半導(dǎo)體對于我們的重要性不言而喻,，它涉及方方面面,，通訊、計算機,、消費電子,、汽車,、工控、照明,、醫(yī)療等行業(yè)分分鐘離不開它,。近年來，隨著全球AI,、物聯(lián)網(wǎng),、云計算等發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)迎來了更大的爆發(fā),，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,，2017年全球整體半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)4,203.93億美元，較2016年3,458.51億美元,，大幅成長21.6%,。

半導(dǎo)體行業(yè)是典型的“金字塔”結(jié)構(gòu)，越上游的企業(yè)越少,，產(chǎn)值越大,，技術(shù)難度越高。由于起步晚,、核心技術(shù)缺少,，我國半導(dǎo)體發(fā)展受限，尤其是核心技術(shù)方面,，仍有尚未掌握的關(guān)鍵技術(shù),，到目前為止，關(guān)鍵芯片領(lǐng)域依賴于進(jìn)口仍是現(xiàn)狀,。正因如此,，我國將半導(dǎo)體列為國家重點規(guī)劃產(chǎn)業(yè),，并在資金、人才,、技術(shù)上下苦功,，力爭突破瓶頸，振興國產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),。

這些半導(dǎo)體核心技術(shù)仍待突破

1,、頂尖光刻機

作為集成電路產(chǎn)業(yè)的核心裝備，光刻機被稱為“人類最精密復(fù)雜的機器”,。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)編輯了解,，當(dāng)前全球能制造高端光刻機的只有荷蘭的ASML、日本的尼康和佳能三大企業(yè),，它們市場份額超過八成,。

光刻機又名掩模對準(zhǔn)曝光機,，曝光系統(tǒng),，光刻系統(tǒng)，它是芯片制造核心中的核心,，光刻是半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)流程中最復(fù)雜,、最關(guān)鍵的工藝步驟，耗時長,、成本高,。半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)的難點和關(guān)鍵點在于將電路圖從掩模上轉(zhuǎn)移至硅片上，這一過程通過光刻來實現(xiàn),，光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平,。

高端光刻機堪稱現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花，其制造難度非常大,，現(xiàn)在其最先進(jìn)的EUV（極紫外光）光刻機已經(jīng)能夠制造7nm以下制程的芯片了,，單臺光刻機的售價已經(jīng)超過了一億美元，中國完全自主生產(chǎn)的光刻機只有可憐的90nm制程,，差了一大截,。光刻機的研制到底難在哪？并非光刻機技術(shù)原理難懂,，而是光刻機的制造工藝復(fù)雜,。一臺先進(jìn)的光刻機有5萬多個零件，設(shè)計生產(chǎn)不容易,，難點是里面的每一步都要求最先進(jìn)的工藝和零件,。

2、觸覺傳感器

傳感器被稱為工業(yè)的藝術(shù)品,，它與計算機,、通信被稱為信息系統(tǒng)的三大支柱,，傳感器技術(shù)優(yōu)劣是衡量一個國家科技水平和是否處在國際戰(zhàn)略競爭制高點的重要標(biāo)志，是發(fā)達(dá)國家高度重視和爭相發(fā)展的核心基礎(chǔ)技術(shù),。觸覺傳感器是用于機器人中模仿觸覺功能的傳感器,。按功能可分為接觸覺傳感器、力－力矩覺傳感器,、壓覺傳感器和滑覺傳感器等,。

我國觸覺觸感器發(fā)展緩慢的原因之一是工藝不過關(guān)，精確,、穩(wěn)定的嚴(yán)苛要求攔住了我國大部分企業(yè)向觸覺傳感器邁進(jìn)的步伐,。除了生產(chǎn)工藝，材料純度也是從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)的“扼咽之處”,。導(dǎo)電橡膠,、導(dǎo)電塑料、碳納米管,、石墨烯等都是可用作觸覺傳感器的材料,。目前，國內(nèi)石墨烯的生產(chǎn)還可以,，但用石墨烯制作傳感器的技術(shù)還不成熟,。由于國內(nèi)觸覺傳感器起步晚，專利問題是繞不過了,！在技術(shù)追趕過程中,，后來者必須繞過先行者的相關(guān)專利保護(hù)，除非找到明顯更優(yōu)解,，否則很可能會因為繞過專利而提高技術(shù)達(dá)成的門檻,，這些對于觸覺觸感器的國產(chǎn)化而言都是難關(guān)。

未來,，觸覺傳感器將朝向更加柔性化,、小型化、智能化,、人性化方向發(fā)展,，觸覺傳感器的適用范圍將大大拓寬，在人機交互系統(tǒng),、智能機器人,、移動醫(yī)療等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

