亟待攻克的核心技術(shù)：中興的“芯”病 中國的心病

中興的“芯”病，中國的心病

本報記者 張蓋倫 付麗麗

亟待攻克的核心技術(shù)②

當(dāng)?shù)貢r間16日，一記重拳向中興通訊砸下。美國商務(wù)部表示，由于中興通訊違反了曾與美國政府達(dá)成的和解協(xié)議，7年內(nèi)禁止美國企業(yè)向中興通訊出口任何技術(shù)、產(chǎn)品。

招商電子分析稱，中興通訊的主營業(yè)務(wù)有基站、光通信及手機，而芯片在這三大領(lǐng)域均存在一定程度的自給率不足。

若真的禁運，中興危矣。

專家稱，美國制裁中興，是警鐘，也是集結(jié)號。“我們需要反思，但也不能讓步。集結(jié)號已經(jīng)吹響，國產(chǎn)芯片何時能上戰(zhàn)場？”

每一步都是高難度操作

缺“芯”缺在哪？

以此次中興通訊被制裁的用于光通訊領(lǐng)域的光模塊為例，其主要功能是實現(xiàn)光電及電光轉(zhuǎn)換。光模塊中包括光芯片，即激光器和光探測器，還有電芯片，即激光器驅(qū)動器、放大器等。低速的(≤10Gbps)光芯片和電芯片實現(xiàn)了國產(chǎn)，但高速的(≥25Gbps)光芯片和電芯片全部依賴進(jìn)口。

為何缺“芯”？首先來了解一下“芯片的誕生”。

中國科學(xué)院西安光機所副研究員、中科創(chuàng)星創(chuàng)始合伙人米磊介紹，芯片核心產(chǎn)業(yè)鏈流程可以簡單描述為設(shè)計—制造—封裝。

其中有三個關(guān)鍵步驟：第一，提煉高純度二氧化硅，做成比紙還薄的晶圓；第二，在晶圓上用激光刻出數(shù)十億條線路，鋪滿幾億個二極管和三極管；第三，把每片晶圓切割封裝好——目前指甲蓋大小的芯片里能集成150億個晶體管。

每一步，都需要極精細(xì)操作。

“芯片的制造如同用樂高蓋房子。先有晶圓作為地基，再層層往上疊，最終完成自己想要的造型(即各式芯片)。”米磊說，做晶圓需要一種特殊的晶體結(jié)構(gòu)——單晶，它可以像原子一樣一個挨著一個緊密排列，保證基底平整。

要做出單晶的晶圓，就得對原料硅進(jìn)行純化和拉晶。拉晶過程中，“要用到單晶硅生產(chǎn)爐、切片機、倒角機等多種設(shè)備和材料，其中90%需要進(jìn)口。” 陜西光電子集成電路先導(dǎo)院總經(jīng)理張思申介紹。

“還有一個卡住我們的，就是芯片納米級工藝。”米磊說，當(dāng)前國際上可達(dá)到的芯片量產(chǎn)精度為10納米，我國能達(dá)到的精度為28納米，還差兩代。“而且，關(guān)鍵原材料和設(shè)備還都是進(jìn)口。”

芯片制造難，也燒錢。

前芯片行業(yè)從業(yè)者王巖(化名)告訴科技日報記者，做芯片“投入幾十個億可能就聽個響”。制造芯片需要實踐，但芯片的實踐和試錯成本太高，往往一顆芯片就能決定一家公司的生死。如果投入無法獲得對等產(chǎn)出，這種耗資巨大的試錯和實踐就不會持久。“沒有持續(xù)的實踐，技術(shù)積累也就是空談。”而如果沒有實踐中的經(jīng)驗積累，那么設(shè)計制造芯片過程中出錯率高，產(chǎn)出率也差，形成惡性循環(huán)。

美國出了張“大王”

“缺芯現(xiàn)狀非短期所能改變，要有耐心。”在18日晚由中國計算機學(xué)會青年計算機科技論壇(CCF YOCSEF)舉辦的一場特別論壇上，中國工程院院士李國杰表示，國家芯片水平從某種程度上反映了國家的整體水平。“從設(shè)計、加工到設(shè)備配套，芯片產(chǎn)業(yè)鏈漫長，涉及領(lǐng)域廣，尤其需要經(jīng)驗的累積。”李國杰坦言，“不是說砸錢下去就能把差距追平。”

