還在上學時就聽老師說，半導體反映了一個國家的綜合實力，彼時聽了這話似懂非懂也未深究，直至最近中興事件的爆發(fā)，讓我愈發(fā)覺得半導體產業(yè)的受制于人終究是一把懸在中國經濟頭上的達摩克利斯之劍。相信很多人只知半導體產業(yè)重要，卻不懂半導體產業(yè)究竟重要在哪里，所以我想盡量用通俗的語言帶大家走進半導體產業(yè)鏈，談談目前我國半導體產業(yè)的發(fā)展現狀。

說到半導體，可能很多人還一頭霧水，但談及芯片相信沒人不知其重要性。芯片本質上就是一片載有集成電路的半導體元件，所謂半導體其實就是一個具有單向導電性的元件，就像我們馬路上的單行道，汽車只能單向通過，那這有什么好處呢？如果我們馬路上不設單行道沒有紅綠燈那必定是混亂不堪，電路也是如此，如果沒有半導體讓電流按人們預想地那樣去通過，整個電路也是同樣雜亂無章，也就無法實現邏輯功能。這個邏輯功能又要怎么去實現呢？拿我們家里最常見的電路來說，假設一盞燈有AB兩個開關去共同控制，當AB開關同時按下時燈泡就亮，只按下其中一個開關燈泡就不亮。這里燈泡的亮暗就代表信號，開關則類似于半導體結構，我們通過設計半導體電路傳達信號，并將無數個這樣的電路集成到一起，最終實現邏輯功能。如果還不明白的話，就把芯片比作我們的大腦，我們的大腦之所以能夠處理信息就是因為神經元之間的電流交流，芯片里的半導體就相當于神經元，電路間的電流類似于神經元之間的電信號，半導體電路就是在模仿我們的大腦的運行機制。

邏輯電路

現在我們明白了芯片的運作邏輯，再聊一聊芯片的制造環(huán)節(jié)，芯片要想實現上述的邏輯功能，就要將邏輯電路刻在一塊小小的硅片上。先將金屬靶材濺射到硅片上使其具有導電性，再覆上一層光刻膠，接著用光刻和化學腐蝕的方法將邏輯電路圖在光刻膠上刻蝕出電路，再將磷和硼摻雜到硅片上，使電路具有半導體的特性，完成這些步驟便得到一塊晶圓，晶圓上載有諸多方形芯片，最后將指甲蓋大小的芯片從晶圓上切下來進行封裝測試，一塊芯片就被完整地制作出來了。

芯片生產流程

IC設計：后起之秀，移動芯片比肩一流大廠

芯片的成功生產包括IC設計、制造和封裝測試。首先是IC設計，也就是在芯片上設計電路實現邏輯功能，IC設計是芯片生產的重中之重，同時也是最難的一環(huán)，如果沒有一個好的IC設計，后續(xù)的制造也就無從談起。說到設計那就不得不提到制程，我們在看到關于芯片的文章時常常會聽到28納米、10納米諸如此類的名詞，這是對芯片制程的描述，也被稱為技術節(jié)點，一款芯片的性能的優(yōu)劣很大程度上取決于其制程工藝，制程工藝每一次提升，帶來的都是性能的提升和功耗的降低，目前我國芯片IC設計水平在16/14納米，而華為海思2017年推出的麒麟970制程達到10納米，即將推出的麒麟980也將采用臺積電的7納米制程，7納米的工藝制程是目前最先進的量產技術。但是，半導體產業(yè)的發(fā)展遠遠超乎人們的想象，根據摩爾定律，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。7納米的制程才剛剛實現量產，三星就宣布掌握了5納米、4納米、3納米的工藝技術。細心的讀者此刻就會有疑問了，那么華為海思推出了制程為10納米的麒麟970芯片是不是就意味著海思擁有生產10納米制程芯片的技術了呢？這里就要涉及到目前芯片產業(yè)三種主要的產業(yè)鏈模式：IDM、Fabless和Foundry。IDM指Intel、IBM、三星這種擁有自己的晶圓廠，將IC設計、加工、封裝測試、銷售集為一體，一般還擁有下游整機生產的廠商。Fabless則是有能力設計芯片架構，但沒有晶圓工廠，需要找代工廠將所設計芯片的最終物理版圖交給芯片加工企業(yè)進行加工制造，知名的有ARM、NVIDIA、高通、蘋果和華為。Foundry則指像臺積電這樣的代工廠，擁有工藝技術為IC設計廠商進行代工。大家看到這里應該就明白了，華為海思其擁有的只是IC設計技術，工藝技術上還需委托給臺積電進行加工。目前我國基本沒有 IDM 公司，所有的 IC 設計公司都是 Fabless 模式。

全球純IC設計公司排名 海思第七；紫光集團第十

2017年我國已有海思、展訊、中興微電子等 11 家企業(yè)進入進入全球前50純IC設計業(yè)者之列，其中華為海思和紫光展銳更是躋身前十。那么，前有華為海思、紫光展銳躋身IC設計領域第一梯隊，后有北京君正、中興微等后起之秀，是不是就代表我國在IC設計領域已經達到世界的先進水準呢？答案當然是否定的，我們忽略了非常關鍵的一點，華為海思和紫光展銳其所設計的都是移動處理器，也就是我們手機里所用的芯片，而在電腦端所使用的CPU（中央處理器），英特爾幾乎已經壟斷了全球的市場，國內相關的企業(yè)所生產CPU還遠遠無法達到商用量產的水準。除了功能芯片上的差距，在存儲芯片方面，武漢長江存儲試圖發(fā)展的3D Nand Flash(閃存)的技術還處于 32 層閃存樣品階段，而三星、英特爾等全球龍頭企業(yè)已開始陸續(xù)量產 64 層閃存產品。同樣的，曾在A股市場風光無二的存儲芯片廠商紫光國芯，其生產的內存條還屬于DDR3時代的產品，新開發(fā)的DDR4產品還在驗證優(yōu)化中，而三星電子在2011年就已完成了第一款DDR4 DRAM規(guī)格的內存條開發(fā)，并采用30nm級工藝制造了首批樣品。

