基于集成電路成為我國(guó)重要的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，面對(duì)當(dāng)前的形勢(shì)進(jìn)行了分析。對(duì)芯片生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的國(guó) 際市場(chǎng)以及國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)況進(jìn)行了介紹，對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片實(shí)現(xiàn)自主可控與自主創(chuàng)新提出建議與展望。

進(jìn)入 2018 年，美國(guó)對(duì)自中國(guó)進(jìn)口的商品大幅 增加征收關(guān)稅[1]。時(shí)至如今，在美國(guó)強(qiáng)而有力的政 治及經(jīng)濟(jì)相互配合的攻勢(shì)下，倒逼出很多以往我們 沒有過(guò)多重視發(fā)展的制造設(shè)計(jì)以及相關(guān)觀念，產(chǎn)生 了變化，特別是信息產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)。

背景

2018 年 4 月，美國(guó)對(duì)中興的制裁，由美國(guó)商 務(wù)部發(fā)布公告，禁止中興通訊在未來(lái) 7 年內(nèi)，向美 國(guó)企業(yè)采購(gòu)敏感產(chǎn)品。2018 年 5 月，美國(guó)眾議院 通過(guò)（H.R.5515）議案，禁止美國(guó)聯(lián)邦政府采購(gòu)中 國(guó)海康威視和大華的視頻監(jiān)控設(shè)備。

2019 年 5 月，美國(guó)總統(tǒng)簽署法案制裁華為， 隨后美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局將華為列入美國(guó)的實(shí) 體清單中，所有想要提供芯片及軟件給華為的美國(guó) 企業(yè)，都要提出申請(qǐng)，正式封殺華為進(jìn)口美國(guó)產(chǎn)品 的可能。在制裁案頒布不久后，Intel 首先宣布停 止對(duì)華為提供 CPU，隨后不久，軟銀宣布暫時(shí)停止 對(duì)華為提供 ARM 的技術(shù)支持。ARM 與 Intel 雖然 同處半導(dǎo)體行業(yè)，但是他們所處的領(lǐng)域并不相同。 ARM 是移動(dòng)終端領(lǐng)域的巨頭公司，從移動(dòng)智能終端 起步至今，始終處于市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位，全球主要手 機(jī)芯片供應(yīng)商如高通、三星、中國(guó)臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科都采 用 ARM 的架構(gòu)，全球超過(guò) 85% 的智能手機(jī)和平板電腦都是采用 ARM 架構(gòu)處理器。而 Intel 則在 傳統(tǒng)的 PC 及服務(wù)器市場(chǎng)上占據(jù)龍頭位置。

這兩家半導(dǎo)體巨頭停止對(duì)華為的產(chǎn)品及技術(shù) 授權(quán)（ARM 的標(biāo)準(zhǔn)合作模式），造成華為重要產(chǎn) 品如服務(wù)器、交換機(jī)、通信設(shè)備以及消費(fèi)電子的 手持終端（手機(jī)、平板）產(chǎn)品及關(guān)鍵技術(shù)，形同斷 供。就在貿(mào)易摩擦逐漸上升的背景之際，中國(guó)海關(guān) 總署于 2019 年 1 月提供的數(shù)據(jù)顯示[2]，中國(guó)集 成電路進(jìn)口額首破 2 萬(wàn)億人民幣，并且連續(xù)數(shù)年 位居國(guó)家進(jìn)口種類的首位，超越了石油進(jìn)口總額。 數(shù)據(jù)表明，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體芯片高端芯片，絕大部分還 是需要靠國(guó)外進(jìn)口，距離國(guó)家倡導(dǎo)的自主可控，仍 有一段差距。

