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芯片|“中国芯”强在哪，又痛在哪？西湖大学副校长终于讲清楚了( 二 )


为什么要越小越好？第一个原因 ， 更节能 。 因为晶体管越小 ， 电流穿过晶体管走的路相应减少 ， 功耗也更低 。 此外 ， 在芯片大小不变的情况下 ， 里面的晶体管数量越多 ， 芯片性能也越高 ， 实际上成本也在降低 。 我讲一个有意思的例子：1994年 ， 我刚进实验室开始做科研 ， 当时我们实验室买了一台286电脑 ， 那个时候需要2万多块钱 ， 相当于现在至少50万人民币的购买力 。 当时我的导师从国家自然科学基金委拿到的科研经费一个项目也就几万元 ， 为了买一台电脑 ， 他需要动用好几个项目的经费 。
中国 “芯痛” ， 到底痛在哪里？
为什么我们现在天天在讨论芯片 ， 因为它对于中国太重要了 。 每年全世界芯片市场产值约4688亿美元 ， 这还是2018年的数据 。 中国的需求占了全球市场的1/3 ， 我们自己的产能差了很多 ， 需要（大量）进口 。
那么 ， 这么大的市场为什么没人做 ， 为什么不投资这个领域？因为做这个事情太贵了 ， 不是投资几个亿就可以了 ， 是按照百亿美元的级别来说的 ， 而且投进去后短期很少有产出 ， 投资回报率非常低 。
芯片|“中国芯”强在哪，又痛在哪？西湖大学副校长终于讲清楚了
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图片来源：摄图网
那么 ， 为什么别的国家或地区做得那么好？实际上 ， 它们也是从很小的领域开始做 ， 慢慢积累起来的 。 截至目前 ， 国内在芯片产业上的投入仍然不够 ， 这件事情要做好一定需要国家大力支持 ， 光靠民营企业不可能承担这样大的投入 。
回到我国的芯片产业 ， 从产业链的角度来说 ， 我们封装和测试是全球做得最好的 ， 现在我们的设计也越来越好 。 现在华为的芯片设计 ， 在全世界也是做得非常好的 ， 比如他们设计的麒麟芯片 。
但存在的问题也很突出 ， 我们用的芯片设计软件是国外的 ， 不是自己开发的 。 我们的芯片制造业还可以 ， 在全世界能排前十 ， 然而同样的问题 ， 这些制造公司用的制造设备大多数都是国外的 。 如果他们不卖设备给我们 ， 我们就会出现问题 。
上游半导体设备有光刻机、刻蚀机、生长材料的PVD和CVD等 。 我们最痛的是什么？就是光刻机 。 国产刻蚀机比较先进 ， 像北方华创(002371,股吧)有一系列的设备 ， 14纳米的技术没问题 ， 中芯国际等也在用他们的设备 。 而国产光刻机呢 ， 国内最领先的上海微电子目前还是90纳米 。 90纳米是什么概念 ， 相当于国际上2004年的水平 。 上海微电子预计2021年可以做到28纳米 ， 但仍然落后市场十年 。
通常我们说起芯片都会提到光刻机 ， 其中一个原因就是它极其昂贵 。 进口一台光刻机需要上亿美元 ， 实际上它反映了中西方在精密制造方面的差距 。 我们都知道荷兰ASML的光刻机最顶级 ， 但它的关键零部件是来自于美国、德国、瑞典、法国等国家 ， 是全世界顶尖技术的通力配合 。
我举一个例子 ， 光刻机能够发展到现在 ， 有一种叫做“浸润式光刻”的技术功不可没 。 简单来说 ， 就是加工的过程是在水里完成 ， 通过水的折射将光波长缩短 。 这个 “疯狂的想法” 刚提出来时是被业界所排斥的 。 抛开水可能带来污染的问题 ， 光是水中产生的气泡就会对光刻结果产生严重影响 。 另外加工过程中水还不是一直静止的 ， 有时候要高速运动 ， 这个时候还不产生气泡就非常难了 。
如何让水里没有纳米级的气泡？类似的技术问题如果让我们的大学来解决会怎么样？我们的评价体系主要是考核发表多少篇论文以及多少篇高影响因子论文 。 这种听来很平淡 ， 可能需要做很多年都出不了 “好论文” 的方向 ， 大学里是少有人愿意去研究的 。 当然现在好了很多 ， 国家也意识到这种评价体系的弊端 ， 相信未来大学里会有更多的研究组会愿意去重视和解决这些问题 。
从生产芯片的角度来说 ， 中国大陆现在做得最好的是中芯国际 ， 市场占有率在6%左右 ， 而台积电占59% ， 台湾同胞确实非常厉害 。 世界上前十名芯片代工厂中 ， 台湾有4家 ， 中国大陆现在有2家 ， 中芯国际和上海华虹 。 虽然中芯国际排名第四 ， 但还是有很多东西做不出来 ， 包括一些核心器件 。 经过这么多年的努力 ， 2019年中芯国际终于实现了14纳米产线 。 然而 ， 台积电现在已经做到了5纳米 ， 14纳米是他们2014年的事情 。


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