中國半導(dǎo)體芯片未來的發(fā)展 路在何方？

• 2018年5月14日 ZhouXun來源：端技術(shù) 1000 63
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  2017-2022年中國半導(dǎo)體芯片市場發(fā)展前景及投資戰(zhàn)略報(bào)告

  半導(dǎo)體芯片：在半導(dǎo)體片材上進(jìn)行浸蝕，布線，制成的能實(shí)現(xiàn)某種功能的半導(dǎo)體器件。不只是硅芯片，常見的還包括砷化鎵（砷化鎵有毒，所以一些劣質(zhì)電路板不要好奇分解它），鍺等半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體...

目前國內(nèi)的半導(dǎo)體芯片在高端硬件設(shè)計(jì)和制造方面仍與國際頂尖水平存在差距，中國在芯片領(lǐng)域有哪些短板亟待突破?人工智能芯片的快速發(fā)展是否會(huì)讓我們實(shí)現(xiàn)彎道超車?研發(fā)和創(chuàng)業(yè)資金的投入是否為中國芯片的成長帶來了機(jī)遇?

近半個(gè)月以來，半導(dǎo)體行業(yè)引發(fā)了國內(nèi)的廣泛關(guān)注與熱議。目前國內(nèi)的半導(dǎo)體芯片在高端硬件設(shè)計(jì)和制造方面仍與國際頂尖水平存在差距，中國在芯片領(lǐng)域有哪些短板亟待突破?人工智能芯片的快速發(fā)展是否會(huì)讓我們實(shí)現(xiàn)彎道超車?研發(fā)和創(chuàng)業(yè)資金的投入是否為中國芯片的成長帶來了機(jī)遇?

如何認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體芯片?

半導(dǎo)體是一種導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，常見的半導(dǎo)體材料有硅。芯片就是半導(dǎo)體產(chǎn)品的統(tǒng)稱，是集成電路的載體。南京大學(xué)微電子學(xué)院教授王中風(fēng)指出芯片應(yīng)用的范圍很廣，已廣泛應(yīng)用到日常生活中的汽車、路由器、手機(jī)、電視機(jī)等產(chǎn)品。中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員李曉維提到一個(gè)流行指標(biāo)說明芯片應(yīng)用的廣泛，“一個(gè)人如果每天接觸到的處理芯片少于20個(gè)，那這個(gè)人就沒有進(jìn)入現(xiàn)代化”。

各種各樣的芯片已經(jīng)遍布我們的生活，那芯片之間的性能差異是什么原因造成的?中國科學(xué)院微電子研究所研究員陳嵐提到像SoC這種集成電路芯片，是由S(system)和C(chip)共同確定的。比如，高通的通訊芯片占據(jù)大量市場份額，除了擁有的專利技術(shù)外，它在system即應(yīng)用領(lǐng)域的算法和架構(gòu)方面的多年積累也是它性能優(yōu)越的重要因素。Chip涉及到加工制造的技術(shù)帶，工藝節(jié)點(diǎn)的數(shù)值越小，芯片的集成度就越高，這也會(huì)影響到芯片的性能。李曉維介紹芯片的結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度也可使芯片性能進(jìn)一步提升。王中風(fēng)還補(bǔ)充道，設(shè)計(jì)架構(gòu)師的經(jīng)驗(yàn)對(duì)芯片性能也有很大影響。架構(gòu)師不僅要對(duì)硬件本身理解，也要理解芯片的實(shí)際應(yīng)用，個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的積累、悟性、受教育的程度等都會(huì)影響他的理解。

目前，國內(nèi)外低功耗芯片的研發(fā)逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)。陳嵐分析主要有幾點(diǎn)原因，首先是目前功耗過高帶來的一些局限，比如硬件過燙而影響工作。第二是由于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控是無人值守的，需要保證一顆電池用到一定的時(shí)長，對(duì)功耗的要求也相應(yīng)提高。還有一個(gè)原因是泄漏電流的存在，即芯片即使不工作也在耗電，這就造成了功耗的增加。要提升芯片的低功耗性能，王中風(fēng)認(rèn)為不是一招一式能做到的，需要有“內(nèi)力”，這包括幾個(gè)層面：一是工藝，集成電路的工藝越先進(jìn)，功耗的降低就會(huì)越明顯;二是芯片設(shè)計(jì)本身，通過簡化算法和運(yùn)用硬件設(shè)計(jì)技巧也可以降低能耗。不過李曉維指出在芯片設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮性能、功耗和可靠性之間的折中和平衡，并不是一味強(qiáng)調(diào)低耗能，而是要根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果目標(biāo)是追求性能的話，那功耗便可能會(huì)相應(yīng)變高。

