文/陳根

芯片是市場的靈魂，也是信息產業(yè)的三要素之一，芯片起則科技起，科技興則國家興。

新冠疫情讓我們深刻感受到了芯片對于一個國家的重要性，像紅外體溫檢測儀、紅外成像監(jiān)控和測溫儀等緊缺物資，其最核心的原件就是紅外線溫度傳感芯片，采用生物芯片技術的試劑盒為病毒的檢測大大縮短了時間。

此外，火神山、雷神山的“云監(jiān)工”、智慧醫(yī)療平臺等各種信息化手段和技術也都離不開通訊芯片的保障， 芯片產業(yè)也早已成為各國競相角逐的“國之重器”，甚至逐漸成了國家競爭的抓手。

那么芯片發(fā)展至今，都經歷了怎樣的變革？后疫情時代，全球芯片產業(yè)地圖是否會變化？是一切恢復如初還是面臨行業(yè)的洗牌？中國在經歷了2018年中興事件和美國對華為的斷供升級事件之后，能否一改弱勢地位，在芯片界崛起？

芯片風云

信息時代，人們對高科技電子產品的神奇功能贊嘆不已，而賦予這些產品奇特功能的核心器件，就是人稱“生命之石”的集成電路芯片。

那么什么是芯片？芯片就是采用幾百道復雜的工藝，把一個電路中所需的晶體管，包括二極管、電阻、電容和電感等元器件及布線互聯形成一個電路，集中制作在一小塊或幾小塊硅片上，然后封裝在一個殼體內，成為具有所需電路功能的微型結構。

芯片最大的特點就是需要把數量巨大的電子元器件做到像指甲蓋那么小的一個芯片上面去，對技術難度要求之高可想而知。

1946年，世界第一臺通用電子計算機“埃尼阿克（ENIAC）”誕生。埃尼阿克重達30多噸，占地面積170多平方米，肚子里裝有18000只電子管，含有成千上萬個二極管、電阻器等元器件。其內部有電路的焊接點多達50萬個，機器表面布滿了電表、電線和指示燈。

令人哭笑不得的是它的耗電量，據說超過174千瓦小時，每次使用時全鎮(zhèn)的電燈都會變暗。更要命的是，電子管平均每隔15分鐘就要燒壞一只，科學家們不得不滿頭大汗地不停更換。

盡管如此，這臺我們如今依然覺得奇怪的龐然大物的計算速度卻是當時手工計算的20萬倍、繼電器計算機的1000倍。在埃尼阿克的運轉中立下汗馬功勞的，就是實現了計算功能的真空電子管，而存儲器的存儲介質是一種打孔卡片。

盡管拿出了計算機“絕活”，但由于體積過大，信息存儲速度太慢，所以人們對縮小計算機體積、提高運算速度的渴望越來越強烈。

于是就有了晶體管的誕生：1947年美國貝爾實驗室的約翰·巴丁（John Bardeen，1908—1991）、沃爾特·布拉頓（Walter Brattain，1902—1987）、威廉·肖克利（William Shockley，1910—1989）三人發(fā)明了晶體管。

作為劃時代的發(fā)明，他們因此獲得了1956年諾貝爾物理學獎。晶體管的發(fā)明揭開了半導體器件的神秘面紗，開啟了芯片的發(fā)展歷史，引發(fā)了第三次工業(yè)革命，使人類社會步入了電子時代。

1952年5月，英國科學家達默（G.W.A.Dummer）第一次提出了集成電路的設想。

1958年，德州儀器的科學家杰克·基爾比(Jack Kilby，1923—2005)與仙童公司的羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce，1927—1990）先后獨立地發(fā)明了集成電路。

2000年，諾貝爾物理學獎授予基爾比等人，以表彰他們?yōu)楝F代信息技術所做出的基礎性貢獻。

1958年，美國德州儀器公司展示了全球第一塊集成電路板，這標志著世界從此進入到了集成電路時代，也揭開了20世紀信息革命的序幕。

如今，我們使用的電腦已經是早期巨無霸的1/N。集成電路在人類歷史上也起到了非同一般的作用，芯片更是滲透到我們日常生活的方方面面。

早上喚醒我們起床的電子鬧鐘，音樂和液晶屏都是芯片在控制；打開床頭的LED臺燈，小小的芯片在幫助穩(wěn)定電壓；打開手機，好幾塊芯片在同時工作；走進廚房，冰箱、微波爐都由芯片控制。

無論是小到日常生活的電視機、洗衣機、移動電話等家用消費品，還是大到傳統(tǒng)工業(yè)的各類數控機床和國防工業(yè)的導彈、衛(wèi)星、火箭、軍艦等，都離不開芯片。

全球芯片產業(yè)地圖

從全球角度來看，由于應用市場的多樣化需求、產業(yè)鏈的模塊化、分工的國際化，芯片產業(yè)的整體壟斷性正在減弱，不同國家的行業(yè)布局聯系緊密，力量此消彼長。

