芯片，美国出了张“大王” 中国热身了十几年，也该出来了！

Posted 2020-11-01 musein1

芯片，美国出了张“大王” 

 

      当地时间16日，一记重拳向中兴通讯砸下。美国商务部表示，由于中兴通讯违反了曾与美国政府达成的和解协议，7年内禁止美国企业向中兴通讯出口任何技术、产品。

　　招商电子分析称，中兴通讯的主营业务有基站、光通信及手机，而芯片在这三大领域均存在一定程度的自给率不足。若真的禁运，中兴危矣。专家称，美国制裁中兴，是警钟，也是集结号。“我们需要反思，但也不能让步。集结号已经吹响，国产芯片何时能上战场？”　每一步都是高难度操作。

缺“芯”缺在哪？

　　以此次中兴通讯被制裁的用于光通讯领域的光模块为例，其主要功能是实现光电及电光转换。光模块中包括光芯片，即激光器和光探测器，还有电芯片，即激光器驱动器、放大器等。低速的（≤10Gbps）光芯片和电芯片实现了国产，但高速的（≥25Gbps）光芯片和电芯片全部依赖进口。

　　为何缺“芯”？首先来了解一下“芯片的诞生”。

　　中国科学院西安光机所副研究员、中科创星创始合伙人米磊介绍，芯片核心产业链流程可以简单描述为设计—制造—封装。其中有三个关键步骤：第一，提炼高纯度二氧化硅，做成比纸还薄的晶圆；第二，在晶圆上用激光刻出数十亿条线路，铺满几亿个二极管和三极管；第三，把每片晶圆切割封装好——目前指甲盖大小的芯片里能集成150亿个晶体管。每一步，都需要极精细操作。

　　“芯片的制造如同用乐高盖房子。先有晶圆作为地基，再层层往上叠，最终完成自己想要的造型（即各式芯片）。”米磊说，做晶圆需要一种特殊的晶体结构——单晶，它可以像原子一样一个挨着一个紧密排列，保证基底平整。

　　要做出单晶的晶圆，就得对原料硅进行纯化和拉晶。拉晶过程中，“要用到单晶硅生产炉、切片机、倒角机等多种设备和材料，其中90%需要进口。” 陕西光电子集成电路先导院总经理张思申介绍。

　　“还有一个卡住我们的，就是芯片纳米级工艺。”米磊说，当前国际上可达到的芯片量产精度为10纳米，我国能达到的精度为28纳米，还差两代。“而且，关键原材料和设备还都是进口。”

　　芯片制造难，也烧钱。前芯片行业从业者王岩（化名）告诉科技日报记者，做芯片“投入几十个亿可能就听个响”。制造芯片需要实践，但芯片的实践和试错成本太高，往往一颗芯片就能决定一家公司的生死。如果投入无法获得对等产出，这种耗资巨大的试错和实践就不会持久。“没有持续的实践，技术积累也就是空谈。”而如果没有实践中的经验积累，那么设计制造芯片过程中出错率高，产出率也差，形成恶性循环。

　　“缺芯现状非短期所能改变，要有耐心。”在18日晚由中国计算机学会青年计算机科技论坛（CCF YOCSEF）举办的一场特别论坛上，中国工程院院士李国杰表示，国家芯片水平从某种程度上反映了国家的整体水平。“从设计、加工到设备配套，芯片产业链漫长，涉及领域广，尤其需要经验的累积。”李国杰坦言，“不是说砸钱下去就能把差距追平。”

中科院计算技术研究所研究员包云岗认为，差距的形成和拉大，在一定程度上是由于我国错过了一个时代。上世纪七八十年代，国际芯片产业开始发展并迎来腾飞。“每种芯片发展到今天这样的成熟度，差不多需要万人/年的投入，而且是长期投入。”

　　

　　我国芯片产业根基薄弱，国际环境也不好。科学计算技术研究所研究员、龙芯处理器负责人胡伟武感叹，没想到美国这么快就出了张“大王”。“如果禁运发生在五年后，我们或许能应对得更加从容。”

　　何出此言？胡伟武指出，在国际上，通用CPU的性能于2010年左右已达到了天花板；而我国自主研发的通用CPU性能，也预计在2019到2020年左右逼近天花板。再过五年或稍长一点时间，围绕自主芯片的生态也可初步形成。“现在主要有两个生态体系，一个是英特尔加微软，一个是ARM加安卓。在我国一些特殊领域，如能源、交通、金融、电信和国家安全中，国产芯片已经得以应用；再过若干年，到开放市场上或也可以一战。”胡伟武判断。

 

　　中国热身了十几年，也该出来了

 

　　在18日晚的论坛上，主持人展示出了一张看起来有些“刺眼”的图：根据一份分析报告，在计算机系统、通用电子系统、通信设备、内存设备和显示及视频系统中的多个领域中，我国国产芯片占有率为0%。

　　李国杰院士反复强调一句话：自主芯片产业发展需要应用支撑。

“这个方面，国家过去有些动摇，态度不是很鲜明。以前想过启动政府采购，后来也没有。”李国杰说，“发展自主芯片，不要想着什么时候芯片做得跟国际水平一样好了才用。你不用它，怎么发现问题，怎么不断改进？”

