中國晶元差在哪？這篇講全了

　　來源：微信公眾號「ittbank」

　　在半導體這個領域，中國需要挑戰的是，西方上百年積累起來的工業體系。

　　中國半導體一直是在冒著敵人的炮火匍匐前進，如今，敵人的炮火越來越兇猛。圍追堵截中，誰讓我「芯」痛？

　　美國的驚人統治力

　　1957年，晶體管之父肖克利的八個門徒，在矽谷創立仙童半導體公司，並開發出人類歷史上第一塊集成電路，矽谷因此成為全世界半導體技術的發源地，一直延續至今。

　　期間，儘管發生過幾次產業轉移，七八十年代，半導體製造大量轉移至日本；90年代後，轉移至韓國和中國台灣。但美國至今依舊保留著在諸多核心領域的統治力。

　　以生產設備為例，全球三大巨頭應用材料、泛林和ASML，美國獨佔前兩席，而且應用材料在除光刻機以外的幾乎所有領域都領先，包括蝕刻、薄膜沉積等。

　　更恐怖的是，全球三大EDA軟體（用於晶元設計）巨頭鏗騰、明導和新思，均為美國企業，全世界幾乎所有晶元設計和製造企業都離不開它們。

　　高端晶元方面，中興事件暴露出來的眾多短板，包括ADC/DAC（數模轉換）、FPGA、高速光通信介面等晶元，目前也都依賴美國廠商，包括德州儀器、賽靈思、亞德諾等。

　　美國的驚人統治力還體現在生態系統上。

　　目前，三種主流的晶元架構X86、MIPS和ARM，前兩種都是美國血統。其中，英特爾的X86架構，與微軟的Windows系統結盟，稱霸台式機市場。ARM架構雖然是英國血統，卻離不開安卓和iOS系統的支持，兩者合計佔有全球95%以上的手機市場。

　　而且，ARM其實誕生於蘋果的一款失敗產品。

　　如今，在全球20大半導體公司中，美國依舊獨佔八席，處於絕對的霸主地位，並且基本都是卡住核心的關鍵性公司。

　　中國VS整個產業鏈

　　半導體是一個龐大的產業，從大類上講，包括集成電路（IC）、光電子、分離器和感測器等，其中IC的規模佔80%以上。

　　所謂晶元，就是內含集成電路的矽片，它分為幾十個大類，上千個小類。製造一塊小小的晶元，涉及50多個學科、數千道工序，包括設計、製造和封裝三大環節。

　　在這個產業鏈上，國內企業的差距是全方位的。

　　首先看設計，華為海思和紫光展銳分列國內前兩名。目前，兩家公司在不少領域已是世界領先水平，但一個巨大的問題是，其架構授權的核心都被外人掌握。

　　目前，國內僅有中科院的龍芯和總參謀部的申威擁有自主架構，前者用於北斗導航，後者用於神威超級計算機，民用領域基本是空白。

　　設備和材料是又一大短板。製造晶元的三大設備光刻機、蝕刻機和薄膜沉積，國內僅中微半導體的介質蝕刻機能跟上行業節奏，其7納米設備已入圍台積電名單。

　　此外，北方華創在氧化爐和薄膜沉積設備上成績不俗，但基本還處於28納米級別。其他設備，如離子注入機、拋光機和清洗機，也差不多。

　　差距最大的是光刻機。光刻機用於將設計好的電路圖曝光在矽片上，蝕刻機則負責微觀雕刻，刻出溝槽或接觸孔。目前ASML最先進的EUV光刻機，即將投入三星、台積電的7納米工藝，而國內上海微電子的光刻機，仍停留在90納米量產的水平。

　　材料方面，日本是全球領先者。

　　在製造晶元的19種主要材料中，日本有14種位居全球第一，總份額超過60%。全球近七成的硅晶圓產自日本，那是晶元製造的根基。

　　反觀中國，硅晶圓幾乎是空白，8英寸國產率不足10%，12英寸依賴進口，打破壟斷的希望還在張汝京創辦的新昇半導體，今年即將量產。他也是中芯國際的創始人。

　　除了硅晶圓，國內企業還在濺射靶材、研磨液等材料上有所突破，並實現了國產化。前者用於製作金屬導線，後者用於晶元研磨拋光。

　　以上均為單點突破，距離整個行業的崛起還比較遠。

　　晶元製造，國內最先進的是中芯國際和廈門聯芯，目前能做到28納米量產。而它們的競爭對手，三星、台積電等巨頭即將在今年量產7納米，相差兩三代。

　　最後是封測。這是目前大陸最接近國際水平的領域，長電科技收購新加坡星科金朋後，躋身全球第三。但全球封測中心在中國台灣，以日月光為首的台灣企業，擁有50%以上的市場份額。

