計(jì)方法學(xué)國際研討會(huì)在南京舉辦。

　　本次活動(dòng)邀請(qǐng)到IEEE fellow Giovanni De Micheli、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)林福江教授、浙江大學(xué)韓雁教授、南京大學(xué)王中風(fēng)教授、香港科技大學(xué)教授Patrick Yue 和Synopsys亞太區(qū)產(chǎn)品總監(jiān)謝仲輝先生，圍繞主題“IC設(shè)計(jì)方法學(xué)”的進(jìn)行主題分享，圓桌論壇環(huán)節(jié)探討了IC設(shè)計(jì)技術(shù)革新、發(fā)展趨勢，以及發(fā)展中遇到的一些問題。

　　會(huì)議期間我們聽到了兩個(gè)小故事。

　　不過卻是兩個(gè)很無奈的故事。

　　故事一：做4G芯片差點(diǎn)破產(chǎn)

　　這是一家做芯片F(xiàn)IB失效修改的廠商講的故事。說有一個(gè)客戶原來是做2G/3G基礎(chǔ)設(shè)備的，后來聽說4G是個(gè)大趨勢且很快就會(huì)到來，就轉(zhuǎn)頭開了一個(gè)廠，雄心勃勃的進(jìn)軍4G芯片產(chǎn)業(yè)，準(zhǔn)備搶占橋頭堡。

　　為了做好，他前后投入了80%的身家來研發(fā)4G芯片。結(jié)果，快把家底賠進(jìn)去了也沒搞出來。最后實(shí)在撐不住，只好回頭又做起了3G設(shè)備，終于挽回了差點(diǎn)破財(cái)破家的慘淡結(jié)局。

　　聽說，他媳婦也總算同意他睡床上了。

　　故事二：做芯片的不如做項(xiàng)鏈的

　　這個(gè)故事是韓雁教授講的。說有一個(gè)朋友，原來開了一家首飾加工廠，生意不錯(cuò)。后來，在政府的要求和鼓勵(lì)下就辦了個(gè)芯片封裝廠。

　　然而，這個(gè)封裝廠利潤簡直寥寥，一直在慘淡經(jīng)營中不可自拔。

　　據(jù)他說：“我加工一件首飾能賺幾塊甚至十幾塊錢，但是我封裝一個(gè)芯片才賺幾分錢甚至幾厘錢!你說，高科技體現(xiàn)在哪里?”

　　對(duì)啊，既然做芯片的不如做項(xiàng)鏈的，那為什么還有人堅(jiān)持做下去呢?(文末將有答案)

　　國內(nèi)高端芯片領(lǐng)域的困境

　　眾所周知，高端IC芯片復(fù)雜程度高，國內(nèi)目前連4G芯片都做不了，絕大多數(shù)都還是2G/3G計(jì)算級(jí)別。

　　芯片市場的惡性循環(huán)

　　浙江大學(xué)教授/博導(dǎo)、浙江大學(xué)—美國UCF大學(xué)ESD聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任韓雁說：“我國高端射頻芯片的開發(fā)面臨困境，這里有一個(gè)顯而易見的惡性循環(huán)：因?yàn)楣に嚶浜蟆蛻舻絿饬髌獓鴥?nèi)工藝缺乏流片驗(yàn)證提升——工藝更加落后?！?/p>

　　具體來說，這個(gè)循環(huán)就是：由于國內(nèi)芯片加工制造工藝落后，導(dǎo)致很多設(shè)計(jì)公司紛紛選擇到國外流片，因此造成國內(nèi)相關(guān)廠商嚴(yán)重缺乏流片驗(yàn)證而無法升級(jí)，最終又會(huì)讓國內(nèi)的芯片工藝遲遲得不到提高。

　　目前，芯片產(chǎn)業(yè)的流片費(fèi)用動(dòng)輒幾百萬元甚至上千萬元，這樣的費(fèi)用對(duì)任何一家公司來說都是難以企及的高價(jià)，由不得不慎重(一般來說，普通芯片最多半年流片一次，而高端芯片如10nm或像麒麟970一樣的AI芯片等，由于研發(fā)過程漫長，從研發(fā)到流片需要數(shù)年時(shí)間)。因此，國內(nèi)很多芯片設(shè)計(jì)公司為提高成功率，紛紛選擇去國外或合資企業(yè)流片。英特爾、富士通、Tower Jazz、GlobalFoundries、三星、臺(tái)積電、MagnaChip等等，往往是業(yè)內(nèi)的首選，從而造成內(nèi)地廠家很難有生意。

　　既然國內(nèi)晶圓代工廠沒有生意，自然就生存艱難。盡管近年來有紫光、中芯國際、華力微等重點(diǎn)企業(yè)異軍突起，但無論從工藝還是經(jīng)驗(yàn)來看，距離國際一線廠商還有很長的路要走。

　　如此的循環(huán)，長此以往，將對(duì)我們的芯片制造產(chǎn)業(yè)帶來極大的限制和阻礙。

　　國內(nèi)芯片加工工藝粗糙不穩(wěn)定

　　從1971年開始，芯片制造工藝經(jīng)歷了10微米、6微米、3微米、1.5微米、1微米、800納米、600納米、350納米、250納米、180納米、130納米、90納米、65納米、45納米、32納米、22納米、14納米，一直到目前主流的10納米高端工藝。而更高一級(jí)的 7nm(GlobalFoundries公司)近期也傳出進(jìn)展順利。

　　盡管10nm工藝已經(jīng)成為高端芯片加工的標(biāo)志，但國內(nèi)工藝大多還依然停留在微米級(jí)別(0.18um、0.35um等)，也使得大部分硬件設(shè)備用的也都還是微米級(jí)芯片。這也是我們所說的第一個(gè)故事背后的真實(shí)場景，令人無奈。

　　光刻技術(shù)是芯片制造產(chǎn)業(yè)的核心，決定著芯片的元件特征尺寸。伴隨半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“摩爾定律”的延續(xù)，極紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography， EUVL)被公認(rèn)為是最具潛力的下一代光刻技術(shù)。不過技術(shù)最先進(jìn)、性能最穩(wěn)定的光刻機(jī)設(shè)備100%被歐美國家壟斷，且嚴(yán)禁技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

　　目前國內(nèi)光刻機(jī)最多可做到28nm，另外13nm技術(shù)正在研發(fā)中。但是，國際上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了10nm，而7nm技術(shù)也即將研發(fā)成功。這就是差距。

　　由于缺乏精密的國產(chǎn)加工設(shè)備，國內(nèi)芯片制造設(shè)備都需要從美國進(jìn)口，這就要受到他們“出口限制令”的制約，比如不能用于軍事產(chǎn)品的生產(chǎn)、不能研發(fā)指標(biāo)非常先進(jìn)的芯片。

　　專用芯片才是未來新的增長點(diǎn)

　　一直以來，關(guān)于通用芯片和專用芯片的爭論就從來沒有停止過。雖然從通用性和可修改性來說，通用芯片具有很大優(yōu)勢，但從針對(duì)性和功耗等方面考慮，專用芯片才是未來新的增長點(diǎn)。

　　國家“千人計(jì)劃”特聘專家、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院副院長林福江說：“功耗是(芯片產(chǎn)業(yè))現(xiàn)在最大的問題，哪一款芯片能把功耗降下來，它的壽命就能延長，競爭力自然就上來了，功耗是所有芯片現(xiàn)在最大的瓶頸。