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为什么60年前半导体被列为国家紧急措施 现在我们还被卡脖子?

电子工程师 来源:世界先进制造技术论坛 作者:世界先进制造技术 2020-09-27 10:50 次阅读

华为禁令进入关键时间关口! 2020年9月15日,美国对华为的禁令正式生效,届时使用到美方技术的芯片企业将不得在未经允许的情况下向华为供货。 面对无任何缓和余地的禁令,华为显然做好了最坏的打算。据台湾《自由时报》引述业界消息指出,禁令进入倒数阶段,华为旗下海思近日大手笔包一架顺字号货运专机,赶在出货期限前来台湾运走芯片,提高备货库存量。

在8月7日的中国信息化百人会2020年峰会上,华为消费者业务CEO余承东表示:我们只是做了芯片的设计,没做芯片的制造,所以从今年9月15号之后,我们的旗舰芯片就无法生产了。今年秋天将会上市Mate 40手机,搭载麒麟9000芯片,可能是华为麒麟高端芯片的“绝版”。 与此同时,刚刚过去的9月6号是我国第一个建制化半导体研究机构—— 中国科学院半导体研究所成立60周年的日子。

在这家国字号研究机构的主页中,有这样一则介绍成立的背景:1956年,在我国 “十二年” 科学技术发展远景规划中,半导体科学技术被列为当时国家新技术四大紧急措施之一。为了创建中国半导体科学技术的研究发展基地,国家于1960年9月6日在北京成立中国科学院半导体研究所,开启了中国半导体科学技术的发展之路。 于是问题来了:为什么60余年前半导体技术已经被列为国家紧急措施,到现在我们还被卡脖子? 对于这个问题,本文将溯源历史,进行探究并尝试回答,全文分为三个部分:1.从最成功的科学规划到国家紧急措施,以及两位女性的高度2.从失去的10年到窘迫的20年,以及两家企业的选择3.从乱花渐入迷人眼到梦醒时分,以及两件事情的影响

半导体产业,也是我国很多产业发展的镜子 01从最成功的科学规划到国家紧急措施,以及两位女性的高度 1964年10月16日15时,中国第一颗原子弹爆炸成功,这是中国国防和科技发展的一次重大成就。同日,中国政府发表声明指出,中国进行核试验是为了防御,中国在任何时候、任何情况下都不会首先使用核武器。新中国成立后,为了系统地引导科学研究为国家建设服务,中央政府开始着手制定新中国第一个中长期科技规划——《1956-1967年科学技术发展远景规划》。

随后,在周恩来总理的领导下,国务院成立了科学规划委员会,调集了当时全国各领域最牛的科学家参与,包括钱三强、华罗庚、李四光、赵忠尧、赵九章、葛庭燧、殷宏章、吴文俊、钱学森、罗沛霖、侯祥麟、钱伟长、邓稼先、马大猷、王大珩、陈芳允等等,其中很多人是我国主要学科领域的奠基人,在世界上也都是数得上的科学家。

这批顶尖科学家的加入,再加上苏联和东欧专家的帮助,从视野和技术上保障了规划的科学、合理。

600万字的规划草案完成以后,人们发现我们需要做的地方实在太多,但是当时国家经济又异常困难,只能挑最迫在眉睫,必须要第一时间攻克的问题去着手解决。 经过一众专家的深入讨论,大家一致得出首先最紧要、必须完成的有6项,它们分别是原子弹、导弹、计算技术、半导体、自动化技术、无线电电子学。前两项属于军工技术,国家已有特别安排。后面的四个领域,国际上发展很快,在我国还是空白,但它们又是直接服务于 “两弹” 的前沿尖端技术。

