近日，“中美貿(mào)易戰(zhàn)”持續(xù)升級(jí)，美國(guó)和華為之間的博弈愈發(fā)地激烈,，雙方的實(shí)力和技術(shù)顯示無(wú)疑。5月21日，任正非在接受媒體采訪時(shí)表示，華為備胎芯片計(jì)劃在早幾年就開(kāi)始了,，美國(guó)低估了華為的芯片自研能力，芯片自主這一方面華為有實(shí)力叫板全球任何一家頂尖芯片企業(yè),。
盡管如此,，但國(guó)內(nèi)整體芯片實(shí)力并未達(dá)到美國(guó)那樣的厲害，類似華為這樣的實(shí)力企業(yè)太少,。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(guó)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,。
這些半導(dǎo)體核心技術(shù)仍待突破
一,、DSP芯片
DSP芯片即指能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號(hào)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(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu),，具有專門(mén)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(lái)快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法,。DSP芯片自誕生以來(lái)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(chǎng),。在短短二十年時(shí)間里，DSP芯片已在信號(hào)處理,、通信,、雷達(dá)、圖像,、軍事,、儀器,、自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
目前,，全球DSP芯片市場(chǎng)仍是巨頭壟斷,，德州儀器、ADI,、飛思卡爾,、Motorola公司等都是這個(gè)行業(yè)的佼佼者。國(guó)產(chǎn)DSP芯片起步晚,， 2006年中電十四所與龍芯公司合作開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)DSP芯片,。2012年它們研發(fā)的 “華睿1號(hào)”性能優(yōu)于飛思卡爾公司的MPC8640D，2017年,，國(guó)產(chǎn)DSP芯片“華睿二號(hào)”走向市場(chǎng),。
二、高精度ADC芯片
ADC也叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，是指將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)的器件,。真實(shí)世界的模擬信號(hào)，例如溫度,、壓力,、聲音或者圖像等，需要轉(zhuǎn)換成更容易儲(chǔ)存,、處理和發(fā)射的數(shù)字形式,。模／數(shù)轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，在各種不同的產(chǎn)品中都可以找到它的身影,，在實(shí)際應(yīng)用中,，為了實(shí)現(xiàn)微型化，通常做成ADC芯片,。造芯片是非常精密的工藝,，通常芯片單位為納米，一納米也就是十萬(wàn)分之一毫米,，這對(duì)設(shè)計(jì),、制造工藝都有非常嚴(yán)格、高標(biāo)準(zhǔn)的要求,。僅從產(chǎn)品種類來(lái)說(shuō),，芯片的種類就有幾十種大門(mén)類，上千種小門(mén)類,，如果涉及設(shè)備流程的話就更多了,。
由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些溫度、壓力、位移,、圖像等模擬信號(hào),，要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字產(chǎn)品等能識(shí)別、處理這些信號(hào),，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),，這就需要ADC。而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析,、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受,。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017年ADC芯片銷(xiāo)售額為545億美元,，預(yù)計(jì)到2022年,，全球ADC芯片市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)748億美元,，市場(chǎng)前景非?？捎^。未來(lái)幾年支撐ADC芯片增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力是5G,、人工智能,、物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)電子等新興應(yīng)用,，這些相關(guān)的產(chǎn)品或技術(shù)對(duì)信號(hào)處理的需求大漲,。
全球能生產(chǎn)出高性價(jià)比的高精度的ADC芯片的企業(yè)不到十家，而又以美國(guó)企業(yè)為主,。一款好的ADC芯片體現(xiàn)在高精度,、低功耗、轉(zhuǎn)換效率等指標(biāo)上,，目前制造ADC芯片的溫度傳感器和高精度振蕩器非常緊缺,，這也是國(guó)內(nèi)企業(yè)的一大痛點(diǎn)。目前ADC芯片主要的供應(yīng)商是德州儀器,、亞德諾等公司,，中國(guó)是全球最主要的ADC芯片需求方,，但是國(guó)內(nèi)能造出高精度的ADC芯片企業(yè)微乎其微,，即便造出來(lái)了，性能和價(jià)格也無(wú)法跟上市場(chǎng)的節(jié)奏,?？梢赃@么說(shuō)，在核心的ADC芯片供給率上,，國(guó)產(chǎn)占有率幾乎為零,。
三、超高射頻芯片
射頻芯片指的就是將無(wú)線電信號(hào)通信轉(zhuǎn)換成一定的無(wú)線電信號(hào)波形， 并通過(guò)天線諧振發(fā)送出去的一個(gè)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(duì)于現(xiàn)有的GSM和TD－SCDMA模式而言，終端增加支持一個(gè)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(guó)是世界最大的手機(jī)生產(chǎn)國(guó),，但造不了高端的手機(jī)射頻器件,，這需要材料、工藝和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的踏實(shí)積累,。國(guó)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(chǎng)，但在高端射頻芯片領(lǐng)域,，仍有較大上升空間,。