　　在這樣一個超長的產業鏈中，全球通力合作必不可少。以光刻機為例，荷蘭ASML一騎絕塵，但它的成功得益於各國的鼎力合作，鏡頭來自德國蔡司、光源來自美國，這幾乎是西方近百年工業的技術結晶。

　　但中國在這個產業鏈上處於不利地位，經常面對不友好的產業環境。這次的中興事件只不過是浮上檯面的鬥爭與封鎖，而檯面下的爭鬥幾十年來則是一直沒有消停。

　　巨頭封鎖與追殺

　　晶元製造是人類歷史上最複雜的工藝，加工精度為頭髮絲的幾千分之一，需要上千個步驟才能完成。其難度，堪比兩彈一星。

　　如此複雜的工藝，需要巨額的投資。例如，建一個晶元工廠，就動輒需要上百億美元。這樣的投資規模，只有跨國巨頭乃至國家才能完成。

　　這讓巨頭企業在產業中更具優勢，也直接導致了行業的不斷集中。

　　過去40年，半導體行業呈現加速壟斷趨勢。1995年，全球七大半導體企業投資佔比24%，如今這個數字已飆升至80%以上。40年前，全球有幾十家主要的設備製造商，如今只剩下三四家。

　　不僅如此，巨頭們不但自身可以使出很多種手段懲戒後來者，甚至還組建產業聯盟扼殺後來者。

　　手段之一是低價傾銷。這裡面都是套路：一開始你沒有，它通過壟斷積累暴利；等你做出來，它馬上降價傾銷，讓你越做越虧，暗無天日，最終斷了產業化的念想。

　　當年液晶大戰的慘痛就這樣。三星、夏普等液晶巨頭，一開始不願在華建廠，而等深圳市政府組織國內彩電巨頭，以及京東方要展開反攻時，他們卻又主動跳出來求合作。結果導致長虹動搖並撤出，京東方則被晾在一邊，國產計劃泡湯。

　　享受這一「待遇」的，還有MOCVD設備商。MOCVD是製造LED晶元的設備，在國產化之前，美、德兩家巨頭憑藉壟斷，每台設備賣2000萬。而等國內廠商開始介入時，售價立刻暴跌至600萬。結果，數十個國內玩家，如今只剩下中微、中晟光電等少數幾家。

　　去年，高通在華推出重磅計劃，與大唐電信旗下的聯芯科技成立領盛科技，聯手進軍中低端晶元市場。關心國內晶元產業的很多人士都一致認為，這是高通要「借刀殺人」，要以領盛科技用價格戰的方式絞殺正在向中高端晶元市場進軍的紫光展訊。而5月4日的最新消息顯示，這家合資企業已正式獲批。

手段之二是發動專利戰，拖住對手，打擊下遊客戶信心。

　　2000年，張汝京出走台灣，在上海創建中芯國際。之後，他從台積電四處挖人，使得中芯短時間內迅速崛起。但厄運隨之而來，老冤家張忠謀很快就發起了專利戰。這場持續近七年的戰爭，最終的結果是中芯割地賠款，張汝京黯然出局。

　　台積電通過此舉，成功拖住了中芯。而當初引進張汝京的江上舟，也在兩年後辭世，死前一直惦記著中芯的未來。

　　同樣的一幕發生在中微身上。2007年，尹志堯領銜的中微剛推出自己的蝕刻機，就被老東家美國應用材料告上法庭。緊接著，另一巨頭泛林火上澆油。好在中微從一開始就小心規避專利陷阱，最終贏得了訴訟。

