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【文/科工力量專欄作者 鐵流】

日前，何祚庥院士在社交媒體上表示，要搞懂一件事必須重視基本理論，要做好芯片必須重視基本理論的重大意義。鐵流認(rèn)為，何祚庥院士的話大方向是正確的，只是在局部值得商榷。要想半導(dǎo)體技術(shù)上趕超西方，我們必須重視基本理論。

工業(yè)界代表了半導(dǎo)體技術(shù)的理論前沿

基本理論包含范疇非常廣，既包含最基本的科學(xué)原理，比如萬(wàn)有引力、質(zhì)能方程這些科學(xué)理論，也包含具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的技術(shù)細(xì)節(jié)。何祚庥院士說(shuō)的基本理論應(yīng)當(dāng)既包含學(xué)術(shù)界的科學(xué)原理，也包括工業(yè)界的技術(shù)細(xì)節(jié)和原理。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，其基本理論是成熟的，從晶體管到集成電路，再到超大規(guī)模集成電路，工程師們做的事情主要是如何提升晶體管集成度，如何擴(kuò)大晶體硅的規(guī)模。EDA工具的出現(xiàn)就是因?yàn)樾酒杈w規(guī)模太大，單純依靠人工布線已經(jīng)不太現(xiàn)實(shí)，所以采用EDA工具輔助人工布線。CPU設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，基本是教科書(shū)和論文，基本理論業(yè)內(nèi)周知，胡偉武等前輩編寫(xiě)的教材已經(jīng)闡述的很清楚，并不存在知識(shí)黑洞。

不過(guò)，在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展中，新技術(shù)、新知識(shí)層出不窮，比如光刻機(jī)的光源從G線、I線，到KrF、ArF、EUV就發(fā)展了五代，哪怕是同一代光源的光刻機(jī)，干式與浸沒(méi)式也有很多技術(shù)創(chuàng)新。CPU設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，基本在教科書(shū)和論文里，基本理論業(yè)內(nèi)周知，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)和檢驗(yàn)的閉環(huán)，很多技術(shù)細(xì)節(jié)都屬于know how的范疇，比如怎樣提高CPU互聯(lián)帶寬，這就需要相應(yīng)的理論支撐，又比如提高單核性能，這也需要相應(yīng)的理論支撐，還比如怎樣讓CPU主頻提高的4G以上，同時(shí)不降低CPU性能，且CPU功耗不過(guò)度發(fā)燒，這也有很深的學(xué)問(wèn)。

可以說(shuō)，核內(nèi)的緩沖理論、控制器的緩沖理論、主頻提高理論等都非常重要，如果沒(méi)有充分掌握這些理論，就很難設(shè)計(jì)出高性能的CPU。

當(dāng)下，對(duì)于數(shù)學(xué)這類的純理論，學(xué)術(shù)界尚有很強(qiáng)的話語(yǔ)權(quán)，但到具體的工業(yè)門類，在基本理論研究方面，工業(yè)界已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于學(xué)術(shù)界。還是拿CPU為例，當(dāng)下對(duì)CPU了解最透徹的不是大學(xué)和科研院所，而是英特爾、AMD這樣的商業(yè)公司，工業(yè)界在人力、物力、財(cái)力上已經(jīng)超過(guò)任何一所大學(xué)或科研院所，單靠學(xué)術(shù)界自己的力量，只能在一些新興領(lǐng)域探索，對(duì)于CPU、GPU、NAND、FPGA等芯片已經(jīng)無(wú)能為力。事實(shí)上，在很多關(guān)于體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議中，作報(bào)告的人往往有英特爾、AMD等公司背景。就國(guó)內(nèi)而言，龍芯、申威、飛騰是體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的領(lǐng)頭羊。

當(dāng)下，在一些純理論方面學(xué)術(shù)界尚可圈可點(diǎn)，但在半導(dǎo)體技術(shù)上，工業(yè)界才代表了半導(dǎo)體技術(shù)的理論前沿。

國(guó)內(nèi)企業(yè)在理論創(chuàng)新上落后于外商

一直以來(lái)，中國(guó)ICT公司更加重視商業(yè)推廣，而非基本理論，更加重視應(yīng)用層技術(shù)，而非底層技術(shù)。

具體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)公司推出了大量瀏覽器，但這些瀏覽器基本都是基于谷歌、火狐、IE等國(guó)外瀏覽器內(nèi)核二次開(kāi)發(fā)的換皮瀏覽器。

國(guó)內(nèi)企業(yè)推出了很多操作系統(tǒng)，但這些操作系統(tǒng)沒(méi)有自主編寫(xiě)的內(nèi)核，基本是基于Linux的發(fā)行版（Debian、Fedroa），或是AOSP二次開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物。