　　技术需要迭代；要迭代，就得经过市场的检验。胡伟武建议，要加大自主研发的元器件推广应用力度，给国产芯片更大空间。

　　因为，没有市场，做出来就是白做。“应用”对芯片的发展究竟意味着什么？胡伟武打了个比方：国产芯片现在在一楼，想努力去往二楼，可是没梯子。“就算不给梯子，给条绳子也可以，至少让我们有东西能借力爬上去。”魔鬼藏在细节中，而细节，藏在应用中。缺少应用，也就难以进行针对性改进，“二楼”就变得可望而不可即。

 八年来，无锡江南计算机研究所高级工程师程华一直从事国产关键软硬件的评测和自主可控度评估工作。从2010年开始，她每年都会将三大国产品牌的最新款处理器与国外芯片进行对比。到2014年，基于部分国产处理器的整机性能已经追平或超越基于英特尔奔腾4双核处理器（主频3.2GHz）的整机性能。“我一直在用‘龙芯’的电脑，我觉得挺好。”

　　程华认为，国产芯片发展，很大的问题是缺少生态。“政府可以补贴家电下乡，为什么不能补贴搭载国产芯片的电脑呢？”她也呼吁，就算此次禁运危机解除，国产芯片也要有上战场的勇气。“我们热身了十几年，也该出来了。”

最近一段时间美方罗织罪名宣布对中国的中兴公司实施前所未有的芯片禁运，使得这家在国际通信行业一度叱咤风云的大型国企顿时陷入了举步维艰、难以为继的困境当中。许多国人在感叹中国面临“缺芯之痛”的同时，也不免为正在蓬勃发展的中国军事工业捏了一把汗：如果美国如法炮制，对中国的主要军工企业也来个芯片禁运，我们还能继续生产歼20战斗机、055驱逐舰、空警500预警机、东风快递以及各种人造卫星吗？

　　

中兴遭遇美国芯片制裁，凸显发展自主芯片产业的重要性
　　其实就连普通网民都能够想到的问题，难道美国人会想不到吗？答案当然是否定的。实际上为了打压中国在高技术军事领域的发展，以美国为首的西方国家长期以来都对中国实施了严密的军用芯片（尤其是高端的航天航空级别的芯片）封锁。在这种情况下，中国基本上无法从正常渠道进口性能满足需求的西方军用芯片，即便是通过特殊的第三方渠道可以高价获得部分禁运产品，也仅限于小批量的一次性交易，售后和货源都没有保证。

人们普遍担忧芯片禁运是否会影响到中国的军工生产
　　当然还有一个办法就是打民用用途的擦边球，进口一些军民两用芯片作为替代品，但是依然存在受制于人的局限，不仅技术性能被严格限制，国际形势稍有风吹草动也随时会遭到别人无情的卡脖子。更加重要的是我国的主战武器装备如果大量使用进口芯片，一旦外方在芯片内植入木马后门程序，将造成严重的国防安全漏洞。为了解决军事现代化建设的急需，我国从上个世纪90年代开始大力推进军用芯片国产化工程。

中国军用芯片具有很高的自主化程度
　　经过二十多年的不懈努力，我国在以航天航空领域为代表的军用芯片产业取得了令人欣喜的长足进步，基本实现了自给自足或者是有国产化替代方案。这些年来中国军队武器装备的井喷式发展，与一颗强劲有力的“中国芯”也是密不可分的。以我国的北斗系列导航定位卫星为例，2015年7月发射的北斗二号卫星就全部采用了宇航级的国产CPU芯片，不再使用进口CPU芯片作为备份，数据总线电路、转换器、存储器等芯片也均为国产货，整星的芯片国产化率达到98%。

北斗三号卫星的芯片已经实现了100%全国产
　　到了2017年11月首次发射的北斗三号卫星，已经实现了“没有一块进口芯片”。其中包括自主研制的抗辐照四核CPU芯片SoC2012，以及自主知识产权的操作系统SpaceOS2，与目前国际同类产品的最高水平相当。从98%到100%，提高的数字虽小，却代表着国产芯片技术质的飞跃。在北斗卫星研制过程中，也曾经遇到过外国芯片商以政府禁令为由停止供货的情况，中方通过技术攻关用国产货实现了替代，外方不得不表示愿意恢复供货并且降价50%以上，但是却更加坚定了北斗卫星使用国产货的决心。

中国的航天级抗辐照芯片不仅可以满足自身需求还大量出口俄罗斯

　　如今我军的各型主力导弹、战斗机、无人机、雷达、水面舰艇、航天器均广泛应用了国产化的CPU、GPU、DSP、FGPA、T/R组件芯片，不仅打破了西方国家的技术垄断，还大量出口到其他国家，比如同样遭到西方禁运的俄罗斯就从中国购买了大批航天级别的抗辐照芯片，极大地缓解自身配套能力严重不足的燃眉之急（俄罗斯航天芯片自给率不到25%，大大低于中国95%的水平）。

　　中兴面临的缺芯困局，同样也只有依靠自力更生来解决。不过商用芯片面临的市场环境和技术要求跟军用芯片相比有很大的区别，需要付出的努力和代价也更大更艰巨。我们对此要有清醒的认识，也要有充足的信心，没有什么困难是中国人克服不了的。