做芯片的不如做项链的？国内高端IC芯片破局已刻不容缓

　　数据显示，2016全球芯片市场达到3397亿美元，同比增长1.5%。而2017年预计将超过4000亿美元，涨幅高达10%以上。

　　不过令人窘迫的是，在这么大的蛋糕面前，尽管我国已消化了近1/3市场需求而成为全球最大的芯片消费国，但繁荣背后却有一个残酷的事实：我国国产芯片的自给率不到30%，产值不足全球的7%，市场份额更是不到10%，也就是说中国“芯”90%以上依赖进口。截至2016年底，中国芯片的进口金额达到1.3万亿人民币左右，而同期的原油进口不到0.7万亿。中国在芯片进口上的花费已经接近原油的两倍。

　　做芯片的不如做项链的?

　　上周一(2017年10月23日)，工业和信息化部人才交流中心(MIITEC)和比利时微电子研究中心(IMEC)联合主办的“名家芯思维”——2017年设计方法学国际研讨会在南京举办。

　　本次活动邀请到IEEE fellow Giovanni De Micheli、中国科学技术大学林福江教授、浙江大学韩雁教授、南京大学王中风教授、香港科技大学教授Patrick Yue 和Synopsys亚太区产品总监谢仲辉先生，围绕主题“IC设计方法学”的进行主题分享，圆桌论坛环节探讨了IC设计技术革新、发展趋势，以及发展中遇到的一些问题。

　　会议期间我们听到了两个小故事。

　　不过却是两个很无奈的故事。

　　故事一：做4G芯片差点破产

　　这是一家做芯片FIB失效修改的厂商讲的故事。说有一个客户原来是做2G/3G基础设备的，后来听说4G是个大趋势且很快就会到来，就转头开了一个厂，雄心勃勃的进军4G芯片产业，准备抢占桥头堡。

　　为了做好，他前后投入了80%的身家来研发4G芯片。结果，快把家底赔进去了也没搞出来。最后实在撑不住，只好回头又做起了3G设备，终于挽回了差点破财破家的惨淡结局。

　　听说，他媳妇也总算同意他睡床上了。

　　故事二：做芯片的不如做项链的

　　这个故事是韩雁教授讲的。说有一个朋友，原来开了一家首饰加工厂，生意不错。后来，在政府的要求和鼓励下就办了个芯片封装厂。

　　然而，这个封装厂利润简直寥寥，一直在惨淡经营中不可自拔。

　　据他说：“我加工一件首饰能赚几块甚至十几块钱，但是我封装一个芯片才赚几分钱甚至几厘钱!你说，高科技体现在哪里?”

　　对啊，既然做芯片的不如做项链的，那为什么还有人坚持做下去呢?(文末将有答案)

　　国内高端芯片领域的困境

　　众所周知，高端IC芯片复杂程度高，国内目前连4G芯片都做不了，绝大多数都还是2G/3G计算级别。

　　芯片市场的恶性循环

　　浙江大学教授/博导、浙江大学—美国UCF大学ESD联合实验室常务副主任韩雁说：“我国高端射频芯片的开发面临困境，这里有一个显而易见的恶性循环：因为工艺落后——客户到国外流片——国内工艺缺乏流片验证提升——工艺更加落后。”

　　具体来说，这个循环就是：由于国内芯片加工制造工艺落后，导致很多设计公司纷纷选择到国外流片，因此造成国内相关厂商严重缺乏流片验证而无法升级，最终又会让国内的芯片工艺迟迟得不到提高。

　　目前，芯片产业的流片费用动辄几百万元甚至上千万元，这样的费用对任何一家公司来说都是难以企及的高价，由不得不慎重(一般来说，普通芯片最多半年流片一次，而高端芯片如10nm或像麒麟970一样的AI芯片等，由于研发过程漫长，从研发到流片需要数年时间)。因此，国内很多芯片设计公司为提高成功率，纷纷选择去国外或合资企业流片。英特尔、富士通、Tower Jazz、GlobalFoundries、三星、台积电、MagnaChip等等，往往是业内的首选，从而造成内地厂家很难有生意。

　　既然国内晶圆代工厂没有生意，自然就生存艰难。尽管近年来有紫光、中芯国际、华力微等重点企业异军突起，但无论从工艺还是经验来看，距离国际一线厂商还有很长的路要走。

　　如此的循环，长此以往，将对我们的芯片制造产业带来极大的限制和阻碍。

　　国内芯片加工工艺粗糙不稳定

　　从1971年开始，芯片制造工艺经历了10微米、6微米、3微米、1.5微米、1微米、800纳米、600纳米、350纳米、250纳米、180纳米、130纳米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、22纳米、14纳米，一直到目前主流的10纳米高端工艺。而更高一级的 7nm(GlobalFoundries公司)近期也传出进展顺利。

　　尽管10nm工艺已经成为高端芯片加工的标志，但国内工艺大多还依然停留在微米级别(0.18um、0.35um等)，也使得大部分硬件设备用的也都还是微米级芯片。这也是我们所说的第一个故事背后的真实场景，令人无奈。

　　光刻技术是芯片制造产业的核心，决定着芯片的元件特征尺寸。伴随半导体产业“摩尔定律”的延续，极紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography， EUVL)被公认为是最具潜力的下一代光刻技术。不过技术最先进、性能最稳定的光刻机设备100%被欧美国家垄断，且严禁技术转让。

　　目前国内光刻机最多可做到28nm，另外13nm技术正在研发中。但是，国际上已经实现了10nm，而7nm技术也即将研发成功。这就是差距。

　　由于缺乏精密的国产加工设备，国内芯片制造设备都需要从美国进口，这就要受到他们“出口限制令”的制约，比如不能用于军事产品的生产、不能研发指标非常先进的芯片。

　　专用芯片才是未来新的增长点

　　一直以来，关于通用芯片和专用芯片的争论就从来没有停止过。虽然从通用性和可修改性来说，通用芯片具有很大优势，但从针对性和功耗等方面考虑，专用芯片才是未来新的增长点。

　　国家“千人计划”特聘专家、中国科学技术大学微电子学院副院长林福江说：“功耗是(芯片产业)现在最大的问题，哪一款芯片能把功耗降下来，它的寿命就能延长，竞争力自然就上来了，功耗是所有芯片现在最大的瓶颈。