對(duì)話中國(guó)集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟理事長(zhǎng)曹健林：重新定義中國(guó)的集成電路發(fā)展路徑

近年來(lái)，集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界各國(guó)越來(lái)越重視的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，尤其在我國(guó)，集成電路產(chǎn)業(yè)受到了前所未有的關(guān)注，并在政策、技術(shù)和資本的推動(dòng)下獲得了蓬勃發(fā)展。據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2022 年中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額 12006.1 億元。其中，設(shè)計(jì)業(yè)銷售額為 5156.2 億元；制造業(yè)銷售額為 3854.8 億元；封測(cè)業(yè)銷售額 2995.1 億元，設(shè)計(jì)業(yè)、制造業(yè)、封測(cè)業(yè)占比分別為 42.9%、32.1%、24.9%。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布數(shù)據(jù)顯示，2014 年中國(guó)集成電路產(chǎn)量為 1015.53 億塊，2022 年中國(guó)集成電路產(chǎn)量為 3241.9 億塊，年產(chǎn)量已經(jīng)翻了三倍。全產(chǎn)業(yè)鏈都在行動(dòng)。

在國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，國(guó)際環(huán)境日趨錯(cuò)綜復(fù)雜，集成電路產(chǎn)業(yè)開(kāi)始成為大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略焦點(diǎn)。美國(guó)頻頻發(fā)起芯片「禁令」，陸續(xù)出臺(tái)《2022 年美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)法案》《芯片和科學(xué)法案》及相關(guān)行政令，希望通過(guò)巨額產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼和限制出口、投資的「霸王條款」，推動(dòng)芯片制造等集成電路產(chǎn)業(yè)「回流」本國(guó)。

當(dāng)前，世界百年未有之大變局加速演變，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)正處于機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的新時(shí)期。在第七屆國(guó)際先進(jìn)光刻技術(shù)研討會(huì)期間，中國(guó)集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟理事長(zhǎng)曹健林研究員接受了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫采訪。作為產(chǎn)業(yè)界的資深專家，他深刻解讀了當(dāng)前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的難題，闡釋了我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，以及光刻產(chǎn)業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展。

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨哪些難題和機(jī)遇？

1950 年代，集成電路的誕生正式開(kāi)啟了「硅器時(shí)代」，從此拉開(kāi)了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的序幕。此后，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，在摩爾定律的推動(dòng)下，芯片的復(fù)雜指數(shù)增加。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有明顯的全球化特點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈涉及芯片設(shè)計(jì)、材料、裝備、制造等多個(gè)環(huán)節(jié)，供應(yīng)鏈長(zhǎng)、具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的上下游企業(yè)分布在全球不同國(guó)家，全球化成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展的重要推動(dòng)力。

隨著《美國(guó)芯片法案》、《歐洲芯片法案》的推出，半導(dǎo)體芯片的「去全球化」趨勢(shì)愈發(fā)明顯。復(fù)雜的國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境，使得半導(dǎo)體發(fā)展面臨了前所未有的難題。曹健林表示，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)在碰到最大的問(wèn)題是「逆全球化」。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，包括研究、產(chǎn)業(yè)甚至基礎(chǔ)理論都帶有明顯的全球化特征。發(fā)展中國(guó)家，比如中國(guó)是最大的應(yīng)用市場(chǎng)；發(fā)達(dá)國(guó)家，比如美歐日等具備基礎(chǔ)理論的研究、先進(jìn)技術(shù)的研究?，F(xiàn)在，一些發(fā)達(dá)國(guó)家想要打破現(xiàn)有格局，這對(duì)于中國(guó)集成電路的技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。但同時(shí)，曹健林強(qiáng)調(diào)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有應(yīng)用牽引、需求牽引特征，需求牽引就是靠最大的市場(chǎng)需求。只有市場(chǎng)大了，才能產(chǎn)生足夠增量需求，進(jìn)而牽引和推動(dòng)基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)。在技術(shù)突破后，進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)，解決擴(kuò)大生產(chǎn)、降低成本中碰到的問(wèn)題，從而推動(dòng)半導(dǎo)體技術(shù)的整體進(jìn)步。

現(xiàn)在有些發(fā)達(dá)國(guó)家把半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)「政治化」，不想分工協(xié)作了，那就迫使像中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家加大「補(bǔ)短板」的力度。一方面，一些特定領(lǐng)域的封鎖對(duì)于中國(guó)目前的發(fā)展是有影響，如高端裝備、材料和關(guān)鍵技術(shù)；另一方面，這種封鎖促進(jìn)了中國(guó)人自力更生、自立自強(qiáng)。如果說(shuō)，中國(guó)原來(lái)科學(xué)技術(shù)的自立自強(qiáng)屬于期望有一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)在有人「逼著」我們這么做，大大提升整個(gè)業(yè)界在這一點(diǎn)上的共識(shí)和奮進(jìn)。

