「晶片」製造難度大 點沙成金無捷徑

光刻機

4月16日，太平洋彼岸的一則「禁令」，讓國人感受到了一顆晶片的「分量」。

美國商務部發布聲明稱，因中興通訊公司違反與美國政府去年達成的和解協議，將對該公司執行為期7年的出口禁令。

一顆「芯」難倒英雄漢，晶片製造的難點在何處？

排錯成本高難度大

網際網路我們有BAT可以和Facebook/Google過過招，電子整機有華為中興可以對抗思科愛立信，IT行業裡面為什麼獨獨集成電路，沒有能跟美國抗衡的能力？這還要從IC（集成電路）設計產業的特點來說起。

IC設計相對於網際網路和整機設備，有兩個重要特點，試錯成本高和排錯難度大。

網際網路做一個App，可以一天出一個版本，有些問題沒關係，第2天就可以修復，試錯和修改的成本幾乎為零。

整機硬體的電路板設計周期在1天到1個月之間，生產周期在3天到2周之間，出了錯重新投板費用在幾百到幾千之間，最多數萬塊錢。

而IC設計，不算架構設計，從電路設計開始到投片，最少要半年時間。

投片送到工廠加工生產，一般要2個月到3個月。

最重要的是一次投片的費用最少也要數十萬元，先進工藝高達千萬到數千萬。

如此高的試錯和時間成本對一次成功率的要求極高，不得不把流程拖長，反覆驗證，需要多個工種密切配合，團隊中一個人出錯，3個月後回來的晶片可能就是一塊兒石頭。

修改一輪，又要3個月。

與試錯成本高並存的是排錯難度大。

網際網路編個軟體，調試起來幾乎可以在程序任意地方設斷點，查看變量當時的狀態或者打出商標。

硬體電路板上，幾乎任何一根信號線可以拉到示波器上看波形。

而一顆手指甲蓋大小的晶片，裡面有上億個電晶體，而最終能在電路板上測量到的信號線卻只有十幾根到幾百根。

如何根據這少得可憐的信息，推理出哪個電晶體設計錯誤，難度不言而喻。

上述兩大特點導致對IC從業人員的素質要求極高，試錯周期長需要邏輯嚴謹細緻的工作態度，排錯難度大需要一套科學的實驗方法。

而這兩方面，恰恰是國內教育的軟肋。

過分重視知識的記憶，而忽略邏輯和方法。

所以當軟體工程師們靠自己的聰明和勤奮，不斷快速疊代的時候卻還是一次次的延後，上市時間依然落後。

更有很多bug無法找到原因，反覆投片實驗也無結果，最後只能以項目失敗收場。

高難度的產業背後蘊藏的是巨大的商業價值。

集成電路被譽為電子工業的糧食，除了對國家和行業安全有著巨大的意義，利潤率也隨著技術含量水漲船高。

晶片本身的材料是二氧化矽，成本極低，上面凝聚的技術就決定了利潤。

消費類晶片產品一般毛利率在30%～40%，工業用產品一般能在50%—60%以上。

晶片生產設備研發難

製造晶片的基本原理是：在金屬表面覆蓋一層光刻膠，然後用光先把光刻膠侵蝕掉，下一步再用化學物質浸泡，這樣有光刻膠的那部分金屬就不會被侵蝕、沒有光刻膠的地方會被侵蝕掉，之後金屬表面就形成了設計的形狀。

這兩個過程就是所謂的光刻和蝕刻，對應的設備就是光刻機和蝕刻機。

光刻機的複雜程度遠遠高於蝕刻機，目前最先進的光刻機製造商是荷蘭的ASML，可以說是僅此一家、別無分號（占有80%的市場份額），長江科技斥巨資購入的「喜提」ASML光刻機正是出自這一廠商。

現在，ASML使用的光線已經到了極紫外光（EUV），所以可以光刻7nm以下的大規模集成電路。

相比之下，中國的光刻機水平差距較大，還有很長的路要走。

相對而言，中國在蝕刻機方面做的相對較好，現在中國最先進的等離子蝕刻機已經製造到了5nm的製程，並且7nm製程的蝕刻機量產並向台積電等廠商供貨，這方面中國已經是世界頂尖水平。

根據工業和信息化部軟體與集成電路促進中心（CSIP）2017年5月發布的《中國集成電路產業人才白皮書（2016—2017）》（以下簡稱白皮書），目前我國集成電路從業人員總數不足30萬人，但是按總產值計算，需要70萬人，人才培養總量嚴重不足。

「高校的晶片產業人才儲備堪憂。

幾乎所有人都在做計算機應用的東西，而不是基礎的東西。

」北京交通大學副教授李浥東很理解計算機基礎領域和應用領域之間客觀存在的人才差異，「高校講就業率，學生看市場預期」，但他認為，無論是薪資待遇還是人才總量，目前都相差太大了。

「本質上都是在教學生怎麼用計算機，而不是教學生怎麼造計算機。

就像汽車專業教了一堆駕駛員一樣。

」談起晶片人才話題，中國科學院計算技術研究所研究員、「龍芯」處理器負責人胡偉武有很多話說。

在他看來，我國的晶片產業人才培養極不平衡，大多數人才都集中在技術應用層面，但研究算法、晶片等底層系統的人才太少。

他隨手就舉了一個現實的例子：絕大多數網際網路公司都在用Java編程，相應的人才儲備有數十萬甚至上百萬，但研究Java虛擬機（在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能的抽象化計算機）的人才非常少，「我2010年辦企業的時候連10個人都不到」，而今天全國可能仍不超過100個。

對於這一問題，中國工程院院士、中國計算機學會名譽理事長李國傑歸納為四個字——「頭重腳輕」。

他談到，人才儲備與培養比較薄弱，是我國晶片半導體產業與國際頂尖水平相比仍有明顯差距的一個關鍵因素。

白皮書指出，1999年到2016年，中國集成電路設計複合年均增長率為44.91%，蓬勃發展。

但我國集成電路產業的自主創新能力弱，關鍵核心技術對外依存度高、人才缺乏等問題依然十分突出。

根據《國家集成電路產業推進綱要》，產業規模到2030年將擴大5倍以上，對人才需求將成倍增長。

而產業人才的供給與產業發展的增速不匹配，依託高校培養IC人才不能滿足產業發展的要求。

白皮書指出，集成電路企業的研發崗專業人才年薪近30萬元，生產製造專業人才近20萬元。

而本科學歷的應屆生在晶片設計中的平均年薪近15萬元，博士學歷近30萬元。

調查表明，80%的企業每年調薪一次，每次調薪比例大都在5%到10%之間。

但這一薪資水平與網際網路企業的熱門崗位，尤其是大數據、人工智慧等崗位的薪資相比，明顯遜色不少。

拉勾網等網際網路人才招聘網站的招聘信息顯示，計算機專業本科畢業，且擁有4～5年工作經驗的人工智慧人才，月薪最高可以拿到4萬元，考慮到許多網際網路公司都會發12個月以上薪酬，最終年薪可能超過50萬元。