3,、DSP芯片

DSP芯片即指能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號處理技術(shù)的芯片,。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器,，廣泛采用流水線操作,，提供特殊的DSP指令,，可以用來快速的實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。

DSP芯片自誕生以來得到了飛速發(fā)展,，一方面得益于集成電路的發(fā)展,，另一方面也得益于巨大的市場。在短短二十年時間里,，DSP芯片已在信號處理,、通信、雷達(dá),、圖像,、軍事、儀器,、自動化等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,。

目前，全球DSP芯片市場仍是巨頭壟斷,，德州儀器,、ADI、飛思卡爾,、Motorola公司等都是這個行業(yè)的佼佼者,。國產(chǎn)DSP芯片起步晚,， 2006年中電十四所與龍芯公司合作開發(fā)國產(chǎn)DSP芯片,。2012年它們研發(fā)的 “華睿1號”性能優(yōu)于飛思卡爾公司的MPC8640D，2017年,，國產(chǎn)DSP芯片“華睿二號”走向市場,。

4、CPU

CPU是一塊超大規(guī)模的集成電路,，是一臺計算機的運算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）,。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。中央處理器主要包括運算器（算術(shù)邏輯運算單元,，ALU,，Arithmetic Logic Unit）和高速緩沖存儲器（Cache）及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)（Data）、控制及狀態(tài)的總線（Bus）,。它與內(nèi)部存儲器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設(shè)備合稱為電子計算機三大核心部件,。CPU依靠指令來自計算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計時就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng),。指令的強弱也是CPU的重要指標(biāo),，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。

美國的英特爾,、超威半導(dǎo)體公司,，在CPU領(lǐng)域占據(jù)一半以上的市場,。國產(chǎn)CPU的應(yīng)用領(lǐng)域既涵蓋了嵌入式設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備等專業(yè)領(lǐng)域,，也同時面對消費級民用市場,。由于服務(wù)對象和應(yīng)用領(lǐng)域的巨大分歧，不同類型的國產(chǎn)CPU在國人心中存在感相去甚遠(yuǎn),，如專門針對服務(wù)器的飛騰,、申威等，知名度不高,。

CPU發(fā)展迅速,，算力和功耗是衡量其性能的重要指標(biāo)。作為后來者,，中國的研制水平總是離世界先進(jìn)水準(zhǔn)差一截,，如龍芯的性能似乎總跟著英特爾后面跑，龍芯是中國科學(xué)院計算所自主研發(fā)的通用CPU,，采用RISC指令集,，類似于MIPS指令集。好消息是,，2015年,，中國發(fā)射首枚使用“龍芯”北斗衛(wèi)星。

5,、GPU

又稱顯示核心,、視覺處理器、顯示芯片,，是一種專門在個人電腦,、工作站、游戲機和一些移動設(shè)備（如平板電腦,、智能手機等）上圖像運算工作的微處理器,。用途是將計算機系統(tǒng)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動，并向顯示器提供行掃描信號,，控制顯示器的正確顯示,，是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件，也是“人機對話”的重要設(shè)備之一,。

提到GPU,，最先想到的是英偉達(dá)，它占據(jù)全球GPU市場一半以上的市場份額,，AMD的GPU也占有一席之地,。中國的GPU企業(yè)尚未形成巨大規(guī)模，相關(guān)技術(shù)也在積極研制之中，目前國內(nèi)在研究GPU的企業(yè)有上海兆芯,、華為,、圖芯、天數(shù)智芯,，華夏芯,、芯視圖、中船重工709所,、中航631所等,。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)編輯獲悉，中國船舶重工集團(tuán)公司研究的完全具備自主知識產(chǎn)權(quán)的凌久GP101,，刷新了我國在國產(chǎn)顯卡領(lǐng)域的空白,，凌久GP101是一款高性能低功耗的，圖形處理芯片,，要和歐美等先進(jìn)廠商相比,，還有很大的距離，它要達(dá)到世界領(lǐng)先水平,，還有漫長的路要走,。

6、MPU

MPU又叫微處理器或內(nèi)存保護(hù)單元,。MPU是單一的一顆芯片,，而芯片組則由一組芯片所構(gòu)成，早期甚至多達(dá)7,、8顆,，但目前大多合并成2顆，一般稱作北橋（North Bridge）芯片和南橋（South Bridge)芯片,。MPU是計算機的計算,、判斷或控制中心,，有人稱它為”計算機的心臟”,。

英特爾、高通,、三星,、飛思卡爾、聯(lián)發(fā)科及展訊等供應(yīng)商是這個市場的領(lǐng)導(dǎo)者,。國產(chǎn)的MPU市場占有率非常小,，幾乎為零，華大,、華為,、紫光國芯等企業(yè)在加大研發(fā)相關(guān)技術(shù)。

