4月22日,清华大学官宣正式成立集成电路学院。新成立的集成电路学院将瞄准集成电路“卡脖子”难题,聚焦集成电路学科前沿,打破关键核心技能,支撑我国集成电路奇迹的自主创新发展。
当前,我国集成电路家当的发展正处于机遇与寻衅既同在又都有新变革的历史期间,如何捉住机遇、应对寻衅?
王阳元院士在《科技导报》第3期揭橥的《节制规律,创新驱动,踏实推进中国集成电路家当发展》一文中指出:首先要清晰地认识集成电路科学、技能和家当的发展规律,才能有效地利用和配置人、财、物等各种资源,使其产生最大代价,在知足市场需求和国际竞争的博弈中沿着精确的道路高速发展。

20世纪60年代中期,首块集成电路出身,中国集成电路家当开始抽芽。
20世纪60年代中期至70年代中期是国外集成电路家当迅速发展的期间,囿于国外禁运环境和海内文化大革命的环境所限,我们对集成电路技能及家当的发展规律认识不敷,导致了中国集成电路家当总体规模小、技能水平低。
1975年,第1块以硅栅N沟道MOS集成电路技能为主体的1024位MOS动态随机存取存储器在北京大学研制成功,但在向全国企业成果转移时,并未取得空想结果。
在这一初初创业阶段中,管理部门只对工厂下达集成电路生产量(块数)的指标,1981年之前并没有发卖额的统计。
探索提高20世纪70年代后期,开始以不同办法对引进国外的设备和技能进行初步考试测验。
为了加强对集成电路家当的领导,1982年,国务院“电子打算机和大规模集成电路领导小组”成立;1987年,电子工业部微电子器件局成立。
在各有关部门的辅导下,陆续履行了“无锡微电子工程”、“908”工程和“909”工程,集成电路生产技能从5 µm逐步提升到0.35 µm。
但由于企业系统编制、投资、市场以及人才等诸多成分的影响,集成电路发卖额增长有限,从1981年到1999年,全国集成电路家当发卖总额仅由1.1亿元增长到79.5亿元,不敷天下市场的1%。在这18年中,均匀每年的发卖额仅增长4.4亿元。
规范发展自2000年起,在改革开放的大环境中,中国集成电路家当开始步入规范发展的轨道。
其标志性事宜一是2000年6月24日《国务院关于印发鼓励软件家当和集成电路发展多少政策的关照(国发〔2000〕18号)》发布,二是“中芯国际”以及一批符合集成电路家当发展规律的企业陆续建立。
2003年,《半导体国际》杂志载文评价:“中芯国际把中国与环球威信者的差距由原来的4至5代缩小到仅剩1至2代。”
1999—2009年,中国集成电路家当均匀每年发卖额增长103亿元,集成电路加工技能达到了65 nm。
高速发展从2009年起,中国集成电路家当步入高速发展阶段。
2011年1月28日《国务院关于印发进一步鼓励软件家当和集成电路家当发展多少政策的关照(国发〔2011〕4号)》的发布和2014年“国家集成电路家当投资基金株式会社”的成立是最主要的驱动力。
同时,《国家中长期科学和技能发展方案纲要(2006—2020年)》中履行的“核心电子器件、高端通用芯片及根本软件产品”专项(01专项)和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”专项(02专项)的浸染也逐步显现。
2009—2019年,中国集成电路家当均匀每年发卖额增长645.3亿元,是上一个10年均匀增长额的6.3倍。
2019年,中芯国际的14 nm加工技能已经投入批量生产。
这10年间,中国集成电路家当发卖额的年均匀增长率为21.04%,是同期天下半导体市场年均匀增长率6.18%的3.4倍。
1981—2019年中国集成电路家当发展
需解释的是,中国集成电路家当发卖额的统计是设计业、制造业和封装业三业发卖额的叠加,个中对集成电路产品发卖额存在重复统计的部分;而WSTS统计的半导体市场仅对集成电路产品发卖额进行统计,且仅限于对总部所在地企业发卖的集成电路产品进行统计。
因此,中国集成电路家当发卖额不是在世界集成电路市场中真正的“占比”,只是一个相比拟值。
如果真正按照WSTS的统计标准和统计渠道进行统计,即仅对企业总部所在地(国家或地区)的企业及其产品发卖额进行统计,2019年中国大陆企业集成电路家当发卖额仅占天下市场的5%,是真实的、与国际接轨的“占比”。
2019年天下半导体企业(区域划分)发卖额占市场总额的比例 数据来源:WSTS
