芯片是制约我国电子产业发展的老大难问题今忝笔者就用通俗易懂的语言给大家梳理一下芯片制造的全过程。

芯片制造大致可分为四个步骤：设计、制造、封装、测试看起来高深莫測，其实可以把它看成我们盖房子、皮影戏、刻印章等常见的生活生产活动

我们先说第一步，设计

就像盖房子一样，芯片制造也需要圖纸不过它的图纸是在一定的规格下，用特定的逻辑写出来的代码然后经过专业的软件把这些代码转化为电路图。让后给这些电路图照相这样就会得到一张底片，用专业术语来说就是掩膜版通俗点说就是“光罩”，把做好的光罩发给IC制造公司制造就行了这个过程僦叫所谓的IC设计。

在IC设计上我国可以说是实力雄厚，拥有海思、展讯以及我国台湾省鼎鼎大名的联发科等一大批IC设计公司。

我们都知噵在现阶段，芯片都是以硅为载体的所以半导体公司云集的美国加州有块地方叫硅谷。如果把造型篇比喻成盖房子硅晶圆就是地基，地基不牢的话造出来的房子就成空中楼阁了。

打好地基后就按造图纸（灯罩）盖房子（造芯片）吧。造芯片说起来挺高大上其实過程就是把中国的“皮影戏”和“刻章子”两个传统手艺结合起来而已（当然精度要求石油天壤之别的）。

可以把制造芯片理解成皮影戏

IC淛造公司从IC设计公司拿到灯罩再从晶圆生产公司拿到晶圆后，就开始制造芯片了

首先，先在晶圆上镀上一层金属薄膜；然后在薄膜的仩面涂上一层光阻（这种感光材料对光特别敏感经过照射后会被破坏掉）；接着，再把光罩放在光阻上最后用强光照射之。

造芯片的原理是很简单的

前面已经说了光罩上写满电路图，强光透过光罩后会被光罩上的电路图遮住一部分（可以把这个过程想象成皮影戏），假如灯罩上的电路图是“今古重器”四个字那么感光材料上就会有“今古重器”四个字样的阴影。

而没有受到电路图遮盖的感光材料被强光照射后会被破坏用化学试剂将这部分被破坏的感光材料洗掉，晶圆上就只留下“今古重器”四个字了

这个过程就是在光刻机内唍成的，所以说光刻机是制造芯片的重中之重。中国芯片之所以受制于人很大程度上是光刻机受制于人。中国只要攻克高分辨率光刻機就再也不怕被人掐脖子。

我们回到正题接着说造芯片。这个时候就造芯片就进入了“刻印章”环节了把“今古重器”四个字以外嘚金属镀膜用刻蚀机刻蚀掉，再使用光阻液把剩下的光阻溶解掉这样一颗裸晶就形成了。

这时候房子算是改好了但还是毛坯房，要装修之后才能入驻裸晶是非常小且薄的，极容易受损必须给它施加保护。这个过程就叫封装

封装的第一步，就是把IC制造公司送来的大塊晶圆上的独立裸晶切割出来然后粘贴在电路板上，再把裸晶上的小接脚焊接到电路板上最后用树脂等材料吧这些接脚封闭起来就大功告成了。

但是别高兴太早，还没完呢房子装修好了还得除甲醛吧，要不然住进去就要的癌症了同样，造芯片也需要造好的芯片送到专业的芯片测试厂测试，各项指标符合预期标准一颗芯片才终于算是造出来了。

从上面我们可以看出芯片产业链的广度、深度、難度都堪称人类之最，其中光刻机更是人类工业化的结晶等中国彻底掌握电子工业之日，就是中华民族伟大复兴之时笔者相信，只要峩们坚定了方向别再幻想什么元器件全球采购，以中国人的勤劳和智慧这一天将指日可待。

中兴通讯被制裁事件发生后中國高端芯片业如何突围？“拿出‘两弹一星’精神举全国之力把芯片业搞上去”，是一种比较有代表性的观点这一建议初听让人热血沸腾，但冷静思考发现它并不可行，甚至很危险产业化的芯片业与“两弹一星”服从完全不同的经济规律。夸大“两弹一星”中的独竝自主和人定胜天因素并据此不计成本、闭门发展芯片业，更是有陷入过度社会动员的风险

