中国芯，上海造

吴雪

据中国半导体行业协会统计，综合“北上广深”龙头芯片厂商的布局，在半导体材料、设备、封装测试领域，抢滩前十频率最高的正是上海。可以说，上海几乎在半导体全产业链都有布局且均名列前茅。作为中国制造业的“皇冠”，上海芯，将引领中国芯片行业快速发展。

“芯”之传奇——寒武纪

早在2017年9月2日，在德国柏林国际消费类电子产品展览会上，华为发布人工智能芯片海思麒麟970。而这款成就了华为旗舰机型Mate10、荣耀V10和P20的芯片，它的创造者正是寒武纪。

寒武纪源自中国科学院计算技术研究所，专注研发智能云服务器、智能终端以及智能机器人的核心处理器芯片。两年前，寒武纪在上海临港扎根，作为国内人工智能芯片初创公司中的佼佼者，它的成名之路由来已久，华为海思推出10nm工艺的“麒麟970”就集成了寒武纪研发的Cambricon-1A神经网络处理器（NPU）。Cambricon-1A也由此成为了全球首个成功实现商用的深度学习处理器IP，被世界互联网大会评为“世界互联网领先科技成果”。

“1A的效果数据上就很直观，它的处理能力是整个芯片处理器的25倍，比苹果iPhoneX还要快3倍。”寒武纪科技罗韬告诉《新民周刊》，CPU应对拍视频、打游戏等一般功能，而智能芯片专门应对人工智能的应用，可以提供更强的算力。“比如人脸解锁功能，如果大家都在0.1秒解锁的前提下，我算力比你强，就会更快更准，没准素颜也能解锁。”罗韬风趣地说道。

如果1A足够令你兴奋，那么，2018年5月3日正式问世的1M终端智能处理器，则是1A芯片的“升级版”。作为公司第三代产品，寒武纪公司创始人陈天石介绍，1M的效能比将达到每瓦5万亿次运算新高度，支持多样化深度学习模型，支持经典机器学习算法，将广泛应用于智能手机、智能音箱、智能摄像头、智能驾驶等不同领域当中。而寒武纪历时两年由端入云，堪称“里程碑式”的研发成果——MLU100云端智能芯片，是中国第一款云端智能芯片，可以充分满足视觉、语音、自然语言处理、经典数据挖掘等领域复杂场景下的云端智能处理需求，让自拍更美，刷脸更准。“如果把芯片比喻成是人工智能的“大脑”，我们要做的是让大脑越来越聪明”，罗韬补充道。

可见，寒武纪，已然成为AI芯片的新标杆。在近日的新品发布会上，联想集团推出了基于Cambricon MLU100智能处理卡的ThinkSystem SR650，打破了37项服务器基准测试的世界纪录；中科曙光同步推出了基于Cambricon MLU100智能处理卡的服务器产品系列“PHANERON”，以升级版的PHANERON-10為例，单台服务器可集成10片寒武纪人工智能处理单元，可以为人工智能训练应用提供832T半精度浮点运算能力，为推理应用提供1.66P整数运算能力，典型场景下的能效提升30倍以上。

科大讯飞更披露了与寒武纪芯片的深度合作研发项目。原本使用传统处理器对一小时语音数据进行智能应用处理，需要一万小时的“慢速度”，用了寒武纪的智能处理器，将快于竞争对手的云端GPU方案达5倍以上，并使得语音识别准确率领先传统9.8%。众多眼光瞄向芯片行业利好前景，越来越多的资金流向这个“潜力股”。6月20日凌晨消息，寒武纪科技在官方微信号正式宣布完成数亿美元的B轮融资。该轮融资由中国国有资本风险投资基金、国新启迪、国投创业、国新资本联合领投，中金资本、中信证券投资&金石投资、TCL资本、中科院科技成果转化基金跟投，原股东元禾原点、国科投资、阿里巴巴创新投、联想创投、中科图灵继续跟投支持。寒武纪方面消息称，B轮融资后“寒武纪”整体估值达25亿美元。在新老投资人的助力下，寒武纪将继续致力于将智能芯片的思想、技术和产品播撒到世界每个角落，让机器更好地理解和服务人类。

在人工智能技术的发展过程中，神经网络正不断迈向更深、更复杂的方向，而硬件则正朝着机器学习任务处理专用的道路前进。未来，上海寒武纪将继续依托上海集成电路和人工智能行业的人才集聚、产业集聚的优势，与国内外的上下游企业携手共进，力争为世界智能产业打造先进的基础芯片技术和产品。

