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據(jù)北京青年報(bào)23日?qǐng)?bào)道，近日，越來(lái)越多的人關(guān)注中國(guó)自主研發(fā)的芯片進(jìn)展。若想煉成一顆中國(guó)“芯”，需要怎樣的步驟？

有說(shuō)法認(rèn)為，集成電路是比航天還要高的高科技 供圖/視覺(jué)中國(guó)

現(xiàn)狀：半導(dǎo)體芯片進(jìn)口花費(fèi) 已接近原油兩倍

也許不是人人都了解集成電路，但許多人聽(tīng)說(shuō)過(guò)摩爾定律。摩爾定律是指，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。在半個(gè)世紀(jì)前，由英特爾創(chuàng)始人之一的摩爾提出的這一推測(cè)，已經(jīng)延續(xù)了50多年。

摩爾定律揭示了集成電路領(lǐng)域的發(fā)展速度。在這樣的高速創(chuàng)新發(fā)展中，集成電路的產(chǎn)品持續(xù)降低成本、提升性能、增加功能。也是在這樣的高速發(fā)展中，各國(guó)集成電路技術(shù)的差距越拉越大。有業(yè)內(nèi)人士表示，中國(guó)若想在主要集成電路領(lǐng)域追趕上頂級(jí)公司，需要的不止時(shí)間，而是整個(gè)系統(tǒng)性提升。

海關(guān)總署公開(kāi)信息顯示，集成電路進(jìn)口額從2015年起已連續(xù)三年超過(guò)原油，且二者進(jìn)口差額每年都在950億美元以上。其中，2017年中國(guó)集成電路進(jìn)口量高達(dá)3770億塊，同比增長(zhǎng)10.1%；進(jìn)口額為2601億美元(約合17561億元)，同比增長(zhǎng)14.6%。2017年中國(guó)貨物進(jìn)口額為12.46萬(wàn)億元，也就是說(shuō)集成電路進(jìn)口額占中國(guó)總進(jìn)口額的14.1%，而同期中國(guó)的原油進(jìn)口總額僅約為1500億美元。中國(guó)在半導(dǎo)體芯片進(jìn)口上的花費(fèi)已經(jīng)接近原油的兩倍。

調(diào)查：芯片有幾十種大門(mén)類(lèi) 上千種小門(mén)類(lèi)

芯片，是指內(nèi)含集成電路的硅片，體積很小，常常是計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。芯片組，是一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合。它們相互依賴，組合在一起能發(fā)揮更多作用，比如，計(jì)算機(jī)里的中央處理器(CPU)及手機(jī)中的射頻、基帶和通信基站里的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等，就是由多個(gè)芯片組合在一起的更大的集成電路。而集成電路是非常精密的儀器，其單位為納米。一納米為十萬(wàn)分之一毫米。這就對(duì)設(shè)計(jì)、制造工藝都有非常嚴(yán)格、高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

芯片的種類(lèi)很多，芯謀研究首席分析師顧文軍對(duì)北京青年報(bào)記者表示：“僅從產(chǎn)品種類(lèi)來(lái)說(shuō)，芯片的種類(lèi)就有幾十種大門(mén)類(lèi)，上千種小門(mén)類(lèi)；如果涉及設(shè)備流程的話就更多了。美國(guó)是整體式、全方位處于領(lǐng)先地位，而我們只是在某些領(lǐng)域里面有所突破，并且這些領(lǐng)域也并非核心、高端的領(lǐng)域，比如中國(guó)在存儲(chǔ)器、CPU、FPG及高端的模擬芯片、功率芯片等領(lǐng)域，幾乎是沒(méi)有的。如果中國(guó)發(fā)力研發(fā)，在某些小的門(mén)類(lèi)中可能會(huì)有所突破。”

追訪：一臺(tái)通信基站內(nèi) 有上百顆芯片

以運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)為例，通信基站設(shè)備是其最主要的產(chǎn)品之一，而在一臺(tái)通信基站中就有上百顆芯片負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同功能。“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基站發(fā)射并回收信號(hào)，收回信號(hào)后首先要有芯片濾波，穩(wěn)定信號(hào)；然后還有芯片將這種特別小的信號(hào)放大；再有芯片進(jìn)行解析、處理；然后是芯片負(fù)責(zé)傳輸、分發(fā)。基站核心跟電腦類(lèi)似，可以實(shí)現(xiàn)各種功能，但它可以支持多個(gè)手機(jī)，因而速度更快，芯片更復(fù)雜。”上述人士表示。

