從「芯」開始 道阻且長

在近期風波之前，大家對晶片並不關心，相關事件之後，對於晶片領域大家都在蠢蠢欲動，事實上，對靠科技吃飯的企業來說，晶片是其大腦，缺芯可是很要命的。

有人可能要問了：造個晶片，咋比找對象還難？

我不信，找對象更難！

晶片到底是個什麼鬼？

專業的定義是這麼說的：晶片，又稱微電路，是指內部含有集成電路的矽片。

要想明白晶片是什麼，得先知道半導體，而要知道半導體，有要從電子管講起，再談電子電路、電子計算器等等這些都與早期的無線電技術有關，是從無線電技術發展起來的高技術系列，直到現在人們常說的人工智慧。

噗……吐血，簡單點說，大家都知道，手機里最重要的就是晶片，手機能實現那麼多功能，讓我們那麼嗨皮的當然是晶片，其實晶片有三個非常重要的組成部分：矽片、電晶體、金屬線。

那他們是怎麼工作的呢？矽片，就是提供一個幹活的場所；電晶體，晶片裡面苦逼幹活的；金屬線，就是電流的傳送帶。

還是有些蒙圈對不對，打個比方，你要用手機給你女朋友拍照，第一步要幹嘛？

找個女朋友。

額……是打開相機，但是有沒有想過，打開相機的一瞬間發生了啥？其實就是你的手指給手機下了這樣一個指令：手機里有專門負責運送指令的快遞員，它們負責把信息交給電晶體，而電晶體由金屬線連著，可以把電流傳來傳去，分析這些信息，然後它們很快就明白了，原來你是想拍照，於是趕緊通知相機打開，這樣就可以拍照了。

當然，這只是非常簡單的一個比喻，這實際的過程很複雜，為了讓大家少死點腦細胞，簡單了解個大概就行。

（不正之處請各位大佬嘴下留情）

總的來說，矽片、簡體管和金屬線組合出了狂拽酷炫的晶片，讓我們動動手指、動動嘴就能實現各種騷操作。

那麼大家的問題可能就來了，既然晶片這麼牛掰，肯定很難造吧？

大家可真是個小機靈鬼，不難造，咱們至於讓米國這麼趾高氣昂的嗎？

那我們看看造個晶片到底有多難唄？

上面說了，晶片的來源是矽，那麼矽怎麼來的呢？沙子，為什麼是沙子呢？

敲黑板，朋友們，知識點來了。

選擇沙子的主要原因是因為沙子的主要成分是二氧化矽（SiO2），而半導體的原材料就是矽(Si)，所以直接從沙子裡面提取就可以了；其次是因為沙子它便宜，它取之不盡用之不竭，沙子到處都有吧。

而且矽在地球的元素含量僅次於氧，多的很呢。

但是呢，製作矽片，它只要矽，不要氧，那我們就要從中搞破壞了，通過高溫加熱的方法，一通化學反應之後，把氧帶走，於是矽就變成了單身狗，這樣很多個矽組合在一起就成為了一個矽柱子，最後我們用切黃瓜片的方式，把矽柱子切成薄片，就得到了我們想要的矽片。

矽的評判指標就是純度，你想想如果矽里有一堆雜質，那電子就別想在滿軌道和空軌道之間跑順暢。

太陽能級高純矽要求99.9999%，這玩意兒全世界超過一半是中國產的，早被玩成了白菜價。

晶片用的電子級高純矽要求99.999999999%(別數了，11個9)，幾乎全賴進口，直到2018年江蘇的鑫華公司才實現量產，目前年產0.5萬噸，而中國一年進口15萬噸。

