中国芯片产业发展存挑战 AI或成突破口

芯片设计进展迅速亟待向高端突破

IC设计涉及硬件、软件两方面的专业知识。硬件包括数字逻辑电路的原理和应用、模拟电路、高频电路等。软件包括基础的数字逻辑描述语言，如VHDL、微机汇编语言及C语言。说简单一点，它不但要设计芯片的身体，还要初步赋予其灵魂。由此可见，在整个芯片制造领域，IC设计无疑站在制高点的位置，由此产生世界级巨头，如英特尔、高通、三星、德州仪器、西门子等。

大家都知道，在PC机的时代，英特尔和AMD垄断了PC的芯片市场。在PC领域无法和美国竞争，中国芯片产业却意外从电信产业发展中受益，由于中国（巨龙、大唐、中兴、华为）在电信产业的崛起，中国逐渐开始实现了通信设备制造的自主化，通信设备制造产业的崛起，却意外地给中国带来了一个没有料到的结局，那就是中国的芯片产业开始伴随着中国通信产业崛起而萌芽。

华为的海思、中兴微电子、大唐都成为中国较大的芯片厂家之一。到了手机和平板电脑时代，由于中国本土手机厂家和平板电脑厂家的崛起，中国的展讯、全志、瑞芯微等公司也获得了发展机会。

据ICinsight的报告，全球纯芯片设计公司50强，2009年中国只有一家，也是中国较早闯入世界50强的是华为旗下的海思公司，2016年增长到了11家，包括海思、紫光展锐、中兴、大唐、南瑞、华大、锐迪科、ISSI、瑞芯微（Rockchip）、全志（Allwinner）、澜起科技（Montage）。可以看到前面九名，海思，中兴，大唐都是电信产业出生，南瑞是为智能电网提供芯片，全志、瑞芯微、展锐等为手机，平板电脑等提供芯片。

2016年，中国已经有了160家芯片设计企业销售额超过了1亿元人民币，可以说芯片设计正在中国全面开花。中国两家芯片设计公司海思和紫光展锐都已经跻身世界前十，2015年海思是世界第六，紫光展锐是世界第十，而且在前十名里面，海思和紫光展锐增长速度较快。

2017年，一份由半导体协会和工信部中国电子信息产业发展研究院公布的2017年国内十大集成电路设计/制造行业的最新排名报告显示，在国内前十大集成电路设计企业当中，华为海思半导体以361亿元销售额排名靠前，紫光展锐以110亿元排名第二，中兴微电子以76亿元排名第三。随后的还有华大半导体、智芯微电子、汇顶科技、士兰微电子、敦泰科技（深圳）有限公司、格科微电子和中星微电子。

虽然中国内地在设计端部分芯片产品有明显突破，但目前IP核仍依赖ARM等，设计端使用的EDA工具完全靠Synopsys、Cadence、Mentor等厂商提供授权。

此外，我国芯片设计企业的主流产品仍集中在中低端，尚未全面进入国际主战场。除了在通信领域有了比较重要的突破外，在CPU、存储器、可编程逻辑阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等大宗战略产品领域的建树不多。虽然在“核高基”等国家科技计划大力支持下，上海兆芯研发的桌面CPU和“龙芯”系列CPU在特定领域实现批量应用，但受制于知识产权、加工能力和基础设计能力的不足，我国企业还未能在上述领域进入规模化量产，更谈不上全面参与市场竞争。

制造是最大短板机会犹存

几十年来，全球的半导体产业一直痴迷于晶体管的小型化。上一次提出新的方法是在2009年，也就是我们所熟知的FinFET。2012年，FinFET工艺的第一次量产，在之后的数年之内推动了22纳米、14纳米和10纳米工艺的出现。

技术的进步直接改变着各大集成电路制造企业的竞争格局。半导体芯片龙头英特尔技术上还在坚守14纳米工艺，英特尔在其上半年召开的“技术与制造日”上表示，其14纳米技术具有高功能密度，要优于竞争对手，制造成本要比对手低30%，且将采取措施确保在性能和成本方面远远领先于三星等。公开资料显示，半导体芯片英特尔占据PC市场处理器约八成的市场份额，在服务器芯片市场占据超过九成的市场份额，其在PC和服务器芯片市场依然拥有不可撼动的市场地位。