國(guó)內(nèi)企業(yè)推出了很多所謂的國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，但其中除了達(dá)夢(mèng)屬于四十年迭代演進(jìn)獨(dú)立自主研發(fā)，其余數(shù)據(jù)庫(kù)絕大部分都是基于開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)做修改，甚至不乏引進(jìn)IBM Informix包裝為國(guó)產(chǎn)的案例。

國(guó)內(nèi)誕生了海思、展銳、瀾起、華芯通、宏芯等一批CPU公司，但無(wú)一例外都是引進(jìn)ARM、英特爾、IBM、高通等公司的CPU核，自己完成SoC設(shè)計(jì)，在底層技術(shù)上依賴外商。

國(guó)內(nèi)誕生了一批GPU公司，格蘭菲技術(shù)源自S3，芯動(dòng)科技購(gòu)買了Imagination的GPU核，還有一些公司雖然標(biāo)榜自主設(shè)計(jì)，但其實(shí)也購(gòu)買Imagination的GPU核，或使用英偉達(dá)開(kāi)源的代碼。

國(guó)內(nèi)誕生了一批云計(jì)算大廠，但硬件上依賴X86或ARM服務(wù)器，軟件上依賴開(kāi)源......

凡此種種，國(guó)內(nèi)企業(yè)在基本理論和底層技術(shù)上與外商有著不小的差距。國(guó)內(nèi)企業(yè)在商業(yè)上取得的成功，更多是基于中國(guó)這個(gè)平臺(tái)，有中國(guó)人民、中國(guó)政府、中國(guó)市場(chǎng)作為其后盾，這些ICT企業(yè)的成功是商業(yè)模式的成功，而非技術(shù)的成功，成功的底層邏輯是中國(guó)的規(guī)模優(yōu)勢(shì)和工程師紅利，這些巨無(wú)霸公司的體量規(guī)模與技術(shù)底蘊(yùn)并不相稱。

事實(shí)上，中國(guó)企業(yè)當(dāng)下屢屢被西方卡脖子，就是因?yàn)樵诨纠碚撋喜蝗缛耍诘讓蛹夹g(shù)上不如人，在過(guò)去幾十年里，習(xí)慣于“拿來(lái)主義”，習(xí)慣于“與國(guó)際接軌”，習(xí)慣于“跟在洋人身后吃土”，“在洋人地基上造房子”，進(jìn)而導(dǎo)致能力蛻化——國(guó)內(nèi)企業(yè)習(xí)慣于基于開(kāi)源軟件做修改，習(xí)慣于買國(guó)外IP設(shè)計(jì)芯片，因?yàn)檫@樣短平快，能夠快速推出產(chǎn)品。但很多東西因?yàn)閯e人已經(jīng)給你做好了，你就從來(lái)沒(méi)做過(guò)，也就沒(méi)有這方面的能力。國(guó)內(nèi)企業(yè)習(xí)慣于購(gòu)買ARM的IP設(shè)計(jì)SoC，長(zhǎng)此以往就只會(huì)基于成熟的商業(yè)IP設(shè)計(jì)SoC，不具備獨(dú)立設(shè)計(jì)高性能IP核的能力，一旦ARM斷供就失去芯片迭代能力。

中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)不如人，一個(gè)表現(xiàn)是很多know how的技術(shù)細(xì)節(jié)并沒(méi)有掌握——同樣的DUV光刻機(jī)，臺(tái)積電可以加工5nm芯片，而且保持較高良率，境內(nèi)的晶圓廠就做不到。英特爾使用45nm工藝就可以把主頻飆到3Ghz，國(guó)內(nèi)CPU設(shè)計(jì)公司使用臺(tái)積電7nm工藝，主頻才勉強(qiáng)達(dá)到3Ghz，這就是差距。

我們現(xiàn)在搞轉(zhuǎn)型升級(jí)，就是要在基本理論上追平乃至超越西方，將來(lái)去卡西方企業(yè)的脖子。在反復(fù)被卡脖子的當(dāng)下，個(gè)別人用中國(guó)企業(yè)在規(guī)模上取得的成功，來(lái)論證中國(guó)企業(yè)在基本理論上超越了西方公司，這無(wú)疑是罔顧事實(shí)，妄自尊大。

基本理論與商業(yè)策略并重

一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)商業(yè)公司普遍存在重應(yīng)用，輕基礎(chǔ)，重視商業(yè)模式創(chuàng)新，輕視基本理論突破的現(xiàn)象。在底層技術(shù)上國(guó)外的技術(shù)能買就買，有開(kāi)源的則隨便拿。相比之下，很多軍工領(lǐng)域，由于幾十年來(lái)一直被西方制裁，只能自主研發(fā)，反而結(jié)出了豐厚的碩果。