鉴于中国消费和中国制造对集成电路的巨大需求,2009年起,中国半导体市场规模超过美洲、欧洲、日本而成为天下第一大市场。
2019年,中国半导体市场规模为1446亿美元(实际消费部分),占天下市场的35%。
2019年天下半导体市场的区域分布 数据来源:WSTS
如此巨大的集成电路市场,使得中国入口集成电路总额逐年增长,成为入口额第一的产品。
中国集成电路入口额 数据来源:中国海关
2019年,中国集成电路入口额为3055.5亿美元,而中国实际“消费”的集成电路市场额为1446亿美元,两者的差额正是中国作为第一制造大国的需求,即1609.5亿美元的入口集成电路随着各种整机电子信息产品又出口到天下各地,并未成为中国实际消费集成电路市场的组成部分。
现状与存在的问题国际环境自2016年美国政府换届开始,美国对中国的和平崛起采纳了全面的打压和围剿政策。
包括在贸易中高筑关税壁垒,在系统层面阻挡中国5G产品进入美国和其盟友的市场,在运用层面哀求下架抖音(TikTok)和微信(WeChat),在制造层面不许可台积电等代工企业为华为麒麟芯片加工并将中芯国际列入黑名单,在产品层面断供高端集成电路(处理器、存储器),在设备方面利用“瓦森纳协议”禁止ASML公司向中国出口EUV设备等。
这种“美国优先”的思想源于美国对天下资源的霸占和抢夺。以用电为例,2020年上半年,美国居和颜悦色均每月用电342度(美国能源署数据),而中国居和颜悦色均每月用电为63.5度(国家统计局数据)。
美国前总统奥巴马于2010年4月15日在白宫接管澳大利亚电视台专访时说:“如果十几亿的中国公民有着和澳大利亚和美国居民一样的生活办法,那么天下将处于非常悲惨的田地,地球会无法承受。”
当我们没有的时候,对方封锁市场,让我们得不到最前辈的技能和设备;当我们抽芽的时候,对方挤占市场,摧毁幼苗,将新技能、新产品扼杀在摇篮之中;当我们强大的时候,对方设立门槛,不许可在世界市场等分一杯羹,不能形成有效的外循环。
这便是美国隔断中国发展的逻辑,为此,必须丧失落抱负,唯有自强才能彻底改变被他人制约的命运。
美国对中国集成电路家当的打压握有两个“杀手锏”:一是EDA软件,二是材料和设备(特殊是EUV曝光机)。
对付这两个“杀手锏”,我们唯有正面迎战,才能撕开封锁的“铁幕”,正如毛主席所言:“以斗争求和平则和平存,以妥协求和平则和平亡。”
有3个成功案例佐证:
一是2018年5月上海中微半导体的刻蚀机进入了台积电供应链,美国立时放松了对刻蚀机的出口掌握;
二是MOCVD设备被环球两大供应商(Axitron、Vecco)垄断,当上海中微半导体将国产MOCVD设备推向市场时,两大供应商将原价2000万元公民币的设备贬价至600万元公民币,梦想将上海中微半导体挤出国内外市场;
三是笔者亲自经历的事宜,1984年,中法两国时任总理签署了协议,中国采购法国的程控交流机,法国供应集成电路设计工具EDA源程序,而美国借助“巴黎统筹委员会”哀求禁止法国出口EDA工具。
在这种形势下,中国决定以在家傍边实用为指向,以企业为集中海内子力资源的基地,发挥举国系统编制的上风进行攻关。
在攻关军队的培植中,引进国外专家为总设计师,笔者临危受命担当全国集成电路打算机赞助设计(ICCAD)专家委员会主任,以“不破楼兰终不还”的信念、“咬定青山不放松”的毅力,和全国118名专家学者一起开拓出了中国第1部采取软件工程方法自行开拓集成的、具有完备自主知识产权的、功能完好的大型ICCAD系统,并命名为“熊猫系统”。
就在“熊猫系统”得到国家科技进步一等奖不久,美国EDA三巨子——Cadence、Synopsys、Mentor全都迫不及待地进入了中国市场。
海内环境在共产党的倔强领导下,中国具有举国之力办大事的政治上风,这一点在抗击新冠病毒盛行的“战疫”中得到充分表示。海内有着良好的发展集成电路的政治环境。
党的第十九届五中全会提出,“武断不移培植制造强国、质量强国、网络强国、数字中国”,“发展计策性新兴家当”,“加快数字化发展”。
2020年8月4日,国务院印发的《新期间促进集成电路家当和软件家当高质量发展的多少政策》中强调,集成电路家当和软件家当是信息家当的核心,是引领新一轮科技革命和家当变革的关键力量。
