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【特別報(bào)道】詳解中美日三國芯片現(xiàn)狀和差距

鐘小河　2019年01月11日 07:42

理解芯片

芯片按照不同的應(yīng)用領(lǐng)域分為很多種類，比如手機(jī)上用的通信芯片，電腦上用的CPU芯片，電視遙控器上用的低端信號處理芯片等等。不同應(yīng)用的芯片技術(shù)含量天差地別，最高端的如CPU芯片內(nèi)，目前全球只有Intel和AMD能夠設(shè)計(jì)制造，低端的如遙控器、VCD內(nèi)的信號處理芯片，中國都有不少廠商能夠設(shè)計(jì)制造。前段時(shí)間中興、華為接連受到美國的打壓，本文著重介紹中美日三國在這類通信芯片的現(xiàn)狀和差距。

芯片---人類最強(qiáng)科技

什么是通信芯片

通信就是將信息進(jìn)行收集、傳輸和解讀，現(xiàn)在我們常用的是采取光纖進(jìn)行傳輸。通信芯片只涉及兩個(gè)物理量：光和電。以我們上網(wǎng)為例，通過鍵盤打字，在電腦內(nèi)部是通過電信號進(jìn)行傳輸?shù)模缓蠼?jīng)過網(wǎng)線通過路由器、調(diào)制解調(diào)器(光貓)再傳輸出去。一般來說，在電腦與光貓之間都是電信號傳輸，光貓將電信號轉(zhuǎn)換成光信號之后通過光纖向外傳輸。小到家庭網(wǎng)絡(luò)，大到數(shù)據(jù)中心，基本功能就是實(shí)現(xiàn)光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換和處理，這里面使用到大量的各種通信芯片，比如Laser Diode Chip(激光二極管芯片)、Photodiode Chip(光電二極管芯片)，Driver Chip(驅(qū)動(dòng)芯片)，TIA Chip(信號放大芯片)等等。

中美日芯片地位

美國和日本占領(lǐng)全球通信市場芯片的90%以上，其次是以色列、臺灣等國家和地區(qū)，中國芯片占有量極低并且全部都是中低端芯片。美國作為全球的芯片龍頭老大，是第一個(gè)開發(fā)出電子芯片的國家，擁有最頂尖的芯片設(shè)計(jì)能力，悠久的芯片制造和使用歷史，擁有芯片全產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)、生產(chǎn)、銷售能力和全球最多數(shù)量的芯片專利，站在芯片食物鏈的最頂端。日本憑借幾十年如一日的工匠精神，在通信芯片的制造業(yè)中排全球第二，并且制造的芯片穩(wěn)定性是最高的，在這方面甚至超過了美國。中國芯片起步較晚，資金投入和人員積累比較薄弱，目前為止還只開發(fā)出了中低端的芯片，并且主要是低端芯片，但芯片封裝和測試能力全球第一。

美國芯片的優(yōu)勢

美國芯片三大巨頭：英特爾，高通，博通，除此之外還有一大堆的小弟跟著后面。英特爾主攻PC、服務(wù)器芯片并且?guī)缀跣纬闪巳驂艛嗟匚弧８咄ㄖ鞴ナ謾C(jī)及移動(dòng)終端芯片，過去十幾年一直是壟斷，最近幾年隨著華為海思、聯(lián)發(fā)科的起來才逐步有所松動(dòng)。博通主攻通信系統(tǒng)芯片，各種光電轉(zhuǎn)換芯片、通信信號處理芯片一直占據(jù)全球第一梯隊(duì)。除了這三家，還有蘋果、英偉達(dá)、賽靈思等一大堆實(shí)力很強(qiáng)的芯片公司在各行各業(yè)都占據(jù)強(qiáng)勢地位。總而言之，美國的芯片廠商優(yōu)勢：專利數(shù)量、研發(fā)能力、市場占有率。說白了，美國靠芯片公司數(shù)量都能打遍天下無敵手。