中國半導(dǎo)體芯片行業(yè)發(fā)展的瓶頸

談及當(dāng)今芯片產(chǎn)業(yè)的世界格局及中國的處境，中國科學(xué)院微電子研究所研究員陳嵐指出，集成電路芯片發(fā)源于美國硅谷，再發(fā)展到日本、韓國，其實(shí)中國集成電路和世界起步基本是同步的，但是在原始技術(shù)創(chuàng)新上，美國目前在很大程度上擁有“卡脖子”式的優(yōu)勢(shì)。在芯片的原材料和裝備上，日本占了部分所需的化學(xué)試劑60%以上的市場。而韓國的特長主要是代工和加工。中國也已經(jīng)把集成電路當(dāng)成重要產(chǎn)業(yè)進(jìn)行支持，中芯國際已經(jīng)實(shí)現(xiàn)芯片的量產(chǎn)，已經(jīng)在為高通提供產(chǎn)品服務(wù)。

但國內(nèi)芯片行業(yè)也還存在這一些制約因素，王中風(fēng)指出中興被美國禁售引起的反響比較大，并不是中興不能生產(chǎn)芯片，只是高端芯片還是一個(gè)瓶頸。李曉維認(rèn)為制約因素要從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝和測試各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行思考，比如國內(nèi)目前的一些生產(chǎn)工藝相比國際發(fā)達(dá)水平大概落后了三代。陳嵐指出目前我國芯片發(fā)展的制約因素不只是設(shè)備和裝備的問題，還要從系統(tǒng)層面進(jìn)行考慮，在芯片的研發(fā)過程中，隨著芯片復(fù)雜性提升，對(duì)技術(shù)的要求也在提高。復(fù)雜芯片所需的計(jì)算平臺(tái)資源不亞于一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)，目前尚在申請(qǐng)超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用到芯片研發(fā)中。在芯片的制作材料上，目前主要使用的是硅，還未找到替代品，這也可能會(huì)制約芯片的持續(xù)性發(fā)展。

王中風(fēng)還指出了業(yè)界存在的一些問題，在十幾年前還會(huì)有小公司不斷成長，但現(xiàn)階段小公司往往面臨沒有資金的問題而難以發(fā)展。其實(shí)更多小公司的成長可以推動(dòng)大公司的創(chuàng)新和發(fā)展，但是成本增高使得普通創(chuàng)業(yè)者難以參與進(jìn)來，于是就有大公司壟斷的趨勢(shì)。陳嵐也補(bǔ)充道，通過觀察國際的產(chǎn)業(yè)布局，我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到這已經(jīng)是個(gè)成熟的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在的利潤空間是透明的，不像新興產(chǎn)業(yè)一般有巨大的利潤空間，并且這是一個(gè)高投入、高技術(shù)、高回報(bào)的產(chǎn)業(yè)，行業(yè)實(shí)力前20%的企業(yè)拿走了80%的利潤。

中國芯片的未來發(fā)展，路在何方?

現(xiàn)在國內(nèi)人工智能芯片已經(jīng)獲得快速發(fā)展，這是否會(huì)讓我們實(shí)現(xiàn)彎道超車?王中風(fēng)認(rèn)為目前人工智能芯片更多的是起到優(yōu)化現(xiàn)有應(yīng)用的作用，主要應(yīng)用在兩個(gè)層面，一是基于微處理器，應(yīng)用于優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算;二是在人工智能專用領(lǐng)域，如智能監(jiān)控中的動(dòng)態(tài)識(shí)別，可用于危險(xiǎn)手勢(shì)識(shí)別或者跟蹤。在人工智能芯片方面，我國的發(fā)展已經(jīng)位于第一梯隊(duì)，但市場總體比重仍然較小。李曉維認(rèn)為單純一點(diǎn)的突破不是整體的創(chuàng)新，國內(nèi)芯片的發(fā)展不能僅靠人工智能芯片，并且人工智能也仍有很大的發(fā)展空間，目前人工智能在結(jié)構(gòu)上的效率不高，未來可以發(fā)展基于神經(jīng)單元的結(jié)構(gòu)。陳嵐則指出，目前芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)，要想實(shí)現(xiàn)彎道超車，就需要有顛覆性的技術(shù)，而材料技術(shù)的革新是首要的前提。

