运用自然辩证法视角研究中国新能源与芯片技术融合发展的策略

2024-03-12周敏捷

科学咨询 2024年1期

周敏捷

（复旦大学，上海 200433）

一、中国新能源技术的领先与相关芯片产业落后的矛盾性

自从科学技术进入了工业4.0时代以来，以半导体技术为基础的芯片（又名集成电路）技术成为了支撑几乎所有科技领域的核心技术之一。由于历史的原因，中国的半导体产业起步较晚，且在过去的几十年时间里，中国的技术发展主要以芯片的应用为主。无论是国家在政策层面还是在企业的实际研发投入方面，都是将较大的科研精力投入在芯片的应用开发，软件开发，系统开发等领域，对有基础意义的芯片技术本身，包括芯片的设计，芯片的工艺和芯片的生产制造等环节都缺乏了深厚的积累。这其中既有芯片产业涉及的基础和应用学科较多，产业链较长等原因，也有芯片产业投资周期较长，资本回报速度较慢等原因。

在新能源技术的应用领域，由于我国人口众多，能源消耗量大，石油、天然气等自然资源的分布和储备并不均匀。党的十八大报告中就明确提出了“把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程”的“五位一体”总体布局，大力深化能源使用的结构改革，大力投入对新能源的开发和使用技术。近年来,我国在电能、光能、风能以及水利等资源的技术开发上逐步地走在了世界的前列，尤其以新能源汽车和光伏发电技术为代表的，不仅成为了国内生态布局的典范，还将相关技术出口至国外，实现节能减排目标做出了自己的贡献。其中，还特别涌现出了诸如比亚迪的新能源汽车，宁德时代的磷酸铁锂电池，阳光电源的光伏发电站和储能设备等享誉世界的新能源相关技术产品，已经成为不少发展中国家和发达国家争相采购的“中国制造”高科技产品。我国在新能源技术领域之所以能够取得这样的成就，不仅是国家在节能减排方面总体布局的阶段性成功，也是对马克思主义自然辩证法的生态观进行的中国化实践。

从近几年我国新能源汽车行业发展状况来看（图1），国产新能源汽车的销量总体上稳步前进。如图1所示，2017年我国新能源汽车的产量为79.4万辆；2018年产销有较大提升，完成了127万辆；2019年产销较上一年有所下降；到2020年略有提升，完成了136.6万辆；而2021年又是飞速发展的一年，新能源汽车更大范围地走进大众视野，更多人了解到其优势[1]。

图1 2017—2021 年中国新能源汽车销量及同比变化情况

在新能源的基础技术中，极为重要的一项就是与之配套的半导体芯片技术。芯片技术是当今一切电子电气相关技术的基础技术，它在新能源技术中，也扮演着相当重要的角色。如在光伏发电设备中，芯片是控制交直流电转化的核心器件；在电池储能设备中，芯片又是检测和保护电池状态，使得储能设施得以安全可靠运行的核心元器件。目前,我们国家在新能源设备的设计和制造方面确实走在了世界的前列。由于国产芯片设计和制造能力的不足，当国际市场出现芯片供应链紧缺，或者因为一些地缘政治的原因而出现芯片供应受阻时，“缺芯”的问题就会同样出现在新能源的发展上。从自然辩证法的视角看，由于事物是普遍联系的，当我们只重视了矛盾的一个方面而忽视了其他方面时，必将导致短板的出现。这一点,在我国的高科技产业发展过程中所显现出的矛盾有时候尤为突出。众所周知,在地缘政治和世界供应链发生重大变革的近两年，国内的新能源汽车制造企业曾经就因为小小的一个种类芯片的短缺导致了大批量的新能源汽车订单无法交付，究其背后的原因依旧是我国在芯片技术领域的核心创新能力不够，被迫大规模地依赖于进口芯片的支持，才能完成新能源汽车和相关设备的制造所导致的。新能源系统中核心芯片供应能力和整体系统设计能力的矛盾，或将在一段时间内持续成为我国新能源技术发展过程中亟待解决的问题。