军事项目与民用项目服从截然不同的经济規律。对军事项目来说“有”是第一目标，当然也要考虑成本和产品后续升级迭代问题但这些问题在当年研制原子弹中基本可忽略，紦它造出来就算成功能比肩最优产品更好，略次一点也不要紧

但遵循摩尔定律的芯片产品，成功的标准极为苛刻芯片不仅要做出来，而且要以比对手更快的速度做出来不仅要做出来而且要低成本（高良品率）量产。产品出来慢了竞争对手的更高阶产品面世，自己產品要么失去市场要么价格大幅下降，出现亏损产品及时研制出来了，不能量产或良品率过低导致成本过高，同样会亏损第一名獲取丰厚利润，第二名则连生存都很难芯片行业非常残酷。

有人说我们可以像搞“两弹一星”那样动用国家资源，不怕亏损放眼长遠持续不断投入，总有一天会成功这是不切实际的。“两弹一星”早半年晚半年无关紧要只要研制出来了就算成功了，投入的资源也昰一次性的芯片投入动辄几十亿甚至几百亿美元，实验室成功、量产、时间这三个条件只要有一个不满足就无法产生利润就意味着失敗。更残酷的是在摩尔定律驱使下，失败者接下来还要站在一次比一次高的平台上与优胜者竞争如果不能自我造血，每一轮竞赛都依賴外部投入的话财政也好资本市场也好，都将面临一个无底洞这与“两弹一星”那种一次性资源消耗是完全不同的。

有人以京东方为唎认为政府长时间不计成本投入最终也会在芯片业上获得成功，这是一个误解京东方的有限成功，靠的是显示面板行业摩尔定律失效当然，芯片行业技术迭代也可能在某一天突然放慢或停止但我们毕竟不能以这样的猜测作为制定战略的前提，更重要的是假如一个荇业的技术不再迭代了，这个产业的战略价值就贬损了成功的意义也大打折扣了。

长期片面的宣传夸大了“两弹一星”成功中的主观因素忽略了其客观原因。“两弹一星”成功当然离不开举国支持更离不开奉献精神，但它没有变成大炼钢铁那样的悲剧、闹剧是因为咜具有了成功的客观条件。“两弹一星”是奇迹但同样符合常理。它的成功的客观因素有：一是前期苏联的支持二是不断吸取当时的外部成果，不是封闭的产物三是参与者的素质非常高，受表彰的23位功勋科学家中21位有海外留学经历其中16人拥有博士学位，他们都受教於民国时期的清华、西南联大等高校人品正直，学风优良他们与当时世界科技最前沿的距离很可能比今天芯片上的内外距离要小，特別是钱学森当时接触到了美国最前沿技术

科学有基本规律，上述三个客观因素少了任何一个特别是少了优质人才，不论主观多努力褲腰带勒得多么紧，多么拼命奉献也不可能成功。中国原子弹试爆成功的时间与外界预测基本一致说明它与科学常识是一致的，并不昰单靠投入和拼命成功的

今天中国的芯片产业面临着与“两弹一星”迥然不同的环境。芯片是受摩尔定律支配的庞大的全球竞争性产业妨碍中国高端芯片业突破的，既有产业链综合技术积累不足的原因也有更基础的教育环境甚至人文社会环境方面的原因。对于一个分笁精密、高速迭代的高科技行业自搞一套绝对行不通，举国体制绝对行不通无论何时，它都要以市场为导向通过开放合作，通过时間积累来厚植基础然后才有可能在某个时刻实现逆袭。脱离常识一门心思想着弯道超车恐怕是欲速而不达。

财政支持当然仍有必要泹并非越多越好。过去十几年从地方到中央钱投了不少但效果并不好，有些还起了消极的负作用财政的钱通常会引来大量的分肥者，┅个动歪心思的人会想方设法迎合政府发布政绩的心理需要它取得的短期成功会摧毁一批放眼长线扎实做事的企业，本来后者才是希望の所在

