缺“芯”与创“芯”

张程

4月16日，美国商务部工业安全局以中兴通讯违反美国出口管制规定向伊朗销售美国技术的通讯设备为由，激活对中兴通讯的“拒绝令”，未来7年将禁止美国公司向中兴通讯销售零部件、商品、软件和技术。这一消息对于中兴通讯而言是灾难性的，在当前5G通信网络建设的发轫期，作为中国信息通信技术设备制造领域最大的上市公司，中兴通讯很可能因为此次美国的“封杀”而失去参与新一轮技术升级的能力。

美国“封杀”中兴通讯在国内引起了舆论场的热议，尤其是刺痛了中国半导体产业的敏感神经。此次美国封杀中兴通讯，最大的危机来自“芯片”断供，这很可能意味着中兴通讯将陷入无“芯片”可用的尴尬境地，从而直接让中兴通讯失去制造新一代信息通信技术设备的能力。目前中國企业还没有掌握先进制程芯片的生产技术，中兴通讯面临的困局极其严峻。

虽然此次美国只是封杀了中兴通讯一家，并没有波及到整个对中国的芯片贸易，但是“唇亡齿寒”，美国在芯片领域垄断性的优势所带来的潜在威慑力，不仅震慑了中国企业，也让国人受到震撼。使得人们不得不重新思考中国在国际分工中将要扮演的角色，以及芯片在未来中国发展中所承担的作用。

中国有多缺“芯”

中国是电子产品制造的第一大国，对芯片的需求量占了全世界总需求量的50%以上。然而中国的芯片却大部分依靠进口，在高精尖行业的中高端芯片需求上，更是超过九成以上需要靠进口。根据中国半导体行业协会的统计数据，2017年我国集成电路产品需求达到1.4万亿元，而国内供给量仅为5411.3亿元，自给率仅为38.7%。2017年，中国集成电路产品进口金额达到2601.4亿美元，已经远超原油，成为我国第一大进口商品。

在阐述中国芯片产业现状之前，有必要先对这个行业做一些了解。芯片是由集成电路经过设计、制造、封装等一系列操作后形成的半导体元器件。其生产过程主要包含设计、制造、封测三个阶段。

通常人们口头所说的芯片（chip）指的是一种微型的集成电路（integrated circuit）芯片，主要生产材料是化学元素硅（Si）。作为一种集成电路，因为需求的不同，芯片的规格、能效也各不相同，这些也会相应的体现在设计阶段，即芯片会按照实际的应用场景去设计。

目前我国的芯片设计能力基本上已经接近了国际一流的水准。不仅专业的芯片设计公司在参与，许多互联网公司也在积极参与芯片设计环节，例如百度、阿里等都在研发自己的人工智能芯片。

芯片设计好之后就是芯片的制造。在理解芯片制造之前，需要先了解两个概念——晶圆和制程。晶圆可以比喻成盖房子时的地基，它实际上是圆片形的硅晶片，因为硅晶片特殊的原子结构很适合用来做集成电路的材料。但是硅的原子排列特性又会限制晶圆的尺寸，简而言之就是要制造大尺寸的晶圆会比较难，这也成了晶圆制造的一大技术障碍。

另一个概念是制程。制程是芯片的制作工艺，精度越高，电晶体越细，技术越先进。目前芯片的制程已经是以纳米为单位，比如40纳米制程、28纳米制程、14纳米制程等。通常电晶体越细能耗就越小，但是因为物理限制，当电晶体缩小到 20 纳米左右时，就会遇到漏电的现象。同时因为一颗原子的大小在0.1纳米左右，因此制程缩小有其下限。以上这些都是芯片制造工艺发展中的技术瓶颈。

制程是目前各大芯片制造厂商技术竞争的焦点，更小的制程意味着能制造出体积更小、耗电量更少的芯片，因此也就能制造出更精细的电子产品。比如耗电量更低，更薄的手机。

台积电、三星、英特尔等国际一流芯片制造商，目前已经掌握了10纳米制程芯片的量产技术，正在尝试实现7纳米制程芯片的量产。中国企业目前还处在28纳米制程芯片量产技术的爬坡期，与国际一流的芯片制造商之间的技术差距还比较大。

最后是芯片的封装。芯片的体积小且薄，如果不在表面施加保护，会被轻易刮伤和损坏。同时也不易安装在电路板上。传统的芯片封装方法比较常见的是双排直立式封装和球格阵列封装。双排直立式封装的外形就像一条蜈蚣，两边各有一排连接用的电路，中间是一个黑色的长方体，在一些家用电器的电路板上经常能看到。球格阵列封装外形通常为方形，中间是一个黑色的方块，里面包裹着芯片，四周是排列着的电路连接点。相比较于双排直立式封装，球格阵列封装的芯片体积更小，但是成本也更高。一般是中高端芯片的封装方式，用在一些附加值高，精细度要求较高的产品上，如手机、个人电脑等。

随着对更小体积芯片需求的出现，又出现了新的封装方式，即将各种不同功能的芯片封装在一起。例如苹果公司的智能穿戴设备Apple Watch中的芯片就采用了这种封装方式。封装完成之后就是测试，测试合格后就可以交付使用了。