制造：蓬勃發(fā)展，后程發(fā)力縮短差距

說完了設計，咱們再來談談制造，前文我們概述了芯片的制造流程。芯片的制造過程其實就是晶圓的生產過程，通過硅錠生產、切片、靶材濺射、光刻、刻蝕、摻雜等核心工藝制造出晶圓，再將晶圓進行切割便可得到芯片。晶圓制造工藝的優(yōu)劣看“一大一小”?！耙淮蟆敝傅氖蔷A的尺寸，目前主流的晶圓尺寸為8英寸、12英寸以及18英寸，投資一條月產５萬片的 12英寸晶圓生產線約需50億美元，而一座18英寸晶圓廠投資更是多達160億美金，可見，生產出大尺寸的晶圓的難度有多大。而“一小”便是芯片的制程工藝，目前國際上芯片制程工藝已經達到了7納米級別，三星在今年五月更是宣布通過重新設計晶體管底層結構，克服當前技術的物理性能極限掌握了3納米芯片制程的工藝。反觀中國，除了臺灣的臺積電掌握成熟的7納米芯片制程工藝進入世界芯片先進制程第一梯隊,大陸地區(qū)僅有28納米工藝在 2015 年實現量產，且仍以 28納米以上的制程工藝為主，甚至大量的廠商制程工藝還停留在微米級別。晶圓制造除了在工藝方面落后，在產量上也無法滿足需要，加上給外資代工的廠商，2016 年中國地區(qū)晶圓制造產能僅占全球 10.8%，而消費市場占全球 33%。制造工藝的落后加上產量的不足，每年我國集成電路進口量都十分龐大，2017年的進口量達到3770億塊，進口額高達2601億美元。

晶圓

提到限制我國晶圓制造工藝進步的因素就不得不提及半導體設備，根據 SEMI 統(tǒng)計，2016年我國境內半導體設備銷售額為 412.3 億美元，而目前半導體設備國產率為 5%左右，從細分的角度來看，光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備占據了70%以上的市場份額。當前國際上高端領域的半導體設備最小制程都已經向10納米以下發(fā)展，國產化的半導體設備與之相較還有一定的差距，如上海微電子生產的光刻機的最小制程只能達到90納米；作為國內在半導體設備領域的絕對龍頭企業(yè)，北方華創(chuàng)在薄膜沉積設備等諸多半導體設備領域都在奮力追趕世界先進水平，公司14納米制程的薄膜沉積設備已交付客戶端進行驗證，2018 年，北方華創(chuàng)開始布局 10納米、 7納米前沿關鍵技術研發(fā)，保持前沿技術的開發(fā)力度。除北方華創(chuàng)外，中微半導體的16納米刻蝕機已經實現商業(yè)化量產并在客戶的生產線上運行，7-10納米刻蝕機設備可以與世界最前沿技術比肩，并且還是臺積電7納米刻蝕設備供應商中唯一來自大陸的企業(yè)。在材料領域，江豐電子作為國內高純?yōu)R射靶材行業(yè)龍頭企業(yè)，產品包括鋁、鈦、鉭和鎢鈦靶極濺射材料，是國內少有打破海外技術封鎖的半導體材料企業(yè)。

江豐電子技術人員正在檢測靶材

封測：優(yōu)勢環(huán)節(jié)，并購整合搶占全球市場

敘述到此，關于芯片半導體產業(yè)鏈的介紹只剩下封裝測試這最后一個環(huán)節(jié)。通過層層加工我們終于得到了一枚小小的芯片，因為芯片上有十分精密的電路，倘若不加以保護，很容易被刮傷損壞，所以我們需要通過封裝測試將生產出來的晶圓進行切割、焊線、塑封，使芯片電路與外部器件實現電氣連接，并為芯片提供機械物理保護，讓其易于安裝到電路板上進行使用，并對封裝完畢的芯片進行功能和性能測試。封裝測試是我國在芯片產業(yè)中的優(yōu)勢環(huán)節(jié)，國內封測前三的長電科技、通富微電、華天科技均躋身世界前十的行列，我國大陸在全球半導體封裝測試產業(yè)領域的銷售規(guī)模也僅次于中國臺灣。

半導體封裝

經梳理發(fā)現，雖然華為海思和紫光展銳在半導體產業(yè)鏈芯片設計領域已經進入世界第一梯隊，但我國在存儲芯片、CPU以及智能芯片的設計，還未出現優(yōu)秀的公司；晶圓制造上，我國目前的制程工藝除了中國臺灣的臺積電已經達到了7納米的制程工藝外，我國大陸地區(qū)的技術節(jié)點還處于28納米以上的階段，落后于7納米的世界先進水平；而在封裝測試這個優(yōu)勢領域，通過自主研發(fā)先進封裝和海外并購整合，占領的封測市場迅速擴大。

希望這次的中興事件能夠給國人敲響警鐘，在為經濟獲得高速發(fā)展感到欣喜的同時不要忽視高精尖技術領域與世界先進水平的差距；鞭策我們的高新技術企業(yè)，芯片不是靠買就能萬事大吉的；更要敦促我們的下一代，勤奮學習為祖國的科技事業(yè)添磚加瓦！

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