7,、DRAM/NAND Flash

即動態(tài)隨機存取存儲器,，最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存,。DRAM 只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間。為了保持?jǐn)?shù)據(jù),，DRAM使用電容存儲,，所以必須隔一段時間刷新（refresh）一次，如果存儲單元沒有被刷新,，存儲的信息就會丟失,。 英特爾、德州儀器,、IBM,、韓國三星和海力士占據(jù)絕對壟斷地位，在DRAM市場呼風(fēng)喚雨,。

長江存儲,、合肥長鑫、福建晉華是中國存儲領(lǐng)域的三大新勢力,，2019年會是中國存儲產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵年,，屆時有福建晉華、合肥睿力的 DRAM 技術(shù)量產(chǎn),，更有長江存儲轉(zhuǎn)進(jìn) 64 層 3D NAND 的研發(fā)和生產(chǎn),。未來兩年將有可能左右未來十年中國存儲產(chǎn)業(yè)的命運。

DRAM是這十大待突破的半導(dǎo)體核心技術(shù)中,，最有可能大規(guī)模國產(chǎn)化的一項技術(shù),，值得期待。

8,、CPLD/FPGA

CPLD是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件,，相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，屬于大規(guī)模集成電路范圍,。是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設(shè)計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺,，用原理圖,、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件,，通過下載電纜（“在系統(tǒng)”編程）將代碼傳送到目標(biāo)芯片中,，實現(xiàn)設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)。

FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列,，它是在PAL,、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,，既解決了定制電路的不足,，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

進(jìn)入FPGA這個行業(yè)的門檻很高,。過去十多年時間里,，Intel、IBM,、摩托羅拉,、飛利浦、東芝,、三星等60多家公司曾試圖涉足該領(lǐng)域,，除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進(jìn)軍該領(lǐng)域之外，其余公司紛紛折戟沉沙,。目前的FPGA市場,， Xilinx（賽靈思）和Altera（阿爾特拉）兩家公司占據(jù)了90%的市場份額。

除了市場份額低之外,，國內(nèi)廠商在技術(shù)水平上和國外大廠的差距很大,。雖然國內(nèi)FPGA廠商有百家爭鳴之勢，但基本分布在中低端市場,，大多是一些1000萬門級左右的FPGA,，少數(shù)達(dá)到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發(fā)的。中國電科的3500萬門級FPGA和中國電子7000萬門級FPGA,，是一次重大技術(shù)突破,。

9、高端伺服電機

伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機,，是一種補助馬達(dá)間接變速裝置,。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確,，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象,。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng),，在自動控制系統(tǒng)中,，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小,、線性度高、始動電壓等特性,，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出,。

德國企業(yè)是伺服電機的領(lǐng)航者，倫茨、博世力士樂,、路斯特,、倍福等全球知名企業(yè)眾多，市場份額巨大,。國產(chǎn)伺服電機目前的現(xiàn)狀是未形成巨頭級企業(yè),。小功率、小型化伺服電機居多,，高端伺服電機較少,。在一些高檔的應(yīng)用上，尤其是在輕載6kg左右的桌面型機器人上,，高端的國產(chǎn)化產(chǎn)品稀少,。

10、超高射頻芯片

射頻芯片指的就是將無線電信號通信轉(zhuǎn)換成一定的無線電信號波形,， 并通過天線諧振發(fā)送出去的一個電子元器件,。射頻芯片架構(gòu)包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。對于現(xiàn)有的GSM和TD-SCDMA模式而言,，終端增加支持一個頻段,，則其射頻芯片相應(yīng)地增加一條接收通道，但是否需要新增一條發(fā)射通道則視新增頻段與原有頻段間隔關(guān)系而定,。

中國是世界最大的手機生產(chǎn)國,，但造不了高端的手機射頻器件，這需要材料,、工藝和設(shè)計經(jīng)驗的踏實積累,。國內(nèi)從事中低端射頻芯片的企業(yè)眾多，也占據(jù)了相當(dāng)一部分市場,，但在高端射頻芯片領(lǐng)域,，仍有較大上升空間。

綜述：中國擁有全球最大的半導(dǎo)體消費市場,，因核心技術(shù)缺少,，中國對美國的半導(dǎo)體進(jìn)口額超過1000億美元，排名世界第一,。中國是芯片的消耗和進(jìn)口大國,，2017年集成電路進(jìn)口金額2601億美元，金額位列中國進(jìn)口商品之冠,。

“國產(chǎn)化”是未來的一大趨勢,，這些國內(nèi)未解決的半導(dǎo)體核心技術(shù)均是世界級難題，其難度不亞于造“航空母艦”,。對于企業(yè)和技術(shù)人員來說,，沉下心去做事方能尋求突破和發(fā)展,，切勿急于求成，被市場蒙蔽了雙眼,，得不償失,。