造“中国芯”有多难?造一颗芯片就需5000道工序(图)

今日头条
Toutiao
最新回复:2018年4月22日 19点54分 PT
  返回列表
29511 阅读
30 评论
北京青年报



  

 



  有说法认为,集成电路是比航天还要高的高科技供图/视觉中国

  2017年中国集成电路进口量高达3770亿块,同比增长10.1%;进口额为2601亿美元(约合17561亿元),同比增长14.6%。2017年中国货物进口额为12.46万亿元,也就是说集成电路进口额占中国总进口额的14.1%,而同期中国的原油进口总额仅约为1500亿美元。中国在半导体芯片进口上的花费已经接近原油的两倍。

  近日,越来越多的人关注中国自主研发的芯片进展。若想炼成一颗中国“芯”,需要怎样的步骤?

  现状

  半导体芯片进口花费

  已接近原油两倍

  也许不是人人都了解集成电路,但许多人听说过摩尔定律。摩尔定律是指,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。在半个世纪前,由英特尔创始人之一的摩尔提出的这一推测,已经延续了50多年。

  摩尔定律揭示了集成电路领域的发展速度。在这样的高速创新发展中,集成电路的产品持续降低成本、提升性能、增加功能。也是在这样的高速发展中,各国集成电路技术的差距越拉越大。有业内人士表示,中国若想在主要集成电路领域追赶上顶级公司,需要的不止时间,而是整个系统性提升。

  海关总署公开信息显示,集成电路进口额从2015年起已连续三年超过原油,且二者进口差额每年都在950亿美元以上。其中,2017年中国集成电路进口量高达3770亿块,同比增长10.1%;进口额为2601亿美元(约合17561亿元),同比增长14.6%。2017年中国货物进口额为12.46万亿元,也就是说集成电路进口额占中国总进口额的14.1%,而同期中国的原油进口总额仅约为1500亿美元。中国在半导体芯片进口上的花费已经接近原油的两倍。

  调查

  芯片有几十种大门类

  上千种小门类

  芯片,是指内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。芯片组,是一系列相互关联的芯片组合。它们相互依赖,组合在一起能发挥更多作用,比如,计算机里的中央处理器(CPU)及手机中的射频、基带和通信基站里的模数转换器(ADC)等,就是由多个芯片组合在一起的更大的集成电路。而集成电路是非常精密的仪器,其单位为纳米。一纳米为十万分之一毫米。这就对设计、制造工艺都有非常严格、高标准的要求。

  芯片的种类很多,芯谋研究首席分析师顾文军对北京青年报记者表示:“仅从产品种类来说,芯片的种类就有几十种大门类,上千种小门类;如果涉及设备流程的话就更多了。美国是整体式、全方位处于领先地位,而我们只是在某些领域里面有所突破,并且这些领域也并非核心、高端的领域,比如中国在存储器、CPU、FPG及高端的模拟芯片、功率芯片等领域,几乎是没有的。如果中国发力研发,在某些小的门类中可能会有所突破。”

  追访

  一台通信基站内

  有上百颗芯片

  以运营商业务为例,通信基站设备是其最主要的产品之一,而在一台通信基站中就有上百颗芯片负责实现不同功能。“简单来说,基站发射并回收信号,收回信号后首先要有芯片滤波,稳定信号;然后还有芯片将这种特别小的信号放大;再有芯片进行解析、处理;然后是芯片负责传输、分发。基站核心跟电脑类似,可以实现各种功能,但它可以支持多个手机,因而速度更快,芯片更复杂。”上述人士表示。

  其中,最典型的是ADC芯片,中国目前还无法生产出可替代产品。ADC芯片是模数转换芯片,负责将天线接收的连续的模拟信号转换为通话或上网的数字信号。目前ADC主要依赖亚德诺、德州仪器等公司供应。

  从软件方面来说,EDA仿真软件是另一个典型。利用该软件,电子设计师才可以在电脑上设计芯片系统,大量工作可以利用计算机完成,并可以实现多个产品的结合试验等。如果没有EDA仿真软件,则需要人工进行设计、试验,耗费的人力、时间等成本不计其数。目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有十几种,基本都来自于美国。

