芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展淺析

(四川藝術(shù)職業(yè)學(xué)院 四川 成都 611131)

芯片的發(fā)展由來已久，在第一代計算機誕生后，縮小巨大的元器件就成為工程師們面臨的挑戰(zhàn)。1959年德州儀器公司工程師Jacky Kilby使用晶體管、二極管、電容器和利用鍺芯片天然電阻的電阻器組成一個完全的電路，從此集成電路誕生.集成電路產(chǎn)業(yè)是最能體現(xiàn)知識經(jīng)濟特征的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)[1]，其發(fā)展日新月異，芯片也進入了生活中方方面面。

芯片的制造是一個非常復(fù)雜的過程，因為投資巨大而技術(shù)復(fù)雜，所以芯片產(chǎn)業(yè)分化成了設(shè)計、制造、封裝、設(shè)備幾個方向。

首先是設(shè)計，高通、聯(lián)發(fā)科、英特爾等都是著名的芯片設(shè)計公司，芯片設(shè)計包括幾個主要步驟，確定芯片的目的，確定需要符合的規(guī)范，接著用HDL描寫電路，畫出設(shè)計藍圖，放入EDA tool，得到電路圖可以看到多張光罩，逐層制作，便得到芯片，每個步驟都有涉及到多門專業(yè)的知識。其中EDA軟件一直被美國壟斷，主要廠商為synopsys、cadence、mentor，國內(nèi)廠商中華大九天發(fā)展的很快。而世界上主流的手機芯片設(shè)計廠商是高通公司，而電腦芯片主要是英特爾和AMD所壟斷，臺灣地區(qū)的聯(lián)發(fā)科走的是中低端路線，市場份額也比較靠前。而中國大陸的華為海思是做的最好的，另外華為的其他芯片例如5G基站和基帶芯片、服務(wù)器芯片等，另有我國還有豪威科技，紫光展銳等相關(guān)企業(yè)。

制造方面，晶圓是芯片制造的基礎(chǔ)，整個制作過程為提純的到高純度多晶硅，然后通過拉晶得到單晶硅柱，切割硅晶柱再拋光得到硅晶圓，再經(jīng)由晶圓涂膜、光刻、蝕刻、離子注入等流程即可得到芯片以待封裝，而其中涉及到的設(shè)備中，涂膜設(shè)備、刻蝕設(shè)備、光刻機是最關(guān)鍵的設(shè)備。其中高端光刻機主要是荷蘭的ASML占據(jù)了市場。而國內(nèi)刻蝕機發(fā)展的比較好，16nm的刻蝕機已經(jīng)量產(chǎn)，7-10nm的設(shè)備也在預(yù)備中。芯片用的高純硅純度要求99.999999999%，18年國內(nèi)的鑫華公司才實現(xiàn)量產(chǎn)。德國的wacker和美國的hemlock是電子級高純硅的主要生產(chǎn)商。美國應(yīng)用材料公司占據(jù)了離子注入機70%的市場，而日本東京電子公司在涂膠顯影機上又占據(jù)了90%的市場份額。芯片制造市場份額方面，臺灣地區(qū)的臺積電，技術(shù)規(guī)模均是世界第一，而中國大陸最大的代工廠是中芯國際。

最后是封裝，傳統(tǒng)封裝包括DIP封裝和BGA封裝兩種，但是占用比較大的面積，而要縮小體積的話，有SoC和SiP兩種方式，封裝完成后就是測試，最后完成芯片的生產(chǎn)。封裝測試市場排名世界第一的是臺灣地區(qū)的日月光公司，而中國大陸的長電科技、華天科技和通富微電也很好，封測可以說是芯片產(chǎn)業(yè)中國內(nèi)發(fā)展的較好的一塊。

從全世界范圍看，以集成電路代表的電子信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)超越了汽車、石油等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展成為第一大產(chǎn)業(yè)，集成電路產(chǎn)業(yè)是高端制造業(yè)的核心[2],而芯片產(chǎn)品的應(yīng)用則非常廣泛，涵蓋了計算機、通信、消費電子、汽車、工業(yè)、醫(yī)療、軍事等諸多領(lǐng)域。據(jù)中國海關(guān)總署全國進出口重點商品量值表顯示2018年中國進口2018全年，中國進口集成電路4176億個，同比增長10.8%，總金額高達3120.58億美元(約合人民幣2.1萬億元)，同比增長19.8%，占我國進口總額的14%左右，而作為對比，中國2018年進口進口原油4.619億噸 花費1.58萬億人民幣。特別是在中興華為事件后，讓舉國上下認(rèn)識到發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片及生態(tài)鏈的產(chǎn)業(yè)集群已經(jīng)是刻不容緩，也是中國制造產(chǎn)業(yè)升級，提升競爭力的必經(jīng)之路。

