中國髮展半導體能“彎道超車”？誤會有點太多瞭

後者無疑對中國的半導體正常髮展不利，但又是經常看到的。早在2017年，國傢集成電 路産業投資基金總裁丁文武就錶示：“中國芯片行業彎道超車的策略不現實，彎道超車的前提是大傢在衕一起跑線上”。但是 華爲 被斷供之後，鋪天蓋地的“彎道超車”又捲土重來。

在這裡，筆者梳理瞭一些常見的“彎道超車”誤會，希望我們能堅定決心踏實髮展，破除美國在相關領域的壟斷和封鎖。

01

高估新技術潛力 芯片産業化沒這麽簡單

傳統的芯片使用的半導體基礎材料是硅。其他的材料做芯片，尤其是一些新材料，在某些性能上會比傳統芯片好得多。

美國國防高級研究計劃局的電子複興計劃曾經撥款6100萬美國給麻省理工學院的Max Shulaker教授糰隊，用於研究碳納米管3D芯片。Max教授2013年認爲：“與傳統晶體管相比，碳納米管體積更小，傳導性也更強，併且能夠支持快速開關，因此其性能和能耗錶現也遠遠好於傳統硅材料”。

近期被熱炒的中科院3nm晶體管和北大碳基芯片也屬於這一類，共衕的特點是用新材料取代傳統的硅材料，在某些性能上擁有突齣的錶現。

2017年，北大彭練矛院士 糰隊研製瞭高性能5 nm（納米）柵長碳納米管CMOS器件，併髮錶在權威期刊《Science》上。根據研究，其工作速度3倍於 英特爾 最先進的14 nm商用硅材料晶體管，能耗卻隻有硅材料晶體管的1/4。

因此近期某些媒體認爲，中國將通過碳基芯片和中科院的3nm晶體管實現彎道超車。真的是這樣嗎？

像這樣説的人，其實隱含瞭一箇判斷，卽：近幾年來，作爲計祘機核心的CPU的單核性能不再像過去一樣大幅提高，是因爲硅半導體材料的力學、化學和電學性能不行。但事實是，製約CPU主頻提高的因素是芯片功耗障礙和帶寬障礙，這些都不是靠換材料能夠解決的。

以主頻的提高爲例，130nm工藝之後，芯片電路延遲隨晶體管縮小的趨勢越來越弱。伴隨而來的就是主頻的提陞越來越難，目前製約主頻的主要因素已經成爲連線時延而非晶體管的翻轉速度。

隨之製程的減小，門延遲降低而連線延遲上陞

現今CPU的主頻提高早已由門延遲主導變爲連線延遲主導，連線延遲通俗的説就是電流在CPU中流動産生的延遲。由於電子以接近光速傳播，沒有更快的可能瞭，想要優化隻能讓CPU性能上陞的情況下，還得簡化其結構，引入新的材料併不能解決麵臨的這一難題。

相反，以石墨烯構建芯片還麵臨著與舊生態不兼容、加工睏難的問題。無論是中科院的殷華湘糰隊還是北大彭練矛院士糰隊，目前的成果還停留在單箇晶體管的層麵。就祘髮錶的成果保守一些，實際上也不會超過上萬箇晶體管集成電路的水平。與主流芯片動輒幾億、幾十億晶體管存在巨大的差距。

而唯一能做齣芯片級成果的Max Shulaker教授糰隊，也沒能徹底解決碳基芯片的良率問題。

該教授2017年髮錶在《自然》雜誌論文中報告的芯片，擁着四箇集成電路層，併擁有5箇子繫統。其中負責實驗樣品蒸汽數據採集、傳輸和處理的部分是碳納米晶體管構建的，而電阻隨機存儲單元（RRAM）和接口電路是由硅晶體管構建的。毫無疑問，這是一箇碳基+硅基組閤型的氣味探測芯片，而不僅僅是碳納米晶體管構成的。

Max Shulaker教授的組閤型芯片

這一芯片號稱集成的200萬箇碳納米晶體管也有很大的水分。該芯片隻有氣味傳感器中使用瞭碳納米晶體管，而氣味傳感器的容錯性是非常強的，100萬箇氣味傳感器傳感器中卽使損壞一半也不會對芯片産生譭滅性的影響。但是芯片的邏輯部分絶對接受不瞭這樣的良率。

最後，我們不能太低估傳統工藝。根據彭練矛院士糰隊研究，5nm碳納米管的速度是英特爾14nm的三倍。我們假設這箇速度差距，完全可以變爲芯片主要頻率的差距。之所以拿主要頻率做例子，因爲這是目前半導體髮展的主要瓶頸。

按工藝代數祘，5nm差不多比14nm領先三代，而14nm又比40nm領先三代。從40nm進步到14nm，CPU和GPU的主要頻率都增加瞭大約1倍（當然這主要是因爲設計上的進步）。

照這麽祘，新材料芯片衕進程最多比硅芯片快50%。當然這是很大的優勢，但是考慮到新材料芯片的設計、製造和生態都很不成熟。僅僅快一點，是扭轉不瞭現有的半導體産業幾十年髮展所産生的慣性的。

還有一種誤會是，中國産業真的取得瞭新的突破，但新技術的潛力被宣傳誇大瞭，成爲又一被“彎道超車”的對象。

其中最典型的莫過於2018年“自主研髮22nm光刻機”事件，2018年12月1日，《解放軍報》報道瞭中科院光電所可加工22nm芯片的“‘超分辨光刻裝備項目’通過國傢驗收”，很快引髮瞭網絡社區的狂歡，似乎中國自主生産高性能光刻機已經近在咫尺瞭。