而作为后起之秀的三星，在闪存市场、手机芯片等战场上不断寻求突破。三星研发的第一代10纳米芯片已应用于其今年发布的GalaxyS8中，高通骁龙835芯片也由三星现有的10纳米工厂制造。近几年PC市场的发展出现了停滞迹象，这种停滞给英特尔带来了打击，与此同时受到市场不断增加的对手机芯片和闪存需求的提振，三星在2017年一季度的芯片销量超过英特尔。

中国芯片制造工艺落后国际同行两代，预计于2019年1月，中国可完成14纳米级产品制造，同期国外可完成7纳米级产品制造；产能严重不足，50%的芯片依赖进口；同时中国的产能和需求之间结构失配，实际能够生产的产品，与市场需求不匹配；长期的代工模式导致设计能力和制造能力失配、核心技术缺失；投资混乱、研发投入和人才不足等问题，导致中国集成电路产业目前总体还处于“核心技术受制于人、产品处于中低端”的状态，并且在很长的一段时间内无法根本改变。

中芯国际是中国内地规模大、技术先进的芯片晶圆代工企业。中芯国际无疑代表了中国半导体芯片制造技术的高水平，但是其先进工艺仅为28纳米，面对英特尔成熟的14纳米工艺和三星、GlobalFoundries已经投产的10纳米工艺存在明显的技术差距，即使与台积电的16纳米工艺比较也有不小的差距。在5纳米新技术发布的今天，技术水平差距依然在拉大，中国芯片制造水平亟待提高。

究其原因，堵在中国芯片制造业前面较大的拦路虎不是材料，也不是技术，而是光刻机成套设备，而世界上只有日本的尼康、佳能及荷兰的ASML公司能掌握高端光刻机制造，而出色的是荷兰的ASML公司，其一台光刻机的售价高达1亿美元。相比之下，国内较好的光刻机只能做到90纳米制程，而日本的可以做到28纳米以下，荷兰的精度高达可以做到14纳米以下制程。那你也许会问中国为什么不向他们购买，问题来了，因为芯片高端制造牢牢掌握在美、日、欧的几个国家手里，它们对中国进行技术和设备的封锁，导致中国至今芯片产业迟迟得不到突破。

尽管中国集成电路制造企业与国外乃至中国台湾企业的差距确实存在，然而也有一些有利因素。

首先，中国政府开始关注并积极支持中国集成电路制造产业的发展，已发布了多项相关政策和指引，《中国制造2025》政策文件明确了中国目标将集成电路自给自足率在2020年提高到40%，并在2025年提升至70%。这一目标的实现直接需要半导体制造企业的技术水平的提升。

其次，技术发展速度放缓，为中国企业提供了追赶时间。无疑IBM与三星、GlobalFoundries联盟所发布的全新硅纳米片晶体管新技术为研发5纳米芯片奠定了基础，但随着晶体管尺寸的缩小，源极和栅极间的沟道也在不断缩短，当沟道缩短到一定程度的时候，量子隧穿效应就会变得极为容易，换言之，就算是没有加电压，源极和漏极都可以认为是互通的，那么晶体管就失去了本身开关的作用，因此也没法实现逻辑电路。从现在来看，10纳米工艺已经实现，5纳米也是能够实现，而5纳米以下则接近现有半导体工艺的物理极限，如不能发展出新的材料体系，技术发展必然放缓。技术发展的放缓将给中国企业提供一定的追赶时间。

最后，世界集成电路产业转移趋势为中国企业提供了机会。20世纪70年代末第一次产业转移，从美国转移到了日本，造就了富士通、日立、东芝、NEC等世界靠前的集成电路制造商；第二次在1980年代末，韩国与中国台湾成为这一次转移过程中的受益者，崛起了三星和台积电这样的制造业巨头。目前，凭借巨大的市场需求、较低的人工成本，中国有可能接力韩国、中国台湾，成为未来5年产业转移的重点区域。

由此看，虽然中国集成电路制造业整体落后，但在产业结构上有优势，政府重视相关产业的扶持，新技术发展将放缓，中国的集成电路制造产业依然有机会改变不利与落后的局面。