专家们认为,必须采取紧急措施,把它们搞上去。 《规划纲要(草案)》在几经讨论修改后,于1956年12月由中共中央、国务院批准后执行。

毛泽东接见参加制定十二年科技规划的科学家 这段历史中,有两位秀外慧中的女性,对我国半导体和计算技术发展起到了巨大推动作用。 一位是被称为 “中国半导体材料之母” 的林兰英。 林英兰,出生于1918年,福建莆田人。1949年秋,前往宾大研究院,致力于固体物理学的研究。 经过五年的学习,于1955年夏,林兰英成为宾夕法尼亚大学建校115年来的第一位中国博士,也是该校有史以来的第一位女博士。 博士毕业后,林兰英冲破重重阻挠,毅然投身到祖国的怀抱。虽然她的积蓄全被美国当局扣押,回国后已经身无分文,但她还是毅然将自己冒险带回来的“药”——价值20多万元的500克锗单晶和100克硅单晶,无偿地赠给了中国科学院,成了我国半导体科学工作者求之不得的无价之宝。 党和国家对回国的林兰英博士高度重视,安排她去中科院应用物理所工作。在应用物理所,林兰英第一个目标就是:拉制出属于中国的第一根硅单晶!当时新中国百废待兴,制取硅单晶最需要的保护气——氩气更是稀缺,这种气体国内不能生产,又被列在国外的禁运名单上。 最终,林兰英想出了抽真空的方法,并且把她在美国发明的籽晶保护罩运用到了制造过程中。1958年,在她的努力下,拉制出了中国第一根硅单晶。 1961年,她又把目光投向了硅外延材料的研制。这是一种具有两层硅单晶结构的材料,具有非常重要的战略意义。在硅单晶的基础上,她又一次成功了。这种硅外延材料制作的一些新型硅器件,使得军用雷达、电台、遥感测量仪器等更为精确可靠。值得一提的是,这种材料在第一颗原子弹的制造过程中发挥了不可忽视的作用。 林兰英也因此成为了为“两弹一星”作出重要贡献的科学家之一。

被誉为“中国半导体材料之母”的林兰英 另一位是被称为 “中国计算机之母” 的夏培肃。 1950年,夏培肃获得爱丁堡大学的博士学位,取得学位仅仅一年之后,她就义无反顾的回到了祖国,并在后来加入了华罗庚召集的计算机研制小组。 1953年年初,我国第一个计算机科研小组成立,小组只有3个人:闵乃大、夏培肃、王传英。

当时,国内没有一本叙述电子计算机原理的书,计算机方面的资料奇缺。夏培肃和同行们克服重重困难,一边从图书馆的英文期刊中查找计算机方面的文章,一边还托国外的同学帮助找相关的资料。在他们掌握了计算机的原理后,开始对计算机所需的基本逻辑电路进行实验,初步拟定了中国发展电子计算机的技术路线和轮廓设想。

数学系师生在装配和试运行快速数字电子计算机。资料图 在逐渐弄明白电子计算机的原理后,为了让更多人知道计算机,夏培肃于1955年开始着手编写讲义。当时计算机的一些基本术语和名词都是英文的,她在编写计算机原理讲义时,反复推敲,将英文专业术语意译为中文。这些讲义在全国一直沿用至今。

夏培肃主编的中国科大第一套《计算机原理》教材。资料图 从1956年到1962年,计算所和清华大学、中国科学技术大学等高等学校合作举办了4届计算机训练班,夏培肃主讲《电子数字计算机原理》课程。她花费了很多时间和精力重新编写了《电子计算机原理》讲义,这是我国在计算机原理方面的第一套系统完整、理论联系实际、通俗易懂的原创性自编教材。

四期训练班为全国各行各业,包括高等学校、研究所、国防和工业等部门培养了700多名计算机方面的专业人才。当时国内的大学还没有计算机专业的毕业生,计算所的训练班在全国来说是开创性的,这些人才后来大部分成了各行各业在计算机方面的领军人物。

1990年代开始,夏培肃多次向国家建言开展高性能处理器芯片的设计,建议国家大力支持通用CPU芯片及其产业的发展,避免在高性能计算技术领域受制于人。 可以说在中国的历史进程中,这些女性确实扮演着 “关键先生” 的角色。

被誉为“中国计算机之母”的夏培肃 02从失去的10年到窘迫的20年,以及两家企业的选择 在那场世人熟知的文化浩劫中,各行各业遭到了严重破坏,尤其是科研行业一直处于举步不前的境况,但是时间不等人,在这十几年间,国外的半导体技术却呈现迅猛发展趋势。

这丢失的十年,我们与西方相差越来越大。

所幸,随着改革开放的到来,知识分子的身份重新被抬高,他们也可以想那个时代的工人一样,备受人们尊敬,可以说“科学的春天”来了。

正当这些荒废了十年的科研人分院,准备在大好的社会背景下埋头苦干的时候,却发现国家已经没有足够的钱去支援他们了。

经过十年的动荡,当时的国家经济已经快进入崩溃的边缘。然而,去做高新科技,尤其是一穷二白的全球顶尖高新技术,没有源源不断的巨额资金投入,想要成功基本是奢望。

整个1980到1990年代,造原子弹的不如卖茶叶蛋的,搞半导体的也是如此。那个时候国家刚从动乱中走出来,发展国民经济刻不容缓,这个时候国家迫不得已只能裁减科研人员,只留下来实在不能丢弃的科研岗位继续咬牙坚持。其他的,只能统统解散,鼓励他们下海经商,为国家经济做贡献。

我们今天看到的中关村,虽然如今被称为中国创新技术的摇篮,殊不知他们中相当一部分人就是从科研所被迫下岗的科研人员们。其中多少悲壮的事迹,不为人知。 比如,被称为中关村民营科技第一人的陈春先,50年代初留学苏联,一度是中科院最年轻的博导,可是下海后屡战屡败、坎坷重重,最后在生活的困顿中辞世。