  关注

  制造一颗芯片

  需要5000道工序

  一位芯片制造领域的专家向北青报记者介绍,一颗芯片的制造工艺非常复杂,一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。就拿代工厂来说,需要先将“砂子”提纯成硅,再切成晶元,然后加工晶元。晶元加工厂包含前后两道工艺,前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入;后道工艺主要是封装——互联、打线、密封。其中,光刻是制造和设计的纽带。

  其中许多工艺都在独立的工厂进行,而使用的设备也需要专门的设备厂制造;使用的材料包括几百种特种气体、液体、靶材,都需要专门的化工工业。另外,集成电路的生产都是在超净间进行的,因此还需要排风和空气净化等系统。

  有说法认为,集成电路是比航天还要高的高科技。该业内人士表示,这种说法也不无道理,“航天的可靠性估计也就4个9、5个9的样子(X个9表示在软件系统一年时间的使用过程中,系统可以正常使用时间与总时间之比)。现在硅晶圆材料的纯度就要6个9以上。”

  焦点

  全球芯片

  几乎被美日欧垄断

  根据前瞻研究院的报告显示,目前,全球芯片仍主要以美、日、欧企业产品为主,高端市场几乎被这三大主力地区垄断。在高端芯片领域,由于国内厂商尚未形成规模效应与集群效应,所以其生产仍以“代工”模式为主。

  截至2015年年底的数据显示,全球共有94家先进的晶元制造厂商,其中17家在美国,71家在亚洲(中国有9家),6家在欧洲。日本在上世纪80年代处于领先地位,但自90年代开始其全球半导体市场份额显著下降,至2015年仅有3家日本芯片制造商位列全球排名前二十——东芝、瑞萨电子和索尼。而与此同时,东亚其他国家已成为动态随机存取存储器市场的主要公司。韩国三星电子和海士力目前是世界第二和第三大半导体公司。

  根据美国半导体产业协会(SIA)的最新统计数据显示,2017年1月至2月,中国和美国的芯片市场规模份额扩大,分别为33.10%和19.73%;日本和欧洲的芯片市场份额有所下降,分别为9.29%和9.12%。中国芯片市场是全球最大、增长最快的市场,但是对外依存度过高。

  热点

  英特尔一直是

  世界上最大芯片制造商

  自1993年1月以来,英特尔一直是世界上最大的芯片制造商。个人计算机所用的CPU处理器中,英特尔就占据了八成份额。人们耳熟能详的奔腾、赛扬、酷睿等处理器都来自英特尔。目前,英特尔的年营收率仍然在继续增长——无论是从PC、数据中心服务器,还是物联网芯片。

  2016年英特尔仍是全球最大芯片供应商,全年芯片销售额达540.9亿美元,较2015年增长4.6%;市场份额达15.7%。

  而在手机芯片中,高通是另一大巨头。目前国内除了华为、三星等手机厂商外,其余安卓手机厂商采用的全部都是高通处理器。除了购买芯片的费用外,高通还向每台手机收取专利费用。此前,魅族就与高通对簿公堂,魅族副总裁李楠称,有100多家手机厂商都与高通签订了购买专利的协议。

  亮点

  中国半导体前三

  分别是华为、紫光、中兴

  而在国内,我国的半导体产业近年来也在加速发展。

  根据中国半导体行业协会统计,2017年中国集成电路产业销售额达到5411.3亿元,同比增长24.8%。其中,集成电路制造业增速最快,2017年同比增长28.5%,销售额达到1448.1亿元。设计业和封测业继续保持快速增长,增速分别为26.1%和20.8%,销售额分别为2073.5亿元和1889.7亿元。

  来自海关总署的数据显示,2017年中国出口集成电路2043.5亿块,同比增长13.1%;出口金额为668.8亿美元,同比增长9.8%。

  一份由半导体协会和工信部中国电子信息产业发展研究院公布的2017年国内十大集成电路设计/制造行业的最新排名报告显示,在国内前十大集成电路设计企业当中,华为海思半导体以361亿元销售额排名第一;清华紫光展锐以110亿元排名第二;中兴微电子以76亿元排名第三。随后的还有华大半导体、智芯微电子、汇顶科技、士兰微电子、敦泰科技(深圳)有限公司、格科微电子和中星微电子。

  财经观察

  中国能否跳离

  美国IP核另起炉灶?