在芯片封装方面，中国企业的水平基本上已经算是国际一流水准，但是中高端芯片封装的市场占有率并不高。

目前中国芯片产业的现状是，包含芯片设计、制造、封装、销售整个产业链的企业很少，单看芯片设计、芯片制造、芯片封装有一些能进世界前十。另外在芯片产业装备制造上，中国与世界一流水平有着非常大的差距。例如韩国三星已经在试产7纳米制程的光刻机，中国目前最先进的自主研制光刻机精度是90纳米。

中国创“芯”之路

近年来随着消费电子设备的大繁荣，我国对于芯片的需求也在急剧上升，集成电路已经成为我国最大宗的进口商品。迫切需要自主生产芯片的能力。

2014年6月，国务院正式发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》，提出到2030年集成电路生产的主要环节要达到国际先进水平，一批企业进入国际第一梯队。2014年9月，为了贯彻《国家集成电路产业发展推进纲要》，正式成立了国家集成电路产业投资基金（简称“大基金”），首期募集规模达1387.2亿元。截至2017年底，该基金有效决策投资67个项目，累计项目承诺投资额1188亿元。在承诺投资额占比方面，IC制造业占63%，设计占20%，封测占10%，装备和材料占7%。

从“大基金”的资金投向上我们可以看出其侧重点是设计和制造，而制造又是重中之重。我国的芯片制造代工企业龙头是中芯国际，该公司已经在香港上市，为国资控股企业。在股东列表中可以看到，其第二大股东即为“大基金”。作为中国芯片制造业龙头的中芯国际无疑是国家发展集成电路产业的重要抓手。

不过从目前的发展情况来看，中芯国际要跻身国际芯片制造的第一梯队还有很长的路要走。2017年台积电的营业收入为330亿美元，中芯国际营业收入为31亿美元，不到台积电的十分之一。台积电的净利润率为35.4%，中芯国际仅为5.8%。目前台积电的市值为2000亿美元，中芯国际的市值为520亿港元，约为台积电的三十分之一。无论是技术实力还是企业规模，中芯国际与第一梯队都有很大的差距。

透过中芯国际的财务报表我们可以看到其技术发展的程度。根据中芯国际2017年第四季度的财务报表显示，其营业收入的近一半来自90纳米以上制程的产品，这类产品基本上是中低端产品。约四成营收来自40～65纳米制程的产品，只有11.3%营收来自28纳米制程的产品，这也是目前中芯国际最先进的产品。反观国际第一梯队，台积电2017年第二季度28纳米制程以下的产品已经占到营收的54%。

技术方面，中芯国际28纳米制程芯片的良品率还处在爬坡阶段，目前正在全力研制14纳米制程技术。台积电28纳米制程芯片早在2011年已经实现量产，目前台积电、三星、英特尔等都已经掌握了10纳米制程芯片的量产技术，并且在2017年已经开始试产7纳米制程的芯片。

技术上的差距也将体现在盈利能力上。例如2015年台积电就将28纳米制程的设备折旧摊销完毕，于是开始压低产品价格，大打价格战。而对于在2016年才开始28纳米制程芯片量产的中芯国际来说，显然就会遭到压制。一方面是爬坡阶段居高不下的研发支出和设备折旧摊销，另一方面是产品的利润率遭到打压，因此中芯国际的盈利能力短期恐怕难与技术领先的企业相比较。这种技术打击在未来一段时间内还会存在。

不过在国家意志的支持之下，中芯国际的前景可期。2018年1月30日，中芯国际旗下子公司中芯南方获得国家集成电路基金和上海集成电路基金共17亿美元的现金注资。另外根据各方签订的协议，还将通过债务融资的方式向中芯南方注资67.4亿美元。新成立的中芯南方将重点开发14/10/7nm制程芯片的制造。

除了资金之外，2017年9月，原台积电资深研发负责人、三星电子研发部总经理梁孟松加盟中芯国际，出任联席CEO。资深技术牛人的加盟或将助力中芯国际在28/14纳米制程上的大发展。

资金、人才之外，中芯国际背靠中国这个世界芯片需求量最大的经济体，在獲取市场方面自然有一定优势。虽然当前中国智能手机市场的出货量正在下滑，但是中国在人工智能、物联网、智慧交通方面的发展正在起步，这些领域也是未来芯片最重要的应用领域，在可以想见的未来，中国的芯片需求仍会非常大。获得国家大力支持的中芯国际在获取国内订单方面会有优势。

无论是因为此次“中兴事件”的刺激，还是中国的既定发展策略，创“芯”都是题中之义。中芯国际未来的发展路径或许可以参照中国屏幕制造业龙头京东方，在国家产业资本的大力扶持和产业政策的倾斜之下，经过十多年的努力，京东方在屏幕制造领域的水平已经跻身国际一流水准。在新一代OLED屏幕制造技术上，2017年京东方几乎与国际一流屏幕生产商同时开始量产。在资金和市场双牵引力作用之下，中国的芯片制造技术跻身国际一流水平只是时间问题。