　　但結果卻不甚理想，中微不但賠上巨額的訴訟費，還賠上了下遊客戶的信心。再加上適逢經濟危機，不得不暫時砍掉MOCVD業務。

　　很不友好的環境

　　事實上，中國很早就重視了半導體的大戰。最早可追溯至上世紀60年代。但在後來的發展中，由於自身路徑，國內產研環境，以及不友好的產業環境等多種原因，逐漸掉隊。

　　中國半導體一直是在冒著敵人的炮火匍匐地前進。而今，敵人的炮火更是越來越兇猛，越來越密集。

　　西方一直有一個針對出口管制的制度安排，最早是1949年成立的巴黎統籌委員會，之後在1996年演變為瓦森納協定。該協定包含軍用、民用兩份控制清單，目的是限制向相關國家出口敏感產品和技術，中國就屬於被限制的對象。

　　過去幾十年，國家一直在努力突破這種封鎖。90年代，先後批複908/909工程，時任領導人表態：砸鍋賣鐵也要把半導體搞上去。國務院則用財政赤字撥款。

　　然而，作為兩項工程的產物，華晶、華虹等企業到國際上採購設備卻遭到抵制，最終發展受限，一直未有大的突破。

　　2006年以後，國家又搞了01和02專項。前者劍指核心電子器件、高端通用晶元和基礎軟體，俗稱核高基；後者劍指IC製造和成套工藝。

　　近年來，兩個專項相繼開花結果，例如中微的蝕刻機已看齊世界水平，中芯國際的工藝已挺進到28納米，但受限於不友好的產業環境，水平還是差強人意。

　　以光刻機為例，ASML的EUV光刻機即將投入7納米工藝，而國內最先進的量產水平是90納米。之所以差距驚人，原因之一是買不到高水平的鏡頭和光源，這是光刻機的核心部件，而國內缺乏相關的技術。

　　坊間一直傳說，瓦森納協定禁止向中國出口高端光刻機。這種說法後來遭到ASML公司的否認，該公司聲稱，最快將於2019年在中國晶圓廠見到EUV光刻機。

　　但業內人士透露，在瓦森納協定中，確實是有光刻機限售條款的，只不過每隔幾年，條款就會作相應的調整。之所以調的原因也是，國產水平在不斷提高，所謂的調整，頂多也就是「敵人」不斷地根據我方的進展調整炮火的輕重與射程。

