缺“芯”與創(chuàng)“芯”

張程

4月16日，美國商務(wù)部工業(yè)安全局以中興通訊違反美國出口管制規(guī)定向伊朗銷售美國技術(shù)的通訊設(shè)備為由，激活對中興通訊的“拒絕令”，未來7年將禁止美國公司向中興通訊銷售零部件、商品、軟件和技術(shù)。這一消息對于中興通訊而言是災(zāi)難性的，在當(dāng)前5G通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)軔期，作為中國信息通信技術(shù)設(shè)備制造領(lǐng)域最大的上市公司，中興通訊很可能因為此次美國的“封殺”而失去參與新一輪技術(shù)升級的能力。

美國“封殺”中興通訊在國內(nèi)引起了輿論場的熱議，尤其是刺痛了中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的敏感神經(jīng)。此次美國封殺中興通訊，最大的危機來自“芯片”斷供，這很可能意味著中興通訊將陷入無“芯片”可用的尷尬境地，從而直接讓中興通訊失去制造新一代信息通信技術(shù)設(shè)備的能力。目前中國企業(yè)還沒有掌握先進制程芯片的生產(chǎn)技術(shù)，中興通訊面臨的困局極其嚴峻。

雖然此次美國只是封殺了中興通訊一家，并沒有波及到整個對中國的芯片貿(mào)易，但是“唇亡齒寒”，美國在芯片領(lǐng)域壟斷性的優(yōu)勢所帶來的潛在威懾力，不僅震懾了中國企業(yè)，也讓國人受到震撼。使得人們不得不重新思考中國在國際分工中將要扮演的角色，以及芯片在未來中國發(fā)展中所承擔(dān)的作用。

中國有多缺“芯”

中國是電子產(chǎn)品制造的第一大國，對芯片的需求量占了全世界總需求量的50%以上。然而中國的芯片卻大部分依靠進口，在高精尖行業(yè)的中高端芯片需求上，更是超過九成以上需要靠進口。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2017年我國集成電路產(chǎn)品需求達到1.4萬億元，而國內(nèi)供給量僅為5411.3億元，自給率僅為38.7%。2017年，中國集成電路產(chǎn)品進口金額達到2601.4億美元，已經(jīng)遠超原油，成為我國第一大進口商品。

在闡述中國芯片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀之前，有必要先對這個行業(yè)做一些了解。芯片是由集成電路經(jīng)過設(shè)計、制造、封裝等一系列操作后形成的半導(dǎo)體元器件。其生產(chǎn)過程主要包含設(shè)計、制造、封測三個階段。

通常人們口頭所說的芯片（chip）指的是一種微型的集成電路（integrated circuit）芯片，主要生產(chǎn)材料是化學(xué)元素硅（Si）。作為一種集成電路，因為需求的不同，芯片的規(guī)格、能效也各不相同，這些也會相應(yīng)的體現(xiàn)在設(shè)計階段，即芯片會按照實際的應(yīng)用場景去設(shè)計。

目前我國的芯片設(shè)計能力基本上已經(jīng)接近了國際一流的水準。不僅專業(yè)的芯片設(shè)計公司在參與，許多互聯(lián)網(wǎng)公司也在積極參與芯片設(shè)計環(huán)節(jié)，例如百度、阿里等都在研發(fā)自己的人工智能芯片。

芯片設(shè)計好之后就是芯片的制造。在理解芯片制造之前，需要先了解兩個概念——晶圓和制程。晶圓可以比喻成蓋房子時的地基，它實際上是圓片形的硅晶片，因為硅晶片特殊的原子結(jié)構(gòu)很適合用來做集成電路的材料。但是硅的原子排列特性又會限制晶圓的尺寸，簡而言之就是要制造大尺寸的晶圓會比較難，這也成了晶圓制造的一大技術(shù)障礙。

