深度：國產晶片到底差在哪？一文讀懂中國半導體產業現狀

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，讓我愈發覺得半導體產業的受制於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重要，卻不懂半導體產業究竟重要在哪裡，所以我想儘量用通俗的語言帶大家走進半導體產業鏈，談談目前我國半導體產業的發展現狀。

說到半導體，可能很多人還一頭霧水，但談及晶片相信沒人不知其重要性。

晶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嚮導電性的元件，就像我們馬路上的單行道，汽車只能單向通過，那這有什麼好處呢？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麼去實現呢？拿我們家裡最常見的電路來說，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。

這裡燈泡的亮暗就代表信號，開關則類似於半導體結構，我們通過設計半導體電路傳達信號，並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，就把晶片比作我們的大腦，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，晶片里的半導體就相當於神經元，電路間的電流類似於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。

現在我們明白了晶片的運作邏輯，再聊一聊晶片的製造環節，晶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矽片上。

先將金屬靶材濺射到矽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，再將磷和硼摻雜到矽片上，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晶片，最後將指甲蓋大小的晶片從晶圓上切下來進行封裝測試，一塊晶片就被完整地製作出來了。

IC設計：後起之秀，移動晶片比肩一流大廠

晶片的成功生產包括IC設計、製造和封裝測試。

首先是IC設計，也就是在晶片上設計電路實現邏輯功能，IC設計是晶片生產的重中之重，同時也是最難的一環，如果沒有一個好的IC設計，後續的製造也就無從談起。

說到設計那就不得不提到製程，我們在看到關於晶片的文章時常常會聽到28納米、10納米諸如此類的名詞，這是對晶片製程的描述，也被稱為技術節點，一款晶片的性能的優劣很大程度上取決於其製程工藝，製程工藝每一次提升，帶來的都是性能的提升和功耗的降低，目前我國晶片IC設計水平在16/14納米，而華為海思2017年推出的麒麟970製程達到10納米，即將推出的麒麟980也將採用台積電的7納米製程，7納米的工藝製程是目前最先進的量產技術。

但是，半導體產業的發展遠遠超乎人們的想像，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納米的製程才剛剛實現量產，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，那麼華為海思推出了製程為10納米的麒麟970晶片是不是就意味著海思擁有生產10納米製程晶片的技術了呢？這裡就要涉及到目前晶片產業三種主要的產業鏈模式：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則是有能力設計晶片架構，但沒有晶圓工廠，需要找代工廠將所設計晶片的最終物理版圖交給晶片加工企業進行加工製造，知名的有ARM、NVIDIA、高通、蘋果和華為。

Foundry則指像台積電這樣的代工廠，擁有工藝技術為IC設計廠商進行代工。

大家看到這裡應該就明白了，華為海思其擁有的只是IC設計技術，工藝技術上還需委託給台積電進行加工。

目前我國基本沒有 IDM 公司，所有的 IC 設計公司都是 Fabless 模式。

2017年我國已有海思、展訊、中興微電子等 11 家企業進入進入全球前50純IC設計業者之列，其中華為海思和紫光展銳更是躋身前十。

那麼，前有華為海思、紫光展銳躋身IC設計領域第一梯隊，後有北京君正、中興微等後起之秀，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晶片，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，國內相關的企業所生產CPU還遠遠無法達到商用量產的水準。

除了功能晶片上的差距，在存儲晶片方面，武漢長江存儲試圖發展的3D Nand Flash(快閃記憶體)的技術還處於 32 層快閃記憶體樣品階段，而三星、英特爾等全球龍頭企業已開始陸續量產 64 層快閃記憶體產品。

同樣的，曾在A股市場風光無二的存儲晶片廠商紫光國芯，其生產的內存條還屬於DDR3時代的產品，新開發的DDR4產品還在驗證優化中，而三星電子在2011年就已完成了第一款DDR4 DRAM規格的內存條開發，並採用30nm級工藝製造了首批樣品。

製造：蓬勃發展，後程發力縮短差距

說完了設計，咱們再來談談製造，前文我們概述了晶片的製造流程。

晶片的製造過程其實就是晶圓的生產過程，通過矽錠生產、切片、靶材濺射、光刻、刻蝕、摻雜等核心工藝製造出晶圓，再將晶圓進行切割便可得到晶片。

晶圓製造工藝的優劣看「一大一小」。

「一大」指的是晶圓的尺寸，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」便是晶片的製程工藝，目前國際上晶片製程工藝已經達到了7納米級別，三星在今年五月更是宣布通過重新設計電晶體底層結構，克服當前技術的物理性能極限掌握了3納米晶片製程的工藝。

反觀中國，除了台灣的台積電掌握成熟的7納米晶片製程工藝進入世界晶片先進位程第一梯隊,大陸地區僅有28納米工藝在 2015 年實現量產，且仍以 28納米以上的製程工藝為主，甚至大量的廠商製程工藝還停留在微米級別。

晶圓製造除了在工藝方面落後，在產量上也無法滿足需要，加上給外資代工的廠商，2016 年中國地區晶圓製造產能僅占全球 10.8%，而消費市場占全球 33%。

製造工藝的落後加上產量的不足，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。

提到限制我國晶圓製造工藝進步的因素就不得不提及半導體設備，根據 SEMI 統計，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製程都已經向10納米以下發展，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製程只能達到90納米；作為國內在半導體設備領域的絕對龍頭企業，北方華創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納米製程的薄膜沉積設備已交付客戶端進行驗證，2018 年，北方華創開始布局 10納米、 7納米前沿關鍵技術研發，保持前沿技術的開發力度。

除北方華創外，中微半導體的16納米刻蝕機已經實現商業化量產並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，並且還是台積電7納米刻蝕設備供應商中唯一來自大陸的企業。

在材料領域，江豐電子作為國內高純濺射靶材行業龍頭企業，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。

封測：優勢環節，併購整合搶占全球市場

敘述到此，關於晶片半導體產業鏈的介紹只剩下封裝測試這最後一個環節。

通過層層加工我們終於得到了一枚小小的晶片，因為晶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，使晶片電路與外部器件實現電氣連接，並為晶片提供機械物理保護，讓其易於安裝到電路板上進行使用，並對封裝完畢的晶片進行功能和性能測試。

封裝測試是我國在晶片產業中的優勢環節，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領域的銷售規模也僅次於台灣。

經梳理髮現，雖然華為海思和紫光展銳在半導體產業鏈晶片設計領域已經進入世界第一梯隊，但我國在存儲晶片、CPU以及智能晶片的設計，還未出現優秀的公司；晶圓製造上，我國目前的製程工藝除了台灣的台積電已經達到了7納米的製程工藝外，我國大陸地區的技術節點還處於28納米以上的階段，落後於7納米的世界先進水平；而在封裝測試這個優勢領域，通過自主研發先進封裝和海外併購整合，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，晶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添磚加瓦！