　　一個有意思的細節是，國內研究機構在相關技術上取得突破不久，ASML公司就否認了禁售的傳聞。

　　產業環境並不是唯一的障礙，來自國家層面的干預更加要命。

　　美國政府曾多次否決中國企業針對美企的收購行為，包括著名的紫光併購美光計劃。最近更是制裁了中興通訊，斷供其晶元。

　　2016年，國內某基金收購德國愛思強時，連FBI都跳出來施壓，最終迫使德方放棄了交易。而據中興員工透露，在中興斷芯事件前，FBI就入駐了公司內部。

　　為錢一把辛酸淚

　　半導體是一個燒錢的行業。上世紀90年代，中央在財政非常拮据的情況下，特批了40億元搞半導體。但這點錢只是杯水車薪。

　　向民間要投資，更遭到冷遇。

　　這個行業不但燒錢，而且周期長，技術更新快，你剛研發出來，別人已經開始打價格戰。這意味著，前期要不斷砸錢，還見不到水花。對民營資本而言，這是無法承受之痛。

　　中微董事長尹志堯2004年滿腔熱血回國創業，就遇到了這個難題。

　　為造蝕刻機，中微在短時間內，燒光了地方政府和自籌資金，只好四處籌錢續命。當時民間資本對這個行業缺乏了解，也缺乏意願，尹的一腔熱血只能碰一鼻子灰。

　　萬般無奈之下，只好赴矽谷融資。兩周內，十幾家風投踏破門檻，願意提供5000萬美元。此情此景，令報國心切的尹志堯百感交集：難道只有美國造得出蝕刻機？

　　苦心積慮，只為國產化，絕不能大權旁落。在拿回幾筆續命錢後，尹志堯繼續尋找國內投資人。後來，在江上舟的引薦下，終於有國開行為中微背書。

　　跟中微有類似遭遇的，還有京東方。

　　做液晶面板20年，京東方一直伴隨各種非議。尤其是它越虧越投的做法，更是被人質疑為綁架政府，因為其大部分資金來自銀行和地方政府。

　　在資本市場上，由於不斷增發，京東方背上了圈錢的罵名。但這些錢，大部分來自國資背景。其間，京東方曾多次拉私募基金入股，均被拒絕，理由是投資大，短期難見利。

　　幸運的是，苦熬多年後，京東方靚麗崛起，勇奪五個全球第一，讓當初的堅持者賺得盆滿缽滿。

　　近年來，國家加大了對半導體行業的投入。大基金一期投入1300億，已收尾；二期預計超過2000億。乍一看，錢不少，但需要投資的項目也很多，涵蓋晶元設計、製造、封測、設備等諸多領域。以一期為例，累計投資62個項目，涉及23家上市公司。

　　這樣平均下來，每家獲得的投資額並不多，跟撒胡椒面一樣。

　　而純靠市場手段去募集資金的難度同樣非常大。以紫光為例，真正的大規模投資還沒開始，市場就已不乏圈錢的質疑聲，跟京東方當年惡戰面板產業時所遭遇的挑戰幾乎沒有兩樣。

　　顯然，這樣的投資強度是不夠的。再看一組數據，就更能看出差距。

　　全球晶元三巨頭，三星、英特爾、台積電，每年的投資都在百億美元級別，而中芯國際不到對方的十分之一。

　　設備三巨頭，應用材料、泛林、東京電子，每年在研發上投入5—10億美元不等，而中微半導體直到去年，收入才破10億，還是人民幣。

　　人才的切膚之痛

　　搞好半導體，主要靠三件事：一個是錢，一個是人，外加一個政策。錢的事好說，畢竟這些年國家不差錢；人的事很難搞，因為非一朝一夕之功。

　　數據顯示，我國未來需要70萬半導體人才，目前只有不到30萬，缺口40萬。

　　我們尤其缺行業的領軍人物。這些年，01/02專項取得的重大突破，很多都是海歸創造的，他們長期任職於歐美半導體公司，擁有豐富的行業經驗。

　　張汝京，德州儀器工作20年，在全球蓋過20座晶元工廠。回國後，創辦了中芯國際，以及國內第一家12寸硅晶圓廠，被譽為中國半導體之父。

　　尹志堯，闖蕩矽谷20年，先後任職於英特爾、泛林和應用材料。回國後，創辦中微半導體，幾乎以一己之力，將國內介質蝕刻機帶到了世界水平。

　　此外，曾任職於霍尼韋爾的姚力軍，回國後做出了高純度濺射靶材；美國留學歸來的王淑敏，研發出國內第一款研磨液，打破了國外壟斷。

　　日本、韓國和中國台灣地區，也是半導體人才的重要來源。大陸兩大代工廠，中芯國際和廈門聯芯，都有台灣背景，很多技術人員也來自台灣。

　　這幾年，國內存儲器的跨越式發展，也離不開日本、韓國、中國台灣技術人員的貢獻。日本廠商爾必達破產後，大批日本人赴中國尋找機會，包括前社長坂本幸雄。

　　以紫光為例，外界看到其董事長趙偉國在資本和產業上動作頻頻，而事實上，他用心同樣多的也是找人。其總投資預計1000億美元左右的長江儲存的執行董事長高啟全，便是他費盡心思從台灣爭搶過來的世界級半導體產業猛人。

　　目前，長江存儲的3D NAND快閃記憶體已經獲得第一筆訂單，總計10776顆晶元，將用於8GB USD存儲卡產品。今年10月，我國首批擁有完全自主知識產權的32層三維NAND快閃記憶體晶元將在這裡實現量產，這也是中國集成電路快閃記憶體晶元產業規模化發展「零」的突破。

　　然而，引進人才畢竟不是長久之計。國內半導體行業要想大發展，必須立足於培養本土人才。

　　一方面，外來人才和本土人才，在利益、觀念等方面是有衝突的。中芯國際在江上舟離世後，就陷入外來人員和本土人員的派系之爭，一度影響到公司的發展。

　　另一方面，半導體是微加工行業，工藝很關鍵。很多外國技術人員之所以牛，是他們一輩子只干一件事積累起來的。

　　2002年，上海微電子總經理赴德國考察，有工程師告訴他：「給你們全套圖紙，也做不出來。」開始他不服，後來明白了。那裡的拋光工人，祖孫三代干著同樣一件事，「同樣一個鏡片，不同工人去磨，光潔度相差十倍。」