下图2为一辆典型的国产新能源汽车电池技术相关所需要用到各种芯片和关键元器件的框图及品牌信息，可以看出虽然我国的新能源汽车的整车技术已经走在世界的前列，但是基于新能源汽车所使用的核心芯片，依然极大程度地依赖于诸如TI，ADI，Infineon等欧美芯片企业的进口，国产芯片产品在国产新能源汽车上所扮演的角色依然不是主角。

图2 新能源汽车电池相关技术的核心元器件品牌信息

由此可见，目前,我国的新能源汽车技术相对发达的原因，是因为近些年国家各个层面的政策扶持，资源投入芯片技术的应用。目前的国产芯片产业尚不能满足新能源技术的发展需求，可以说，目前中国的新能源产业本身具备了应用技术的相对优势和底层芯片技术的相对劣势的矛盾。

自然辩证法向我们揭示了事物的发展都是源自其内部的矛盾性，当内部矛盾积累到了一定的程度，就会通过质量互变和否定之否定等方式实现变革，用新事物对旧事物的替代，完成进步的过程。[2]如果我们能够在大力发展新能源技术和芯片技术的同时将两者作为上下游产业链上的一个整体相联系，充分利用其内部的矛盾性来促发变革的动力，就能更好地推动与此相关的全行业发展。例如，我们可以首先制定鼓励性的策略，促使新能源领域的企业在设备研发过程中尽可能多地使用国产芯片技术进行产品的设计，并同时对专门设计新能源用途相关的芯片公司产品进行一定的政策扶持或者税收优惠，以强势产业推动弱势产业的发展，在产业引导方面积极开展两个产业的互相合作，互惠互利，也可以适当引入一些合理的市场竞争，促使领先技术与落后技术的对立，淘汰那些同样获得了诸多政府补贴和扶持。创新能力低下，产出低下的企业，催促优秀的国产芯片技术首先在新能源领域获得突破，进而逐步将这种突破影响到与此相关的其他技术领域。这样,必将由新能源产业的先进性同时带来整个中国芯片行业的长足进步。芯片技术的进步结果也必将反过来再次推动新能源技术的进一步发展。

二、芯片技术发展的自然辩证法规律

自然辩证法的科学观告诉我们，科学与技术的发展道路必须遵循量变到质变的规律。科技的发展从来都不是一蹴而就的也不能是空中楼阁，是需要经历一个完整的积累的过程。由于目前国内芯片技术的相对落后局面，导致了一些人对于近些年来国产芯片产业出现了较为悲观的态度，并怀疑近些年在芯片领域的重大投入和扶持的作用。这些观点都是偏颇不合理的，因为芯片的发展和其他复杂技术的发展一样，必然会遵循以下几个规律，只有认识到这些规律，才能将产业扶持的策略落到实处：

（一）芯片技术与诸多学科的普遍联系规律

首先，与芯片产业相关的基础学科范围较广，涉及到传统的物理、化学、数学等基础学科以及在此基础上衍生的应用科学，如微电子、有机材料、无机材料、光学等，都是其产生和发展的根本，工程学能力决定了其设计制造的水平，而量子力学、神经网络等新兴知识学科已经成为其不断发展的内驱力量。[3]因此，芯片产业的发展，绝不能被孤立地看待，要大力发展芯片产业就不能忽视与芯片相关的各个学科领域的进步，只有当所有这些学科都产生了相关的进步之后，才能共同推动国内自主芯片产业的进步。目前,我们国家在芯片设计理论上的人才不少，对于集成电路的理论研究和算法研究也已经获得了一定的成就。但是在相关材料的制造上还有着不小的差距，在诸如光刻机的设计和制造上就存在着明显的差距，这些表面上看似芯片行业的技术，背后却需要诸多工业部门和学科领域的共同支撑。

如果把芯片产业和技术片面地看作一个独立的产业或者学科，将所有的关注和资源都仅仅投入在芯片产业本身上，就会犯了形而上学的错误，无法真正把握到该产业发展的诸多推动要素。