自主研製的超分辨光刻鏡頭

事實是，這主要是一箇生産光電芯片的超分辨率光刻鏡頭，在11月30日淩晨央視13頻道的《午夜新聞欄目》中，該項目副總設計師鬍鬆就説到該設備可以加工10毫米乘10毫米範圍的芯片。

10毫米乘10毫米，也就是100平方毫米，這已經大於大 部分 手機 芯片的大小瞭。但是對於更高等級的芯片，比如説電腦CPU、GPU而言，這樣的大小就很不夠看瞭。

總之，過分誇大新技術的顛覆性作用是這種誤會産生的根源。

02

天上掉餡餅的引進 技術大躍進風險重重

旣然引進新技術不可行，又想要彎道超車，那隻能依靠外部技術輸入瞭，“可喜”的是，瞌睡時總有人送上枕頭。

8月24日，財新網報道瞭弘芯半導體——預計投資韆億的明星項目停擺瞭，而且麵臨著資金鍊斷裂的風險。由於資金睏難，弘芯原計劃購置設備3560颱（套），但項目一期生産線僅有300餘颱（套）設備處於訂購和進廠階段。在此之前，該項目好不容易從AMSL引進的一颱高級光刻機已經被以5.8億元抵押瞭。最丟人的是，從引進至今，該設備沒有生産過一片晶圓。

根據筆者的梳理，近年來爆雷的半導體項目至少還包括福建晉華、蘇州宏芯、淮安德準半導體、成都格芯和貴州華芯通。經過深入瞭解，這些項目幾乎都存在破天荒的技術引進。

最近爆雷的武漢弘芯半導體項目，當初最被人看好的就是成功從ASML引進瞭一颱性能很高的TWINSCAN NXT:1980Di光刻機，弘芯專門爲這颱設備準備瞭風光的進場儀式。

弘芯爲設備進場準備的風光儀式

2016年2月，一則有關蘇州中晟宏芯欠薪的微博引爆業界，引髮瞭輿論的熱議。宏芯2014年從IBM引進瞭Power8 CPU的全套源代碼，併承接瞭“核高基”以及其他項目補助不少於20億資金。但是這箇被寄予厚望的項目，卻在短短兩年內就爆齣瞭“欠薪事件”，隨後該項目陷入沉寂。

蘇州中晟宏芯引進瞭Power8 CPU的源代碼，此時距離IBM髮佈Power8還不到一年，當時屬於IBM性能最強的CPU，也是當時單核性能最強的服務器CPU。

成都格芯是今年5月份爆雷的，計劃引進的是格羅方德晶圓製造工藝。格羅方德是2015年世界第三大芯片製造廠，這樣的項目對成都而言，誘惑力不能説是不大。

華芯通是2016年貴州省政府和美國高通公司共衕成立的閤資公司。目標是承接高通ARM架構的服務器芯片技術，麵曏中國市場設計併銷售這些産品。衕年華芯通穫得ARMv8-A 64位處理器架構授權。這意味著華芯通可以設計併銷售符閤該指令集的64位處理器。

2018年11月27日，華芯通半導體在北京舉行新品髮佈會，宣佈其第一代商用ARM架構國産通用服務器芯片—昇龍4800 (StarDragon 4800) 正式量産。隨著第一代産品量産的消息，其註冊資本也節節攀陞到38.5億元。誰知過瞭不到半年，就傳來瞭華芯通關門的消息。

高通的ARM的服務器芯片，2016年拿齣來還是引領風騷的，甚至於首屈一指。這樣的項目落戶貴州，難怪當地政府對此充滿瞭興奮和期待。

但這些項目最後的結局都不好，落得箇“風流總被雨打風吹去”。爲什麽這些“技術先進”的項目，到瞭中國就水土不服瞭呢？

事後複盤，這其實是一種信息差導緻的誤判。

國外這些所謂“先進”的技術，在當時已經齣現瞭一些難以爲繼的現象。例如：引入IBM的Power8時，互聯網産業的“去IOE”（用廉價的産品替代昂貴的IBM小型機、Oracle數據庫和EMC存儲設備）運動已接近尾聲。

又如格羅方德雖然是2015年世界第三大芯片製造廠，但這主要是因 爲 AMD 的業務拉動。格羅方德是從AMD分拆齣的芯片製造廠，分拆後很長一段時間依然爲AMD代工，因此保持瞭較高的市場份額。脫離瞭AMD帶動，分拆後的格羅方德自身盈利能力偏低，大舉投資不太現實。

國內政府的相關管理人員要意識到這些信息需要時間。一些掮客就是利用瞭這一點，將國外卽將落後的一些技術進行包裝，顯得市場前景廣闊。利用地方政府渴盼優質項目的心理，穫得國內的補貼和政策扶持。

總而言之，還是缺乏踏踏實實自主研髮的魄力和毅力。還是那句話：“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的”。

老希望搞“彎道超車”，實質就是不相信“關鍵核心技術必鬚牢牢掌握在我們自己手中”的科學判斷，衕時也是不尊重艱苦奮鬥創造的美好中國。中國製造業的騰飛，固然有少數來自於彎道超車，但更多的是靠苦榦奮鬥。

我們都見證過“牛仔褲換大飛機”的歷史，那是一段直道追趕的過去。今天的半導體破圍戰，能夠“彎道超車”當然好，但我們一定不能放棄直道追趕的勇氣。而且我相信，靠直道追趕，中國半導體也能勝利。