　　這恰是中國半導體行業的一個切膚之痛。

　　我們不缺設計人員，但缺工藝工程師，而這類人才很難靠引進來滿足。

　　中芯國際之所以在製程上落後2-3代，除了光刻機等設備受限外，工藝上的經驗欠缺才是更重要的原因。

　　遺憾的是，目前國內不少高校的人才培養，與現實脫節。大多數學生跑去做軟體，做應用，卻不願搞更基礎的計算機系統和底層結構。

　　不容樂觀的生態鏈

　　在自然界，動植物要生存，必須融入生物鏈。

　　做企業也一樣。只不過，在企業這個生態鏈中，先行者有成本優勢，再加上穩定可靠的供應鏈，使得他們能夠持續盈利，進而支撐著技術的不斷進步。

　　這對後來者而言，如同一道不可逾越的壁壘。

　　這些年，中國半導體產業面臨的一大難題，就是如何融入這個生態鏈。

　　龍芯是一個很好的例子。這款中科院計算所自主研發的晶元，儘管性能不俗，但一直遊離在民用市場外。原因很簡單，市場上有更成熟、性價比更高的處理器。

　　龍芯的遭遇並非個案。大部分晶元製造廠，在採購裝備時，一定考慮的是進口設備，因為國產設備剛起步，質量不穩定、一致性差。

　　當年，LED晶元剛在國內興起時，各大晶元廠均只認美、德設備，而地方政府的補貼也只給進口設備。

　　內憂外患，將國內MOCVD設備商逼到了絕境，「客戶不太願意用……因為不信任，需要重新驗證，這又要花錢。」中晟光電負責人陳愛華說。

　　直到後來，工信部為每台國產設備提供2000萬補貼，形勢才開始好轉。

　　新產品研製出來，沒有人用，就不可能盈利；沒有盈利，就沒錢搞研發。結果只能是惡性循環，胎死腹中。

　　這個時候，需要來自生態鏈的支持。國內半導體行業近年來的進步，尤其是設備和材料領域，很大程度上得益於中芯國際、廈門聯芯等晶圓製造廠的帶動。

　　但這種機會，不是國外廠商所能提供的。那種一切交給市場的想法，不能說幼稚，至少也是罔顧事實的。

　　幾年前，韓國SK海力士曾採購過中微半導體的蝕刻機，後來放棄了。表面上是因為性能不及預期，實際是擔心泄露核心工藝的秘密。

　　一個有意思的細節是，儘管中國民用晶元九成依賴進口，但軍用晶元卻基本能自給自足，甚至還有出口。比如，龍芯就穩定運行在北斗導航系統上。

　　另一款自主晶元，來自總參56所的申威，則撐起了我們的太湖之光超級計算機。

　　軍用很出彩，民用卻賣不出去？問題就在生態鏈上。

　　軍用市場是一個封閉的小圈子，產品追求穩定性和抗干擾，對性能並不敏感。龍芯和申威在這裡能找到自己的位置。

　　反觀民用市場，性能為王，技術迭代快，龍芯和申威很難融入這樣的生態鏈。

　　結束語

　　通過以上梳理，我們看到，國內造不好高端晶元，有外部因素，也有自身原因。

　　形勢看似悲觀，前景卻很光明。

　　一方面，半導體行業向中國轉移的大趨勢不會改變。另一方面，摩爾定律在工藝上逐漸趨近極限，客觀上給了國內企業追趕的機會，而國家也正進一步加大支持和投入。

　　最近，我國國家領導人在武漢考察時，就特別到長江存儲作了考察與指示。受此鼓舞的趙偉國則表示，公司將儘快在全球集成電路產業佔據重要地位，用5到10年時間成為全球三維快閃記憶體主要供應商之一。

　　在國家的支持和企業的自身努力下，國內半導體產業鏈正在出現由點到面的突破，而在三大歷史性機遇的支持下，我們也必須迎頭趕上。

　　否則，後面的仗將會越來越難打，因為半導體產業不光是現代高科技產業的基礎，更是支撐和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業，而且重要性會越來越大。

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