類似的情況也發(fā)生在俄羅斯，由于俄羅斯在俄烏沖突前可以從中國(guó)和西方買買買，導(dǎo)致工業(yè)基本吃蘇聯(lián)老底，甚至在局部工業(yè)門類上相較于蘇聯(lián)還有所退步，鬧出研發(fā)新裝備需要靠“考古”的荒誕劇。作為對(duì)比，伊朗由于一直被西方制裁，只能靠自己，幾十年如一日反而弄出了些東西。

當(dāng)然，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和軍工產(chǎn)業(yè)，特別是何祚庥院士從事的核武器還是有很大區(qū)別的，因?yàn)楹宋淦魇菓?zhàn)略威懾武器，可以全國(guó)人民勒緊褲腰帶，聚集頂尖科學(xué)家和工程師，不考慮經(jīng)濟(jì)回報(bào)研發(fā)核武器。半導(dǎo)體公司是需要盈利的，因此必須充分考慮自身的技術(shù)能力和市場(chǎng)的需求，必須用上一代產(chǎn)品在市場(chǎng)上銷售回籠資金，才有資本去研發(fā)新一代產(chǎn)品，核武器則不需要考慮這一點(diǎn)。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，原材料、設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試等方面的技術(shù)細(xì)節(jié)繁多，且需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈幾百萬(wàn)工程師齊心協(xié)力，需要非常深厚的技術(shù)底蘊(yùn)和非常強(qiáng)的動(dòng)員協(xié)同能力，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都不能掉鏈子，這需要囊括歐美日韓臺(tái)的人口基數(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，而核武器對(duì)人才和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的要求低很多，朝鮮這樣的體量也能夠支撐核武器的開(kāi)發(fā)。

要開(kāi)發(fā)核武器，掌握基本理論，技術(shù)過(guò)硬就可以。想要把半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)做起來(lái)，光有技術(shù)是不夠的，必須要有敏銳的商業(yè)嗅覺(jué)，必須找到市場(chǎng)嵌入點(diǎn)循序漸進(jìn)。歷史上技術(shù)實(shí)力不俗，但商業(yè)策略失敗的半導(dǎo)體公司比比皆是，英特爾在CPU上打敗DEC、MIPS、SUN、IBM等公司，靠的就是商業(yè)策略，當(dāng)時(shí)英特爾的CPU是幾家里最弱的，靠的就是橫向整合產(chǎn)業(yè)生態(tài)把競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手全部擠死、熬死。現(xiàn)在自主CPU中的申威在高性能計(jì)算方面處于國(guó)際頂尖水平，但在產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育上不如人，國(guó)內(nèi)新上馬的商用超算依然以國(guó)外芯片為主，如何把技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)換為商業(yè)利潤(rùn)，這也是一門學(xué)問(wèn)。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一個(gè)特點(diǎn)就是高度壟斷，任何一家細(xì)分市場(chǎng)，一般就2家巨頭獨(dú)大，比如CPU行業(yè)里的英特爾和AMD，GPU行業(yè)的英偉達(dá)和AMD、FPGA行業(yè)的賽靈思和阿爾特拉，這種壟斷使后來(lái)者在商業(yè)市場(chǎng)的前行道路基本被封死，這就加大了后來(lái)者崛起的難度。

目前，國(guó)內(nèi)ICT大廠的技術(shù)路線和商業(yè)策略依然是“跟在洋人身后吃土”，比如在CPU上綁死X86或ARM，即便屢次被制裁依舊“癡心不改”。本質(zhì)上說(shuō)，這種現(xiàn)象是這些ICT大廠在享受過(guò)去幾十年全球化紅利之后，形成的路徑依賴，因?yàn)檫^(guò)去這么做可以發(fā)財(cái)，幾十年下來(lái)也只會(huì)干這個(gè)，從底層技術(shù)上另起爐灶，自主研發(fā)，對(duì)于國(guó)內(nèi)ICT大廠而言比較陌生。

未來(lái)，那些無(wú)法做到另起爐灶，獨(dú)立自主研發(fā)底層技術(shù)的企業(yè)會(huì)逐步褪去身上的光環(huán)，那些只會(huì)“在洋人地基上造房子”的公司，會(huì)成為“跟在洋人身后吃土”的2.0版本。那些既能把基本理論搞明白，又能在商業(yè)模式上有所創(chuàng)新的企業(yè)，會(huì)成為新時(shí)代的弄潮兒。

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