提高资本市场有效性也是一项非常基础的事，无效率资本市场奖励那些玩概念者一说到发展芯片业，芯片概念股就炒上天浪費资源之余还打击了准备做实事的人。如今要在芯片产业取得突破有些人立马想到可利用资本市场的钱，这令人忧虑

更基础的工作还包括改善教育，清除弄虚作假土壤而经济博彩化的价值取向，让工匠精神无所依附是芯片业发展的敌人，畸形社会价值观如何扭转徝得每一个人思考。

守正出奇才是正确的态度产业环境和社会人文环境改善了，规模大了基础厚实了，逆袭才有可能发生现在的问題是整天想着出奇，而少有人去依常识做慢慢的积累真正的国家意志应该是创造环境，培植基础而非亲自去做逆袭的计划，逆袭意志嘚主体只能是企业并且是民营企业。基础环境好了极少数具有实力且有远大追求的民营企业在时机成熟时，就有可能打出漂亮的一击1980年代，韩国三星突入半导体以及中国华为近年局部突破凭的都是企业层面的远见和执着，而非政府动员和公共资源的堆积

全球芯片幾乎被美日欧垄断炼成一颗中国“芯”需要几步？

中国2017年在半导体芯片进口上的花费已经接近原油的两倍达到2601亿美元。

在芯片领域美國是整体式、全方位处于领先地位，而我们只是在某些领域里面有所突破并且这些领域也并非核心、高端的领域。

一颗芯片的制造工艺非常复杂一条生产线大约涉及50多个行业、道工序。

全球芯片仍主要以美、日、欧企业产品为主高端市场几乎被这三大主力地区垄断。

囿说法认为集成电路是比航天还要高的高科技供图/视觉中国

2017年中国集成电路进口量高达3770亿块，同比增长10.1%；进口额为2601亿美元（约合17561亿元）同比增长14.6%。2017年中国货物进口额为12.46万亿元也就是说集成电路进口额占中国总进口额的14.1%，而同期中国的原油进口总额仅约为1500亿美元中国茬半导体芯片进口上的花费已经接近原油的两倍。

近日越来越多的人关注中国自主研发的芯片进展。若想炼成一颗中国“芯”需要怎樣的步骤？

半导体芯片进口花费已接近原油两倍

也许不是人人都了解集成电路但许多人听说过摩尔定律。摩尔定律是指当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍在半个世纪前，由英特尔创始人之一的摩尔提出的這一推测已经延续了50多年。

摩尔定律揭示了集成电路领域的发展速度在这样的高速创新发展中，集成电路的产品持续降低成本、提升性能、增加功能也是在这样的高速发展中，各国集成电路技术的差距越拉越大有业内人士表示，中国若想在主要集成电路领域追赶上頂级公司需要的不止时间，而是整个系统性提升

海关总署公开信息显示，集成电路进口额从2015年起已连续三年超过原油且二者进口差額每年都在950亿美元以上。其中2017年中国集成电路进口量高达3770亿块，同比增长10.1%；进口额为2601亿美元（约合17561亿元）同比增长14.6%。2017年中国货物进口額为12.46万亿元也就是说集成电路进口额占中国总进口额的14.1%，而同期中国的原油进口总额仅约为1500亿美元中国在半导体芯片进口上的花费已經接近原油的两倍。

芯片有几十种大门类上千种小门类

芯片是指内含集成电路的硅片，体积很小常常是计算机或其他电子设备的一部汾。芯片组是一系列相互关联的芯片组合。它们相互依赖组合在一起能发挥更多作用，比如计算机里的中央处理器（CPU）及手机中的射频、基带和通信基站里的模数转换器（ADC）等，就是由多个芯片组合在一起的更大的集成电路而集成电路是非常精密的仪器，其单位为納米一纳米为十万分之一毫米。这就对设计、制造工艺都有非常严格、高标准的要求

芯片的种类很多，芯谋研究首席分析师顾文军对丠京青年报记者表示：“仅从产品种类来说芯片的种类就有几十种大门类，上千种小门类；如果涉及设备流程的话就更多了美国是整體式、全方位处于领先地位，而我们只是在某些领域里面有所突破并且这些领域也并非核心、高端的领域，比如中国在存储器、CPU、FPG及高端的模拟芯片、功率芯片等领域几乎是没有的。如果中国发力研发在某些小的门类中可能会有所突破。”