日本芯片的優(yōu)勢

日本芯片優(yōu)勢只有一個(gè)：穩(wěn)定的高質(zhì)量制造能力。他的芯片設(shè)計(jì)比不上美國，甚至以色列，售后服務(wù)在世界強(qiáng)國中名列倒數(shù)，但是一力降十會，日本的芯片大批量制作時(shí)質(zhì)量全球第一，穩(wěn)定性全球第一。日本憑借著釘子一樣的工匠精神以及幾十年累積下來的技術(shù)高超的工人，可以秒殺其他任何國家。舉個(gè)例子，前兩年國內(nèi)有一家芯片企業(yè)產(chǎn)品報(bào)廢率特別高，尤其是在MOCVD這道工序，常常幾十個(gè)wafer推進(jìn)去，只有幾個(gè)良率比較好的wafer出來，其他的基本上全部報(bào)廢，這幾個(gè)wafer不同區(qū)域的芯片性能相差還比較大，只有中間一小片區(qū)域能用，換句話說，光這道工序基本上90%以上的產(chǎn)品要報(bào)廢，這樣做產(chǎn)品是不可能盈利的，并且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性也非常差，根本就賣不出去。后來請了一個(gè)日本專家過來仔細(xì)研究了兩三個(gè)月，找到原因了：MOCVD可以簡單看成一個(gè)爐子，如何保證溫度的均勻性很重要，因?yàn)闀苯佑绊懙疆a(chǎn)品良率，一直以來這個(gè)廠商的設(shè)備人員會量測32個(gè)不同點(diǎn)的溫度來看是否合格，但日本專家要測量300多個(gè)不同區(qū)域的溫度，然后做成一張立體的3D溫度分布圖，最后發(fā)現(xiàn)只有在MOCVD中間一小塊區(qū)域溫度分布是最均勻的，其他地方雖然溫度差很小，但相對溫差還是太大了。最后日本專家與企業(yè)的設(shè)備人員經(jīng)過一年多的刻苦攻關(guān)才解決了這個(gè)問題，使得良率提升。

從這個(gè)例子可以看出，很多東西不是我們做不到，而是我們做事情太粗糙，不如日本人那么嚴(yán)謹(jǐn)。我曾經(jīng)去過米思米(做導(dǎo)向軸為主)的工廠參觀學(xué)習(xí)，同樣的設(shè)備，國內(nèi)企業(yè)做出來的產(chǎn)品就是不如米思米的好，其實(shí)關(guān)鍵點(diǎn)就在于是否有用心在制造上。

日本芯片目前以高端制造業(yè)為主，牢牢占據(jù)芯片制造業(yè)的最頂端。

中國芯片的優(yōu)勢

很多人一提到中國的芯片就嗤之以鼻，確實(shí)，中國芯片因?yàn)楦鞣N各樣的原因還處于才起步的階段，但并不代表我們沒有優(yōu)勢。我們最大的優(yōu)勢有2點(diǎn)：1、制度優(yōu)勢，2、人多市場大

首先說制度優(yōu)勢。我們都知道，做芯片是需要巨額投入的，華為的芯片累積投入金額超過1000億人民幣才開發(fā)出了現(xiàn)在這個(gè)樣子，并且回報(bào)期非常長，需要好幾年甚至十幾年才會看到回報(bào)的可能性。這種投入大，回報(bào)周期長，風(fēng)險(xiǎn)高的行業(yè)，國內(nèi)的絕大部分企業(yè)是玩不了的，這時(shí)我國的制度優(yōu)勢就發(fā)揮出來了，國家層面出制度支持并且給與巨大的資金支持可以讓有技術(shù)的人沉下心來做研發(fā)，做制造;給與市場支持，比如要求政府機(jī)構(gòu)必須使用國產(chǎn)芯片，可以讓國產(chǎn)芯片有初始的市場。這種典型的集中力量辦大事的能力在西方國家是難以具備的，

再來說說市場優(yōu)勢。是個(gè)人都知道中國已經(jīng)是全球最大的市場，我們14億人口，每人一天使用10分鐘電話，將會有多大的數(shù)據(jù)量?每人一天只上網(wǎng)10分鐘，將會有多大的數(shù)據(jù)量?正因?yàn)橛腥绱撕Ａ康氖袌觯灾袊庞凶銐虻呐苼磉M(jìn)行談判。可以以市場換技術(shù)，實(shí)在換不來的就優(yōu)先使用國內(nèi)的芯片，雖然一開始因?yàn)橘|(zhì)量問題，技術(shù)問題等等會造成一定的損失，但這個(gè)損失是可控的，可以小范圍持續(xù)試運(yùn)行，犯錯(cuò)了可以再來過嘛，一次一次地試錯(cuò)，一次一次地改進(jìn)，東西就會越來越好。很多西方國家人口少，國土面積少，沒有資源來提供這樣規(guī)模的市場來做實(shí)驗(yàn)。

中美日芯片差距

經(jīng)過以上的分析，可以看出，中國和美日在芯片上的差距是體現(xiàn)在全方位的。芯片從無到有分為設(shè)計(jì)、制造設(shè)備、驗(yàn)證三大塊。

