308
对于中芯国际而言，最近真是好事连连。
先是年初，砸了 154 亿元为 14nm 芯片扩产提速，并拿下华为海思 14nm 订单，紧接着从荷兰 ASML 处购买的光刻机也顺利入厂扩产。 也正是由于这台光刻机的到货，前两天中芯国际也对外传来了，年底即将攻克 7nm 制程芯片量产的重磅消息。 这直接点燃了媒体圈和整个半导体产业圈。 众所周知，过去的两年，华为遭遇了史上最黑暗的时刻：系统和芯片都被卡了脖子。不过，面对致命的打击，某为却凭借着自己的“备胎芯片”计划成功渡过了危机。
当头的一棒，也让国产芯片产业被推至风口浪尖，一时间也让行业参与者警钟长鸣。 为了不受制于人，有能力的自研造芯者也都纷纷扬鞭效仿，义无反顾地走上了强芯的攻坚之路。 于是，我们有幸在今年可以看到，紫光展锐斥资超 2 亿美元打造了新一代 6nm EUV 工艺的 5GSoC——虎贲 T7520，老牌芯片厂商联发科高调推出了拿下十多项全球第一的天玑 1000，阿里砸 1000 亿元跨入造芯行列，创立“平头哥”且成功推出了首款 AI 芯片——含光 800。 芯片工艺上，中芯国际也迎来了 7nm 制程工艺的突破，实现了对英特尔的彻底赶超，也缩小与台积电的差距。
由于诸多因素，尽管这些里程碑式的技术突破，还未能在市场份额和影响力方面迎来了超越，但对于国产芯片产业而言，有持续不断的好消息传来，就是最大的动力。这是艰难的挑战，也是巨大的机遇。 芯片作为现代科技“皇冠上的明珠”，一直是现代工业最难攻克的技术之一，更代表了一个国家的科技水准与创新想象力，而这也注定了自研芯片这条路，也必将充满艰难险阻。 如果不是美国对我们的科技企业不断进行打压和封锁，很多人对于国产芯片产业的认知，可能根本都不知道我们和对手在高端技术领域上，存在着多大的实力差距，更不会知道自主发展高端的半导体芯片原来真的是难于上青天。 那么，自主研发高端芯片究竟难在哪？ 首先，半导体芯片作为一个高度技术密集型和资本密集型的产业，所面临着高强度的国际竞争，这对于常年来浸淫在短平快发横财的互联网与商业地产模式中，或者现状多为劳动密集型产业的中国企业来说，无异非常陌生。
加之，芯片作为一个庞大的系统级工程，面对的挑战非常之多，无论是专利、技术、人才、资本、设备、材料、时间，一个都不能缺。不仅需要大量的高精尖技术人才与设备，而且还要求要有大量的关键技术专利积累，资本，以及前沿的技术创新，来维持你的技术领先。
其次，别看一个芯片体积小，但里面包含的却是几十亿、几百亿甚至几千亿个很小的晶体管，并且还有相当复杂的电路结构。在这里，近乎集成了人类所有的科技知识与工艺，不仅仅涉及了物理、数学、化学等基础理论，还有上百年积累的光学、机械、化工的技术与工艺的积累，因此绝非一朝一夕就能搞定。 所以，要想做到芯片的自给自足，甚至做到技术领先，仅依靠砸钱是远远行不通的。因为砸钱只是基础的第一步，等到花钱把生产线建立起来，技术和工艺突破了之后，良品率又成为了下一个考验。而后等良品率上来了，是否能解决规模化生产难题，成本与售价上又是否具备竞争力，工艺是否已经落后于市场？诸多问题就会相继扑来。
而相比美国和韩国，国产芯片产业起步时间较晚，前后也差不多落后了 20 年。且在早期，研发和资源投入并没有过多地向技术端倾斜，技术积累的弱势，从业也导致了芯片发展进程的落后。这也就造成了一个非常尴尬的境况出现了：尽管国内的芯片消费市场庞大，但由于技术实力不强，自给率却很低。
