大科技杂志社|破解中国“芯”痛：中国芯诞生记
功能强大的智能手机、流畅快捷的通信网络还有随处可见的智能家电 ， 如今我们早已习惯了使用这些便捷的设备 ， 如果有一天 ， 这些东西通通不能用了怎么办？2018年 ， 全中国人都开始担心这个问题：因为这一年 ， 美国政府要求全体相关公司停止向中兴公司销售电子元器件 ， 伙同加拿大政府拘捕了华为公司的首席财政官孟晚舟 ， 并开始缩紧华为设备所需元件的供应口……
为什么美国的这些举措有如此大的影响 ， 我们能摆脱这些影响吗？这就要看“中国芯”的孕育速度了 。
始于微末的中芯企业
1987年 ， 深圳一个43岁的国企高管由于工作中的决策失误导致公司损失了200万 ， 因此失去了这份人人称羡的好工作 。 与其他人不同的是 ， 这个名叫任正非的男人并没有就此一蹶不振 ， 而是筹集了两万块 ， 在深圳一间出租屋内 ， 创建了一家以代理交换机为主业的公司——华为 。
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交换机是打电话必需的设备 ， 当时国内的相关市场已基本被欧美日等7个发达国家垄断 ， 好在任正非发现跨国企业垄断的是城市通讯市场 ， 而农村市场却无人问津 ， 这才给华为留下了一点狭小的生存空间 。 从1987年到1999年 ， 抢先布局农村地区和落后国家 ， 免费提供通讯试用服务 ， 正是靠着“抢食”垄断企业嘴里漏下的“残羹剩饭” ， 华为慢慢在通讯市场中站稳了脚跟 。
与华为的艰难求存不同 ， 同样创立于1987年的中国台湾企业——台积电 ， 似乎从诞生之初就是幸运儿 。 这家由在行业巨头公司浸淫数十年的技术高管建立的芯片制造公司 ， 由于在创立之初就具有极大的市场缺口 ， 很快就开始腾飞 ， 之后更是在吞并了几家主要的竞争对手后成长为了相关领域的“领头羊” 。 让人意想不到的是 ， 台积电的兴起也开启了中国大陆芯片行业的新纪元 。
被台积电吞并的公司中 ， 有一家叫做“世大半导体” ， 其创始人张汝京在被迫卖掉公司后毅然来到了上海 ， 成立了一家新的芯片制造厂——中芯国际 。 张汝京等中国台湾的芯片专家带来了芯片制造的先进技术 ， 帮助中国实现了芯片制造的自主化 ， 并不断提升工艺水平 ， 直至今天国产芯片小有所成 。
小有所成的中芯企业
为什么说国产芯片小有所成呢？因为在以华为和中芯为代表的中国芯片创立之前 ， 几乎所有的芯片我们都依赖进口 ， 也是因此 ， 当美国出台了芯片销售禁令时 ， 中国的智能设备市场陷入了巨大的恐慌 ， 而华为和中芯为我们提供了一条后路 。
芯片的整条生产链主要分为三个环节：芯片设计、芯片制造和封装测试 ， 其中芯片设计和芯片制造的技术含量最高 ， 前者需要根据客户要求设计出详实复杂的电路图 ， 后者则要按照设计图在小小的芯片上制造出数以亿计的电子元件以实现相关功能 。 华为和中芯正组成了前两个环节的重要关卡 。
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【大科技杂志社|破解中国“芯”痛：中国芯诞生记】
华为虽以销售他人产品发家 ， 但在创立初期 ， 就以自主研发作为目标 。 1991年 ， 华为成立了自己的设计部门 ， 专门负责设计专用通讯芯片 。 2004年 ， 有了一定实力的华为 ， 更是在设计部门基础上 ， 成立了一家芯片设计公司——华为海思 。 从此 ， 华为具备了根据自己的产品需要设计芯片的能力 ， 甚至能为世界上其他公司设计芯片 ， 到2019年 ， 华为海思已跻身芯片设计公司全球前五行列 。
而中芯国际的发展则要艰难得多 。 从2000年到2009年 ， 其老对手——台积电不断起诉中芯国际侵犯知识产权 ， 最终中芯国际败诉 ， 并为此支付了巨额赔偿 。 与此同时 ， 没有官司缠身的竞争对手 ， 早已大大拉开了彼此的差距 ， 如今 ， 当中芯国际刚刚开始量产14纳米芯片时 ， 台积电已经在酝酿先进至少三代的5纳米芯片的量产计划 。 不过 ， 尽管如此 ， 中芯国际仍在紧追台积电 ， 并不断蚕食台积电的中低端市场 。
困难重重的中芯企业
既然中国芯已小有所成 ， 这是不是意味着我们完全不惧美国的禁售呢？并不是 ， 在芯片行业的多个环节 ， 我们仍然受制于人 。
中芯国际之所以在芯片制造水平上落后竞争对手两三代水平 ， 除了时间和人才的不足外 ， 还有一个重要原因——关键生产设备光刻机的落后 。 光刻机是芯片制造中最重要的设备 ， 能否在同等大小的芯片上切割出更多更复杂的电路 ， 就取决于是否具有更高水平的光刻机 ， 而这正制约了中芯国际制造更高水平的芯片 。
