中國芯，上海造

吳雪

據中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，綜合“北上廣深”龍頭芯片廠商的布局，在半導體材料、設備、封裝測試領域，搶灘前十頻率最高的正是上海。可以說，上海幾乎在半導體全產業(yè)鏈都有布局且均名列前茅。作為中國制造業(yè)的“皇冠”，上海芯，將引領中國芯片行業(yè)快速發(fā)展。

“芯”之傳奇——寒武紀

早在2017年9月2日，在德國柏林國際消費類電子產品展覽會上，華為發(fā)布人工智能芯片海思麒麟970。而這款成就了華為旗艦機型Mate10、榮耀V10和P20的芯片，它的創(chuàng)造者正是寒武紀。

寒武紀源自中國科學院計算技術研究所，專注研發(fā)智能云服務器、智能終端以及智能機器人的核心處理器芯片。兩年前，寒武紀在上海臨港扎根，作為國內人工智能芯片初創(chuàng)公司中的佼佼者，它的成名之路由來已久，華為海思推出10nm工藝的“麒麟970”就集成了寒武紀研發(fā)的Cambricon-1A神經網絡處理器（NPU）。Cambricon-1A也由此成為了全球首個成功實現(xiàn)商用的深度學習處理器IP，被世界互聯(lián)網大會評為“世界互聯(lián)網領先科技成果”。

“1A的效果數(shù)據上就很直觀，它的處理能力是整個芯片處理器的25倍，比蘋果iPhoneX還要快3倍?！焙浼o科技羅韜告訴《新民周刊》，CPU應對拍視頻、打游戲等一般功能，而智能芯片專門應對人工智能的應用，可以提供更強的算力。“比如人臉解鎖功能，如果大家都在0.1秒解鎖的前提下，我算力比你強，就會更快更準，沒準素顏也能解鎖?！绷_韜風趣地說道。

如果1A足夠令你興奮，那么，2018年5月3日正式問世的1M終端智能處理器，則是1A芯片的“升級版”。作為公司第三代產品，寒武紀公司創(chuàng)始人陳天石介紹，1M的效能比將達到每瓦5萬億次運算新高度，支持多樣化深度學習模型，支持經典機器學習算法，將廣泛應用于智能手機、智能音箱、智能攝像頭、智能駕駛等不同領域當中。而寒武紀歷時兩年由端入云，堪稱“里程碑式”的研發(fā)成果——MLU100云端智能芯片，是中國第一款云端智能芯片，可以充分滿足視覺、語音、自然語言處理、經典數(shù)據挖掘等領域復雜場景下的云端智能處理需求，讓自拍更美，刷臉更準?！叭绻研酒扔鞒墒侨斯ぶ悄艿摹按竽X”，我們要做的是讓大腦越來越聰明”，羅韜補充道。

可見，寒武紀，已然成為AI芯片的新標桿。在近日的新品發(fā)布會上，聯(lián)想集團推出了基于Cambricon MLU100智能處理卡的ThinkSystem SR650，打破了37項服務器基準測試的世界紀錄；中科曙光同步推出了基于Cambricon MLU100智能處理卡的服務器產品系列“PHANERON”，以升級版的PHANERON-10為例，單臺服務器可集成10片寒武紀人工智能處理單元，可以為人工智能訓練應用提供832T半精度浮點運算能力，為推理應用提供1.66P整數(shù)運算能力，典型場景下的能效提升30倍以上。

科大訊飛更披露了與寒武紀芯片的深度合作研發(fā)項目。原本使用傳統(tǒng)處理器對一小時語音數(shù)據進行智能應用處理，需要一萬小時的“慢速度”，用了寒武紀的智能處理器，將快于競爭對手的云端GPU方案達5倍以上，并使得語音識別準確率領先傳統(tǒng)9.8%。眾多眼光瞄向芯片行業(yè)利好前景，越來越多的資金流向這個“潛力股”。6月20日凌晨消息，寒武紀科技在官方微信號正式宣布完成數(shù)億美元的B輪融資。該輪融資由中國國有資本風險投資基金、國新啟迪、國投創(chuàng)業(yè)、國新資本聯(lián)合領投，中金資本、中信證券投資&金石投資、TCL資本、中科院科技成果轉化基金跟投，原股東元禾原點、國科投資、阿里巴巴創(chuàng)新投、聯(lián)想創(chuàng)投、中科圖靈繼續(xù)跟投支持。寒武紀方面消息稱，B輪融資后“寒武紀”整體估值達25億美元。在新老投資人的助力下，寒武紀將繼續(xù)致力于將智能芯片的思想、技術和產品播撒到世界每個角落，讓機器更好地理解和服務人類。

在人工智能技術的發(fā)展過程中，神經網絡正不斷邁向更深、更復雜的方向，而硬件則正朝著機器學習任務處理專用的道路前進。未來，上海寒武紀將繼續(xù)依托上海集成電路和人工智能行業(yè)的人才集聚、產業(yè)集聚的優(yōu)勢，與國內外的上下游企業(yè)攜手共進，力爭為世界智能產業(yè)打造先進的基礎芯片技術和產品。