我國在設(shè)計(jì)上的差距是最小的，隨著華為海思的崛起，包括跟在后面的紫光、中星微電子等企業(yè)，芯片設(shè)計(jì)上的差距大幅縮小了，但還是存在。芯片電路都是由最基本的門電路組成的，門與門之間相互搭配，組合就實(shí)現(xiàn)了一定的功能，說起來簡單，但是你們知道英特爾一款CPU有多少個(gè)門電路嗎?答案是幾億個(gè)!只要有一個(gè)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，整個(gè)芯片只能報(bào)廢!英特爾將CPU的整體設(shè)計(jì)分為很多的小的功能塊再分發(fā)給不同的團(tuán)隊(duì)去研發(fā)，然后再一步步地拼起來實(shí)現(xiàn)整體功能，光進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的工程師就有上千人員。我國主要的芯片設(shè)計(jì)公司一般只敢在別人的芯片基礎(chǔ)上微調(diào)很小的一部分功能，如果要更改底層設(shè)計(jì)，那將是一個(gè)浩瀚的工程，國內(nèi)幾乎沒有企業(yè)敢這么做，除了華為海思。

芯片設(shè)計(jì)出來了，接下來怎么將圖紙變?yōu)楫a(chǎn)品，這就是制造方面的事情了。根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度不同，芯片的制造工序也大不一樣，一般的通信芯片至少也有幾百道工序，更復(fù)雜的甚至上千道工序，只要有一道工序參數(shù)沒有管控好，輕則良率降低，重則全部報(bào)廢!這塊差距體現(xiàn)在：1)制造設(shè)備。芯片最核心的制造設(shè)備是光刻機(jī)，用來在晶圓上畫電路的。電路越細(xì)，芯片就會越小，目前已經(jīng)商用的最先進(jìn)工藝是7nm，華為的麒麟980是全球第一款用這個(gè)工藝做出的芯片。光刻機(jī)設(shè)備制造商最厲害的是荷蘭ASML，號稱已經(jīng)在開發(fā)3nm工藝的光刻機(jī)了。國產(chǎn)光刻機(jī)還在二三十個(gè)納米，差距非常大。2)制造工藝。國內(nèi)會做芯片制造的人一大把，但是做得好的人鳳毛麟角。有了好的設(shè)備，沒有好的制造人才也做不出好的芯片，在這一點(diǎn)我們需要多學(xué)習(xí)日本的工匠精神，埋頭苦干十年應(yīng)該會看到一些成果。

芯片的驗(yàn)證是很多人忽略的問題，制造出了芯片，怎么驗(yàn)證它行還是不行呢，怎么保證我做1個(gè)芯片是好的，我做1億個(gè)芯片也是好的呢?這里牽涉到芯片驗(yàn)證的問題。芯片出問題有可能是設(shè)計(jì)問題，也有可能是制造出了問題，如何驗(yàn)證我們大批量做的芯片是好的，方法只有一個(gè)：大量地用!不管是設(shè)計(jì)問題還是制造問題，只有用了才知道有沒有問題。剛才說到，芯片的設(shè)計(jì)極其復(fù)雜，制造工藝都到了幾個(gè)納米的級別，如果出了點(diǎn)問題，一兩個(gè)芯片是發(fā)現(xiàn)不了的，只有上萬上萬地不斷使用才知道，出現(xiàn)了問題，找到原因，改正;改完后重新做又發(fā)現(xiàn)了問題，再找原因，改正.....持續(xù)不斷地改進(jìn)，芯片自然就越來越好用了。這也是為什么國內(nèi)華為先殺出來了，其中一個(gè)重要原因是：芯片好不好，我自己用!所以我們看到華為才出來的手機(jī)芯片不太好用，總有這樣那樣的問題，但隨著一年一年地改進(jìn)，慢慢就會好用了。新的芯片廠商做出的產(chǎn)品一般來說是不會有人敢用的，因?yàn)椴恢滥愕男酒卸啻髥栴}，沒人用就發(fā)現(xiàn)不了問題，就沒辦法改進(jìn)，技術(shù)也就無法進(jìn)步，這是個(gè)死循環(huán)，所以很多芯片廠商就死在這上面了。

擼起袖子加油干

芯片不是做電商，不是做互聯(lián)網(wǎng)，芯片是實(shí)實(shí)在在的高技術(shù)含量產(chǎn)品，是人類智慧的最高結(jié)晶，我國的芯片雖然起步晚，底子薄，但是如果一直不做就會一直做不起來，唯有擼起袖子加油干，鍥而不舍，死磕到底才有可能殺出一條血路，才不會讓別人用刀架在我們脖子上，時(shí)不時(shí)威脅我們：我要下刀了!【責(zé)任編輯/古飛燕】

(原標(biāo)題：詳解中美日三國芯片現(xiàn)狀和差距)

來源：理解比知道更重要

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