四、CPU
CPU是一塊超大規(guī)模的集成電路,，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心,。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。中央處理器主要包括運(yùn)算器,，算術(shù)邏輯運(yùn)算單元,，ALU和高速緩沖存儲(chǔ)器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線,。它與內(nèi)部存儲(chǔ)器和輸入／輸出設(shè)備合稱為電子計(jì)算機(jī)三大核心部件,。CPU依靠指令來(lái)自計(jì)算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)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(qiáng)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(guó)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(chǎng)。國(guó)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(shí)面對(duì)消費(fèi)級(jí)民用市場(chǎng)。由于服務(wù)對(duì)象和應(yīng)用領(lǐng)域的巨大分歧,，不同類型的國(guó)產(chǎn)CPU在國(guó)人心中存在感相去甚遠(yuǎn),，如專門(mén)針對(duì)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(lái)者,，中國(guó)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(guó)科學(xué)院計(jì)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(guó)發(fā)射首枚使用“龍芯”北斗衛(wèi)星。
五,、GPU
又稱顯示核心,、視覺(jué)處理器、顯示芯片,，是一種專門(mén)在個(gè)人電腦,、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備上圖像運(yùn)算工作的微處理器,。用途是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng),，并向顯示器提供行掃描信號(hào)，控制顯示器的正確顯示,，是連接顯示器和個(gè)人電腦主板的重要元件,，也是“人機(jī)對(duì)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(chǎng)一半以上的市場(chǎng)份額，AMD的GPU也占有一席之地,。中國(guó)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(guó)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(guó)船舶重工集團(tuán)公司研究的完全具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的凌久GP101,，刷新了我國(guó)在國(guó)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(zhǎng)的路要走,。
六、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)八顆,，但目前大多合并成兩顆,，一般稱作北橋芯片和南橋芯片。MPU是計(jì)算機(jī)的計(jì)算,、判斷或控制中心,，是構(gòu)成微機(jī)的核心部件，也可以說(shuō)是微機(jī)的心臟,，它起到控制整個(gè)微型計(jì)算機(jī)工作的作用,，產(chǎn)生控制信號(hào)對(duì)相應(yīng)的部件進(jìn)行控制，并執(zhí)行相應(yīng)的操作,。在微機(jī)中,，CPU被集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為MPU,，微處理器插在主板的中央處理器的插槽中,。
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(gè)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者,，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，2018年銷(xiāo)售的MPU中，超過(guò)一半的的增長(zhǎng)來(lái)自于應(yīng)用在普通計(jì)算機(jī),、服務(wù)器和大型電腦中的處理器,，少部分來(lái)自于嵌入式應(yīng)用，有超過(guò)一半的銷(xiāo)售是來(lái)自英特爾和AMD廠商,，其余市場(chǎng)也基本被歐洲企業(yè)占據(jù),。國(guó)產(chǎn)的MPU市場(chǎng)占有率非常小，幾乎為零,，好消息是,，國(guó)內(nèi)的華大,、華為、紫光國(guó)芯等企業(yè)正在加大研發(fā)相關(guān)技術(shù),。
七,、DRAM／NAND Flash芯片
即動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，最為常見(jiàn)的系統(tǒng)內(nèi)存,。DRAM 只能將數(shù)據(jù)保持很短的時(shí)間,。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，DRAM使用電容存儲(chǔ),，所以必須隔一段時(shí)間刷新一次,，如果存儲(chǔ)單元沒(méi)有被刷新，存儲(chǔ)的信息就會(huì)丟失,。
目前,，在DRAM／NAND Flash芯片市場(chǎng)上，英特爾,、德州儀器,、IBM、韓國(guó)三星和海力士占據(jù)絕對(duì)壟斷地位,。國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)江存儲(chǔ),、合肥長(zhǎng)鑫、福建晉華是中國(guó)存儲(chǔ)領(lǐng)域的三大新勢(shì)力,，2019年會(huì)是中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵年,，屆時(shí)有福建晉華、合肥睿力的 DRAM 技術(shù)量產(chǎn),，更有長(zhǎng)江存儲(chǔ)轉(zhuǎn)進(jìn) 64 層 3D NAND 的研發(fā)和生產(chǎn),。未來(lái)兩年將有可能左右未來(lái)十年中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的命運(yùn)。
八,、CPLD／FPGA