美國在全球芯片產業(yè)保持先發(fā)優(yōu)勢的同時向綜合生態(tài)演進，2018年，美國的無廠芯片商和有廠芯片商共占整個半導體市場份額的52%，并且憑借先驅地位成為幾乎全芯片品類、生產設備、材料等全產業(yè)鏈布局的市場，把持著上游高附加值端。

不僅如此，巨頭們已經開始部署從設計到應用的封閉體系，比如英特爾收購了以色列Mobileye，涉足無人駕駛。終端企業(yè)如谷歌、亞馬遜等也著手自主研發(fā)芯片，打造自身產品的生態(tài)閉環(huán)。

歐洲和日本則在占領材料和設備高地的基礎上開辟差異化戰(zhàn)場，歐洲強大的基礎研發(fā)能力以及傳統(tǒng)的芯片IDM廠商模式，再加上發(fā)達的機械工程為汽車制造提供了廣闊的應用市場，強大的優(yōu)勢讓其領先于工業(yè)半導體和車用半導體的設計與制造。

日本避開主流的云計算AI芯片競爭，轉而研發(fā)面向邊緣計算的終端AI芯片；歐洲則在2016年啟動了6200萬歐元的“SemI4.0（功率半導體制造4.0）”項目，以實現多種先進制造技術混用的智能制造。

韓國和中國臺灣則重點鞏固自身在產業(yè)鏈中的地位。從歷史來看，韓國和中國臺灣的芯片發(fā)展得益于以美國為中心的第二次產業(yè)轉移。韓國“政府+大財團”的模式扶持了由三星、SK海力士引領的龐大產業(yè)鏈。在模式上屬于美國前一個時代的復刻與延續(xù)，比如三星設計與制造于一體，超越了英特爾成為全球第一。

中國臺灣的重點則是在下游的晶圓代工與封測。在封測方面，臺企日月光等2018年拿下了全球54%的市場份額；臺積電領先量產7nm工藝，在2019年第二季度拿下市場近50%的份額，并且完成了全球首個3D IC封裝。

在第三次產業(yè)轉移中，中國大陸異軍突起。綜合內需與外銷來看，中國大陸是芯片第一大消費地區(qū)，但從產業(yè)鏈來看，還是兩頭重、中間輕，即設計與封測增長快，而制造的核心技術仍極度依賴進口。

在2018年，以華為海思為代表的中國IC設計行業(yè)收入2515億元，年增長率23%。封測領域雖吞下了全球12%的市場份額，但集成電路貿易逆差卻高達三倍。

風雨兼程60年

寧可做過，不可錯過。

20世紀50年代以來，世界集成電路產業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，一度將中國遠遠甩在身后。

錢學森說，20世紀60年代，我們全力投入“兩彈一星”，我們得到很多；70年代我們沒有搞半導體，我們?yōu)榇耸ズ芏唷?/p>

技術進步是顛覆式的，每落下一步，就很快會被甩下一大截。

中國芯片產業(yè)的發(fā)展，最早要追溯到上世紀50年代。在黃昆、謝希德教授的主持下，北大創(chuàng)辦了中國第一個半導體專門化培訓班。經過一整年的時間，兩位教授合著的《半導體物理學》問世，這也是我國在該領域的第一部著作。

在最初的發(fā)展階段，中國大陸早期集成電路電氣發(fā)展走的是自主研發(fā)的道路。在國際的技術封鎖下，研究人員、技術人才和產業(yè)工人自力更生奠定了集成電路的發(fā)展根基，建立起自己的半導體專業(yè)，殊為不易。

“文革”開始后，所有的研發(fā)進程不可避免地被拖慢了。當計算機技術和芯片業(yè)進入了快速發(fā)展階段，我們的技術卻落了不止一兩代。

改革開放以后，中國集成電路產業(yè)的發(fā)展，由全部依靠自力更生，轉變?yōu)椤耙M、消化、吸收、創(chuàng)新”。后來，我國逐步加大資金和技術的引進與投入，可以說中國集成電路產業(yè)的發(fā)展走過了最為艱難、曲折的道路。經過60余年發(fā)展，中國集成電路產業(yè)已取得長足進步。

2018年中國進口的芯片元組數量達到4000億個，同比增長10%，消費金額達到2.06萬億元人民幣。這個數字究竟有多大？

2018年中國進口商品總額為14.09萬億元，芯片的消費量占比14.62%，這個比例已經足夠大。而去年中國進口石油總額為1.59萬億元人民幣，石油消費還趕不上芯片消費。這一點就足以說明，中國早已從傳統(tǒng)工業(yè)向智能科技產業(yè)轉型，成為新的科技大國。

十九大報告提出，我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段，正處在轉變發(fā)展方式、優(yōu)化經濟結構、轉換增長動力的攻關期。受益于“芯片國產化”趨勢，半導體行業(yè)也正加快轉型升級步伐，呈現出諸多新的趨勢和變化。

中國“芯”突破

值得一提的是，疫情期間，我國的芯片業(yè)界也發(fā)生了許多大的改變。

首先，華為將向中芯國際轉交更多芯片代工訂單。當然，這些訂單有些本來是要交給華為的“老朋友”臺積電的。

芯片生產的全流程涉及設計、制造、封裝和測試，其中設計環(huán)節(jié)華為一直在自己做，而最重要的環(huán)節(jié)制造，則只能外包給代工廠。

之前能承擔華為、高通、蘋果這類手機芯片設計公司代工訂單的，基本上僅有中國臺灣公司臺積電（三星也有一些訂單）一家。如今，華為是臺積電的第二大客戶，是僅次于蘋果的金主。