近年來，在政策和資金的雙重刺激下，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展駛?cè)肟燔嚨馈８鶕?jù)SEMI的數(shù)據(jù)顯示，2018年中國半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模達113.3億美元，同比增長49.3%，是全球增速最快的半導(dǎo)體設(shè)備市場，也是僅次于韓國的全球第二大半導(dǎo)體設(shè)備市場。國務(wù)院印發(fā)的《集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展綱要》提出，在2030年中國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達到國際先進水平。中國芯片的總體水平處于規(guī)模雖不大，但是發(fā)展很迅速的階段2015年至2020年，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)計劃投資650億美元，其中設(shè)備投資500億美元，但是這其中絕大部分又用于購買進口設(shè)備，所以追趕起來并非易事。

我國產(chǎn)業(yè)升級一般是通過規(guī)模效應(yīng)，同一類產(chǎn)品而言，高中低端產(chǎn)品各占一部分市場，所以先占領(lǐng)中低端市場，而發(fā)展到一定規(guī)模積累了足夠的人才和技術(shù)，再轉(zhuǎn)型升級挑戰(zhàn)高端市場，比如手機市場，就是基于這樣的策略得以興起。但是集成電路產(chǎn)業(yè)的特殊性在于，在主流領(lǐng)域，往往高端產(chǎn)品占據(jù)大多數(shù)市場，所以留給中低端產(chǎn)品的生存空間往往不足以獲得足夠的市場和利潤，更何況集成電路產(chǎn)業(yè)是典型的高投資高回報的資金密集型產(chǎn)業(yè)，僅長江存儲在武漢今年開建的的3D NAND Flash芯片廠投資額就是約240億美元，紫光南京DRAM工廠投資額是105億美元，紫光還規(guī)劃在南京和成都各再建一個3D NAND Flash工廠，總投資500億美元。不過這樣的產(chǎn)業(yè)仍然有趕超的先例，最典型就是顯示面板行業(yè)，我國進口面板2012年為503億美元，而2018年進口面板金額為261億美元，幾乎減半，背后的原因就是京東方這樣的企業(yè)在崛起，而京東方崛起的策略就是緊緊跟隨，即便歷經(jīng)多年虧損，但是不斷投資，直到技術(shù)和產(chǎn)量追趕上競爭對手，然后利以國內(nèi)市場的體量，才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)上的超越。在實體經(jīng)濟中，資本和技術(shù)密集型核心基礎(chǔ)工業(yè)的投資回報率比較低。因此，發(fā)展之路非常艱辛[3]，面臨投資不足的情況，國家推出集成電路大基金兩期投資共3000多億元人民幣，高端產(chǎn)業(yè)往往也是高利潤產(chǎn)業(yè)，全世界的高端產(chǎn)業(yè)總數(shù)不多產(chǎn)業(yè)升級是我們的必然選擇。十八大以來，習(xí)近平主席在多個場合都曾強調(diào)過科技創(chuàng)新的重要性，他還多次提到要掌握核心技術(shù)，并指出核心技術(shù)受制于人是最大的隱患，而核心技術(shù)靠化緣是要不來的，只有自力更生。

最后，芯片產(chǎn)業(yè)的追趕還有兩個變數(shù)，一個是摩爾定律日漸逼近極限以目前的工藝技術(shù)，到了3納米以下的時候，電子在半導(dǎo)體內(nèi)的移動會碰上量子效應(yīng)，當(dāng)前的工藝技術(shù)就會面臨天花板，所以在幾年之內(nèi)，各領(lǐng)先企業(yè)都會停滯在3納米制程附近，短時間內(nèi)還沒有其他可替代技術(shù)，這就給了中國充足的追趕時間，另外一個就是最近全球經(jīng)濟放緩，世界經(jīng)濟有新的變化，中國可以抓住機會吸引人才和技術(shù)，韓國在經(jīng)濟困難時期加碼投資存儲器的例子說明，市場困難的時候往往也是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移占領(lǐng)市場的機會，我們要爭取抓住歷史機遇，爭取直道趕超成功。