另一個概念是制程。制程是芯片的制作工藝，精度越高，電晶體越細，技術(shù)越先進。目前芯片的制程已經(jīng)是以納米為單位，比如40納米制程、28納米制程、14納米制程等。通常電晶體越細能耗就越小，但是因為物理限制，當(dāng)電晶體縮小到 20 納米左右時，就會遇到漏電的現(xiàn)象。同時因為一顆原子的大小在0.1納米左右，因此制程縮小有其下限。以上這些都是芯片制造工藝發(fā)展中的技術(shù)瓶頸。

制程是目前各大芯片制造廠商技術(shù)競爭的焦點，更小的制程意味著能制造出體積更小、耗電量更少的芯片，因此也就能制造出更精細的電子產(chǎn)品。比如耗電量更低，更薄的手機。

臺積電、三星、英特爾等國際一流芯片制造商，目前已經(jīng)掌握了10納米制程芯片的量產(chǎn)技術(shù)，正在嘗試實現(xiàn)7納米制程芯片的量產(chǎn)。中國企業(yè)目前還處在28納米制程芯片量產(chǎn)技術(shù)的爬坡期，與國際一流的芯片制造商之間的技術(shù)差距還比較大。

最后是芯片的封裝。芯片的體積小且薄，如果不在表面施加保護，會被輕易刮傷和損壞。同時也不易安裝在電路板上。傳統(tǒng)的芯片封裝方法比較常見的是雙排直立式封裝和球格陣列封裝。雙排直立式封裝的外形就像一條蜈蚣，兩邊各有一排連接用的電路，中間是一個黑色的長方體，在一些家用電器的電路板上經(jīng)常能看到。球格陣列封裝外形通常為方形，中間是一個黑色的方塊，里面包裹著芯片，四周是排列著的電路連接點。相比較于雙排直立式封裝，球格陣列封裝的芯片體積更小，但是成本也更高。一般是中高端芯片的封裝方式，用在一些附加值高，精細度要求較高的產(chǎn)品上，如手機、個人電腦等。

隨著對更小體積芯片需求的出現(xiàn)，又出現(xiàn)了新的封裝方式，即將各種不同功能的芯片封裝在一起。例如蘋果公司的智能穿戴設(shè)備Apple Watch中的芯片就采用了這種封裝方式。封裝完成之后就是測試，測試合格后就可以交付使用了。

在芯片封裝方面，中國企業(yè)的水平基本上已經(jīng)算是國際一流水準，但是中高端芯片封裝的市場占有率并不高。

目前中國芯片產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀是，包含芯片設(shè)計、制造、封裝、銷售整個產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)很少，單看芯片設(shè)計、芯片制造、芯片封裝有一些能進世界前十。另外在芯片產(chǎn)業(yè)裝備制造上，中國與世界一流水平有著非常大的差距。例如韓國三星已經(jīng)在試產(chǎn)7納米制程的光刻機，中國目前最先進的自主研制光刻機精度是90納米。

中國創(chuàng)“芯”之路

近年來隨著消費電子設(shè)備的大繁榮，我國對于芯片的需求也在急劇上升，集成電路已經(jīng)成為我國最大宗的進口商品。迫切需要自主生產(chǎn)芯片的能力。

2014年6月，國務(wù)院正式發(fā)布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》，提出到2030年集成電路生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)要達到國際先進水平，一批企業(yè)進入國際第一梯隊。2014年9月，為了貫徹《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》，正式成立了國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（簡稱“大基金”），首期募集規(guī)模達1387.2億元。截至2017年底，該基金有效決策投資67個項目，累計項目承諾投資額1188億元。在承諾投資額占比方面，IC制造業(yè)占63%，設(shè)計占20%，封測占10%，裝備和材料占7%。

從“大基金”的資金投向上我們可以看出其側(cè)重點是設(shè)計和制造，而制造又是重中之重。我國的芯片制造代工企業(yè)龍頭是中芯國際，該公司已經(jīng)在香港上市，為國資控股企業(yè)。在股東列表中可以看到，其第二大股東即為“大基金”。作為中國芯片制造業(yè)龍頭的中芯國際無疑是國家發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的重要抓手。