“芯”之跳動——大布局

芯片產業(yè)鏈主要由材料、設計、制造、封裝、半導體設備等組成，多點跳動，多方聯(lián)結，小到機頂盒芯片、光量子計算芯片，大到芯片代工廠、硅光子技術。芯片作為信息產業(yè)和信息安全的基礎，無論是影響大眾生活的消費電子，還是與科技發(fā)展密切相關的人工智能等高新技術，上海芯，扮演著舉足輕重的地位。

上海交大一支年輕的數(shù)字電視研發(fā)團隊，經歷了多年開發(fā)SoC核心芯片的漫長之路，為電視熒屏的音畫流暢傳播貢獻了領先于世界的“中國芯”。團隊研發(fā)形成了“地面+衛(wèi)星”雙模機頂盒整體解決方案和地面數(shù)字電視一體機整機方案，完全取代了國外芯片，讓3500萬家庭安全、可靠、低成本地看上了電視?！斑@顆高級安全解碼芯片在集成度、CPU能力、封裝形式以及成本上，全面超越日本NEC、意法半導體、美國NXP的同類產品，但售價遠低于國外產品?！钡谝煌瓿扇斯茉品褰淌诒硎荆@顆HD3601芯片，真正集成了一個計算機的幾乎所有功能，封裝后面積僅10平方毫米，是當時業(yè)內最小面積的戶戶通機頂盒芯片。

從手機屏走向電視屏，實在體驗感上的直觀改變，令芯片成為了世界科技巨頭爭奪的焦點，近年來，關于通用量子計算機的新聞屢見于報端，IBM、谷歌、英特爾等公司爭相宣告實現(xiàn)了更高的量子比特數(shù)紀錄。但問題是，如果沒有全互連，精度不夠，無法糾錯，通用量子計算仍然可能是個難以實現(xiàn)的“空頭支票”。

多年來，上海交通大學金賢敏團隊致力于此，著力“破局”，在大大小小光影錯落的實驗室，研發(fā)了世界上最大規(guī)模、國內首個自主實現(xiàn)的光量子計算芯片。通過“飛秒激光直寫”技術制備出節(jié)點數(shù)達49×49的光量子計算芯片，并演示了首個真正空間二維的隨機行走量子計算。“研究人員可以像3D打印一樣制備可集成大規(guī)模光子線路的光量子芯片。”金賢敏團隊介紹。

雖然光量子芯片的研發(fā)仍然處于早期階段，但光量子計算芯片不需要像通用量子計算那樣依賴復雜量子糾錯，可以直接用于探索新物理和在特定問題上推進遠超經典計算機的絕對計算能力。這項研究進展對于推進模擬量子計算機研究、實現(xiàn)“量子霸權”具有重大意義。

芯片的制造以及量產，難度可想而知，除了在某些領域內芯片“點對點”的研發(fā)及制造，還應抓住芯片制造的關鍵點，最核心設備就是光刻機和刻蝕機，而光刻機又是芯片制造的重中之重。目前先進光刻機制造設備依然掌握在荷蘭ASML手里。而荷蘭ASML的光刻機10納米已經非常成熟，7納米芯片制造工藝設備已經交付使用，5納米光刻機已經研制成功。

據外媒報道，為全球客戶提供全方位芯片代工解決方案中芯國際，已經訂購了一臺EUV設備，首臺EUV設備購自ASML，價值近1.2億美元。據最新消息顯示，目前最新的14納米FinFET制程已接近研發(fā)完成階段，其試產的良率已經可以達到95%的水準。按照中芯國際的技術藍圖規(guī)劃，2019年上半年肩負14納米FinFET將風險試產任務，一旦進入量產，大陸市場上目前交由海外代工的產品，將可能由中芯國際全面代工。若2020年順利取得EUV，將可進一步向前推進至7納米。

盡管中芯目前在制造工藝上仍落后于臺積電等市場領導者兩到三代，但此舉已經突顯了中芯在研發(fā)團隊重整旗鼓之后的雄心。據了解，目前，中芯已聯(lián)同兩大政府產業(yè)基金共同投資102.4億美元，以加快14納米（包括7納米工藝）及以下先進制程研發(fā)和量產計劃，最終達成每月量產3.5萬片的目標。而最新消息，在上海新建的一座300毫米晶圓工廠即將于2018年10月份竣工。

值得注意的是，同樣也在緊追1X奈米工藝技術的華力上海Fab6也正式搬入首臺ASML NXT 1980Di光刻機，這臺光刻機是目前中國集成電路生產線上最先進的浸沒式光刻機。據華虹集團規(guī)劃，建成后月產能將達4萬片12英寸晶圓，工藝覆蓋28-14納米技術節(jié)點。項目計劃于2022年底建成達產，主要投入邏輯芯片量產。

“芯”之未來——厚積薄發(fā)

正所謂“得芯片者得天下”。人工智能爆發(fā)，與芯片這枚“魔法”獲得突破密不可分。不管是智能駕駛還是人臉識別，這些技術的實現(xiàn)都有賴于背后功能更強、體積更小、功耗更低的小小芯片。

