中美芯片产业差距多大？倪光南院士给出答案

来源：中国机械工程学会

由于中美贸易战的缘故，国人对芯片的关注度急剧上升。

芯片，又称微电路，是指内部含有集成电路的硅片。制成这样的硅片，要将上亿个晶体管在指甲盖大小的硅晶片上精确排布，前后要经过近5000道工序。芯片的设计和制造技艺总在不断迭代，每次迭代总能深刻影响半导体领域的行业格局。

自上世纪50年代起，中国大陆的集成电路产业经历了六十余年的发展历程，“缺芯少魂”却一直是产业发展的一大困境。去年以来，中兴、华为两家企业遭遇的芯片、操作系统“断供”事件，再次将这一困境凸显出来。

为此我们不禁要问：我国发展现状和水平如何？当前面临的最大瓶颈是什么？实现突围、自立自强，还有多远的路要走？

就这些问题，我们与中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员倪光南老先生展开了一番对话。文字、视频总有一款适合你。

警醒

侠客岛：有人说，多少有关提倡创新的宣传报道，都抵不上“中兴事件”“华为事件”的警示来得深刻、有效。您如何看待这两个事件？

倪光南：“中兴事件”“华为事件”没有发生之前，很多人觉得芯片就是很普通的电子元器件，直接从市场上买来用就是了。但实际上，芯片技术是现代信息技术的制高点，关系到国家的竞争力和信息安全。

中兴、华为事件的发生，让我们意识到芯片技术和芯片产业的极其重大的价值，形成了全民自发地关心中国芯片技术发展和芯片产业进步的局面。从这个意义上来说，上述事件像“警醒针”一般，有积极的一面。

短板

侠客岛：经过多年发展，我国芯片产业的发展水平如何？与美国相比，还有多大差距？具体体现在哪些方面？

倪光南：在芯片设计方面，中国做得不错。中国拥有全球数量最多的芯片设计公司，芯片设计水平也位列全球第二，仅次于美国。我们设计出了一批优秀产品，连续几年登上世界第一宝座的“神威·太湖之光”超级计算机用的CPU（中央处理器）芯片，就是典型代表。国产手机、电脑和服务器用的CPU芯片性能也基本上达到了国际先进水平。

即便如此，中国在芯片设计领域还存在设计工具方面的“短板”。芯片设计需要依赖电子设计自动化工具（EDA），这一工具使设计者能用计算机进行逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真等工作，最终完成芯片设计。不过，提供该软件服务的主要是3家美国公司。

在芯片制造领域，包括制造工艺和制造装备方面，中国能力尚弱。芯片制造听上去像是传统制造，实际上其制造工艺和装备的精密、繁杂程度远超后者。具体来说，其工艺包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化、扩散、氧化……不一而足。

与上述制造工艺相对应的，是200多种关键制造装备，包括光刻机、刻蚀机、清洗机、切割减薄设备、分选机以及其他工序所需的扩散、氧化、清洗设备等。每种装备的制造技术要求都很高，制造难度极大且造价十分高昂。

目前，在芯片制造领域，占有领军地位的企业大多来自美国、日本等国家，中国芯片制造厂80%的装备需要从国外进口。

有了这些先进装备是远远不够的，还要开设生产线、制定经营计划。建厂、设备安装及调试往往需要2-3年时间，这意味着芯片制造企业要预先对市场需求做出判断。芯片制造技术不断迭代更新，之前的设备及生产线到真正投产时是否能满足市场需求，犹未可知。如果新建成的生产线不能充分实现量产，之前的投入将面临重大风险。

此外，芯片制造所需的材料也大量依赖进口，有的材料如光刻胶需全部进口。国内半导体材料产业总体规模偏小、技术水平偏低，国产材料的销售规模占全球比重不到5%，与发达国家相比仍存在较大差距。

后发

侠客岛：很多工业领域，我们成功实现了跨越和赶超，比如高速铁路、家用电器领域，但在集成电路领域，这种景象没能出现。原因何在？

倪光南：从历史原因来看，我们起步晚。1947年，美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管。直到1956年，中国才成功制成第一根硅单晶。鉴于早期的计算机是用分立元件（电子管、晶体管等）做的，彼时中国还可以跟随国外的计算机技术。

随着集成电路发展到大规模集成电路时代，中国由于没有集成电路产业的支撑，就明显追赶乏力了。而，世界上的芯片技术却突飞猛进。到目前为止，虽然我们有华为海思、中芯国际等国际知名的芯片设计和芯片制造企业，但就整体产业发展而言，相较国际先进水平，我们可能需要一二十年才能追赶上。

起步晚是重要的历史原因，主导理念的偏差导致创新推进不够是现实原因。曾经，我们在很多方面，希望能够用更省事的办法解决问题，所谓“造不如买，买不如租”。实践证明，核心技术是买不来的。中国芯片行业的“短板”最终还是需要中国人自己通过努力奋斗不断推进创新，一步一步踏实追赶。

突破

侠客岛：面对内部“短板”、外部封锁等难题，中国芯片技术和产业要怎么做才能实现突破？

倪光南：从供应链安全的角度来看，一旦供应链的某个环节“断供”，就会使整个行业陷入被动。这种情况下，需要集中力量去突破供应链中薄弱环节的关键核心技术。

而关键核心技术的发展，往往是从无到有、从小到大的过程，要有“板凳要坐十年冷”的思想准备。

核心技术的发展成熟也离不开市场的支持，新研发出来的核心技术和产品如果没机会到市场去试错，没有进入市场的良性循环，不管是软件还是硬件，都很难达到用户满意的水平。

正是在这个意义上，习近平总书记要求做好市场化引导。我们强调，政府采购应当支持国产自主研发芯片和软件，应当突出网络安全要求，使国产自主研发芯片和软件有进入市场应用的机会，接受检验和磨砺，只有这样，才能不断走向成熟。

从产业集群的角度来看，可以参考硅谷的产业集群模式。在硅谷，有一流的研究机构和大学、诸多创业者、充裕的风险投资资本，它们之间形成了紧密的合作网络，实现了人才、技术、资本、经营方面的强强联合。

北京的中关村有潜力打造成芯片技术和产业集群的高地。不妨充分利用周围的科研院所及人才资源，加之国家政策和资本的支持，统筹资金和研发资源，加强产学研合作，做出有中国特色的高新技术产业集群项目。

发展大型软件或芯片产业的投入周期，往往以一二十年来计，资金投入非常大，单纯靠市场和企业是难以实现快速突破的。因为，一般的企业会有压力，比如说上市公司要出报表，要做厚利润，要向股东证明自己的业绩。

因此，要发扬举国体制和市场经济相结合的优势，比如，国家层面制定一些长期规划纲要和发展计划。与此同时，积极引入金融市场的配套支持，比如风险投资在资金方面的支撑，要鼓励企业在研发生产方面的投入，注意平衡企业在研发过程中可能出现的短视行为。

总的来说，发展集成电路产业，要有长期的思想准备和投入，不能指望短短几年就获得回报，真正把集成电路产业发展起来，恐怕还要一二十年的时间，我们要有决心，也要有定力，要把行业“短板”补齐，踏踏实实坚持做下去。

来源：侠客岛

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