根据统计数据显示，在过去的 2019 年，光中国 IC 芯片设计企业就已超过了 1790 家，成为了全球拥有芯片设计企业数量最多的国家，而国产芯片企业的营收更是突破了 3000 亿元大关。在过去几年时间里，国产芯片的市场份额增长也远超其他竞争对手。
然而，面对如此庞大的市场，我国国产芯片的自给率却不到 30%，产值不足全球的 7%，市场份额更是不到 10%。虽然我们也有华为海思、展讯、中星微等芯片企业，但是“中国芯”的实力，仍然远远不够。
从目前中国核心集成电路国产芯片占有率状况来看，我们能够实现国产替代的芯片，大部分集中在电源、逻辑、存储、MCU、半导体分立器件等中低端产品。 除了华为的海思麒麟芯片还可以勉强和高通顶级对决，中科院的龙芯 CPU、展讯通信的处理器+基带芯片、紫光国芯旗下同创国芯的 FPGA、紫光旗下长江存储的 Falsh、Vanchip 的 RF 芯片、汇顶科技的指纹芯片等等，都还在追赶的征途上。 客观现状我们都清楚怎么回事了。那么，芯片产业的发展具体又在哪个环节存在技术缺失？需要如何查漏补缺？
在现阶段以举国之力去支持下，未来是否能迎难而上？国产替代是否又能如愿以偿？要解答这些问题，不妨先让我们来了解一下芯片这条产业链究竟是怎么运转的。 从产业链上来看，半导体上游主要包括设备和材料两个部分，中游 IC 生产包括“设计 - 制造 - 封装 - 测试”几个环节，下游应用主要集中在计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等领域。 对于芯片行业有所了解的朋友都知道，在集成电路的制造过程中，有一个极为重要的环节，那就是芯片光刻。
光刻作为芯片制造的核心，耗时长、成本高、生产流程最复杂，是 IC 制造的最关键步骤。 光刻机的技术作为一种非常精密的设备，不仅不要先进的工艺制程，还需要周围的零器件精密的进行配合处理。而这些周围零件都是由各个国家进行供应的，比如说光刻机的镜头都是采用佳能或者尼康的设备，还需要使用美国的计量器、德国的光学设备等，可以说一台光刻机的制造是需要众多的先进元器件来实现的，这也是需要最为高端的先进的人才和设备。 那么什么是光刻？通俗易懂的理解就是，用光来“雕刻”。 因为集成电路需要在小小几平方厘米的芯片面积上，批量式地制造出数以亿计的器件，且每个器件在结构上，也相当复杂。这个规模难度，就相当于在一根头发丝的横截面积上，制造几十上百万个这样的晶体管，而要实现着这一高难度的工艺，就只有借用“无孔不入”的光，来实现这一功能，在这一过程所使用的技术，就是光刻技术。 在实际工艺中，一个芯片的产生要经历几十次光刻才能完成，有些结构层甚至需要多次光刻才能形成。
在主流的微电子制造过程中，光刻是最复杂、昂贵和关键的工艺，其成本约占整个硅片加工成本的三分之一甚至更多。光刻技术的高低直接决定芯片的工艺制程和性能。 在目前的全球市场中，芯片设计开发的公司并不缺少，也有很多公司可以制作晶圆，但能生产光刻机的公司寥寥无几。而荷兰的 ASML 公司几乎垄断了这一市场。据 Bloomberg 数据显示，在 45nm 以下高端光刻机设备市场，ASML 占据市场份额高达 80%以上，连续 16 年稳居第一，其次是日本尼康占 10.3 %，佳能占 4.3 %。在极紫外光(EUV)领域，ASML 更是独家生产者，实现了全球独家垄断。