產(chǎn)業(yè)概況

國(guó)內(nèi)在數(shù)字芯片設(shè)計(jì)的實(shí)力，已經(jīng)逐漸提升 到相當(dāng)?shù)乃?，但在生產(chǎn)制造方面，高階制程仍較 多依賴國(guó)際大廠。目前全球芯片生產(chǎn)主要晶圓廠有 中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電（TSMC）、聯(lián)電（UMC），美國(guó) 的格羅方德（Global Foundries）。而國(guó)內(nèi)純晶 圓代工廠，主要是上海的中芯半導(dǎo)體（SMIC）、 華虹集團(tuán)、蘇州和艦（HEJIAN）以及生產(chǎn)存儲(chǔ)芯 片為主的長(zhǎng)江存儲(chǔ)、合肥長(zhǎng)鑫、以及被美國(guó)美光公 司控告，遭受美國(guó)制裁目前處于停擺狀態(tài)的福建晉華公司。自 2005 年以來(lái)，中國(guó)大陸一直是集成電 路最大的消費(fèi)國(guó)，但根據(jù) IC Insights 分析[3]， 中國(guó)大陸的 IC 產(chǎn)量并沒有隨之大幅增加。

圖 1 中所示，2018 年中國(guó)大陸半導(dǎo)體產(chǎn)量年 復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)到 15%。但我們不能忽略，這些數(shù)字 當(dāng)中其實(shí)包含了中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電、美國(guó)英特爾、 韓國(guó)三星、SK 海力士等大型半導(dǎo)體廠商在我國(guó)大 陸生產(chǎn)的貢獻(xiàn)值。其中 SK 海力士在大陸的 12 英 寸晶圓廠產(chǎn)能最大，每月高達(dá) 20 萬(wàn)片的滿載產(chǎn) 能。英特爾在大連的 12 英寸晶圓廠，截至 2018  年 12 月也達(dá)到每月 7 萬(wàn)片的產(chǎn)能。

2 芯片設(shè)計(jì) 芯片設(shè)計(jì)位于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的最上游，是半導(dǎo)體 產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)，需要大量的人力、物力、財(cái)力投 入以及長(zhǎng)時(shí)間的積累。

2018 年第二季度的 CPU 市場(chǎng)，英特爾市場(chǎng)份 額占比 81.8%，持續(xù)領(lǐng)跑全球。GPU 市場(chǎng)中，ATI  公司和英偉達(dá)公司的高階 GPU 市場(chǎng)在早期占據(jù)絕 對(duì)位置，后 ATI 公司被 AMD 公司收購(gòu)，由于 AMD  在生態(tài)圈的長(zhǎng)期缺位，目前呈現(xiàn)英偉達(dá)一家獨(dú)大的 局面，市占率接近 70%。

在 FPGA 市場(chǎng)，美國(guó) Xilin x 和被英特爾收 購(gòu)的 Altera 公司占據(jù)全球絕對(duì)市場(chǎng)份額，如果再 加上生產(chǎn)特殊規(guī)格的 Lattice 公司，可以說(shuō)幾乎 壟斷全球所有市場(chǎng)。 反觀國(guó)內(nèi)核心芯片主要依賴進(jìn)口的局面并沒 有太多改變，在高性能 CPU、GPU，以及 FPGA 領(lǐng) 域，目前國(guó)產(chǎn)芯片在國(guó)際上的占有率微乎其微。

CPU產(chǎn)品

近幾年來(lái)，我國(guó)涌現(xiàn)出一批科研院所和骨干企 業(yè)設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的中央處理器（Central Processing  Unit，CPU）產(chǎn)品，其中出名的如龍芯[4,5]、申 威。前者 CPU 已經(jīng)大量應(yīng)用在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施以及 重要單位的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。而后者申威 26010 多核處理器則是國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)神威?太湖之光[6]的 主要運(yùn)算芯片，共集成安裝 40 960 個(gè)申威 26010  CPU。我國(guó)科研人員依托神威?太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī) 的應(yīng)用成果，首次獲得“戈登?貝爾”獎(jiǎng)，實(shí)現(xiàn)我 國(guó)在該獎(jiǎng)項(xiàng)上零的突破。2017 年全球超級(jí)計(jì)算機(jī)  500 強(qiáng)榜單公布，神威?太湖之光以 9.3 億億次/s  的浮點(diǎn)運(yùn)算速度，第四次奪冠。突破美國(guó)在 2015  年宣布對(duì)中國(guó)禁售高性能處理器的限制。

