“芯”病为什么这么难治？

编者按

2018年中美间发生重大贸易争端，对两国的未来发展都将产生深远影响。特别是美国以国家安全法、侵犯知识产权等理由而引发的“中兴事件”、“晋华事件“等事件，深刻地提醒我们自主芯片的重要性，也道出了芯片产业发展的艰辛。

2018年4月，美国宣布对中国通信科技企业中兴禁售芯片，直接导致中兴公司进入休克，当然后面的事情大家都知道了，全民关注芯片，自研芯片的呼声也越来越高。

2018年11月，美国商务部工业与安全局（Departmentof Commerce, Bureau of Industry and Security, BIS）提出了一份针对关键技术和相关产品的出口管制框架方案，并将面向公众进行为期一个月的意见征询。该文件列出了14个考虑进行管制的领域，包括生物技术、人工智能（AI）、微处理器技术、先进的计算技术、量子计算、机器人、脑机接口等在内的前沿技术，其中多个领域都涉及芯片技术。

据海关统计，仅2017年我国就进口芯片超过2600亿美元，折合人民币近2万亿元，超过原油，成为我国第一大进口产品。因此芯片已经可以算是一项战略性资源，其重要性不言而喻。

为什么一颗小小的芯片这么难造？“芯”病病根在哪儿呢？

芯片是人类智慧的结晶，不仅在单个环节上要求技术精湛，整体更是一个产业系统工程。

首先，难点在芯片设计。在芯片设计中，要在指甲大小的空间里，放置上亿个基本元件，每个元件都是纳米量级。因此芯片设计通常需要借助电子设计自动化（EDA）工具，该工具的供应主要被几家美国公司所垄断。即使借助EDA，英特尔、华为等顶尖公司的设计及工艺研发部门也需要几千甚至上万人，且大部分都是博士，可见研发难度之大。据闻小米手机的高端芯片澎湃S2在投入试产研发阶段，在全球最先进的代工厂台积电多次流片失败，如砖块般通电无效。这真是要急火攻心的赶脚，却体现了芯片研发的难度。

其次，芯片制造也很难。一个芯片制造出来，需要经过几百道精细加工工序，环环相扣，错一即废，全球具有先进制程工艺、制造能力的企业屈指可数。由于芯片基本单元尺寸太小，需要通过紫外线加工，俗称“光刻”。而目前世界上能生产光刻机的厂商少之可怜，其中荷兰企业ASML是全球唯一高端光刻机供应商，其一台光刻机就要数亿美元，卖这么贵还供不应求，卖不卖、啥时卖，完全看心情。只能说，有技术，就是这么牛，打得“顾客是上帝“的脸啪啪响。

芯片产业既是知识密集型产业，也是资本密集型产业，技术、资金缺一不可。

芯片从研发到标准化生产，花三五年时间都是正常的，这期间需要巨额的研发费用，国外高端芯片厂商研发费用都超过百亿美元。芯片制造巨头，如GF、Intel等，由于研发成本太高，都止步于10nm工艺节点，只有台积电、三星正在7nm、5nm上研发推进。

现在华为、小米、格力都在研发自己的芯片，一个重要原因是：企业有资金可以投入，有时间可以等，并能承担这个风险。前文提及的小米手机高端芯片澎湃S2研发，每次流片费用就在400万美金上下，几次下来，几千万美金烟消云散，耗资巨大，整个研发手机芯片的费用已远超小米红米系列手机年出货的总利润。因此，由于技术、资金、时间节点等原因，小米自研高端芯片的真实前景将充满困境与变数。

芯片是个完全开放市场竞争的行业，这是由其行业特性决定的，因此光有技术、资金还不够，芯片做出来，还得有市场竞争力，否则都白搭。

某位科技企业大佬曾说过：“芯片行业10亿起步，10年结果”。投入10亿资金将芯片研发出来，但从市场角度说，需要卖几千万颗芯片才能收回成本，如果只卖100万件，那每个芯片的平均研发成本会高达1000多块钱，会直接亏死。而且，芯片放到市场上卖，要和英特尔、高通这些巨头正面竞争，是否具备足够的市场竞争力，又是一大挑战。同时，芯片研发出来的时间点要能赶上市场主流产品应用上市时间，否则拖个一年半载，原来的高端芯片立马变成中低端，搭载芯片的终端产品市场竞争力直线下降。此外，企业能否持续多年只搞研发赶进度，不产生价值，直至某年追上竞争对手，又是一个企业耐受力的考验。

此外，说起芯片，不得不提芯片行业所特有的发展规律，即神奇的 “摩尔定律” 。

它是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。定律的内容是： 当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍 。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月增长一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。这种趋势已经持续了超过半个世纪，虽然近几年更新增长已经放缓，但台积电目前正积极开发5nm节点工艺，并有计划开发到3nm，因此预计定律将持续到至少2020年左右。本质上，摩尔定律被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法则，因此它不是一个技术指标，而是一个经济现象。2005年，在纪念定律诞生40周年的庆典上，摩尔写到：“摩尔定律的确是关于经济的。”以这个速度增长可以实现利润的最大化。如果企业不发展新的制程，产品成本就会居高不下，利润也无法扩大。如果把所有资本都用来发展新技术，则可能会有破产的风险。所以，摩尔定律其实就是“投资发展制程-芯片生产成本降低-市场增长-用部分利润继续投资发展制程”的最优解。也正是如此，现在先进工艺节点制程的研发越来越困难，研发成本也越来越高，导致摩尔定律才会从最开始的一年翻倍，到1975的两年翻倍，再到现在的三年翻倍。

认识规律，使用规律，持之以恒，克服困难。总之，一颗芯片的产生涉及方方面面多个行业，确实很难，但是不医好这个“芯”病，许多行业都将随时处于被断粮的威胁之下。痛则醒，中国芯已厚积薄发；路虽远，但我们已出发。相信不远的将来，各行业企业都能用上用好中国芯。

（责任编辑：雷蓉）

作者简介

陈志辉，博士，上海产业技术研究院综合管理部技术交流合作主管。