中科院計算技術(shù)研究所研究員包云崗認(rèn)為，差距的形成和拉大，在一定程度上是由于我國錯過了一個時代。上世紀(jì)七八十年代，國際芯片產(chǎn)業(yè)開始發(fā)展并迎來騰飛。“每種芯片發(fā)展到今天這樣的成熟度，差不多需要萬人/年的投入，而且是長期投入。”

我國芯片產(chǎn)業(yè)根基薄弱，國際環(huán)境也不好。

中科學(xué)計算技術(shù)研究所研究員、龍芯處理器負(fù)責(zé)人胡偉武感嘆，沒想到美國這么快就出了張“大王”。“如果禁運發(fā)生在五年后，我們或許能應(yīng)對得更加從容。”

何出此言？胡偉武指出，在國際上，通用CPU的性能于2010年左右已達(dá)到了天花板；而我國自主研發(fā)的通用CPU性能，也預(yù)計在2019到2020年左右逼近天花板。再過五年或稍長一點時間，圍繞自主芯片的生態(tài)也可初步形成。“現(xiàn)在主要有兩個生態(tài)體系，一個是英特爾加微軟，一個是ARM加安卓。在我國一些特殊領(lǐng)域，如能源、交通、金融、電信和國家安全中，國產(chǎn)芯片已經(jīng)得以應(yīng)用；再過若干年，到開放市場上或也可以一戰(zhàn)。”胡偉武判斷。

不要等“做到跟國際水平一樣”才用

在18日晚的論壇上，主持人展示出了一張看起來有些“刺眼”的圖：根據(jù)一份分析報告，在計算機系統(tǒng)、通用電子系統(tǒng)、通信設(shè)備、內(nèi)存設(shè)備和顯示及視頻系統(tǒng)中的多個領(lǐng)域中，我國國產(chǎn)芯片占有率為0%。

李國杰院士反復(fù)強調(diào)一句話：自主芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要應(yīng)用支撐。

“這個方面，國家過去有些動搖，態(tài)度不是很鮮明。以前想過啟動政府采購，后來也沒有。”李國杰說，“發(fā)展自主芯片，不要想著什么時候芯片做得跟國際水平一樣好了才用。你不用它，怎么發(fā)現(xiàn)問題，怎么不斷改進(jìn)？”

技術(shù)需要迭代；要迭代，就得經(jīng)過市場的檢驗。胡偉武建議，要加大自主研發(fā)的元器件推廣應(yīng)用力度，給國產(chǎn)芯片更大空間。

因為，沒有市場，做出來就是白做。“應(yīng)用”對芯片的發(fā)展究竟意味著什么？胡偉武打了個比方：國產(chǎn)芯片現(xiàn)在在一樓，想努力去往二樓，可是沒梯子。“就算不給梯子，給條繩子也可以，至少讓我們有東西能借力爬上去。”魔鬼藏在細(xì)節(jié)中，而細(xì)節(jié)，藏在應(yīng)用中。缺少應(yīng)用，也就難以進(jìn)行針對性改進(jìn)，“二樓”就變得可望而不可即。

八年來，無錫江南計算機研究所高級工程師程華一直從事國產(chǎn)關(guān)鍵軟硬件的評測和自主可控度評估工作。從2010年開始，她每年都會將三大國產(chǎn)品牌的最新款處理器與國外芯片進(jìn)行對比。到2014年，基于部分國產(chǎn)處理器的整機性能已經(jīng)追平或超越基于英特爾奔騰4雙核處理器(主頻3.2GHz)的整機性能。“我一直在用‘龍芯’的電腦，我覺得挺好。”

程華認(rèn)為，國產(chǎn)芯片發(fā)展，很大的問題是缺少生態(tài)。“政府可以補貼家電下鄉(xiāng)，為什么不能補貼搭載國產(chǎn)芯片的電腦呢？”她也呼吁，就算此次禁運危機解除，國產(chǎn)芯片也要有上戰(zhàn)場的勇氣。“我們熱身了十幾年，也該出來了。”