導讀

國產芯片和發達國家的芯片差距有多大？我們離“中國芯”有多遠？芯片的發展趨勢如何？7月20日在珠江科學大講堂上，廣東省半導體產業研究院黎子蘭博士分析了中國半導體芯片困局和發展趨勢。

芯片有多重要？

就像社會的“神經系統”

芯片是“何方神圣”？為何如此重要？廣東省半導體產業研究院黎子蘭博士表示，“它實際上起到了現代社會神經系統的作用，如果把社會比喻為人，芯片就負責思考、感知、通訊，甚至控制著一部分的能源，比如功率芯片控制了電能、電壓、交流、直流等，因此對現代社會非常關鍵”。

黎子蘭表示，未來所有的產業發展方向，相當部分是由半導體芯片支撐實現的，“比如物聯網、5G、汽車電子、人工智能AI、AR、VR、區塊鏈都需要半導體芯片”，他表示，以汽車和手機為例，電子產品在汽車中分布廣泛，汽車電子占汽車成本的比例逐年提升。有資料顯示，汽車電子占整車的成本達30%以上，未來隨著電動汽車和無人駕駛技術的成熟，汽車電子所占的成本將達到50%以上，成為汽車智能化的關鍵部分。智能手機基本上是由芯片和顯示屏等部件組成，“中國生產了全球77%的手機，并且擁有多家領先品牌，作為優勢產業，卻只有3%的芯片是國產”。

未來的電動汽車對半導體的需求激增，功率半導體首當其沖，目前基本依賴進口

有資料顯示，2017年中國芯片的進口額高達2600億美元，超過原油位列進口產品第一，但國產芯片僅占國內市場份額10%左右。

國產芯片和發達國家的芯片

差距有多大？

全球電子產業生態系統

“國產芯片和發達國家的差距是多方面的、立體的”，黎子蘭向南都記者表示，中國的電子產品制造業僅次于美國，但是電子產品的芯片卻嚴重依賴進口。“不論是芯片的設計、生產設備，還是制造材料、制造工藝等都存在很大差距”，黎子蘭說。

芯片的設計離不開設計軟件即EDA，全球前三大的EDA企業都是美國企業，有數據顯示，美國的設計公司在市場占比高達69%。設備上，全球最重要的半導體設備***是荷蘭生產，但設備所需的部分核心零部件是美國廠商生產。硅片是制作集成電路的重要材料，通過對硅片進行光刻、離子注入等手段，可以制成集成電路和各種半導體器件。日本在半導體生產材料上優勢明顯，有資料顯示，世界前兩名集成電路用硅片制造商是日本信越和SUMCO，占全球60%以上；這兩家企業生產的大尺寸硅片（200毫米和300毫米）占全球的70%以上，形成絕對壟斷和極高的技術壁壘。

我們離“中國芯”有多遠？

我們離“中國芯”還有多遠？黎子蘭表示，華為的麒麟芯片很了不起，但是半導體芯片行業覆蓋面廣，細分領域多，光有一個麒麟芯片，或是某個點的突破是不夠的，需要很多方面，大家共同的努力。“如果有一天，我們能夠生產出很多的芯片和產品，別人不得不用的時候，中國的芯片就崛起了，如果能夠做到你中有我，我中有你，大家都離不開的時候，"中國芯"就到來了”。

“全球半導體芯片產業競爭最終比拼的是創新的效率，”黎子蘭分析道，“如果你的產品性能只有其他產品的一半，還停留在上一個技術階段，就賣不動了”。

發展半導體產業是產業轉型升級的必經之路，“目前人工智能很重要的一個企業是半導體芯片企業英偉達，因為人工智能對計算能力要求非常高”，黎子蘭說，但半導體產業關聯廣泛，“目前我國與發達國家在各領域都存有差距，全面追趕上有一定挑戰”。

如何實現“中國芯”？黎子蘭表示，首先要進行合作，半導體行業是全球頂尖專家幾十年的共同結晶，沒有任何一個國家在全產業鏈都做到完全自主，求創新、求突破，首先要尋求合作。然后是創新，“創新是最有用的，在創新中做出全新的或更強的產品，別人的產品才可能基于我們的產品和技術”，黎子蘭說，“創新幾乎是唯一的道路”。

未來

半導體的發展趨勢

半導體芯片涉及不同的材料和功用，根據未來應用的方向，分成很多種類型，最大的類別是數字電路，還有訴求多元、功能為王的類別，包括模擬電路、分離電路、光電等。

“數字電路的主旋律是微縮，對于數字電路，器件越小，數目越多，開關速度越快。而數字電路從一個技術代演進到另一個技術代，大概只花兩年時間，”2004年左右最先進的工藝尺寸是65納米，現在最先進的技術已達10納米，“紅細胞是7000納米，而半導體器件最核心的特征尺寸已經達到10納米，數字電路微縮是對設備和工藝的極限挑戰”，黎子蘭說。

微縮：數字電路的主旋律

器件的微縮還導致結構向三維方向發展，這是數字電路的第二個趨勢。“三種重要的數字芯片Logic、DRAM和FLASH，特征都是三維，今天三星推出的最新產品是96層，這實在太了不起了”，黎子蘭表示。1965年英特爾創始人之一高登·摩爾曾表示，芯片的晶體管數目每兩年翻一番。“摩爾定律其實是對數字電路微縮規律的總結”，黎子蘭說，“至今摩爾定律已問世50多年，意味著至少翻了25次方，一個芯片上的晶體管數量最多超過100億顆，可以實現非常強大的功能。”

高登·摩爾（Intel創始人之一）曾表示，芯片的晶體管數目每兩年翻一番

另外一類是訴求多元、功能為王的第一、二、三代半導體，包括模擬電路、分離電路、光電等。“因為應用廣泛，這一塊對經濟的重要性不亞于數字電路，在很多方面都起到重要作用”，黎子蘭表示。

新的材料可以大幅提高原有產品的性能，或實現原來無法實現的功能。第三代半導體材料(如GaN)在光電顯示、電力電子、RF器件等方面極具潛力和前景。Si功率器件已到極限，第三代半導體剛興起，所使用的GaN功率器件品質因子是Si的1130倍，“GaN功率器件將帶來電力電子的革命”，黎子蘭說。

“未來會超越摩爾定律，提高性能和實現新的功能”，黎子蘭表示，從以往單純追求微縮，開始轉變為實現新的不同功能，“例如在microLED顯示、通訊基站和雷達電子等領域，通過材料、器件結構等創新實現更加龐大和先進的功能，這是半導體芯片創新的重點，也是機遇，而且對設備的要求沒有那么夸張”，例如，從九十年代商業藍光LED出現開始，GaN材料開始引起公眾關注，應用越來越廣泛。“但數字芯片和其他類型的芯片不是分離發展，另外一個重要趨勢就是將它們在系統級別進行更強的整合”。

“總而言之，半導體芯片的未來是微縮、超越微縮和融合”，黎子蘭表示。

半導體芯片發展趨勢

背景

關鍵核心技術是國之重器

******在7月13日召開的中央財經委員會第二次會議上指出，關鍵核心技術是國之重器，對推動我國經濟高質量發展、保障國家安全都具有十分重要的意義，必須切實提高我國關鍵核心技術創新能力，把科技發展主動權牢牢掌握在自己手里，為我國發展提供有力科技保障。隨著人工智能、物聯網崛起，半導體芯片迎來了前所未有的黃金時期。我國要大力發展新一代信息技術、高端裝備制造、綠色低碳、生物醫藥、數字經濟、新材料、海洋經濟等戰略性新興產業，必須掌握半導體芯片的核心關鍵技術。