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研究半导体这么多年,为什么我们依然“芯痛”?

芯片是什么?

中美贸易战,去年美国制裁中兴,现在又疯狂针对华为等事件让大家对于芯片这个词有了解,但是对于它究竟是什么还是比较陌生。芯片,又叫做集成电路,是指内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。集成电路是半导体材料制成的电路的大型集合,芯片是由不同种类型的集成电路或者单一类型集成电路形成的产品。只要是电子产品,就离不开芯片。如果把电子设备比作人的话,芯片的重要性就跟大脑一样。

都说芯片难造,芯片难不难造,看看下面就知道了。

芯片的制造过程可以大致分为沙子原料、硅锭、晶圆光刻、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤,而且每一步里边又包含更多细致的过程。

沙子变芯片过程

中国的芯片差在哪里?

芯片分有很多种,不同电子设备使用的芯片各不相同,一种电子设备有可能就搭载着不同种类的芯片。芯片还分为低端、中端和高端,我国在中低端芯片产业方面有了一定的基础,但是高端芯片产业方面没有丝毫竞争优势,经常受发达国家钳制。

图片来源:Wikipedia

整体来看,除了圆晶代工、封装测试等技术要求相对不高的环节,中国芯片产业在其他绝大多数板块都与欧美芯片产业企业存在较大差距。中国的芯片企业虽然经过多年的发展,在设计、制造以及封测领域已经形成了一批规模不小的企业,但与全球芯片巨头的技术水平相比仍有差距。想要解决中国芯片主要依靠进口的痛点,中国芯片产业界仍需努力。

什么制约了我国制造高端芯片?

当发达国家开始第三次工业革命的时候,我国却连基本的温饱问题都解决不了,几十年前普通人没有能力关注芯片这种高端产品。当我国开始赶超的时候,发现已经被远远甩在后面。为什么我们现在这么关注芯片?因为我们被芯片卡住了。在半导体等领域,中国需要挑战的是西方上百年积累起来的工业体系。

芯片技术要求高,还有发达国家的技术封锁。

芯片设计复杂程度高。几千万甚至上亿的晶体管制作在一小块或几小块半导体晶片上,它的通用性变得越来越差,所以出现了所谓叫“高端通用芯片”。

芯片工艺的难度非常大。芯片的制造要花费很长时间,都不是短期内能做成的,万一有一个闪失,这个芯片可能就报废掉了,所以它的工艺复杂程度非常得高。我们在设计上都已经卡住了,拿什么作为理论基础去研发制作工艺?所以我们才在制造方面也受制于人。

不说最难的设计,就从基础的制造来说,对我们也是挑战。制造芯片需要光刻机等最重要的设备,每一种设备都是价值不菲,国外技术封锁,我们买不来。一些发达国家尤其是美国,在一些高精密制造领域实行技术封锁,限制向我国出口最先进的制造工艺和设计理念,我们能买到的,都是一些已经被淘汰了的技术。

设计一块芯片需要大量高新技术的支撑,一块高端芯片要经历成百上千道工序才能生产出来,而其中每一道工序,就需要一种理论做基础、需要一系列尖端机械去操作。

除了最难的技术,还有很难找的钱。

半导体是一个烧钱的行业。举个例子,上世纪90年代,中央在财政非常拮据的情况下,特批了40亿元搞半导体,但这点钱只是杯水车薪,找投资更是遭冷遇。

这个行业不但烧钱,少说投个几十亿几百亿,而且周期长,技术更新快,前期要不断砸钱,后期不能保证收益,芯片研制出来,至少要卖几千万件才能收回成本。市场竞争激烈,打不了价格战。对于大多数小民企来说,这是办不到的事,没有几家企业能做起来。

人才培养的麻烦,做芯片的人更难找。

任正非说,发展芯片,光砸钱不行,还要砸人。数据显示,我国未来需要70万半导体人才,目前只有不到30万,缺口40万。

材料的高端技术领域需要高学历人才,而学校本硕阶段的培养注重基础研究,研究不够深入,顶多算是“科研民工”。再者,由于工作环境和工资水平,“环材化生”中的材料成为了学子们逃离的重灾区。目前国内不少高校的人才培养,与现实脱节。很多的学生毕业以后去搞投资,搞金融,做官员。博士毕业后又扎堆高校,不了解实际生产体系,一味实验室研究,为了发论文评职称,这些论文很多并不能转化为成果应用。

芯片人才的短缺,企业需要投入更多的薪酬来留住人才,企业就要投入更多科研费用,整个半导体产业在互相地挖人。在过去一年,华为在研发费用上就投入了147亿美元。芯片是一种高科技,人才尤为重要。芯片人才储备是发展芯片产业链的重中之重。

我们要知道芯片之争就是材料之争!

现在中国被“卡脖子”的领域,多是材料!在许多新材料领域处于第二梯队。新材料是制造业和武器装备高质量发展的前提。近几年来,我国材料科技发展迅速,但高水平材料产业化有待进一步发展,高端材料的技术壁垒日趋呈现。

生产柔性屏OLED的高端设备被日本掌控,我们技术有了但设备不行;燃料电池膜电池组件关键材料日本领先,我们实验室成果有了但量产不行;PC、智能手机的操作系统始终没有挑战美国。

反观科研界,我国科研人员来在世界知名材料领域学术期刊上发表的文章数不胜数,但我国的材料产业的地位绝没有达到傲视群雄的地步。与发达国家材料产业相比,我们处于总体上的弱势地位。将科研成果转化是重要一步。半导体材料的发展水平是国家科技实力的象征,在社会发展的各个层面发挥着越来越重要的作用。

当今中国发展芯片,人才培养,技术积累,都需要时间。中国芯片技术才刚起步,有它的客观规律,还需要市场发展。芯片的发展它有它的客观规律,虽然我们现在技术不够,不能满足需求,但是只要坚持不懈走下去,就一定可以走到前面去。

华为受美国打压事件,只会让我们更快发展,我们需要做的,是打赢材料战,打赢贸易战!

· 2019-05-25 07:56  本新闻来源自:材料十,版权归原创方所有

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