中國半導體芯片未來的發(fā)展 路在何方？

• 2018年5月14日 ZhouXun來源：端技術 1000 63
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  2017-2022年中國半導體芯片市場發(fā)展前景及投資戰(zhàn)略報告

  半導體芯片：在半導體片材上進行浸蝕，布線，制成的能實現某種功能的半導體器件。不只是硅芯片，常見的還包括砷化鎵（砷化鎵有毒，所以一些劣質電路板不要好奇分解它），鍺等半導體材料。半導體...

目前國內的半導體芯片在高端硬件設計和制造方面仍與國際頂尖水平存在差距，中國在芯片領域有哪些短板亟待突破?人工智能芯片的快速發(fā)展是否會讓我們實現彎道超車?研發(fā)和創(chuàng)業(yè)資金的投入是否為中國芯片的成長帶來了機遇?

近半個月以來，半導體行業(yè)引發(fā)了國內的廣泛關注與熱議。目前國內的半導體芯片在高端硬件設計和制造方面仍與國際頂尖水平存在差距，中國在芯片領域有哪些短板亟待突破?人工智能芯片的快速發(fā)展是否會讓我們實現彎道超車?研發(fā)和創(chuàng)業(yè)資金的投入是否為中國芯片的成長帶來了機遇?

如何認識半導體芯片?

半導體是一種導電性介于導體和絕緣體之間的材料，常見的半導體材料有硅。芯片就是半導體產品的統(tǒng)稱，是集成電路的載體。南京大學微電子學院教授王中風指出芯片應用的范圍很廣，已廣泛應用到日常生活中的汽車、路由器、手機、電視機等產品。中國科學院計算技術研究所研究員李曉維提到一個流行指標說明芯片應用的廣泛，“一個人如果每天接觸到的處理芯片少于20個，那這個人就沒有進入現代化”。

各種各樣的芯片已經遍布我們的生活，那芯片之間的性能差異是什么原因造成的?中國科學院微電子研究所研究員陳嵐提到像SoC這種集成電路芯片，是由S(system)和C(chip)共同確定的。比如，高通的通訊芯片占據大量市場份額，除了擁有的專利技術外，它在system即應用領域的算法和架構方面的多年積累也是它性能優(yōu)越的重要因素。Chip涉及到加工制造的技術帶，工藝節(jié)點的數值越小，芯片的集成度就越高，這也會影響到芯片的性能。李曉維介紹芯片的結構也會對性能產生影響，從結構設計角度也可使芯片性能進一步提升。王中風還補充道，設計架構師的經驗對芯片性能也有很大影響。架構師不僅要對硬件本身理解，也要理解芯片的實際應用，個人經驗的積累、悟性、受教育的程度等都會影響他的理解。

目前，國內外低功耗芯片的研發(fā)逐漸成為一個熱點。陳嵐分析主要有幾點原因，首先是目前功耗過高帶來的一些局限，比如硬件過燙而影響工作。第二是由于物聯網的應用，物聯網監(jiān)控是無人值守的，需要保證一顆電池用到一定的時長，對功耗的要求也相應提高。還有一個原因是泄漏電流的存在，即芯片即使不工作也在耗電，這就造成了功耗的增加。要提升芯片的低功耗性能，王中風認為不是一招一式能做到的，需要有“內力”，這包括幾個層面：一是工藝，集成電路的工藝越先進，功耗的降低就會越明顯;二是芯片設計本身，通過簡化算法和運用硬件設計技巧也可以降低能耗。不過李曉維指出在芯片設計過程中，需要綜合考慮性能、功耗和可靠性之間的折中和平衡，并不是一味強調低耗能，而是要根據目標進行調節(jié)，如果目標是追求性能的話，那功耗便可能會相應變高。

中國半導體芯片行業(yè)發(fā)展的瓶頸

談及當今芯片產業(yè)的世界格局及中國的處境，中國科學院微電子研究所研究員陳嵐指出，集成電路芯片發(fā)源于美國硅谷，再發(fā)展到日本、韓國，其實中國集成電路和世界起步基本是同步的，但是在原始技術創(chuàng)新上，美國目前在很大程度上擁有“卡脖子”式的優(yōu)勢。在芯片的原材料和裝備上，日本占了部分所需的化學試劑60%以上的市場。而韓國的特長主要是代工和加工。中國也已經把集成電路當成重要產業(yè)進行支持，中芯國際已經實現芯片的量產，已經在為高通提供產品服務。

但國內芯片行業(yè)也還存在這一些制約因素，王中風指出中興被美國禁售引起的反響比較大，并不是中興不能生產芯片，只是高端芯片還是一個瓶頸。李曉維認為制約因素要從設計、生產、封裝和測試各個環(huán)節(jié)進行思考，比如國內目前的一些生產工藝相比國際發(fā)達水平大概落后了三代。陳嵐指出目前我國芯片發(fā)展的制約因素不只是設備和裝備的問題，還要從系統(tǒng)層面進行考慮，在芯片的研發(fā)過程中，隨著芯片復雜性提升，對技術的要求也在提高。復雜芯片所需的計算平臺資源不亞于一個超級計算機，目前尚在申請超級計算機應用到芯片研發(fā)中。在芯片的制作材料上，目前主要使用的是硅，還未找到替代品，這也可能會制約芯片的持續(xù)性發(fā)展。