这一时期,大陆和台湾有两家跟集成电路相关的企业先后成立。

一家是从中科院计算所起步,成立于1984年的联想,从代理电脑销售开始,成长为全球最大的PC生产商和供应商;而比联想晚三年成立的台积电,为全球第一家集成电路制造服务企业,目前是市场占有率超过5成、全球最大、技术最先进的晶圆代工企业。

联想(成立于1984年)与柳传志 两家公司创始人对比也很有意思。机械系出身的张忠谋,看准了半导体产业发展壮大并细分的趋势,开创了半导体代工行业,随后在半导体工艺制程方面一直引领着产业发展,他成功了。而在中国第一家专门从事计算机技术研究的机构工作,柳传志本来离芯片更近,但他选择了 “贸工技” 的发展路线,也大获成功。

或许,任正非的话最能解释柳传志的聪明与成功,“改变不了环境,可改变适应环境的办法”。也就是适者生存,在我们还缺乏积累的时期,社会环境也不是搞科技、搞创新的好时候。

总之,进入新世纪前的20年,由于经济原因,我国的科技事业和科技人才队伍,是不断收缩的,毕竟相比于半导体或其他科研工作,解决好眼前的吃饭问题,才是最最重要的事情。

不过,即使在中国科研如此窘迫的日子里,我国也保留了一支半导体研发队伍,并积极向美国、欧洲、日本等国派出大批留学人员,这为保持国内外科研联系交流,以及一部分人学成归国后发挥作用蓄积了力量。

台积电(成立于1987年)与张忠谋 03从乱花渐入迷人眼到梦醒时分,以及两件事情的影响 自从加入WTO以后,我国经济与世界的联系变得更为紧密,国内外的科技合作交流也进一步深化。

对于我国来说,民用半导体市场刚刚起步,由于科技积累和科技成果供给实在有限,且由于短平快的赚钱效应刺激,引进国外技术成为主流,即所谓 “造不如买,买不如租”。而对于欧美国家和企业来说,出于抢先占据中国庞大市场的考虑,也纷纷进入中国,把他们好的赖的,各种层次的技术产品都往中国输出,即“以技术换市场”。

比如,2005年10月,经过美国政府批准,AMD与科技部签署微处理器设计技术授权谅解备忘录,向科技部指定的技术受让机构—— 北京大学微处理器研究开发中心转让其所拥有的主流低功耗X86微处理器技术,被称为是当时中美半导体领域最具影响力的技术转让。

这段时间也是中美以及中国和主要科技强国之间的蜜月期,以至于没有人预料到作为全球化浪潮掀起者和规则制定者的美国,会有这两年对中国的表现。

在自主创新方面,随着我国经济实力提升,也开始有更多的余钱砸向科技领域特别是微电子领域,并进行整合提升。比如,中科院在其109工厂与中国科学院半导体研究所、计算技术研究所研制大规模集成电路的单元合并为中国科学院微电子中心,后改名为中科院微电子所。此外,北大、清华、复旦、上海交大、中电等多所大学和研究机构的微电子学院和工艺线相继建立。

这一时期还发生了两件在我国科技史上都有影响的大事。 一是 “汉芯” 事件。

陈进,福建人,1968年出生,在同济大学获得学士学位后,1994年和1997年获美国德州大学奥斯汀分校计算机工程硕士、博士。后在美国摩托罗拉半导体总部任高级主任工程师,芯片设计经理。

而集成电路是上海市重点发展的高新技术产业,为此上海不惜花大价钱引进企业和人才。

而作为美国摩托罗拉公司芯片高管身份回到上海的陈进,很自然的成为官方重点支持和宣传的对象。

2000年5月,陈进在上海交大组建芯片与系统研究中心,并开始承担国家863项目 “汉芯DSP芯片” 的研发。

仅仅16个月,“汉芯1号” 就宣布研发成功,鉴定专家组认为,“汉芯1号” 及其相关设计和应用开发平台,达到了国际先进水平,是中国芯片发展史上一个重要的里程碑”。

“汉芯1号”正式发布于2003年2月26日。

当天的盛大场面:上海市政府新闻办公室亲自主持,信产部科技司司长、上海市副市长、上海科委、教委负责人悉数到场。

在发布会上,由邹士昌、许居衍等知名院士和“863计划”集成电路专项小组负责人严晓浪组成的鉴定专家组作出了一致评定:上海“汉芯1号”及其相关设计和应用开发平台,达到了国际先进水平,是中国芯片发展史上一个重要的里程碑。