阿斯麦的地位有多重要？可以这么说，如果它停产，全球半导体芯片生产将会停摆。 大家很奇怪，为什么在光刻机市场，全球目前只有荷兰 ASML 一家寡头独大？难道 Intel、台积电都没有实力研究，还是其他什么原因不愿意投入研究。其实，ASML 是从飞利浦独立出来的，使用的是德国机械工艺、蔡司镜头和美国公司提供的光源，拥有整个欧美最顶尖的技术作支撑。 与此同时，ASML 还通过一项特殊的规定，将英特尔、三星、台积电、海力士等全球半导体巨头捆绑在了一起。这项规定就是，要成为 ASML 的客户，首先要先投资 ASML，方可优先获得供货权，并且在 ASML 每年砸入的 13 亿欧元研发费用中，自己出一半外，三大半导体巨头则出另外一半。 这项规定看着奇怪，实则异常有效。一来巨头们通过入股 ASML，可以保证最先拿到最新设备，避免自己在日后的半导体大战中技术落后；二来，入股可以获得投资受益，共享利润。因此，英特尔、三星、台积电、海力士等半导体巨头，便纷纷斥巨资购下了 ASML 公司相当可观的股份，并成为了利益共同体。而对阿斯麦来说，这一协议，则有利于其抢先占领市场，降低了经营风险。 不过，ASML 并非一开始就是领跑者，成立于 1984 年的它，同年的尼康才是真正业内的霸主，占据了当时高达 50%的市场份额，在那个年代来说，拥有这一份额的尼康，简直就是神话般存在。
在尼康正在享受王者风范之时，ASML 出现了。 然而，合抱之木，生于毫末。刚成立的 ASML，可谓爹不疼娘不爱，只能依靠苦心钻营出一套打法，并通过 193nm 沉浸式光刻技术优势一举赶超，最终才从尼康等老牌光刻机大户嘴里抢到饭吃，从青铜走上王者之巅。
后来，ASML 还与台积电进行了深度合作，研发出了“浸润式微影仪”，可以说是把尼康家的新产品全盘秒杀。之后的事就很简单了，ASML 的产品竞争力越来越大，整体市场份额超 70%，EUV 光刻机的研发成功，更是让 ASML 呈飓风之势席卷了这一市场。
后来随着 ASML 的技术和市场垄断，ASML 更是将光刻机卖到了一台高达 1 亿美元的价格，而且还是一机难求。然而，这么昂贵的设备，为什么不卖给中国呢？这不得不提的就是《瓦森纳协定》。
那么，什么是“瓦森纳协定”？ 首先，这玩意涉及了 42 个国家“成员”的利益。二战结束后，以美国为首的同盟国为了制约苏联等共产主义国家，缔结了一个 “ 巴黎统筹委员会 ”，而这一组织成员所签订的瓦森纳协定协议，目的就是限制成员国对带有先进技术、军事技术和双用途的物品进行了出口控制，列入禁运清单的不乏有军事武器装备、尖端技术产品和稀有物资等三大类上万种产品。 虽成员国之间互通自由，但成员国向非成员国出口则需要提前通知其他成员，而其中干涉最多的就是美国。而集成电路产业中的 ASML 光刻机，由于技术的先进性极强，也成为了瓦森纳协定管控的重点，顶尖芯片和高端光刻机都是禁止运输的。 受限于《瓦森纳协议》，从芯片设计、生产等多个领域，中国都不能获取到国外的最新科技。 虽然，2018 年 5 月，中芯国际曾向 ASML 订购过一台 EUV 光刻机，本来是要在 2019 年 1 月进行交货，不过到现在都没有消息，ASML 公司给出的理由是需要向政府申请出口许可证。这套数背后，用脚趾头想，都知道这是谁搞这出幺蛾子。
由于光刻机作为半导体产业技术含金量最高的核心设备，而我们自身在光刻技术上也迟迟未有较大的突破，所以这就成为了我们发展国产芯片最大的钳制，急需攻克的难关之一。
设备之困外，国产芯片产业在代工环节的量产工艺上，也急需追赶与攻坚。
要知道的是，中芯国际作为大陆最先进的集成电路制造商，在 2019 年第一季度才进行了 14nm 芯片的投入，然而像韩国的三星以及中国台湾的台积电却早在 2015 年，就已经投产了 16nm 制程芯片，现在人家已经在挑战 3nm 制程工艺，这中间的差距至少也落后个 2 到 3 代，粗略估算，大概就是 5 年的时间。 那么，在芯片代工这一环节上的落后，这将意味着什么呢？