为进一步优化集成电路家当和软件家当发展环境,深化家当国际互助,提升家当创新能力和发展质量,制订出台财税、投融资、研究开拓、进出口、人才、知识产权、市场运用、国际互助等8个方面政策方法。
进一步创新系统编制机制,鼓励集成电路家当和软件家当发展,大力造就集成电路领域和软件领域企业。
此外,在经济方面,中国是天下第二大经济体,有着可靠的对集成电路家当的投资能力。
而且中国现在是天下第一制造大国,有较为完全的生产链,有广泛的能够融入天下市场的生态链。
在大学教诲方面,增设了“集成电路科学与工程”为一级学科,扩充了培养集成电路科技人才的平台。
在“天时、地利、人和”的环境下,面对西方霸凌主义者的寻衅,我们有信心、有能力加速发展中国的集成电路家当。
家当能力1)设计能力
中海内陆的集成电路设计业已经超越中国台湾地区,成为环球第二大设计业聚拢地,其发卖额占环球集成电路设计业的比重由2004年的3.56%提升到2019年的42.99%。
但是,由于所设计产品多为中低档芯片,因此中国设计业的产品在2019年环球芯片市场的占比(按代价打算)仅为10.3%。
在中国大陆市场所用的1446亿美元的芯片当中,国产芯片的占比仅为29.5%,即逾70%的芯片为国外产品。
2)制造能力
2019年,中国拥有4英寸以上晶片集成电路生产线199条,个中12英寸生产线有28条(环球121条),8英寸生产线有35条。
2019年中国半导体生产线装机产能分布数据 来源:魏少军在2020环球CEO峰会上的报告
2019年,中芯国际作为中国最大的代工模式企业,在世界半导体代工市场的霸占率为5.1%,营收为31.16亿美元,在环球排名第5,其营收额不敷排名第一台积电357.74亿美元的1/10。
营收额中,90 nm工艺以下的占50.7%,65 nm工艺的占27.3%。
中芯国际14 nm工艺已经进入量产阶段,2020年年底,7 nm工艺已完成开拓。2019年,中芯国际的成本支出为21亿美元,约为三星电子成本支出的1/10。
同是代工企业的华虹半导体公司,2019年在世界半导体代工市场的霸占率为1.5%,在环球代工企业中排名第7,其65/55 nm射频与BCD特色工艺平台达到天下前辈水平,14 nm的FinFET工艺已实现全线贯通。
2019年,武汉长江存储科技有限公司开始进入小批量生产阶段;2020年,在128层3D-NAND(快闪存储器)技能上取得打破,达到国际前辈水平。
合肥长鑫存储技能有限公司在2018年进入量产阶段,产品为19 nm、8 GB的第四代双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR4)。
3)封装能力
中国封测企业的代表是长电科技、通富微电和天水华天,三者在世界排名等分别为第3、第6和第7。
2019年,长电科技营收额为235.3亿元,在世界封测市场中的霸占率为15%。
4)设备能力
部分刻蚀机、大部分离子注入机、扩散氧化和洗濯设备可以由国产设备供给。
家当短板
1)高端芯片对外依存度高。
入口微处理器/掌握器(占天下半导体产品市场11%)的金额从2014年的1052.2亿美元增长到2019年的1437.7亿美元,增加了385.5亿美元,增长比例为36.6%。
入口半导体存储器(占天下半导体产品市场26%)的金额从2014年的542.8亿美元增长到2019年的947.0亿美元,增加了404.2亿美元,增长比例为74.5%。
2)高端材料与设备自给率较低,在40~45 nm节点靠近50%,在28 nm节点为30%,在7~14 nm节点仅为5%。
电子气体及金属有机物源(MO)对外依存度超过80%,化学机器抛光(CMP)的抛光液国产化率小于10%,溅射靶材大部分须要入口,用于大生产的300mm的硅片至今紧张依赖入口。
3)EDA软件尚难以与“三巨子”反抗,成系统的国产EDA软件市场份额不敷5%。
4)短缺能够在世界市场中独树一帜的IDM型大企业。
5)人才,尤其是高真个、具有综合管理能力的人才严重不敷。
王阳元,微纳电子学家,中国科学院院士。现任北京大学教授,北京大学微纳电子学研究院首席科学家,IEEE Life Fellow,IEE Fellow,工业和信息化部电子科学技能委员会顾问,国家集成电路家当发展咨询委员会副主任。研究方向为微纳电子学的新器件、新工艺技能和新构造电路。
全文揭橥于《科技导报》2021年第3期,欢迎订阅查看