其中，最典型的是ADC芯片，中國(guó)目前還無(wú)法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品。ADC芯片是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，負(fù)責(zé)將天線接收的連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為通話或上網(wǎng)的數(shù)字信號(hào)。目前ADC主要依賴亞德諾、德州儀器等公司供應(yīng)。

從軟件方面來(lái)說(shuō)，EDA仿真軟件是另一個(gè)典型。利用該軟件，電子設(shè)計(jì)師才可以在電腦上設(shè)計(jì)芯片系統(tǒng)，大量工作可以利用計(jì)算機(jī)完成，并可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)產(chǎn)品的結(jié)合試驗(yàn)等。如果沒(méi)有EDA仿真軟件，則需要人工進(jìn)行設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，耗費(fèi)的人力、時(shí)間等成本不計(jì)其數(shù)。目前進(jìn)入我國(guó)并具有廣泛影響的EDA軟件有十幾種，基本都來(lái)自于美國(guó)。

關(guān)注：制造一顆芯片 需要5000道工序

一位芯片制造領(lǐng)域的專(zhuān)家向北青報(bào)記者介紹，一顆芯片的制造工藝非常復(fù)雜，一條生產(chǎn)線大約涉及50多個(gè)行業(yè)、2000-5000道工序。就拿代工廠來(lái)說(shuō)，需要先將“砂子”提純成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工廠包含前后兩道工藝，前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入；后道工藝主要是封裝——互聯(lián)、打線、密封。其中，光刻是制造和設(shè)計(jì)的紐帶。

其中許多工藝都在獨(dú)立的工廠進(jìn)行，而使用的設(shè)備也需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備廠制造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專(zhuān)門(mén)的化工工業(yè)。另外，集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進(jìn)行的，因此還需要排風(fēng)和空氣凈化等系統(tǒng)。

有說(shuō)法認(rèn)為，集成電路是比航天還要高的高科技。該業(yè)內(nèi)人士表示，這種說(shuō)法也不無(wú)道理，“航天的可靠性估計(jì)也就4個(gè)9、5個(gè)9的樣子(X個(gè)9表示在軟件系統(tǒng)一年時(shí)間的使用過(guò)程中，系統(tǒng)可以正常使用時(shí)間與總時(shí)間之比)。現(xiàn)在硅晶圓材料的純度就要6個(gè)9以上。”

焦點(diǎn)：全球芯片 幾乎被美日歐壟斷

根據(jù)前瞻研究院的報(bào)告顯示，目前，全球芯片仍主要以美、日、歐企業(yè)產(chǎn)品為主，高端市場(chǎng)幾乎被這三大主力地區(qū)壟斷。在高端芯片領(lǐng)域，由于國(guó)內(nèi)廠商尚未形成規(guī)模效應(yīng)與集群效應(yīng)，所以其生產(chǎn)仍以“代工”模式為主。

截至2015年年底的數(shù)據(jù)顯示，全球共有94家先進(jìn)的晶元制造廠商，其中17家在美國(guó)，71家在亞洲(中國(guó)有9家)，6家在歐洲。日本在上世紀(jì)80年代處于領(lǐng)先地位，但自90年代開(kāi)始其全球半導(dǎo)體市場(chǎng)份額顯著下降，至2015年僅有3家日本芯片制造商位列全球排名前二十——東芝、瑞薩電子和索尼。而與此同時(shí)，東亞其他國(guó)家已成為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器市場(chǎng)的主要公司。韓國(guó)三星電子和海士力目前是世界第二和第三大半導(dǎo)體公司。

根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年1月至2月，中國(guó)和美國(guó)的芯片市場(chǎng)規(guī)模份額擴(kuò)大，分別為33.10%和19.73%；日本和歐洲的芯片市場(chǎng)份額有所下降，分別為9.29%和9.12%。中國(guó)芯片市場(chǎng)是全球最大、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)，但是對(duì)外依存度過(guò)高。

熱點(diǎn)：英特爾一直是世界上最大芯片制造商

自1993年1月以來(lái)，英特爾一直是世界上最大的芯片制造商。個(gè)人計(jì)算機(jī)所用的CPU處理器中，英特爾就占據(jù)了八成份額。人們耳熟能詳?shù)谋简v、賽揚(yáng)、酷睿等處理器都來(lái)自英特爾。目前，英特爾的年?duì)I收率仍然在繼續(xù)增長(zhǎng)——無(wú)論是從PC、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，還是物聯(lián)網(wǎng)芯片。