曹健林感慨道：「我以前在這個(gè)領(lǐng)域從事科學(xué)和技術(shù)的研究，后來(lái)從事科技的管理，再后來(lái)做全國(guó)的應(yīng)用推廣。我深深的感到，這種國(guó)外的封鎖固然給我們?cè)斐闪艘粫r(shí)的影響，但它更是激發(fā)了中國(guó)人民的斗志，特別是要實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)的共識(shí)空前高漲。對(duì)于國(guó)內(nèi)集成電路行業(yè)來(lái)說(shuō)，很多領(lǐng)域的環(huán)境是變好了。原來(lái)最大的問(wèn)題是『沒(méi)有人愿意干』，不是沒(méi)有興趣，是怕興趣得不到承認(rèn)和支持。」

今天的科技發(fā)展有兩個(gè)明顯的特征：第一，一旦一個(gè)國(guó)家具備一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，這個(gè)國(guó)家的人民銳意創(chuàng)新進(jìn)取，那么任何人阻擋不了發(fā)展科學(xué)技術(shù)的歷史進(jìn)程。第二，現(xiàn)代科技一大特點(diǎn)在于可學(xué)習(xí)、可復(fù)制、可站在前人的基礎(chǔ)上繼續(xù)向前走。中國(guó)有全球最大的市場(chǎng)、有全球最多的人口、還有全球最大的有效需求。這樣的情況下一定會(huì)激勵(lì)更多的人去研究新的技術(shù)、去創(chuàng)造新的產(chǎn)品。同時(shí)我們還有全球最大的人才培養(yǎng)基地，全球最多的工學(xué)院、理學(xué)院，全球最多讀工科、理科的學(xué)生，這些資源是不屬于某些國(guó)家，也不受某些國(guó)家控制的。

「卡脖子」問(wèn)題背后的實(shí)質(zhì)和突破路徑

盡管?chē)?guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度很快，但在發(fā)展中還存在短板，如高端芯片、材料、設(shè)備自給率低等問(wèn)題。

在提及我國(guó)集成電路還存在哪些「卡脖子」問(wèn)題時(shí)，曹健林表示：「卡脖子」問(wèn)題是很多的，專業(yè)隊(duì)伍的人每天在考慮的都是「卡脖子」問(wèn)題。但我們有很好的前景，對(duì)解決這些問(wèn)題應(yīng)該有信心?！?strong>「卡脖子」問(wèn)題背后還表現(xiàn)為「路徑依賴」。一是中國(guó)走的路都是發(fā)達(dá)國(guó)家走過(guò)的路，路徑依賴有一定的歷史必然性。當(dāng)你什么都不知道、白手起家的時(shí)候，一定要學(xué)習(xí)人家的發(fā)展軌跡，有人成功至少證明這條路徑是行得通的。二是剛剛起步的時(shí)候必須靠現(xiàn)有市場(chǎng)取得回報(bào)，才能保證可持續(xù)發(fā)展，如果一上來(lái)就標(biāo)新立異，難以得到市場(chǎng)認(rèn)可。

在評(píng)價(jià)路徑依賴上，曹健林談到：「在這條路上，我們走的其實(shí)是不錯(cuò)的，現(xiàn)在在集成電路終端產(chǎn)品的市場(chǎng)上，無(wú)論是顯示、通訊、電動(dòng)汽車(chē)，很多都是中國(guó)造的。當(dāng)然，這其中一些關(guān)鍵元器件還有瓶頸。我們的強(qiáng)項(xiàng)是產(chǎn)品應(yīng)用和制造，我們的弱項(xiàng)是關(guān)鍵元器件、關(guān)鍵材料、關(guān)鍵裝備。當(dāng)我們把弱項(xiàng)都補(bǔ)上后，我們要開(kāi)創(chuàng)中國(guó)自己的發(fā)展道路，打破路徑依賴。換句話說(shuō)，等中國(guó)真的把材料、裝備、關(guān)鍵工藝等短板都補(bǔ)齊后，我們一方面可以在原來(lái)的路徑上繼續(xù)探索，另一方面可以自己重新定義發(fā)展路徑?？傊?，全球化是一定要走下去的，有人不愿意走了，那我們就再開(kāi)一條路?！?/strong>

對(duì)于未來(lái)需要重點(diǎn)關(guān)注的創(chuàng)新技術(shù)和未來(lái)應(yīng)用，曹健林舉例，「現(xiàn)在的應(yīng)用有很多，比如中國(guó)的新能源、電動(dòng)汽車(chē)、超遠(yuǎn)距離輸電等，都是集成電路新的、非常廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>