目前全球唯一一个能够制造高端光刻机的公司——荷兰的ASML公司 ， 它是一家美国投资占大头的公司 ， 同样遵守美国政府的禁令 ， 因此 ， 当台积电已经使用最先进的极紫外光光刻机两年后 ， 中芯国际仍无法摸到机器 。 而中国目前并不能制造高端光刻机 ， 因为与建立于1984年、集全球光学巨头和相关厂商的支持于一身的宠儿ASML公司相比 ， 国产光刻机厂家——上海微电子公司 ， 成立于2002年 ， 各种相关零件和技术完全要靠自己模仿或摸索 ， 我们的落后可想而知 。
而除了光刻机外 ， 还有许多生产设备在研制或升级的路上 ， 比如重要性仅次于光刻机的刻蚀机、往芯片上注入硼磷等元素的离子注入机等 。 这些设备的生产商也集中分布在美日等国家 ， 当面临封锁时 ， 中国全部要自给自足 。 不过好在近年来 ， 中国厂商都在努力钻研制造技术 ， 现有的国产设备已基本能满足制造低端芯片的需求了 。
不仅芯片制造 ， 就连芯片设计我们也不能完全脱离美国 ， 因为尽管华为海思能独立进行芯片设计 ， 但其进行设计所用的计算机软件——EDA软件 ， 也全部来源于美国公司 。 截止到2018年 ， 美国三大EDA软件公司基本垄断了中国高端芯片设计软件市场 ， 国产软件公司只能进军低端芯片设计市场 。
另辟蹊径的中芯企业
可以说 ， 当前我国已可以脱离美国完全独立地生产低端芯片 ， 但短期内想要赶上甚至超越国际先进水平 ， 独立地生产高端芯片 ， 难于登天 。 不过 ， 聪明的中国人想出了一些“弯道超车”的方法 。
最近 ， 中国独立研制出了一种当前亟需的芯片——5G毫米波芯片 ， 给5G竞赛又添了一把火 。 顾名思义 ， 这个芯片是专用于5G通信的 。 而所谓毫米波 ， 指的是频率在30GHz～300GHz之间 ， 相应波长为10mm～1mm的电磁波 ， 因为同样属于我们现在常用于通信的无线电波的范畴内 ， 所以毫米波也具有承载、传递信息的功能 。 不过过去我们运用得更广泛的是其近亲——频率在3GHz～30GHz之间 ， 波长为10cm～1cm的厘米波 ， 相关通信技术已经很成熟 。 因此 ， 在建设5G网络时 ， 原先传送厘米波的技术和设备等都可以直接使用 。 不过 ， 正因为厘米波原先就已被广泛运用 ， 使用范围和人数过多 ， 直接后果就是网速会更慢 ， 与5G要求的速度不相匹配 。 而频率更高、能量更强的毫米波则“少年可期” 。
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毫米波不仅有大量未使用的空间 ， 而且 ， 根据通信定律 ， 频率越高 ， 通信速率就越高 ， 也即网速会越快 ， 这不正符合5G的要求吗？不过 ， 毫米波也有它的弱点 ， 能量易衰减 ， 传播距离近 ， 容易被干扰和阻挡 ， 因此 ， 想使用毫米波作为信息载体 ， 就需要建设更多的基站 。 然而就连美国也承担不起巨额的建设费用 ， 不得不宣布放弃在5G网络中使用毫米波 ， 好在我们的5G毫米波芯片解决了这一大难题 。 这款芯片安装在智能设备上 ， 能接收到更多更稳定的毫米波信号 ， 而且 ， 目前中国制造出的这款芯片成本价仅20元 ， 在基站数量有限的情况下 ， 安装更多更廉价的接收芯片无疑是减少成本的一大妙招 。
华为的基带芯片同样是5G网络的重要组成部分 。 基带芯片类似于电脑的调制解调器 ， 决定着手机所能使用的通信网络系统 。 打个比方 ， 基带芯片的作用就相当于一个语言翻译器 ， 它会把我们要发送的信息 ， 比如语音、短信和视频等 ， 根据相应的通信规则进行格式转换 ， 然后通过运营商网络发送出去 ， 因此 ， 一旦没有基带芯片 ， 手机就像块废铁 。 华为公司的基带芯片能完美实现相关功能 ， 有了这块芯片 ， 我们就不用担心未来使用5G网络时受制于人了 ， 目前华为的这款芯片已占据了除美国通信巨头高通公司外全球第二大的市场份额 。
这些芯片在国际水平的领先地位 ， 不正为我们在芯片领域全面追赶国际先进水平争得了更多的时间和机会吗？而这些 ， 正是我国芯片行业目前亟需的 。
“中国芯”的全面赶超 ， 即将到来 ， 到那时 ， 芯片将不再是让我们头痛的“紧箍咒” 。
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