细谈芯片究竟到底有多难造-能说有多难就有多难

国防科技大学计算机学院博士扈啸为您多维度讲述—芯片研发究竟有多难？

1、它体积微小，貌不惊人，却集高精尖技术于一体。

2、它作用非凡，应用广泛，是信息产业的核心和基石。

3、它事关国计民生与信息安全，牵动着亿万国人的心。

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。

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。

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。

制造一颗芯片需要5000道工序

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。”

全球芯片几乎被美日欧垄断

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。

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。

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。

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。（芯片圈 微信：xinpianquan）

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。

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。”