  有专家表示,我国集成电路的起步并不算晚,只比美国晚几年。但由于其间欧美技术封锁、国内历史问题等多种因素,目前与欧美的差距比较大,想要在短时间内追赶有难度。

  一位从业者对北青报记者表示,从整个行业来看,美国卡的是“IP(知识产权)”,“围绕IP的战争更激烈,就算你用了人家的技术,人家也有产权,你无法绕开它去解决问题。”资料显示,IP核将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块,如FIR滤波器、SDRAM控制器、PCI接口等设计成可修改参数的模块。上述人士表示,中国集成电路行业一直流行一个词语“弯道超车”,很多人在想,能否跳离美国的IP核而另起炉灶,另外开发一整套的生态系统?但这实在太复杂了。

  多位行业研究人士表示,目前中国的集成电路是系统性落后,整体提升需要从基础性研究和人才培养来做,需要比较久的时间,“我们需要先培养数学、物理等学科的基础人才。这些人提上来后,再由他们培养跟其他学科交叉的人才。他们需要掌握工业设计等技术。”

  个案展示

  华为海思半导体有限公司成立于2004年,前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心。目前,海思总部位于深圳,在北京、上海及美国硅谷和瑞典设有设计分部。其产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案,成功应用在全球100多个国家和地区;在数字媒体领域,已推出SoC网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。华为海思的产品在运营商业务、消费者业务等多个业务线都有应用,而普通消费者更多是因为华为手机搭载的麒麟处理器认识它,目前华为多款手机包括Mate系列、P系列及荣耀手机都有搭载。麒麟960还被外媒评为“2016最佳安卓机处理器”,表现超过高通处理器。海思总裁何庭波曾表示,“我们在开始做7纳米,也在跟着业界一起看5纳米这些更先进的工艺。”

  华为海思

  麒麟960被评为

  “2016最佳安卓机处理器”

  紫光展锐

  正致力研发

  国产自主可控架构的CPU

  紫光展锐则是紫光集团响应国家的集成电路发展战略,而通过资本运作、企业布局等方式大力发展起来的。2013年12月,紫光集团收购在美国纳斯达克上市的国内排名第一、世界排名第三位的通信基带芯片设计企业展讯通信公司,进而在2014年7月完成对同为纳斯达克上市公司、国内排名第二的通信芯片设计企业锐迪科微电子公司的并购。2016年,紫光控股上海宏茂微电子公司,布局集成电路封装测试领域。同时,2016年紫光控股武汉长江存储有限公司,并在成都、南京陆续签约落地总投资额近1000亿美元的存储芯片与存储器制造工厂。

  据其官网消息,2015年,紫光展锐与英特尔达成合作,开发出了基于英特尔x86架构的系统芯片并上市。目前,紫光展锐拥有5000多名员工,其中90%以上是研发人员;在全球设有16个技术研发中心。紫光展锐正致力研发国产自主可控架构的CPU。

 