GPU 產(chǎn)品

相較于 CPU，圖形處理器[7-9]（Graphics  Processing Unit，GPU）產(chǎn)品國(guó)際市場(chǎng)產(chǎn)值相對(duì)較 小，全球僅剩下 NVIDIA 和 AMD 兩家研發(fā)高性能  GPU，年?duì)I收加起來(lái)也只有 100 億美元左右。長(zhǎng) 沙景嘉微電子，成立于 2006 年，是國(guó)內(nèi)當(dāng)前唯一 成功自主研發(fā)國(guó)產(chǎn)化圖形處理芯片并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的 企業(yè)。2014 年該公司成功研發(fā)了 JM5400 GPU 芯 片，號(hào)稱國(guó)內(nèi)首款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能 GPU 芯 片。除了景嘉微之外，國(guó)內(nèi)中船重工集團(tuán) 709 所 及 716 所也有研制國(guó)產(chǎn) GPU。但總體而言，在人 才、技術(shù)和專利障礙上，國(guó)產(chǎn) GPU 與國(guó)際領(lǐng)先廠 商仍存在不小的差距

FPGA產(chǎn)品

現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field－Programmable  Gate Array，F(xiàn)PGA）產(chǎn)品[10-14]因?yàn)槭袌?chǎng)容量小， 投資回收成本難，加上賽靈思（Xilinx）、阿爾特 拉（Altera）修筑專利壁壘，國(guó)內(nèi) FPGA 廠商大 多處于比較艱難的發(fā)展階段。國(guó)產(chǎn) FPGA 目前以高 云半導(dǎo)體、上海安路、紫光同創(chuàng)、AGM 及上海復(fù)旦 微等企業(yè)代表國(guó)產(chǎn) FPGA 產(chǎn)商，但在超過(guò) 100 億 元的國(guó)內(nèi) FPGA 市場(chǎng)中，國(guó)產(chǎn)市占率不到 3%。然 而在一次軍民融合展會(huì)上，中電科下屬單位展示了 正向設(shè)計(jì)的 3 500 萬(wàn)門級(jí) FPGA，隨后，中國(guó)電 子集團(tuán)（CEC）公開宣布成功研發(fā) 7 000 萬(wàn)門級(jí)  FPGA，兩大集團(tuán)取得的技術(shù)突破，解決了部分高端  FPGA 從無(wú)到有的問題,振奮人心。

EDA 產(chǎn)品 在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，芯片設(shè)計(jì)工具是電子設(shè)計(jì) 自動(dòng)化[15]（Electronics Design Automation， EDA）產(chǎn)品。目前全球主要的 EDA 廠商如美國(guó)的  Synopsys、Cadence 幾乎占據(jù) 90% 的 EDA 市場(chǎng) 份額。如果再加上美國(guó)的 Mentor 公司，達(dá)到近  100% 的市場(chǎng)份額。這些巨頭公司，對(duì)后起之秀的  EDA 設(shè)計(jì)公司采取包圍壟斷的商業(yè)策略。也就是一 旦某家公司的 EDA 工具研發(fā)達(dá)到一定的水平，且 被芯片設(shè)計(jì)人員開始廣泛使用的時(shí)候，這些巨頭公 司就會(huì)開出相當(dāng)誘人的價(jià)碼，對(duì)這些后進(jìn)公司進(jìn)行 全盤收購(gòu)。至今，無(wú)收購(gòu)失敗的案例。

我國(guó)集成電路業(yè)內(nèi)人士表示，分析華大九天的 發(fā)展歷程，便能看到中國(guó) EDA 的發(fā)展之路[16]。

在美國(guó)三大 EDA 市場(chǎng)的巨頭壟斷之下，華大九天 目前尚只能提供 1/3 左右的產(chǎn)業(yè)所需 EDA 解決方 案。華大九天雖然在 16 nm 及 28 nm 工藝方面 已經(jīng)相對(duì)成熟，但類似華為海思麒麟芯片已實(shí)現(xiàn) 7  nm 的制程工藝，故而在更先進(jìn)的制程工藝上，華 大九天仍然有更長(zhǎng)的路要走。

