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一顆“芯”是如何煉成的
2017年中國集成電路進口量高達3770億塊，同比增長10.1%；進口額為2601億美元(約合17561億元)，同比增長14.6%。2017年中國貨物進口額為12.46萬億元，也就是說集成電路進口額占中國總進口額的14.1%，而同期中國的原油進口總額僅約為1500億美元。中國在半導體芯片進口上的花費已經(jīng)接近原油的兩倍。
近日，越來越多的人關注中國自主研發(fā)的芯片進展。若想煉成一顆中國“芯”，需要怎樣的步驟？
現(xiàn)狀
半導體芯片進口花費
已接近原油兩倍
也許不是人人都了解集成電路，但許多人聽說過摩爾定律。摩爾定律是指，當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。在半個世紀前，由英特爾創(chuàng)始人之一的摩爾提出的這一推測，已經(jīng)延續(xù)了50多年。
摩爾定律揭示了集成電路領域的發(fā)展速度。在這樣的高速創(chuàng)新發(fā)展中，集成電路的產(chǎn)品持續(xù)降低成本、提升性能、增加功能。也是在這樣的高速發(fā)展中，各國集成電路技術的差距越拉越大。有業(yè)內(nèi)人士表示，中國若想在主要集成電路領域追趕上頂級公司，需要的不止時間，而是整個系統(tǒng)性提升。
海關總署公開信息顯示，集成電路進口額從2015年起已連續(xù)三年超過原油，且二者進口差額每年都在950億美元以上。其中，2017年中國集成電路進口量高達3770億塊，同比增長10.1%；進口額為2601億美元(約合17561億元)，同比增長14.6%。2017年中國貨物進口額為12.46萬億元，也就是說集成電路進口額占中國總進口額的14.1%，而同期中國的原油進口總額僅約為1500億美元。中國在半導體芯片進口上的花費已經(jīng)接近原油的兩倍。
調(diào)查
芯片有幾十種大門類
上千種小門類
芯片，是指內(nèi)含集成電路的硅片，體積很小，常常是計算機或其他電子設備的一部分。芯片組，是一系列相互關聯(lián)的芯片組合。它們相互依賴，組合在一起能發(fā)揮更多作用，比如，計算機里的中央處理器(CPU)及手機中的射頻、基帶和通信基站里的模數(shù)轉換器(ADC)等，就是由多個芯片組合在一起的更大的集成電路。而集成電路是非常精密的儀器，其單位為納米。一納米為十萬分之一毫米。這就對設計、制造工藝都有非常嚴格、高標準的要求。
芯片的種類很多，芯謀研究首席分析師顧文軍對北京青年報記者表示：“僅從產(chǎn)品種類來說，芯片的種類就有幾十種大門類，上千種小門類；如果涉及設備流程的話就更多了。美國是整體式、全方位處于領先地位，而我們只是在某些領域里面有所突破，并且這些領域也并非核心、高端的領域，比如中國在存儲器、CPU、FPG及高端的模擬芯片、功率芯片等領域，幾乎是沒有的。如果中國發(fā)力研發(fā)，在某些小的門類中可能會有所突破。”
追訪
一臺通信基站內(nèi)
有上百顆芯片
以運營商業(yè)務為例，通信基站設備是其最主要的產(chǎn)品之一，而在一臺通信基站中就有上百顆芯片負責實現(xiàn)不同功能。“簡單來說，基站發(fā)射并回收信號，收回信號后首先要有芯片濾波，穩(wěn)定信號；然后還有芯片將這種特別小的信號放大；再有芯片進行解析、處理；然后是芯片負責傳輸、分發(fā)�；竞诵母娔X類似，可以實現(xiàn)各種功能，但它可以支持多個手機，因而速度更快，芯片更復雜。”上述人士表示。
其中，最典型的是ADC芯片，中國目前還無法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品。ADC芯片是模數(shù)轉換芯片，負責將天線接收的連續(xù)的模擬信號轉換為通話或上網(wǎng)的數(shù)字信號。目前ADC主要依賴亞德諾、德州儀器等公司供應。
從軟件方面來說，EDA仿真軟件是另一個典型。利用該軟件，電子設計師才可以在電腦上設計芯片系統(tǒng)，大量工作可以利用計算機完成，并可以實現(xiàn)多個產(chǎn)品的結合試驗等。如果沒有EDA仿真軟件，則需要人工進行設計、試驗，耗費的人力、時間等成本不計其數(shù)。目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有十幾種，基本都來自于美國。
關注
制造一顆芯片
需要5000道工序
一位芯片制造領域的專家向北青報記者介紹，一顆芯片的制造工藝非常復雜，一條生產(chǎn)線大約涉及50多個行業(yè)、2000-5000道工序。就拿代工廠來說，需要先將“砂子”提純成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工廠包含前后兩道工藝，前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入；后道工藝主要是封裝——互聯(lián)、打線、密封。其中，光刻是制造和設計的紐帶。
其中許多工藝都在獨立的工廠進行，而使用的設備也需要專門的設備廠制造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專門的化工工業(yè)。另外，集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進行的，因此還需要排風和空氣凈化等系統(tǒng)。
有說法認為，集成電路是比航天還要高的高科技。該業(yè)內(nèi)人士表示，這種說法也不無道理，“航天的可靠性估計也就4個9、5個9的樣子(X個9表示在軟件系統(tǒng)一年時間的使用過程中，系統(tǒng)可以正常使用時間與總時間之比)�，F(xiàn)在硅晶圓材料的純度就要6個9以上。”
焦點
全球芯片
幾乎被美日歐壟斷
根據(jù)前瞻研究院的報告顯示，目前，全球芯片仍主要以美、日、歐企業(yè)產(chǎn)品為主，高端市場幾乎被這三大主力地區(qū)壟斷。在高端芯片領域，由于國內(nèi)廠商尚未形成規(guī)模效應與集群效應，所以其生產(chǎn)仍以“代工”模式為主。
截至2015年年底的數(shù)據(jù)顯示，全球共有94家先進的晶元制造廠商，其中17家在美國，71家在亞洲(中國有9家)，6家在歐洲。日本在上世紀80年代處于領先地位，但自90年代開始其全球半導體市場份額顯著下降，至2015年僅有3家日本芯片制造商位列全球排名前二十——東芝、瑞薩電子和索尼。而與此同時，東亞其他國家已成為動態(tài)隨機存取存儲器市場的主要公司。韓國三星電子和海士力目前是世界第二和第三大半導體公司。 1/2 1 2 下一頁 尾頁 |
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