“芯”之跳动——大布局

芯片产业链主要由材料、设计、制造、封装、半导体设备等组成，多点跳动，多方联结，小到机顶盒芯片、光量子计算芯片，大到芯片代工厂、硅光子技术。芯片作为信息产业和信息安全的基础，无论是影响大众生活的消费电子，还是与科技发展密切相关的人工智能等高新技术，上海芯，扮演着举足轻重的地位。

上海交大一支年轻的数字电视研发团队，经历了多年开发SoC核心芯片的漫长之路，为电视荧屏的音画流畅传播贡献了领先于世界的“中国芯”。团队研发形成了“地面+卫星”双模机顶盒整体解决方案和地面数字电视一体机整机方案，完全取代了国外芯片，让3500万家庭安全、可靠、低成本地看上了电视。“这颗高级安全解码芯片在集成度、CPU能力、封装形式以及成本上，全面超越日本NEC、意法半导体、美国NXP的同类产品，但售价远低于国外产品。”第一完成人管云峰教授表示，这颗HD3601芯片，真正集成了一个计算机的几乎所有功能，封装后面积仅10平方毫米，是当时业内最小面积的户户通机顶盒芯片。

从手机屏走向电视屏，实在体验感上的直观改变，令芯片成为了世界科技巨头争夺的焦点，近年来，关于通用量子计算机的新闻屡见于报端，IBM、谷歌、英特尔等公司争相宣告实现了更高的量子比特数纪录。但问题是，如果没有全互连，精度不够，无法纠错，通用量子计算仍然可能是个难以实现的“空头支票”。

多年来，上海交通大学金贤敏团队致力于此，着力“破局”，在大大小小光影错落的实验室，研发了世界上最大规模、国内首个自主实现的光量子计算芯片。通过“飞秒激光直写”技术制备出节点数达49×49的光量子计算芯片，并演示了首个真正空间二维的随机行走量子计算。“研究人员可以像3D打印一样制备可集成大规模光子线路的光量子芯片。”金贤敏团队介绍。

虽然光量子芯片的研发仍然处于早期阶段，但光量子计算芯片不需要像通用量子计算那样依赖复杂量子纠错，可以直接用于探索新物理和在特定问题上推进远超经典计算机的绝对计算能力。这项研究进展对于推进模拟量子计算机研究、实现“量子霸权”具有重大意义。

芯片的制造以及量产，难度可想而知，除了在某些领域内芯片“点对点”的研发及制造，还应抓住芯片制造的关键点，最核心设备就是光刻机和刻蚀机，而光刻机又是芯片制造的重中之重。目前先进光刻机制造设备依然掌握在荷兰ASML手里。而荷兰ASML的光刻机10纳米已经非常成熟，7纳米芯片制造工艺设备已经交付使用，5纳米光刻机已经研制成功。

据外媒报道，为全球客户提供全方位芯片代工解决方案中芯国际，已经订购了一台EUV设备，首台EUV设备购自ASML，价值近1.2亿美元。据最新消息显示，目前最新的14纳米FinFET制程已接近研发完成阶段，其试产的良率已经可以达到95%的水准。按照中芯国际的技术蓝图规划，2019年上半年肩负14纳米FinFET将风险试产任务，一旦进入量产，大陆市场上目前交由海外代工的产品，将可能由中芯国际全面代工。若2020年顺利取得EUV，将可进一步向前推进至7纳米。

尽管中芯目前在制造工艺上仍落后于台积电等市场领导者两到三代，但此举已经突显了中芯在研发团队重整旗鼓之后的雄心。据了解，目前，中芯已联同两大政府产业基金共同投资102.4亿美元，以加快14纳米（包括7纳米工艺）及以下先进制程研发和量产计划，最终达成每月量产3.5万片的目标。而最新消息，在上海新建的一座300毫米晶圆工厂即将于2018年10月份竣工。

值得注意的是，同样也在紧追1X奈米工艺技术的华力上海Fab6也正式搬入首台ASML NXT 1980Di光刻机，这台光刻机是目前中国集成电路生产线上最先進的浸没式光刻机。据华虹集团规划，建成后月产能将达4万片12英寸晶圆，工艺覆盖28-14纳米技术节点。项目计划于2022年底建成达产，主要投入逻辑芯片量产。