國家已經(jīng)為半導(dǎo)體芯片行業(yè)的核心技術(shù)發(fā)展提供了巨大的扶持資金，商業(yè)資本的關(guān)注熱度也逐漸升溫，這在一定程度上為行業(yè)發(fā)展帶來了機(jī)遇。陳嵐認(rèn)為，更多的人關(guān)注這一行業(yè)會(huì)使人才匯聚進(jìn)來，利于產(chǎn)出新的成果。李曉維也認(rèn)為國家的投入是件利好之事，即便目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)有部分并不是先進(jìn)工藝，甚至被視為落后產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，但也解決了一部分自主生產(chǎn)的問題。不過，王中風(fēng)也指出有一些問題需要深思，現(xiàn)在已經(jīng)意識(shí)到存在落后工藝，國家層面應(yīng)該有所統(tǒng)籌，比如該怎樣優(yōu)化資金分配，將生產(chǎn)、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中的哪個(gè)方面作為發(fā)展重點(diǎn)，怎樣將其中一個(gè)做強(qiáng)并帶動(dòng)其他方面發(fā)展?總體來說，不改變持續(xù)投入，后續(xù)的工作是要解決資金分配的問題。

半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的發(fā)展也有必要形成科研和產(chǎn)業(yè)的合作發(fā)展模式。陳嵐指出，在集成電路的設(shè)計(jì)上，實(shí)際是產(chǎn)業(yè)界走在了學(xué)術(shù)界前面，這是一個(gè)互相學(xué)習(xí)的過程。美國的一些大公司會(huì)將前期研發(fā)中有技術(shù)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的工作交給學(xué)界去做。國內(nèi)的大專院校也有責(zé)任根據(jù)國家科研項(xiàng)目的布置，利用優(yōu)秀的人力資源為產(chǎn)業(yè)解決問題。李曉維也認(rèn)為純粹的探索型研究不投入應(yīng)用的話，會(huì)找不到落腳點(diǎn)，應(yīng)該有所為有所不為，根據(jù)產(chǎn)業(yè)的需求做一些能夠投入應(yīng)用的研究工作，應(yīng)用效果也是檢驗(yàn)科研成果的一種方式。王中風(fēng)也認(rèn)為學(xué)界和產(chǎn)業(yè)合作發(fā)展是一種雙贏，學(xué)界幫助產(chǎn)業(yè)解決尖端問題，產(chǎn)業(yè)為學(xué)界提供科研經(jīng)費(fèi)，而如果產(chǎn)業(yè)和學(xué)界處于不平衡的發(fā)展?fàn)顟B(tài)的話，也會(huì)合作不佳，最好的狀態(tài)是兩者齊步發(fā)展、共生共贏。

電子行業(yè)的發(fā)展離不開高端人才的培養(yǎng)，各位嘉賓在最后也表達(dá)了對(duì)青年學(xué)子的期望。陳嵐表示興趣是十分重要的，興趣會(huì)促使你去探索，如果喜歡這項(xiàng)事業(yè)就一定可以從中找到樂趣。還有很重要的一點(diǎn)是不能浮躁，要腳踏實(shí)地去做，要深耕下去就是要學(xué)會(huì)啃硬骨頭。成功不是存折有多少錢，還是創(chuàng)造的價(jià)值，并且這個(gè)行業(yè)被稱為“金子堆出來的行業(yè)”，進(jìn)入這行也一定不是“窮人”。李曉維和王中風(fēng)都強(qiáng)調(diào)了青年學(xué)子要立鴻鵠志，李曉維經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生“if you can dream it ,you can do it”，鼓勵(lì)創(chuàng)新，寬容失敗。王中風(fēng)感慨，二十多歲的年輕人其實(shí)心智還不成熟，聽到周圍人說什么行業(yè)“來錢快”“上手快”就熱衷于哪個(gè)行業(yè)，但是沒有思考自己的人生目標(biāo)到底是什么。如果目標(biāo)只是找到工作，那每個(gè)人都能輕松達(dá)到，但如果把目標(biāo)再定高一點(diǎn)，立志成為行業(yè)的專家，那他的想法和視野也會(huì)改變，對(duì)這一領(lǐng)域的關(guān)注和思考也會(huì)更加深入。成為行業(yè)專家自然有與之匹配的財(cái)富回報(bào)，同時(shí)也滿足了自我實(shí)現(xiàn)的需求，而“上手快”的工作也意味著很容易被更年輕的一代所替代，年輕人要盡快明白這一點(diǎn)，畢竟一個(gè)國家的終極價(jià)值還是人的價(jià)值。

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