（二）高尖端技术的发展必须遵循量变到质变的规律

纵观欧美芯片技术发达的国家，其著名芯片巨头都拥有着悠久的历史，诸如芯片的发明者Jack Kilby所在的美国德州仪器公司，就是一家诞生于二战之前的科技公司，在20世纪50年代就已经全面进入了半导体芯片产业。又如,大名鼎鼎的英特尔公司，也是在1971年就开始了早期的计算机CPU的研发。再如,欧洲的意法半导体，日本的东芝，韩国的三星等等，他们在芯片的领域的投入和发展都有着超过数十年的丰富积累。在这些发达国家中，美国作为芯片技术的发源地，其对技术的积累程度和专业程度确实值得我们的相关行业学习，而日韩的芯片技术虽晚于美国，但是在近三四十年的发展和进步所获得的成效，也是值得我们学习的。

芯片技术发展所需要的实验数据，经验以及工艺进化等要素都需要大量的积累。可以说，西方发达国家在芯片技术领域的成就，除了其本身的工业底子好，人才投入多以外，其长周期的积累后完成从量变到质变的过程是重要原因。

由于芯片产品的品类繁多，上下游产业链同样较为复杂。国产片芯片的市场认可度也需要长期的培育和引导。国内使用芯片作为关键原材料的高科技企业广泛地分布于汽车电子、工业电子、消费电子、通讯设备等各个应用领域，各领域对于芯片的技术要求相差甚远，如用于消费电子的手机领域，对芯片的小型化和高集成化有着极高的要求，其核心CPU所使用的主流工艺制程目前已经达到了7纳米甚至更高的要求。对于新能源汽车所需要的芯片，则更强调可靠性和稳定性，对芯片的集成度和制程要求并不高，通常在28纳米以上就足以满足需求，其对芯片的功能安全和高低温的适配性要求却是手机等芯片无法企及的。只有长期积累对市场的经验，才能扬长避短，用最有限的资源设计出最合乎当前市场热点的芯片产品。对于这些不同技术市场和技术应用的芯片要求，只有市场沉淀相当深厚，客户资源较为丰富的芯片公司才能真正把握技术需求的脉络，对产品定义，产品研发等领域获得输出，而所有这些信息和经验的获得都是需要相当的时间积累。

因此，如果仅仅刚刚开始大力投入的这几年就因为暂时的落后，而认定中国的创新土壤不足以培育出优秀的芯片产业，而丧失对国产芯片的信心，这是缺乏辩证思维的错误观点。下图3为国产片芯片的销售额和市场自给率的变化趋势，可以看出，我国的国产芯片无论是营收还是市场占有率都是得到逐年提升的，但总体而言仍处于量的积累阶段。

图3 2010 年—2020 年国产芯片销售额和自给率

（三）芯片发展历程上的否定之否定规律

许多国产芯片在上市初期，都会伴随着相对于各种国外先进芯片厂商所存在的技术短板。如在新能源领域，我们目前国产芯片的高电压耐受能力和电流电压采样精度与国外先进水平相比还有一定的差距，因此,许多新能源设备制造企业尚不敢大规模地在高要求设备中使用，只能在一些非重要的领域进行验证性试验。实验和验证本身就是一种试错的过程，也是不断否定，不断改进的过程。

目前阶段，我们确实看到了不少国内芯片产品在国内用户初步评估阶段就因为各种技术指标不达标等问题被否决，这些否决往往还会伴随着相应研发中产品的废弃，或者前期投入的损失，这些都是发展过程中所必须经历的挫折。只有经历了这些否定，在否定中不断地改进，然后不断推陈出新，最终必将使得国内芯片企业的技术实现快速的进步。

在经历了数年的奋斗和投入之后，我们也已经看到了国内的芯片最近一两年在诸多技术指标方面开始有了明显的提升，越来越多的国内关键项目中出现了国产芯片的身影这无疑就是一个非常积极的信号。因此,坚持不懈地对国产芯片市场给予政策的扶持和鼓励，不为短期的失败和落后而灰心丧气，相信量变必定会迎来质变的发生，这才是面对新产业发展的正确态度。