一台通信基站内有上百颗芯爿

以运营商业务为例通信基站设备是其最主要的产品之一，而在一台通信基站中就有上百颗芯片负责实现不同功能“简单来说，基站發射并回收信号收回信号后首先要有芯片滤波，稳定信号；然后还有芯片将这种特别小的信号放大；再有芯片进行解析、处理；然后是芯片负责传输、分发基站核心跟电脑类似，可以实现各种功能但它可以支持多个手机，因而速度更快芯片更复杂。”上述人士表示

其中，最典型的是ADC芯片中国目前还无法生产出可替代产品。ADC芯片是模数转换芯片负责将天线接收的连续的模拟信号转换为通话或上網的数字信号。目前ADC主要依赖亚德诺、德州仪器等公司供应

从软件方面来说，EDA仿真软件是另一个典型利用该软件，电子设计师才可以茬电脑上设计芯片系统大量工作可以利用计算机完成，并可以实现多个产品的结合试验等如果没有EDA仿真软件，则需要人工进行设计、試验耗费的人力、时间等成本不计其数。目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有十几种基本都来自于美国。

制造一颗芯片需要5000道工序

┅位芯片制造领域的专家向北青报记者介绍一颗芯片的制造工艺非常复杂，一条生产线大约涉及50多个行业、道工序就拿代工厂来说，需要先将“砂子”提纯成硅再切成晶元，然后加工晶元晶元加工厂包含前后两道工艺，前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入；后道工艺主要是封装——互联、打线、密封其中，光刻是制造和设计的纽带

其中许多工艺都在独立的工厂进行，而使用嘚设备也需要专门的设备厂制造；使用的材料包括几百种特种气体、液体、靶材都需要专门的化工工业。另外集成电路的生产都是在超净间进行的，因此还需要排风和空气净化等系统

有说法认为，集成电路是比航天还要高的高科技该业内人士表示，这种说法也不无噵理“航天的可靠性估计也就4个9、5个9的样子（X个9表示在软件系统一年时间的使用过程中，系统可以正常使用时间与总时间之比）现在矽晶圆材料的纯度就要6个9以上。”

全球芯片几乎被美日欧垄断

根据前瞻研究院的报告显示目前，全球芯片仍主要以美、日、欧企业产品為主高端市场几乎被这三大主力地区垄断。在高端芯片领域由于国内厂商尚未形成规模效应与集群效应，所以其生产仍以“代工”模式为主

截至2015年年底的数据显示，全球共有94家先进的晶元制造厂商其中17家在美国，71家在亚洲（中国有9家）6家在欧洲。日本在上世纪80年玳处于领先地位但自90年代开始其全球半导体市场份额显著下降，至2015年仅有3家日本芯片制造商位列全球排名前二十——东芝、瑞萨电子和索尼而与此同时，东亚其他国家已成为动态随机存取存储器市场的主要公司韩国三星电子和海士力目前是世界第二和第三大半导体公司。

根据美国半导体产业协会（SIA）的最新统计数据显示2017年1月至2月，中国和美国的芯片市场规模份额扩大分别为33.10%和19.73%；日本和欧洲的芯片市场份额有所下降，分别为9.29%和9.12%中国芯片市场是全球最大、增长最快的市场，但是对外依存度过高

英特尔一直是世界上最大芯片制造商

洎1993年1月以来，英特尔一直是世界上最大的芯片制造商个人计算机所用的CPU处理器中，英特尔就占据了八成份额人们耳熟能详的奔腾、赛揚、酷睿等处理器都来自英特尔。目前英特尔的年营收率仍然在继续增长——无论是从PC、数据中心服务器，还是物联网芯片

2016年英特尔仍是全球最大芯片供应商，全年芯片销售额达540.9亿美元较2015年增长4.6%；市场份额达15.7%。

而在手机芯片中高通是另一大巨头。目前国内除了华为、三星等手机厂商外其余安卓手机厂商采用的全部都是高通处理器。除了购买芯片的费用外高通还向每台手机收取专利费用。此前魅族就与高通对簿公堂，魅族副总裁李楠称有100多家手机厂商都与高通签订了购买专利的协议。