I
Iknowno
1 楼
多了一个零。从硅片进Fab到完成约需200道工序,而不是2000道。
共-产-党
2 楼
把中国在IC上的落后怪罪于欧美的技术封锁。 那欧美当年从0开始时,倒是没人封锁,但也没有谁指导他们啊。还不是发展到了今天? 并且,中国当年开始搞IC的时候并不比欧美晚很多,只有几年而已。而现在的差距呢? 不从自己身上找原因,却怪罪别人。 再例如,中国的汽车工业在50年代就开始了,那时的韩国呢?而现在,现代汽车到处卖,中国的哪个品牌能和现代比? 典型的拉不出屎,却怪地球没有吸引力。
b
blueflame
3 楼
第三名中芯不是中兴
D
DZ1020
4 楼
把用在腐败 包二奶上 的财力 功夫的一半儿拿出来 什么芯都拿下了
西
西门雪
5 楼
我们有两大法宝世界无敌:房地产和印钞机。
和平使者2018
6 楼
没事儿,老美想遏制中国的发展,没门! info.51/news/world/2018-04/641929.html
C
Camouflage
7 楼
小编是从沙子算起的,不是从硅片算起,估计所有用到的金属也是从矿产地开始。这样的话2000~5000估计没有多算。 Iknowno 发表评论于 2018-04-22 19:54:09 多了一个零。从硅片进Fab到完成约需200道工序,而不是2000道。
媚眼凤姐
8 楼
"集成电路是比航天还要高的高科技" 我早就跟你们说过,航天不是什么了不起的高技术。终于有人承认了。
t
truth_hurts
9 楼
一纳米为十万分之一毫米。这个作者的数学是跟体育老师学的。物理是跟你美术老师学的。一纳米是一百万分之一毫米。
S
SHIFRA
10 楼
Intet没有三十牟前的286,386发展到今天的MultiCore i7,别人是没法赶超的。InteI只要保密起核心部分,别人的产品就无法兼容。不兼容,现成软件就无法运行。OS也一样,核心代码是无決仿制的。
枫红满山
11 楼
文明发展到今天,本来就是互相借鉴。假如你硬要把别人排除在外,到时候别怪别人不带你玩。蚀刻机中国已经领先,光刻机有差距,但也能顶上去用。这就是中兴事件中真正哀鸿遍野的是美国芯片企业,5G起旋6G开研的中国,是做事业的科技人员和企业家挑战新高度的乐园,缺了美国,通信业照样发展,而且中国绝对会是龙头。总感觉中兴放出的一些信息及那个未经证实的所谓报告就是要将美政府往坑里带。哈哈,合则两利,斗则俱伤,但美国伤不起!
枫红满山
12 楼
再过5年,这里的许多预言家眼镜会碎一地,电子技术是量子技术的一个小铺垫
简单得很
13 楼
“2017年中国集成电路进口量高达3770亿块,同比增长10.1%;进口额为2601亿美元”---每块集成电路不到一美元?是不是小编又没把这些0数错了?
S
Sevenfish
14 楼
根本不用绕过国外IP,只要能copy IP能造出来就了不起。在国内赚够钱,再开发自己的IP。原始积累很重要,欧美也是打砸抢后,近几十年才消停
罗马军团
15 楼
SHIFRA 发表评论于 2018-04-22 21:39:37 Intet没有三十牟前的286,386发展到今天的MultiCore i7,别人是没法赶超的。InteI只要保密起核心部分,别人的产品就无法兼容。不兼容,现成软件就无法运行。OS也一样,核心代码是无決仿制的。 ======= 根本不是这么回事。intel里面技术并非主要赶超的妨碍,而是专利,专利,专利!并非是别人的产品无法做出兼容的东西,而是它根本不让别人兼容,你兼容了他就侵犯了他的专利。另外,intel的芯片,技术方面当然也厉害,但是主要还并非设计技术,而是制造技术。所以你说的所谓保密核心部分基本就不存在。
罗马军团
16 楼
具体地说,别人的产品要兼容intel,就必须要包括同样的指令集,intel芯片能执行的指令他的芯片也要能执行,否则怎么兼容。然而指令集就是核心专利,只要包含相当部分它的指令集,就基本可以和市场说byebye了,必被告死无疑。