CPLD是從PAL和GAL器件發(fā)展出來(lái)的器件,，相對(duì)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(jì)方法是借助集成開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái),，用原理圖,、硬件描述語(yǔ)言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件,，通過(guò)下載電纜將代碼傳送到目標(biāo)芯片中,，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)。FPGA即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn),。
進(jìn)入FPGA這個(gè)行業(yè)的門(mén)檻很高,。過(guò)去十多年時(shí)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(gòu)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(chǎng)， Xilinx和Altera兩家公司占據(jù)了90％的市場(chǎng)份額,。
除了市場(chǎng)份額低之外,，國(guó)內(nèi)廠商在技術(shù)水平上和國(guó)外大廠的差距很大。雖然國(guó)內(nèi)FPGA廠商有百家爭(zhēng)鳴之勢(shì),，但基本分布在中低端市場(chǎng),，大多是一些1000萬(wàn)門(mén)級(jí)左右的FPGA，少數(shù)達(dá)到2000萬(wàn)門(mén)級(jí)的FPGA雖然也有自主研發(fā)的,。中國(guó)電科的3500萬(wàn)門(mén)級(jí)FPGA和中國(guó)電子7000萬(wàn)門(mén)級(jí)FPGA,，是一次重大技術(shù)突破。
九,、半導(dǎo)體材料
俗話說(shuō),，“巧婦難為無(wú)米之炊”，作為制造半導(dǎo)體集成電路的基礎(chǔ),，半導(dǎo)體材料可謂是整個(gè)制程中做關(guān)鍵的一環(huán),。在生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片的材料需要二十多種，其中包括晶圓,、靶材料,、保護(hù)涂膜、 TAB,、 焊線和封裝材料等,，在這塊市場(chǎng)上，美國(guó)和日本占據(jù)了大部分的市場(chǎng)份額,。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)編輯統(tǒng)計(jì),，全球十大半導(dǎo)體材料廠商排行,，美日歐占比高達(dá)90％左右，中國(guó)僅有少數(shù)幾家能生產(chǎn)符合市場(chǎng)要求的半導(dǎo)體材料,。
制造半導(dǎo)體器件對(duì)半導(dǎo)體材料有不同的形態(tài)要求,，包括單晶的切片、磨片,、拋光片,、薄膜等，半導(dǎo)體材料的不同形態(tài)要求對(duì)應(yīng)不同的加工工藝,。以硅晶圓的制造為例,，人們常說(shuō)幾寸晶圓廠，代表這硅晶圓直徑越大,，這座晶圓廠技術(shù)越好,，目前市場(chǎng)上主流的12寸晶圓，基本是由那些TOP5企業(yè)提供,。英特爾高層曾對(duì)筆者表示,，全球能生產(chǎn)符合市場(chǎng)要求的晶圓片企業(yè)不超過(guò)十家，到了下一代18英寸晶圓片生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)后,，建造晶圓片廠成本會(huì)提高很多,，投資可能超過(guò)百億。為何晶圓技術(shù)很難突破,，因?yàn)樵谝话闱闆r下,，晶圓體積的增加，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)工藝的一致性降低,，這樣會(huì)增加制造成本,。還有一個(gè)重要的技術(shù)，就是生產(chǎn)晶圓設(shè)備的先進(jìn)性對(duì)良率影響很大,，而國(guó)內(nèi)的企業(yè)幾乎是進(jìn)口晶圓生產(chǎn)設(shè)備,，這對(duì)于他們非常被動(dòng)，容易被“卡脖子”,。
十,、頂尖光刻機(jī)
最后一個(gè)就是光刻機(jī)了，作為集成電路產(chǎn)業(yè)的核心裝備,，光刻機(jī)被稱為“人類最精密復(fù)雜的機(jī)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(jī)的只有荷蘭的ASML,、日本的尼康和佳能三大企業(yè),，它們市場(chǎng)份額超過(guò)八成。
光刻機(jī)又名掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)，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(shí)長(zhǎng)、成本高,。半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)在于將電路圖從掩模上轉(zhuǎn)移至硅片上,，這一過(guò)程通過(guò)光刻來(lái)實(shí)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(jī)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（也叫極紫外光）光刻機(jī)已經(jīng)能夠制造7nm以下制程的芯片了,，單臺(tái)光刻機(jī)的售價(jià)已經(jīng)超過(guò)了一億美元，中國(guó)完全自主生產(chǎn)的光刻機(jī)只有可憐的90nm制程,，差了一大截,。光刻機(jī)的研制到底難在哪？并非光刻機(jī)技術(shù)原理難懂,，而是光刻機(jī)的制造工藝復(fù)雜,。一臺(tái)先進(jìn)的光刻機(jī)有五萬(wàn)多個(gè)零件，設(shè)計(jì)生產(chǎn)不容易,，難點(diǎn)是里面的每一步都要求最先進(jìn)的工藝和零件,。
總結(jié)：
中國(guó)擁有全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)，因核心技術(shù)缺少,，中國(guó)對(duì)美國(guó)的半導(dǎo)體進(jìn)口額超過(guò)1000億美元,，排名世界第一。中國(guó)是芯片的消耗和進(jìn)口大國(guó),，2017年集成電路進(jìn)口金額2601億美元,，金額位列中國(guó)進(jìn)口商品之冠。不管美國(guó)如何阻攔,，不可否認(rèn)的是,，芯片的“國(guó)產(chǎn)化”是未來(lái)的一大趨勢(shì)，這些國(guó)內(nèi)未解決的半導(dǎo)體核心技術(shù)均是世界級(jí)難題,，其難度不亞于造“航空母艦”,。
盡管中美貿(mào)易戰(zhàn)對(duì)芯片自主研發(fā)影響很大，也會(huì)在短期沖擊很多企業(yè)的利益,，但對(duì)于企業(yè)和技術(shù)人員來(lái)說(shuō),，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(chǎng)蒙蔽了雙眼,，得不償失,。