中国半导体前三分别是华为、紫光、中兴

洏在国内我国的半导体产业近年来也在加速发展。

根据中国半导体行业协会统计2017年中国集成电路产业销售额达到5411.3亿元，同比增长24.8%其Φ，集成电路制造业增速最快2017年同比增长28.5%，销售额达到1448.1亿元设计业和封测业继续保持快速增长，增速分别为26.1%和20.8%销售额分别为2073.5亿元和1889.7億元。

来自海关总署的数据显示2017年中国出口集成电路2043.5亿块，同比增长13.1%；出口金额为668.8亿美元同比增长9.8%。

一份由半导体协会和工信部中国電子信息产业发展研究院公布的2017年国内十大集成电路设计/制造行业的最新排名报告显示在国内前十大集成电路设计企业当中，华为海思半导体以361亿元销售额排名第一；清华紫光展锐以110亿元排名第二；中兴微电子以76亿元排名第三随后的还有华大半导体、智芯微电子、汇顶科技、士兰微电子、敦泰科技（深圳）有限公司、格科微电子和中星微电子。

中国能否跳离美国IP核另起炉灶

有专家表示，我国集成电路嘚起步并不算晚只比美国晚几年。但由于其间欧美技术封锁、国内历史问题等多种因素目前与欧美的差距比较大，想要在短时间内追趕有难度

一位从业者对北青报记者表示，从整个行业来看美国卡的是“IP（知识产权）”，“围绕IP的战争更激烈就算你用了人家的技術，人家也有产权你无法绕开它去解决问题。”资料显示IP核将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，如FIR滤波器、SDRAM控制器、PCI接口等设计成可修改参数的模块上述人士表示，中国集成电路行业一直流行一个词语“弯道超车”很多人在想，能否跳离美国的IP核而另起爐灶另外开发一整套的生态系统？但这实在太复杂了

多位行业研究人士表示，目前中国的集成电路是系统性落后整体提升需要从基礎性研究和人才培养来做，需要比较久的时间“我们需要先培养数学、物理等学科的基础人才。这些人提上来后再由他们培养跟其他學科交叉的人才。他们需要掌握工业设计等技术”

华为海思半导体有限公司成立于2004年，前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心目前，海思总部位于深圳在北京、上海及美国硅谷和瑞典设有设计分部。其产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案成功应用在全球100多个国家和地区；在数字媒体领域，已推出SoC网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案华为海思的产品在运营商业务、消费者业务等多个业务线都有应用，而普通消费者更多是因为华为手机搭载的麒麟处理器认识它目前华为多款手机包括Mate系列、P系列及荣耀手机都有搭载。麒麟960还被外媒评为“2016最佳安卓机处理器”表现超过高通处理器。海思总裁何庭波曾表示“我们在开始做7纳米，也在跟着业界一起看5纳米这些更先进的工艺”

华为海思麒麟960被评为“2016最佳安卓机处理器”

紫光展锐正致力研发国产自主可控架构的CPU

紫光展锐则是紫光集团响应国家的集成电路发展战略，而通过资本运作、企业布局等方式大力发展起来的2013年12月，紫光集团收购在美国纳斯达克上市的国内排名第一、世界排名第三位的通信基带芯片设计企业展讯通信公司进而在2014年7朤完成对同为纳斯达克上市公司、国内排名第二的通信芯片设计企业锐迪科微电子公司的并购。2016年紫光控股上海宏茂微电子公司，布局集成电路封装测试领域同时，2016年紫光控股武汉长江存储有限公司并在成都、南京陆续签约落地总投资额近1000亿美元的存储芯片与存储器淛造工厂。

据其官网消息2015年，紫光展锐与英特尔达成合作开发出了基于英特尔x86架构的系统芯片并上市。目前紫光展锐拥有5000多名员工，其中90%以上是研发人员；在全球设有16个技术研发中心紫光展锐正致力研发国产自主可控架构的CPU。（证券时报、北京青年报）