王中風還指出了業(yè)界存在的一些問題，在十幾年前還會有小公司不斷成長，但現階段小公司往往面臨沒有資金的問題而難以發(fā)展。其實更多小公司的成長可以推動大公司的創(chuàng)新和發(fā)展，但是成本增高使得普通創(chuàng)業(yè)者難以參與進來，于是就有大公司壟斷的趨勢。陳嵐也補充道，通過觀察國際的產業(yè)布局，我們應該清醒地認識到這已經是個成熟的產業(yè)，現在的利潤空間是透明的，不像新興產業(yè)一般有巨大的利潤空間，并且這是一個高投入、高技術、高回報的產業(yè)，行業(yè)實力前20%的企業(yè)拿走了80%的利潤。

中國芯片的未來發(fā)展，路在何方?

現在國內人工智能芯片已經獲得快速發(fā)展，這是否會讓我們實現彎道超車?王中風認為目前人工智能芯片更多的是起到優(yōu)化現有應用的作用，主要應用在兩個層面，一是基于微處理器，應用于優(yōu)化神經網絡計算;二是在人工智能專用領域，如智能監(jiān)控中的動態(tài)識別，可用于危險手勢識別或者跟蹤。在人工智能芯片方面，我國的發(fā)展已經位于第一梯隊，但市場總體比重仍然較小。李曉維認為單純一點的突破不是整體的創(chuàng)新，國內芯片的發(fā)展不能僅靠人工智能芯片，并且人工智能也仍有很大的發(fā)展空間，目前人工智能在結構上的效率不高，未來可以發(fā)展基于神經單元的結構。陳嵐則指出，目前芯片產業(yè)已經發(fā)展成為網絡，要想實現彎道超車，就需要有顛覆性的技術，而材料技術的革新是首要的前提。

國家已經為半導體芯片行業(yè)的核心技術發(fā)展提供了巨大的扶持資金，商業(yè)資本的關注熱度也逐漸升溫，這在一定程度上為行業(yè)發(fā)展帶來了機遇。陳嵐認為，更多的人關注這一行業(yè)會使人才匯聚進來，利于產出新的成果。李曉維也認為國家的投入是件利好之事，即便目前國內產業(yè)有部分并不是先進工藝，甚至被視為落后產業(yè)的轉移，但也解決了一部分自主生產的問題。不過，王中風也指出有一些問題需要深思，現在已經意識到存在落后工藝，國家層面應該有所統(tǒng)籌，比如該怎樣優(yōu)化資金分配，將生產、設計等環(huán)節(jié)中的哪個方面作為發(fā)展重點，怎樣將其中一個做強并帶動其他方面發(fā)展?總體來說，不改變持續(xù)投入，后續(xù)的工作是要解決資金分配的問題。

半導體芯片領域的發(fā)展也有必要形成科研和產業(yè)的合作發(fā)展模式。陳嵐指出，在集成電路的設計上，實際是產業(yè)界走在了學術界前面，這是一個互相學習的過程。美國的一些大公司會將前期研發(fā)中有技術開發(fā)風險的工作交給學界去做。國內的大專院校也有責任根據國家科研項目的布置，利用優(yōu)秀的人力資源為產業(yè)解決問題。李曉維也認為純粹的探索型研究不投入應用的話，會找不到落腳點，應該有所為有所不為，根據產業(yè)的需求做一些能夠投入應用的研究工作，應用效果也是檢驗科研成果的一種方式。王中風也認為學界和產業(yè)合作發(fā)展是一種雙贏，學界幫助產業(yè)解決尖端問題，產業(yè)為學界提供科研經費，而如果產業(yè)和學界處于不平衡的發(fā)展狀態(tài)的話，也會合作不佳，最好的狀態(tài)是兩者齊步發(fā)展、共生共贏。

電子行業(yè)的發(fā)展離不開高端人才的培養(yǎng)，各位嘉賓在最后也表達了對青年學子的期望。陳嵐表示興趣是十分重要的，興趣會促使你去探索，如果喜歡這項事業(yè)就一定可以從中找到樂趣。還有很重要的一點是不能浮躁，要腳踏實地去做，要深耕下去就是要學會啃硬骨頭。成功不是存折有多少錢，還是創(chuàng)造的價值，并且這個行業(yè)被稱為“金子堆出來的行業(yè)”，進入這行也一定不是“窮人”。李曉維和王中風都強調了青年學子要立鴻鵠志，李曉維經常鼓勵學生“if you can dream it ,you can do it”，鼓勵創(chuàng)新，寬容失敗。王中風感慨，二十多歲的年輕人其實心智還不成熟，聽到周圍人說什么行業(yè)“來錢快”“上手快”就熱衷于哪個行業(yè)，但是沒有思考自己的人生目標到底是什么。如果目標只是找到工作，那每個人都能輕松達到，但如果把目標再定高一點，立志成為行業(yè)的專家，那他的想法和視野也會改變，對這一領域的關注和思考也會更加深入。成為行業(yè)專家自然有與之匹配的財富回報，同時也滿足了自我實現的需求，而“上手快”的工作也意味著很容易被更年輕的一代所替代，年輕人要盡快明白這一點，畢竟一個國家的終極價值還是人的價值。

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