“芯”之未来——厚积薄发

正所谓“得芯片者得天下”。人工智能爆发，与芯片这枚“魔法”获得突破密不可分。不管是智能驾驶还是人脸识别，这些技术的实现都有赖于背后功能更强、体积更小、功耗更低的小小芯片。

必须承认的一点是，在全球范围竞争日趋激化的AI研究领域，中国的存在感正在加强。根据国际知名专利检索公司QUESTEL发布的《芯片行业专利分析及专利组合质量评估》报告指出：中国近10年芯片专利增长惊人，已成为芯片专利申请第一大国，中国企业在芯片专利数量上已逐步赶上国外老牌企业。

一边可以看到，中国芯，正从多维度出发，缩小与国际的差距。但另一边，必须看清的现实是——“自给自足”的创新科技短板，即中国是芯片需求第一大国，芯片自给率却不足三成。数据显示，中国一年制造11.8亿部手机，3.5亿台计算机，1.3亿台彩电，占据全球1/3的芯片市场需求，对应的却是国产芯片市场份额不到10%，集成电路产值不足全球7%的尴尬局面。中国连续四年花在进口芯片上的钱高达2000亿美元，不可否认，90%的“依赖度”，令芯片成为与原油并列的最大进口产品。

短期来看，国产中高端手机商的制造成本抬高，产量主导权受制于人，长远将影响企业竞争力。芯片作为信息科技的强大推动力，事关国家核心利益与信息安全，更关乎未来创新技术的发展，随着物联网、人工智能、云计算等新兴技术的发展，从源头上掌控核心自主产权芯片架构有利于取得先发优势。

芯片除了设计、制造、封装、测试等环节的竞争优势提升，集成电路作为芯片的基层，注重电路的设计和布局，决定着芯片性能、成本及寿命的关键一环。尽管我国装备自给率达85%，但主要集中在中低端领域；在高端装备领域，80%的集成电路芯片制造装备仍依赖进口，“大而不强”的矛盾依然存在。

2018年4月26日，上海首批市级科技重大专项之一“硅光子市级重大专项”项目启动会在张江实验室举行。硅光子技术让光子作为信息载体，实现信号传输的安全性和可靠性，意味着更高速率、更高带宽、更低功耗、更低成本。“目前，集成电路产业遵循摩尔定律的发展已趋于极限，而硅光子技术是超越摩尔研究领域的发展方向之一。通过硅光集成，用光代替电进行传输，芯片开发成本有可能降低到原来的十分之一甚至更低。”中国科学院院士、张江实验室主任、硅光子专项项目总师王曦介绍。

上海有很好的硅光子技术研发基础。多年来，沪上高校、科研院所和企业在这一领域开展了持续攻关。另一方面，上海的集成电路产业在全国处于领先地位，拥有较为完整的产业链，有条件将大规模集成电路工艺用于光电集成，制造出新一代硅基光互连芯片。据上海市经信委官网消息，工信部5月23日在上海组织召开国家集成电路、智能传感器创新中心建设方案专家论证会。采用“公司+联盟”的方式，由复旦大学牵头，联合行业龙头企业中芯国际、华虹集团等建立集成电路产业链上下游协同机制。通过构建产业生态圈，面向国内物联网/传感器设计、材料、制造、设备、封装、测试等产业链上的大中小型企业提供领先的研发和技术服务平台。

以实现器件结构创新和工艺创新为目标，为产业技术升级、未来大生产线建设提供人才、技术支撑和知识产权保护，支持国产高端芯片在国内制造企业实现生产。“我们在引进高新技术上不能抱任何幻想，核心技术、关键技术、国之重器必须立足于自己，大国重器一定要掌握在自己手里。”中国工程院院士倪光南说，只有打破国际壁垒，未来中国科技才有出路。

当然，倪光南也提醒大家，“切勿因中兴事件，而断定自己哪里不行，而是要实事求是，稳步前进，厚积薄发。”如果突破城市的地理范围，以上海为龙头的长三角在芯片领域的优势更加突出，除了上海在全产业链的强势布局、资金及科研优势之外，还有苏州的制造业优势、合肥的中科大产业研发优势、杭州阿里巴巴加码芯片行业等都为中国的芯片行业寻求破局。

在人工智能时代，理想的状况是智能终端将变成人的助手，真正实现“知你”“懂你”“帮你”。在这场“芯片马拉松”的比赛中，上海一直奔跑在最前端，以“提供精准服务的全新交互方式”为终极目标，抓住各自红利，寻求良性竞争，强强联合。未来，中国芯片行业破局，赢取世界“一席之地”，或将不远。