解決方法與展望

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)屬于高度技術(shù)及資金密集產(chǎn)業(yè)，故 而更需要國(guó)家政策傾斜、人才培養(yǎng)、資金補(bǔ)貼，更 重要的是長(zhǎng)期投入，而不能期待短期獲利。不論是 在半導(dǎo)體的上中下游，都存在大量技術(shù)積累和人才 建構(gòu)。中國(guó)半導(dǎo)體制造為了縮小差距，實(shí)現(xiàn)趕超， 已經(jīng)開始不斷從各地引進(jìn)人才，引人關(guān)注的是關(guān) 鍵人物從三星加盟到中芯國(guó)際。中芯公司順利推進(jìn)  28 nm 制程，并研發(fā)至 14 nm 制程，可見人才之 重要性。

其次，國(guó)家應(yīng)堅(jiān)持采取兵分多路的模式。位于 武漢的長(zhǎng)江存儲(chǔ)及合肥長(zhǎng)鑫已開始逐漸發(fā)力，在存 儲(chǔ)市場(chǎng)上，不至缺席。并且，政府應(yīng)將半導(dǎo)體發(fā)展 提升至國(guó)家戰(zhàn)略高度。集成電路尤其是制造端，投 入百億元乃至百億美元短期內(nèi)也未必見效。一般投 資人從投資回報(bào)的角度來(lái)看，投資門檻太高，風(fēng)險(xiǎn) 性過(guò)大，所以必須靠政府主導(dǎo)。國(guó)家已成立集成電 路產(chǎn)業(yè)投資基金[17]，目前基金二期的募資工作已 經(jīng)完成，規(guī)模在 2 000 億元左右，已上報(bào)國(guó)務(wù)院 獲批，體現(xiàn)出對(duì)半導(dǎo)體業(yè)非常正向的國(guó)家導(dǎo)向。不 論是芯片制造的中芯、華虹、三安光電，或是芯片 設(shè)計(jì)的兆易創(chuàng)新、北斗星通、乃至于前文提到國(guó)產(chǎn)  GPU 龍頭景嘉微和封測(cè)的長(zhǎng)電、太極、通富微電 等，都獲得大基金的覆蓋投資。

中國(guó)國(guó)家核高基重大專項(xiàng)組組長(zhǎng)魏少軍表 示，到 2020 年，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)需要的人才在  70～80 萬(wàn)人之間，但是目前人才缺口至少超過(guò)一半 以上。值得注意的是，雖然目前國(guó)內(nèi)開始通過(guò)高薪 引進(jìn)海外人才彌補(bǔ)高端人才缺口，但對(duì)于基礎(chǔ)人才 的培養(yǎng)，高等教育更應(yīng)成為重中之重，同時(shí)搭配雄 厚師資力量以及企業(yè)培訓(xùn)不斷加強(qiáng)。 魏少軍先生特別指出[19-20]，解決我國(guó)集成 電路人才不足問題，要抱著改革心態(tài)，通過(guò)供給側(cè) 改革方式，解決人才短缺建立長(zhǎng)效發(fā)展機(jī)制。這樣 才能解決中國(guó)芯的短板，縮短與國(guó)際大廠的技術(shù)差 距，增強(qiáng)國(guó)產(chǎn)芯片的競(jìng)爭(zhēng)力。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是國(guó)家總體實(shí)力的展現(xiàn)，近年來(lái) 中國(guó)在許多領(lǐng)域逐漸趕超世界，達(dá)到領(lǐng)先水平。美 國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家為保障自己國(guó)家利益，陸續(xù)發(fā)動(dòng)中興 事件，乃至于制裁華為，這些都是政治手段影響經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的模式。但在這些事件背后，讓我們深切體 認(rèn)到關(guān)鍵基礎(chǔ)建設(shè)，不論是在軟件，硬件，乃至于制造，多方面技術(shù)我們?nèi)匀磺啡保枰蕾噰?guó)外技術(shù) 進(jìn)行支持。

在這些深刻的教訓(xùn)之下，芯片產(chǎn)業(yè)乃至于各行各 業(yè)發(fā)展自主可控，已沒有任何僥幸。要解決卡脖子的 窘境，只有上下齊心，沉淀積累，穩(wěn)健前行，才能逐 漸實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代的偉大歷史任務(wù)。關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)