而美國威脅對華為斷供升級，有可能會影響臺積電未來對華為的供貨。因此，近期頻頻傳出華為減少臺積電訂單，將更多中低端產品（低端手機芯片、物聯網芯片、機頂盒芯片等）訂單轉交大陸晶圓代工廠中芯國際來完成的消息。

由于目前中芯國際最高只具備14nm制程芯片的量產能力，因此華為7nm甚至未來的5nm制程高端芯片還只能交給臺積電，不過，目前來看，華為向中芯國際轉交更多芯片代工訂單也是扶持了中芯國際。

其次，工廠位于疫情最嚴重地區(qū)武漢的國內存儲大廠——長江存儲于4月13日官宣，正式發(fā)布自研128層NAND閃存，并已經通過多家行業(yè)內權威機構與廠商的認證。

NAND閃存（非易失性閃存存儲器），是手機、筆記本電腦等電子產品里非常非常重要的存儲介質，手機、筆記本、PAD容量是256GB還是512GB，就是這個東西決定的。目前NAND閃存市場已經完全被國外公司占領，龍頭老大是韓國第一財團三星。

而僅僅成立于2016年的武漢長江存儲，本次推出的是128層QLC 3D NAND閃存，已達到業(yè)界最先進水準。簡單來說，QLC是NAND閃存的第四代最新技術，具有時下最高的存儲容量。

而3D NAND技術則是一種將存儲單元堆疊在芯片上進而實現更高存儲密度的技術。當然，層數越高，容量越大，技術越復雜。

目前長江存儲推出的128層QLC 3D NAND閃存，是使用自己的專利技術開發(fā)的完全達到行業(yè)最頂尖水平的NAND閃存芯片。也就是說，用了4年時間，直接追上了三星、東芝、美光等大廠N個時代的代差。

近日，我國光刻機研究進度也取得令人欣喜的進展，安芯半導體公司上月向?？低暯桓读说谝慌_國產光刻機，主要用于耳溫槍的制造。緊接著又成功交付第二臺光刻機，即將投入互補金屬氧化物半導體領域的研究。毋庸置疑，這是我國在半導體行業(yè)實現了一次質的飛躍。

一直以來我國的半導體行業(yè)一直掌握在別人的手里，目前全球能夠掌握光刻機技術的國家只有寥寥幾個。由于國內光刻機技術的局限性，我國的光刻機一直依賴荷蘭ASML公司。

更過分的是中國大陸地區(qū)受到出口限制，我國光刻機陷入“千金難求”的困境。此前中芯國際斥巨資8.4億人民幣向ASML公司訂購了一臺極紫外光刻機，這臺天價光刻機拖了兩年之久還未交付。面對遙遙無期的交付期，我國不得不著急加快光刻機技術研究的腳步。

好在我國光刻機技術的研究終于傳來好消息，兩臺面世的光刻機邁出了打破壟斷的第一步。雖然在一些高精度的元件上還無法用國產的元件替代，但中安芯所生產的光刻機已經實現了70%的國產化。

一路跋山涉水 一路風雨兼程

回顧芯片歷史，就是回顧是一部市場牽引和技術推動的發(fā)展史。

政策在完善，資本在匯集，人才繼續(xù)培養(yǎng)，活力繼續(xù)釋放。越來越多的空白已經被填補，越來越多的梗阻正在被打通。

“大廈之成，非一木之材也；大海之闊，非一流之歸也?！笨梢灶A見，芯片創(chuàng)新的機遇期即將到來，但關鍵是我們如何去抓住它?？萍紕?chuàng)新，最核心的是人才。哪怕錯過一個領域的發(fā)展，只要有人才，追趕也還來得及。

隨著新一輪科技革命和產業(yè)變革的孕育興起，一些重要的科學問題和關鍵核心技術不斷被突破。產業(yè)更新迭代的速度不斷加快，也對全球經濟結構和競爭格局產生重大影響。

得益于“集中力量辦大事”的制度優(yōu)勢、改革開放40年的綜合實力優(yōu)勢以及新中國成立近70年來累積的人才優(yōu)勢，加之廣袤的國土和開闊的市場。正如我在《華為河圖，穿越300年言論背后的智慧感知》一文中所論述的，只要我們能客觀的正視自己的不足，正視自身的問題，我們就能有辦法克服困難，縮短差距，中國就有希望，有底氣在新一輪科技變革中挺立潮頭。

歷史不會重復自己，但會押著同樣的韻腳。

我們用幾十年的時間走過了西方發(fā)達國家?guī)装倌曜哌^的現代化歷程，實現了創(chuàng)新的歷史性跨越。中國創(chuàng)“芯”亦會書寫同樣激蕩的篇章，就像接力賽，需要一棒接一棒地跑。我們始終堅信：一路跋山涉水，一路風雨兼程。