不過從目前的發(fā)展情況來看，中芯國際要躋身國際芯片制造的第一梯隊還有很長的路要走。2017年臺積電的營業(yè)收入為330億美元，中芯國際營業(yè)收入為31億美元，不到臺積電的十分之一。臺積電的凈利潤率為35.4%，中芯國際僅為5.8%。目前臺積電的市值為2000億美元，中芯國際的市值為520億港元，約為臺積電的三十分之一。無論是技術(shù)實力還是企業(yè)規(guī)模，中芯國際與第一梯隊都有很大的差距。

透過中芯國際的財務(wù)報表我們可以看到其技術(shù)發(fā)展的程度。根據(jù)中芯國際2017年第四季度的財務(wù)報表顯示，其營業(yè)收入的近一半來自90納米以上制程的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品基本上是中低端產(chǎn)品。約四成營收來自40～65納米制程的產(chǎn)品，只有11.3%營收來自28納米制程的產(chǎn)品，這也是目前中芯國際最先進的產(chǎn)品。反觀國際第一梯隊，臺積電2017年第二季度28納米制程以下的產(chǎn)品已經(jīng)占到營收的54%。

技術(shù)方面，中芯國際28納米制程芯片的良品率還處在爬坡階段，目前正在全力研制14納米制程技術(shù)。臺積電28納米制程芯片早在2011年已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，目前臺積電、三星、英特爾等都已經(jīng)掌握了10納米制程芯片的量產(chǎn)技術(shù)，并且在2017年已經(jīng)開始試產(chǎn)7納米制程的芯片。

技術(shù)上的差距也將體現(xiàn)在盈利能力上。例如2015年臺積電就將28納米制程的設(shè)備折舊攤銷完畢，于是開始壓低產(chǎn)品價格，大打價格戰(zhàn)。而對于在2016年才開始28納米制程芯片量產(chǎn)的中芯國際來說，顯然就會遭到壓制。一方面是爬坡階段居高不下的研發(fā)支出和設(shè)備折舊攤銷，另一方面是產(chǎn)品的利潤率遭到打壓，因此中芯國際的盈利能力短期恐怕難與技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)相比較。這種技術(shù)打擊在未來一段時間內(nèi)還會存在。

不過在國家意志的支持之下，中芯國際的前景可期。2018年1月30日，中芯國際旗下子公司中芯南方獲得國家集成電路基金和上海集成電路基金共17億美元的現(xiàn)金注資。另外根據(jù)各方簽訂的協(xié)議，還將通過債務(wù)融資的方式向中芯南方注資67.4億美元。新成立的中芯南方將重點開發(fā)14/10/7nm制程芯片的制造。

除了資金之外，2017年9月，原臺積電資深研發(fā)負責(zé)人、三星電子研發(fā)部總經(jīng)理梁孟松加盟中芯國際，出任聯(lián)席CEO。資深技術(shù)牛人的加盟或?qū)⒅χ行緡H在28/14納米制程上的大發(fā)展。

資金、人才之外，中芯國際背靠中國這個世界芯片需求量最大的經(jīng)濟體，在獲取市場方面自然有一定優(yōu)勢。雖然當(dāng)前中國智能手機市場的出貨量正在下滑，但是中國在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智慧交通方面的發(fā)展正在起步，這些領(lǐng)域也是未來芯片最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，在可以想見的未來，中國的芯片需求仍會非常大。獲得國家大力支持的中芯國際在獲取國內(nèi)訂單方面會有優(yōu)勢。

無論是因為此次“中興事件”的刺激，還是中國的既定發(fā)展策略，創(chuàng)“芯”都是題中之義。中芯國際未來的發(fā)展路徑或許可以參照中國屏幕制造業(yè)龍頭京東方，在國家產(chǎn)業(yè)資本的大力扶持和產(chǎn)業(yè)政策的傾斜之下，經(jīng)過十多年的努力，京東方在屏幕制造領(lǐng)域的水平已經(jīng)躋身國際一流水準。在新一代OLED屏幕制造技術(shù)上，2017年京東方幾乎與國際一流屏幕生產(chǎn)商同時開始量產(chǎn)。在資金和市場雙牽引力作用之下，中國的芯片制造技術(shù)躋身國際一流水平只是時間問題。