而這僅僅只是提純，離成為晶片還有十萬八千里，九九八十一難。

說了這麼多，造個晶片過程之複雜，運算之精妙，零件之多，但這玩意就只有那麼一丟丟大，要在那麼一丟丟大的東西里，弄幾億個電晶體，近萬米的金屬線，可不可怕。

也就是說，電晶體越小，性能越爆炸，另外根據摩爾定律，當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

那中國為啥在這方面落後呢？

主要有三個原因：

1. 輸在起跑線上，高科技這種行業，每個國家從一開始就不一樣；

1947年，美國貝爾實驗室發明了半導體點接觸式電晶體。

直到1956年，中國才成功製成第一根矽單晶。

鑒於早期的計算機是用分立元件（電子管、電晶體等）做的，彼時中國還可以跟隨國外的計算機技術。

隨著集成電路發展到大規模集成電路時代，中國由於沒有集成電路產業的支撐，就明顯追趕乏力了。

而世界上的晶片技術卻突飛猛進。

到目前為止，雖然我們有華為海思、中芯國際等知名的晶片設計和晶片製造企業，但就整體產業發展而言，相較國際先進水平，我們可能需要一二十年才能追趕上。

1. 研發成本高，動不動就是上百億的投入；

事實上，晶片設計不光要燒錢，還需要時間沉澱，10年都算是少的，這屬於「燒錢燒時間」的核心技術。

拿英特爾來說，一年研發費用高達130億美元，占其營收的21.2%。

燒錢燒時間也就罷了，還要做好長期投入的規劃，即使晶片研發出來了，回報也是比較慢的，因為只有大規模批量生產了，才能降低成本。

1. 最重要的是，人才的稀缺

這幾年戲子當道，天價片酬、營銷炒作等這類的新聞鋪天蓋地，大家被亂象迷了眼，都熱衷於掙快錢，幻想一夜暴富，但是有多少人真正的關注科技。

雖說市場很大，但是沒有人才去挖掘，那就是看得見但是吃不著，在中國，AI晶片人才的儲備也只有世界的1%。

因此，不要覺得有了華為，大家就不用了「芯」慌了，實際上，我們在很多高科技方面的技術跟已開發國家相比還有很大的差距呢。

我們和世界的差距有多大？

晶片既然是核心技術，自然就會發展出獨立的公司，早期的設計製造都是一塊兒做的，最有名的：美國英特爾、韓國三星、日本東芝、義大利法國的意法半導體；中國的華潤微電子、士蘭微等，還有台灣的旺宏電子等。

目前現在晶片公司大概有三類：設計製造都做、只做設計、只做製造。

後來隨著晶片越來越複雜，設計與製造就分開了，有些公司只設計，成了純粹的晶片設計公司。

如，美國的高通、博通、AMD，台灣的聯發科，中國大陸的華為海思、展訊等。

現在世界上一半手機裝的是高通晶片；博通是蘋果手機的晶片供應商，手機晶片排第二毫無懸念；AMD和英特爾基本把電腦晶片包圓了。

這些全是美國公司，世界霸主真不是吹的。

在中國的晶片設計公司，台灣頂住了大半邊天！像聯發科走的中低端路線，手機晶片的市場份額排第三，很多國產手機都用，比如小米、OPPO、魅族。

華為海思是最爭氣的，大家肯定看過很多故事了，那就不展開了。

除了通信晶片，海思也做手機用的麒麟晶片，市場份額隨著華為手機的增長排進了前五。

除了晶片設計，還有一類是只製造、不設計的晶圓代工廠，這個台灣的台積電必須有名，正是它的出現，才把晶片的設計和製造分開了，2017年台積電包下了全世界晶圓代工業務的56%，規模和技術均列全球第一，市值甚至超過了英特爾，成為全球第一半導體企業。

中國的中芯國際具備28nm工藝，14nm的生產線也在路上，可惜還沒盈利。

大家還是願意把這活交給台積電，台積電幾乎拿下了全球70%的28nm以下代工業務。

最近台積電又上線了7nm工藝，穩穩壓過三星，而台積電的首批客戶就是華為的麒麟980晶片。

說了晶片設計、製造，當然與之對應的就是製造晶片的關鍵製造設備，這就多了，大約有200多種關鍵製造裝備，包括光刻機、刻蝕機、清洗機、切割減薄設備、分選機以及其他工序所需的擴散、氧化、清洗設備等。