要说这事之前，我们不妨先了解一下芯片的制作过程。
芯片的主要材料是从沙子提纯出来的硅，通过超高温条件下提纯后会得到一种 20-30mm 厚的晶圆，然后通过不同的模具和光刻技术，就能将芯片制造出来，而光刻技术又需要光刻机的支持，这也正是我们所缺少的东西。 国内芯片企业虽然一直在力争上游，但工艺制程受限于设备，目前最多也只能产出 7nm 制程的芯片，而想要发展 5nm 和 6nm 制程，EUV 光刻机必不可少。
这个 EUV 光刻机，肯定有人懵懵懂懂，其实所谓 EUV，就是指波长为 13.5mm 的光，这个光源能够刻下更小的通道，实现芯片集成更多的晶体管，进而提高芯片的性能。而光刻机作为光刻技术的核心设备，融合了系统集成，精密光学等多项技术，按照所用光源进行了划分，也是全世界唯一能够生产 7nm 以下制程的设备。 你也可以简单这么理解，反正想要使芯片得到更出色的性能，EUV 光刻机就必不可少。 虽然国内芯片企业都清楚 EUV 光刻机的重要性，但我们中国想要拿到一台机器，却是难上加难。 至于英特尔、三星、台积电等企业为何可以优先拿到 ASML 的机器？原因不外乎就是我前面所说的利益捆绑。
毕竟，乘坐在一条船上，互相分享研发成果和回报也是理所当然的事。 尽管中芯国际现在已经可以量产出自主设计的 14nm 芯片，但使用的光刻机同样来自荷兰。虽然前两天消息称，中芯国际光刻机已经到货，但这台机器却不是目前最先进的 EUV 光刻机，而是 DUV 光刻机。要知道，台积电早在第一代芯片上就使用了 DUV 光刻机，相比之下，我们国内的代工企业仍然落后，而这也正是差距之一。
而在 14nm 芯片的市场份额上，虽然中芯国际作为国内当之无愧的芯片巨头，但截止 2019 年第三季度，在 14nm 芯片的营收贡献上，却仅只占 8.2 亿元总营收的 1%，约合 768.9 万美元。 这对比台积电 7nm 芯片所带来的占总营收 27%的贡献比，产能基本已被苹果、高通、华为等大厂所包揽的成绩，而今年二季度，台积电预计还将量产 5nm 芯片，甚至已经拿下苹果 A14 处理器的全部订单。这个时候的你，是不是似乎懂了点什么？好吧，咱们也赶紧脑补一下，这差距得怎么追吧。
虽然在芯片制造的设备及代工的发展上遇到不少掣肘，相关实力企业也稀缺，但作为半导体产业链最上游的设计行业，IC 设计环节这两年给人的总体印象就是公司数量猛增，呈现出了百家齐放的状态，但力量还是比较分散。 简单的来说，这一类企业主要就是根据客户的需求，设计出符合规格的芯片，只需要负责 IC 设计与销售，将 IC 制造、封测等过程进行外包。由于这种模式下的初始投资规模较小，对企业的资金负担不大，后续也不需要过高的管理成本，因此这种模式也得到了许多轻资产的 IC 设计企业的青睐。
不仅在一些专有芯片领域，如指纹芯片、CMOS 芯片、消费 SOC 芯片等方面出现了汇顶科技、韦尔股份、全志科技等众多企业国产替代的现象，而且在一些核心芯片产品如基带芯片、FPGA、存储等领域，也有华为海思、紫光国微、兆易创新等公司在不断研发和渗透。但在设计能力、营收水平以及全球影响力上，仍与美国的博通、高通与英伟达这三家分别居于领先地位的公司相差甚远，市场目前仍为欧、美、日、韩及中国台湾企业所主导与垄断。 当然，国家在集成电路产业发展规划中也提出，到 2020 年，IC 产业与国际先进水平的差距逐步缩小，全行业销售收入年均增速超过 20%，企业可持续发展能力大幅增强。