罗马军团
17 楼
跟在intel后面赶超,你说你怎么超吧,兼容intel只有一条路,那就是取得他的授权,呵呵,这无异于与虎谋皮。
s
sesa2015
18 楼
看了楼下的评论,发现小编0玩得好,随便加,随便减
s
sway119
19 楼
具体地说,别人的产品要兼容intel,就必须要包括同样的指令集,intel芯片能执行的指令他的芯片也要能执行,否则怎么兼容。然而指令集就是核心专利,只要包含相当部分它的指令集,就基本可以和市场说byebye了,必被告死无疑。 -------------------------------------------------------------------------------- 很难但是并分不可能;先要交学费-用授权,然后在吃透现有架构算法的基础上发现更优化的架构和算法,这样东西就变你的了。当你的性能优势达到一定程度,就可以改进指令集或推出全新的指令集,从而摆脱intel。
路过地球
20 楼
可能比我预想的还要快,估计不要5年,3年后美国就傻眼了。 原材料:3年后全球超过一半的圆晶厂都在中国。 设备:中国没有光刻机?查查尹志尧。中国已经有5nm蚀刻机,等离子技术,拥有全部专利。 设计:这是强项,不说了。 国内发展太快,连中国人自己都不知道。还是电子司的那个司长比较清楚。
d
dreamstory
21 楼
不仅仅是中兴通讯立即倒下,整个国防工业的导航导弹也要立即停产了.
黑体辐射
22 楼
To 路过地球 最难的不是设备,而是工艺。这个需要大量的积累。 你可以买到甚至造出最好的狙击步枪,但是你造不出狙击手。风速,角度等等就是所谓的工艺参数。芯片生产的工艺参数真的太多了,而且参数间互相牵制。加上有些工序是无形的,至少是不留痕迹的,很难逆向。再加上专利的限制。细节实在太多了。只能说最近芯片这个话题,看到好多无知者无畏的发言,很感慨。
西
西门桥
23 楼
中国的落后不是技术落后,而是三观落后,是根子的落后,技术落后只是浮在水面上的问题。
媚眼凤姐
24 楼
黑体辐射你吹什么牛皮啊? 现在不是国产手机芯片先进程度的问题,也不是废品多少的问题,而是根本设计不出来问题。 再说,没见过猪跑还没吃过猪肉吗?有最先进的设备在手,也替人家生产过不少芯片,那些参数怎么调,看上几年也应该看懂了吧。
w
wxabc
25 楼
按照西奴西门桥的逻辑,中国的落后是人种的落后,DNA的落后。最好的办法就是把中华民族从地球上清理掉。这才符合他白人洋爷爷的民粹观念。
H
Huilianghu5
26 楼
中国人是努力过。芯片设计靠人,芯片制造靠工艺,工艺包含着专利。现在全世界都在垄断之下。 一是买下专利,每生产一片芯片再上交一份钱。一是自己开发,花钱花时间,还需开发市场霸占市场。两条路都走不通。
H
Huilianghu5
27 楼
六十年代初,一台每秒300次的电子管计算机占了大学物理楼整个一层。其心脏是一台每秒旋转300次的磁鼓。七十年代,一个计算器就能计算三角函数对数指数函数。 芯片,集成电路,关键是工艺。要满足计算功能,心脏大一点也无妨。但要大批量生产,功能,体积,都达到世界先进水平,非要用最先进的工艺,否则市场容不下你。 中国一直在追赶。 不过,市场经济要算经济账。贸易战最后还是经济账。如果是政治,多说狠话也无妨。狠话说多了,经济上损失就大了。
H
Huilianghu5
28 楼
贸易战,要看清楚,川普是在说政治话还是经济话。谁把握不住谁吃亏。
深海水手
29 楼
以前公知们说中国人造不了车,因为一辆车有多少多少道工序,有多少多少行程序。。。
吃货2001
30 楼
中国芯片制造政府是很重视的,看看过去过万亿的投入,以及专家们信誓旦旦“五年后就能。。。”的豪言壮语,几个五年过去了,还是依旧受制于人。现在反贪局应该已经盯上过去这些芯片项目的负责人了,好好查查钱都去了哪里。当初陈进的丑闻居然没有一个受刑责,甚至行政处分的都没有,就可以知道这个行业以及相关政府部门有多腐败。