每種裝備的製造技術要求都很高，製造難度極大且造價十分高昂。

而這其中最重要的設備，也是決定晶片良品率的就是「光刻機」，荷蘭阿斯麥公司是全球唯一的高端光刻機生產商，每台售價至少1億美金，2017年只生產了12台，2018年預計能產24台，這些都已經被台積電三星英特爾搶完了，2019年預測有40台，其中一台是給咱們的中芯國際。

既然這麼重要，咱不能多出點錢嗎？

第一：英特爾有阿斯麥15%的股份，台積電有5%，三星有3%，有些時候吧，錢不是萬能的。

第二，米國整了個《瓦森納協定》，敏感技術不能賣。

所以，論半導體設備，中國任重道遠。

AI晶片能否實現「彎道超車」？

大家經常聽到的高通、英特爾、IBM、谷歌這些公司它們到底是在哪些領域領先於我國呢？我們還能從哪些領域突破呢？

首先我們要知道計算類晶片是半導體產業的核心，目前世界範圍內主流標準化邏輯電路有四種：CPU、GPU、ASIC、FPGA。

可以說西方國家對這四類產品形成了一個革命性的壟斷，從圖中我們可以清晰的看到，這四個主流領域多被歐美已開發國家的電子巨頭所壟斷。

但是，機會來了！

AI的復興顛覆了以往由英特爾、AMD、高通等頂級晶片公司carry全產業的穩定局面，可以說，中國的晶片可以遲到，但是絕不會缺席。

AI 是 ASIC 的主要應用領域，隨著人工智慧時代到來，傳統的神經網絡算法在通用晶片(CPU 、GPU)上效率不高，功耗比較大，因此從晶片的設計角度來說，通用型往往意味著更高的成本。

而這就讓中國的初創企業看到了機會，通過針對AI操作進行優化，希望通過這樣的方法，它能夠在速度、功耗，甚至可能在晶片的實際尺寸方面超越GPU，能夠真正的實現「彎道超車」。

目前從全球範圍來看，基於人工智慧方向的ASIC 領域並未出現「一家獨大」的局面，反而呈現出國內外電子科技巨頭、科研院所和國內初創型公司互相競爭的格局。

不僅僅有英偉達、賽靈思、英特爾、高通等傳統的晶片巨頭，還有谷歌微軟、Facebook、國內BAT等網際網路巨頭，以及國內一批AI初創企業，如寒武紀、燧原科技等等，大家都在AI晶片這一賽道拚命發力，試圖在這一領域獨占鰲頭。

而國內更是掀起了造芯的熱潮，各行各業的巨頭都義無反顧的投身其中。

雷軍之前號稱小米晶片研發已投資40多億，並且表示在2019年還會繼續加大投入，但出來的成果是，小米自主研發的晶片，澎湃1隻是當時市場上一款中低端晶片，且並不穩定，短暫在小米手機使用後，隨即被棄用，而小米立項的澎湃二晶片項目，立項多年，不斷的注入資金，但到目前為止依然沒有成果，且被傳方案失敗率太高，需從頭開始做起。

另外 ，董明珠在去年也宣布要做晶片，每年投入100億，三年以後投入500億，乍聽起來真的不少，但是，真的夠嗎？

這是準備造「芯」，一些獨角獸已經研發出了晶片。

今年5月，四大獨角獸四大獨角獸之一的依圖科技推出首款視覺推理AI晶片產品QuestCore（求索），但是依圖科技並不單獨出售該款晶片，而是與依圖的智能軟體相結合，作為軟硬體一體化解決方案提供給客戶。

可見大家都還處在一個比較初級的階段，而且上文也說到了晶片的研發是一個長期的過程，不可能一蹴而就，最重要的是，如果無法實現落地，那根本沒有意義。

但是，個人認為，只要去發展，國產晶片還是非常有希望的，雖然目前還處於陣痛期，不過未來實現彎道超車之日可待。