"卡脖子"的芯片制造背后到底是什么？

芯片背后是什么？

电脑、电视、手机、汽车、服务器、智能硬件，当下5G普及在即，价格各异、体量数倍于手机的智能硬件将成为下一个驱动源，中国芯确实有后发劣势，确实不是帕累托最优，确实投入成本巨大，但没办法，美国卡脖子，除了硬刚，我们已经无路可走。妥协当然更简单，却是不可能的。

因此，现在芯片行业的逻辑是景气度提升+国产替代加速，双重逻辑。

芯片到底是干啥的？

所有电子产品都需要传感器、储存器、处理器、通信组件，此外还需要模拟芯片和功率半导体。这些电子元件都需要各种各样的芯片来加工数据：感知数据、储存数据、计算数据、传输数据。

低端处理器芯片与高端产品最明显的差距是数据处理速度、功耗、时延等方面性能跟不上。而模拟芯片主要要看芯片的耐压耐流、信号精准度等稳定性能，高端模拟芯片优势在于更加稳定、更加精准地输出电流电压等模拟信号，同时芯片寿命也会比较长。模拟芯片要通过研发人员的经验来保证芯片的稳定性以及流片的良率。

在芯片制造上，"工艺是个门槛"，这需要很有经验的制造团队，有的国内芯片企业不惜花大价钱从国外引进人才团队，就是希望借用他们的经验提高工艺制程水平以及芯片制造良率水平。而决定芯片制造水平的还有一个重要因素——"设备"。

"而国内需要更多的IDM公司。"

IDM指设计、生产、封测、销售一体化的公司运营模式，目前，国际上有三星、英特尔、英飞凌等企业，国内有规模的IDM企业微乎其微，IDM的整体体量无论是从规模和技术水平上还处于较低水平。IDM的好处是能促进集成电路企业发展更快，规模更大，产品也更多元化。

芯片工艺越小越好？差距到底有多大？

大家知道芯片是由晶体管组成的，制程越小，同样面积的芯片里，晶体管就越多，自然性能就越强了。以华为麒麟980为麒麟970为例，其中麒麟980是7nm工艺的芯片，麒麟970是10nm工艺的芯片。先看晶体管数量，麒麟980为69亿个晶体管，麒麟970为55亿个晶体管，提升了25.5%左右。而体现在性能上，则远不是25.5%这么简单了，因为这不仅涉及到了晶体管的多少，更是涉及到了CPU、GPU、NPU等IP核的升级。而在具体的数值上，像CPU的跑分，麒麟980大约高了50%左右，而在GPU部分则高了1倍，至于NPU的跑分，更是高了1倍多。每次更新一次芯片的工艺制程，芯片的综合性能差不多会提升50%去了，而且芯片体积缩小后，更容易装入手机等移动设备中，满足未来轻薄化的需求。

虽然我们认为芯片尺寸越小越好，但是受到现有技术的局限，制程不能无限制的缩小。主要原因是，1个原子的直径约为0.1纳米，芯片制成如果继续缩小，将进入了量子力学的领域，许多我们平时习以为常的物理规律在那里变了模样。

芯片如今发展的状况如何？

芯片产业主要是三个环节：设计、制造、封装和测试。

那中国大陆现在芯片制造技术到底怎么样呢？

我们现在芯片制造领域最好的公司叫中芯国际。公司总部在上海，用它官网的介绍叫，"中国内地技术最先进、配套最完善、规模最大、跨国经营的集成电路制造企业"。中芯国际现在能产生0.35微米到14纳米的芯片。这是个什么概念？先看最厉害的台积电，现在，已经能生产5纳米的芯片。另外，根据台积电方面消息：2021年上半年投入试产4纳米芯片，加快推进2纳米工艺。再看三星，今年下半年也会量产5纳米芯片。倒过来看，中芯国际今年才能量产的14纳米技术。2016年台积电能生产16纳米芯片，2017年是10纳米。三星是2014—2015年左右就能生产14纳米芯片。也就是说，中国最先进的芯片制造技术也还落后国际先进技术10年左右。

总体上来说，市场需求70%的芯片都是14纳米以下的。但现在中芯国际产能还比较有限，上海工厂每月大概是6000片，新投600多亿建设的新生产线，产能是每个月3.5万片。而台积电7纳米芯片产能现在已经达到每月10万片。但不管怎么说，我们在芯片制造上已经迈出非常重要的一步，虽然差距仍然很大。

短板比我们想象的要多很多，我们更严重的短板在于芯片相关的工具。比如，我们现在做得比较好的芯片设计，其中最关键的一个软件叫EDA，它也被叫做"芯片之母"。没有EDA软件，你就是有再好的想法，也实现不了。目前，全球EDA软件市场份额大部分握在Synopsys、Cadence和西门子旗下的Mentor

Graphics（总部在美国）三家手里，其实都是美国公司。在中国市场，这三家占据了95%份额，然后剩下的5%里面有很大一部分是一家叫作Ansys的美国公司拿下。然后，中国EDA公司只有极少份额。

为什么不用中国自己的EDA软件？因为性能不好。

举个简单例子。

美国三巨头可以提供从IC设计、布线、验证到仿真等等方方面面，但国产软件往往只能做其中一项或者几项。再比如，大家都知道中国芯片生产缺少光刻机。中国要从外国买，美国是千方百计阻挠。

但多少人知道就算有了光刻机，也不行。比如，光刻胶就是其中很重要的化学材料。

用业内人士的话说，"我们把光刻机比作一把菜刀，那么光刻胶就好比要切割的菜，没有高质量的菜，即便有了锋利的菜刀，也无法做出一道佳肴"。光刻胶，中国也能生产一部分，但也只是技术壁垒比较的类型。高端光刻胶还是严重依赖进口，主要向日本、韩国、美国买。

其实，每一个尖端技术背后无一不是经年累月的技术积淀。我们决定不了未来，唯有更加努力，支持国家建设高端科技，让更多优秀的中国企业站起来，美国再强，终有被超越的时候，让我们一起期待！