被视为“汉芯1号”发明人的陈进自然也是荣誉加身。上海市科委授予其上海市科技创业领军人物称号。同时,陈进本人还身兼数职,上海交大微电子学院院长、上海硅知识产权交易中心CEO,上海交大汉芯科技有限公司总裁、上海交大创奇科技有限公司总经理。

汉芯丑闻影响深远 不过,假的东西终究长久不了。 2006年1月17日,一个类似美国“水门事件”中“深喉”的人物,在清华大学水木清华BBS上,公开指责上海交通大学微电子学院院长陈进教授发明的“汉芯一号”造假。

一些嗅觉敏锐的媒体很快介入,进行了艰难的追索和求证。在举报人和媒体的共同努力下,一个个事实渐次浮出水面。

一个月后的2月18日,该事件的调查组得出结论:“汉芯一号”造假基本属实。 陈进负责的团队推出的“汉芯一号”,不过是从美国一家公司买回的芯片,雇人将芯片表面的原有标志用砂纸磨掉,然后加上“汉芯”标志“研制”而成。 后来国家科技计划管理有关规定,决定终止陈进负责的科研项目的执行,追缴相关经费,取消陈进以后承担国家科技计划课题的资格;教育部决定取消其享受政府特殊津贴的资格,追缴相应拨款; 中国人民大学教授顾海兵表示,他不满意汉芯事件的处理结果,“评审专家应该负什么责任,相关部门要负什么责任,也没有结果。处理力度很不到位”。

清华大学中国科技政策研究中心主任薛澜教授也表示,汉芯事件反映出我国科技体制中的弊病,这种弊病要求有关部门去真正反思和挖掘弊病产生的原因,并从根本上解决这个问题。

于是整个2006年,先后有一批学术失范行为被揭发、处分。

这种包容造假的处理方式,无疑对我国的科研生态产生了较为负面的影响。而地方政府和有关部门发展集成电路的急于求成,直到今天也是值得长鸣的警钟。二是设立国家科技重大专项。

1956年的12年科技规划是我国科技规划的成功样本,取得了 “两弹一星” 等代表成果,因此在历史上留下了浓墨重彩的一笔。

50年以后,国家再次组织大批顶尖专家,研究编制《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》,并通过规划确定了我国到2020年科技发展的16个重大专项,其中涉及集成电路的有2项,分别是 “核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”和 “极大规模集成电路制造装备与成套工艺”。

国家科技重大专项是当时的大手笔

需要特地特殊指出的是,在这些科学规划中,国家提出要重点实现90纳米制造装备产品化,若干关键技术和元部件国产化;研究开发出65纳米制造装备样机;突破45纳米以下若干关键技术,攻克若干项极大规模集成电路制造核心技术、共性技术,初步建立我国集成电路制造产业创新体系。 应该说,科技重大专项的部署,特别是把芯片和集成电路工艺列为排头的01和02专项,这是历史上从来没有过的重视,对我国集成电路的发展起到了标杆意义。但是,对于承担科技重大专项的单位和科学家是否 “中国地表最强”,还是存在一定争议的,且国家经费几十亿的投入,对于烧钱的集成电路产业来说,还是杯水车薪,因此也不能指望取得多大的成果,在这个过程中,培养锻炼一支队伍,尽量缩小与国外的差距就算达到目的了。 然而,形势比技术变化更大,机遇期的窗口就说关就关。最近几年,中美关系焦点从贸易转向科技,美国在科技特别是芯片领域,开始对我国进行一系列打压,那些从前经济学家认为不可能发生在 “灯塔国” 身上的 “骚操作”,也是接二连三发生,在此我们就不一一列举了。总之是“一棒惊醒梦中人”,关键核心技术不能靠拿来主义、买来主义,还是得靠自己动手丰衣足食的 “南泥湾”。 通过上面的梳理,我们大致可以总结回答本文开头提出的问题: 计划经济时期,老一辈科学家的战略眼光,把半导体列为国家紧急措施,重在解决国防建设之急需。市场经济时期,半导体产业技术是综合国力的较量,是一项牵扯面广的系统工程,没有钱是万万不能的,急功近利没有耐心也不可行。从战略机遇期到缠斗博弈期,我国需要从新时期国家安全(也包含产业安全)的高度,来审视半导体和集成电路产业技术。从指标来看,当前或许可以集中火力,尽快实现一些急需技术的自给,甚至拿下一两项可用于反制的技术。而从治本来看,非得从系统提升我国基础研究开始。 在这方面,日韩台湾等在美国 “一超” 之下,却也各自在半导体领域拥有独门功夫,给我们树立了可以借鉴的榜样。

原文标题:华为禁令正式生效!与原子弹同级别的半导体,为何研究了60年,还被西方卡着脖子?

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