必須承認的一點是，在全球范圍競爭日趨激化的AI研究領域，中國的存在感正在加強。根據國際知名專利檢索公司QUESTEL發(fā)布的《芯片行業(yè)專利分析及專利組合質量評估》報告指出：中國近10年芯片專利增長驚人，已成為芯片專利申請第一大國，中國企業(yè)在芯片專利數(shù)量上已逐步趕上國外老牌企業(yè)。

一邊可以看到，中國芯，正從多維度出發(fā)，縮小與國際的差距。但另一邊，必須看清的現(xiàn)實是——“自給自足”的創(chuàng)新科技短板，即中國是芯片需求第一大國，芯片自給率卻不足三成。數(shù)據顯示，中國一年制造11.8億部手機，3.5億臺計算機，1.3億臺彩電，占據全球1/3的芯片市場需求，對應的卻是國產芯片市場份額不到10%，集成電路產值不足全球7%的尷尬局面。中國連續(xù)四年花在進口芯片上的錢高達2000億美元，不可否認，90%的“依賴度”，令芯片成為與原油并列的最大進口產品。

短期來看，國產中高端手機商的制造成本抬高，產量主導權受制于人，長遠將影響企業(yè)競爭力。芯片作為信息科技的強大推動力，事關國家核心利益與信息安全，更關乎未來創(chuàng)新技術的發(fā)展，隨著物聯(lián)網、人工智能、云計算等新興技術的發(fā)展，從源頭上掌控核心自主產權芯片架構有利于取得先發(fā)優(yōu)勢。

芯片除了設計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)的競爭優(yōu)勢提升，集成電路作為芯片的基層，注重電路的設計和布局，決定著芯片性能、成本及壽命的關鍵一環(huán)。盡管我國裝備自給率達85%，但主要集中在中低端領域；在高端裝備領域，80%的集成電路芯片制造裝備仍依賴進口，“大而不強”的矛盾依然存在。

2018年4月26日，上海首批市級科技重大專項之一“硅光子市級重大專項”項目啟動會在張江實驗室舉行。硅光子技術讓光子作為信息載體，實現(xiàn)信號傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，意味著更高速率、更高帶寬、更低功耗、更低成本?！澳壳埃呻娐樊a業(yè)遵循摩爾定律的發(fā)展已趨于極限，而硅光子技術是超越摩爾研究領域的發(fā)展方向之一。通過硅光集成，用光代替電進行傳輸，芯片開發(fā)成本有可能降低到原來的十分之一甚至更低?！敝袊茖W院院士、張江實驗室主任、硅光子專項項目總師王曦介紹。

上海有很好的硅光子技術研發(fā)基礎。多年來，滬上高校、科研院所和企業(yè)在這一領域開展了持續(xù)攻關。另一方面，上海的集成電路產業(yè)在全國處于領先地位，擁有較為完整的產業(yè)鏈，有條件將大規(guī)模集成電路工藝用于光電集成，制造出新一代硅基光互連芯片。據上海市經信委官網消息，工信部5月23日在上海組織召開國家集成電路、智能傳感器創(chuàng)新中心建設方案專家論證會。采用“公司+聯(lián)盟”的方式，由復旦大學牽頭，聯(lián)合行業(yè)龍頭企業(yè)中芯國際、華虹集團等建立集成電路產業(yè)鏈上下游協(xié)同機制。通過構建產業(yè)生態(tài)圈，面向國內物聯(lián)網/傳感器設計、材料、制造、設備、封裝、測試等產業(yè)鏈上的大中小型企業(yè)提供領先的研發(fā)和技術服務平臺。

以實現(xiàn)器件結構創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新為目標，為產業(yè)技術升級、未來大生產線建設提供人才、技術支撐和知識產權保護，支持國產高端芯片在國內制造企業(yè)實現(xiàn)生產?！拔覀冊谝M高新技術上不能抱任何幻想，核心技術、關鍵技術、國之重器必須立足于自己，大國重器一定要掌握在自己手里?！敝袊こ淘涸菏磕吖饽险f，只有打破國際壁壘，未來中國科技才有出路。

當然，倪光南也提醒大家，“切勿因中興事件，而斷定自己哪里不行，而是要實事求是，穩(wěn)步前進，厚積薄發(fā)。”如果突破城市的地理范圍，以上海為龍頭的長三角在芯片領域的優(yōu)勢更加突出，除了上海在全產業(yè)鏈的強勢布局、資金及科研優(yōu)勢之外，還有蘇州的制造業(yè)優(yōu)勢、合肥的中科大產業(yè)研發(fā)優(yōu)勢、杭州阿里巴巴加碼芯片行業(yè)等都為中國的芯片行業(yè)尋求破局。

在人工智能時代，理想的狀況是智能終端將變成人的助手，真正實現(xiàn)“知你”“懂你”“幫你”。在這場“芯片馬拉松”的比賽中，上海一直奔跑在最前端，以“提供精準服務的全新交互方式”為終極目標，抓住各自紅利，尋求良性競爭，強強聯(lián)合。未來，中國芯片行業(yè)破局，贏取世界“一席之地”，或將不遠。