除了業(yè)界的關(guān)注，在談到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，曹健林對(duì)大眾的關(guān)注提了兩點(diǎn)建議：第一，給中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展一定的容忍度。在發(fā)展的過(guò)程中要允許失敗。因?yàn)橐粭l新路在走的時(shí)候，總會(huì)碰到一些挫折。面對(duì)這些挫折，希望無(wú)論是政府還是公眾都可以給一些理解。第二，給予持續(xù)、長(zhǎng)期的支持。盡管中國(guó)是最大的市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)還有關(guān)鍵材料、關(guān)鍵設(shè)備的問(wèn)題，如果國(guó)產(chǎn)材料和設(shè)備馬上投入市場(chǎng)，可能短時(shí)間內(nèi)還無(wú)法獲得市場(chǎng)的信任，需要政府、風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)等方面的支持。總之，需要給一點(diǎn)時(shí)間，讓國(guó)內(nèi)的集成電路產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)起來(lái)。

我國(guó)該如何抓住機(jī)遇和迎接挑戰(zhàn)？

在進(jìn)入 14nm 以下先進(jìn)節(jié)點(diǎn)之后，晶體管密度的增速在放緩，芯片主頻的提升速度變慢，性能的改善越來(lái)越難。摩爾定律的發(fā)展放緩，先進(jìn)制程工藝逐漸逼近物理極限，進(jìn)一步縮小特征尺寸變得特別困難。

進(jìn)入后摩爾時(shí)代，集成電路發(fā)展會(huì)面臨更多挑戰(zhàn)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷探索新技術(shù)的今天，對(duì)于我國(guó)該如何抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)的問(wèn)題。曹健林說(shuō)到：「預(yù)測(cè)未來(lái)是很難的，但短期可以看到的有兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，未來(lái)應(yīng)用的面會(huì)更廣。今后，無(wú)論在能源、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，相信半導(dǎo)體都會(huì)有越來(lái)越多的應(yīng)用。第二點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中還會(huì)持續(xù)降低成本，在應(yīng)用上會(huì)出現(xiàn)專用和多用結(jié)合。也就是說(shuō)，除通用芯片外，將出現(xiàn)更多的專用芯片，它沒(méi)有非常復(fù)雜的能力，但某項(xiàng)專有功能性能非常突出。比如說(shuō)智慧家居的傳感器，這種傳感器也是半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域，這方面的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越多。

聚焦攻堅(jiān)領(lǐng)域，現(xiàn)在中國(guó)光刻產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展如何？

光刻是芯片制造過(guò)程中最重要、最復(fù)雜也最昂貴的工藝步驟之一，其成本占總生產(chǎn)成本的 30% 以上。光刻機(jī)也是光刻工藝中最貴的半導(dǎo)體設(shè)備。ASML 是全球最大的光刻機(jī)制造商，同樣也是唯一一家能夠制造 EUV 光刻機(jī)的廠商。2019 年開(kāi)始，美國(guó)就禁止 ASML 將 EUV 光刻機(jī)出口至中國(guó)。近年來(lái)，美國(guó)對(duì)于光刻機(jī)不斷的收緊限制，今年 6 月，不止 EUV 光刻機(jī)，包括最新型號(hào)的深紫外光刻設(shè)備也不允許出口到中國(guó)。到了 10 月，美國(guó)再次更新出口新規(guī)，其 1980Di 深紫外光光刻機(jī)（DUV）對(duì)一些中國(guó)大陸晶圓廠禁止出口。

談及中國(guó)的光刻產(chǎn)業(yè)發(fā)展，曹健林談到，「世界前沿的光刻技術(shù)，比如說(shuō) 3nm、5nm 等是使用 EUV 光刻、短波長(zhǎng)的光刻實(shí)現(xiàn)，這是需要學(xué)科基礎(chǔ)的，比如說(shuō)工程光學(xué)、精密器件、自動(dòng)控制、材料的基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展可以說(shuō)中國(guó)已基本具備了這些學(xué)科基礎(chǔ)。目前，我國(guó)發(fā)展先進(jìn)光刻技術(shù)的主要障礙是缺少工程經(jīng)驗(yàn)，缺乏實(shí)踐機(jī)會(huì)。過(guò)去，我們比較相信全球化，ASML、尼康、佳能制造光刻機(jī)，國(guó)內(nèi)購(gòu)買(mǎi)光刻機(jī)進(jìn)行芯片制造?，F(xiàn)在不賣(mài)我們光刻機(jī)，那就需要自己制造，這就需要工程基礎(chǔ)。換句話說(shuō)，要把裝備做好并能大量應(yīng)用是需要時(shí)間的。這方面的確是我們的弱項(xiàng)，我們剛剛起步，時(shí)間還不是很長(zhǎng)，也就 15 年左右?！?/p>

采訪最后，曹健林很樂(lè)觀的說(shuō)到：「未來(lái)，他們做過(guò)的事，我們都會(huì)做出來(lái)。」

中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)道阻且長(zhǎng)，行則將至！