而到 2030 年，集成电路产业链主要环节则要达到国际先进水平，让一批企业进入国际第一梯队。 目前大基金第二期已在募资中，预计规模将达 1500~2000 亿元，投资项目也将有所调整。预估大基金在 IC 设计投资比重将增加至 20~25%，以设计领域的发展带动整个产业链的整体前进，投资对象也将扩大到国家战略和具有发展潜力的新兴应用行业的芯片厂商。
尽管在 2019 年，IC 设计业销售预计首次跨过 3000 亿元，设计企业的技术进步还很有限，依靠工艺和 EDA 工具的进步实现产品升级换代的现象尚无改观。即便是在 AI 芯片领域有了一些进步，但仍是非常初步的。
所以，在内外因素的强驱动力下，我国 IC 设计业可谓稳步向前，但值得注意的是，根本性的“质变”还远未来临。 最后，还有封装测试环节，具体就是将集成电路用特殊的材料进行包装，让芯片能够更稳定的运行。而在这一领域，中国可以说是一等一的强悍，像长电科技、通富微电、华天科技和晶方科技目前已经成为了国内的四大领军企业，在世界封装排名甚至能够进入前十之列。
而且在国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”的支持下，封装测试设备也在迅速的国产化。像集成电路后道封装用的光刻机，上海微电子公司的 500 系列步进投影光刻机已经占到了国内市场的 80%以上的份额。
所以，总的来说，虽然国产芯片企业在发展道路上，仍旧面对着一系列的问题，但其实像中芯科技这类企业，仍有机会追赶。 不过做芯片这事，可不单单是企业一个人的独角戏，可以说这十年间，我们几乎是通过举国之力加速了芯片产业的发展。 其中，最重要的推动力量毫无疑问就是政策的助力了。 2014 年，国务院印发了《国家集成电路产业发展推进纲要》，横跨 15 年的发展蓝图就此展开，随后全国各地相继跟进了多种政策，半导体行业也掀起了一股创新热潮。 产业集群方面，长江三角地区以上海为代表，2015 年甚至成立了目标规模达 500 亿人民币的 IC 产业基金，主要投资于 IC 制造和设备领域。
当然还有芯片的封装测试环节，中国的长电科技在此领域正处于全球第三的位置，而他在此领域的迅速崛起，一部分原因正是得益于 2015 年长电斥资 47.8 亿元对星科金朋所进行的蛇吞象式的收购。 至于这些钱是哪里来的？在这里敲个黑板，画个重点。 收购的背后自然是离不开国家的支持，在所花费的资金中，长电仅出资了 2.6 亿美元、中芯国际出资了 1 亿美元、中国银行贷款 1.2 亿美元。这一收购更是让长电科技从全球第六大封测企业跃至全球第三。 除了投资长电科技之外，国家集成电路基金一期一共还投资了 75 家企业，总规模达到 1387 亿元，至少有 18 家 A 股上市公司直接获得投资，像北斗星通、通富微电等，全都是此次投资的受益者。
对了，最近又有国家集成电路基金二期的消息，据说三月底就会开始实质性的投资，注册资本达 2041.5 亿元，重点投向是一些芯片制造以及设备材料、芯片设计、封装测试等环节。不过，最终受益者是谁还很难说，也不排除一期投资过的企业，二期再次受到投资的情况发生。 虽然有着国家的支持，但国产芯片的成长之路却面对着中低端芯片过剩，高端芯片缺乏的窘境。
而且做芯片非常烧钱，像属于我们中国自己的企业中芯国际，虽说现阶段已经可以量产 14nm 的芯片，但其中却是砸了数百亿的资金，历时长达十年，方才小有的成就。 所以，革命尚未成功，同志还需努力。
