【特別報道】詳解中美日三國芯片現狀和差距

理解芯片

芯片按照不同的應用領域分為很多種類，比如手機上用的通信芯片，電腦上用的CPU芯片，電視遙控器上用的低端信號處理芯片等等。不同應用的芯片技術含量天差地別，最高端的如CPU芯片內，目前全球只有Intel和AMD能夠設計制造，低端的如遙控器、VCD內的信號處理芯片，中國都有不少廠商能夠設計制造。前段時間中興、華為接連受到美國的打壓，本文著重介紹中美日三國在這類通信芯片的現狀和差距。

芯片---人類最強科技

什么是通信芯片

通信就是將信息進行收集、傳輸和解讀，現在我們常用的是采取光纖進行傳輸。通信芯片只涉及兩個物理量：光和電。以我們上網為例，通過鍵盤打字，在電腦內部是通過電信號進行傳輸的，然后經過網線通過路由器、調制解調器(光貓)再傳輸出去。一般來說，在電腦與光貓之間都是電信號傳輸，光貓將電信號轉換成光信號之后通過光纖向外傳輸。小到家庭網絡，大到數據中心，基本功能就是實現光信號與電信號之間的轉換和處理，這里面使用到大量的各種通信芯片，比如Laser Diode Chip(激光二極管芯片)、Photodiode Chip(光電二極管芯片)，Driver Chip(驅動芯片)，TIA Chip(信號放大芯片)等等。

中美日芯片地位

美國和日本占領全球通信市場芯片的90%以上，其次是以色列、臺灣等國家和地區，中國芯片占有量極低并且全部都是中低端芯片。美國作為全球的芯片龍頭老大，是第一個開發出電子芯片的國家，擁有最頂尖的芯片設計能力，悠久的芯片制造和使用歷史，擁有芯片全產業鏈開發、生產、銷售能力和全球最多數量的芯片專利，站在芯片食物鏈的最頂端。日本憑借幾十年如一日的工匠精神，在通信芯片的制造業中排全球第二，并且制造的芯片穩定性是最高的，在這方面甚至超過了美國。中國芯片起步較晚，資金投入和人員積累比較薄弱，目前為止還只開發出了中低端的芯片，并且主要是低端芯片，但芯片封裝和測試能力全球第一。

美國芯片的優勢

美國芯片三大巨頭：英特爾，高通，博通，除此之外還有一大堆的小弟跟著后面。英特爾主攻PC、服務器芯片并且幾乎形成了全球壟斷地位。高通主攻手機及移動終端芯片，過去十幾年一直是壟斷，最近幾年隨著華為海思、聯發科的起來才逐步有所松動。博通主攻通信系統芯片，各種光電轉換芯片、通信信號處理芯片一直占據全球第一梯隊。除了這三家，還有蘋果、英偉達、賽靈思等一大堆實力很強的芯片公司在各行各業都占據強勢地位。總而言之，美國的芯片廠商優勢：專利數量、研發能力、市場占有率。說白了，美國靠芯片公司數量都能打遍天下無敵手。

日本芯片的優勢

日本芯片優勢只有一個：穩定的高質量制造能力。他的芯片設計比不上美國，甚至以色列，售后服務在世界強國中名列倒數，但是一力降十會，日本的芯片大批量制作時質量全球第一，穩定性全球第一。日本憑借著釘子一樣的工匠精神以及幾十年累積下來的技術高超的工人，可以秒殺其他任何國家。舉個例子，前兩年國內有一家芯片企業產品報廢率特別高，尤其是在MOCVD這道工序，常常幾十個wafer推進去，只有幾個良率比較好的wafer出來，其他的基本上全部報廢，這幾個wafer不同區域的芯片性能相差還比較大，只有中間一小片區域能用，換句話說，光這道工序基本上90%以上的產品要報廢，這樣做產品是不可能盈利的，并且產品質量穩定性也非常差，根本就賣不出去。后來請了一個日本專家過來仔細研究了兩三個月，找到原因了：MOCVD可以簡單看成一個爐子，如何保證溫度的均勻性很重要，因為會直接影響到產品良率，一直以來這個廠商的設備人員會量測32個不同點的溫度來看是否合格，但日本專家要測量300多個不同區域的溫度，然后做成一張立體的3D溫度分布圖，最后發現只有在MOCVD中間一小塊區域溫度分布是最均勻的，其他地方雖然溫度差很小，但相對溫差還是太大了。最后日本專家與企業的設備人員經過一年多的刻苦攻關才解決了這個問題，使得良率提升。

從這個例子可以看出，很多東西不是我們做不到，而是我們做事情太粗糙，不如日本人那么嚴謹。我曾經去過米思米(做導向軸為主)的工廠參觀學習，同樣的設備，國內企業做出來的產品就是不如米思米的好，其實關鍵點就在于是否有用心在制造上。

日本芯片目前以高端制造業為主，牢牢占據芯片制造業的最頂端。

中國芯片的優勢

很多人一提到中國的芯片就嗤之以鼻，確實，中國芯片因為各種各樣的原因還處于才起步的階段，但并不代表我們沒有優勢。我們最大的優勢有2點：1、制度優勢，2、人多市場大

首先說制度優勢。我們都知道，做芯片是需要巨額投入的，華為的芯片累積投入金額超過1000億人民幣才開發出了現在這個樣子，并且回報期非常長，需要好幾年甚至十幾年才會看到回報的可能性。這種投入大，回報周期長，風險高的行業，國內的絕大部分企業是玩不了的，這時我國的制度優勢就發揮出來了，國家層面出制度支持并且給與巨大的資金支持可以讓有技術的人沉下心來做研發，做制造;給與市場支持，比如要求政府機構必須使用國產芯片，可以讓國產芯片有初始的市場。這種典型的集中力量辦大事的能力在西方國家是難以具備的，

再來說說市場優勢。是個人都知道中國已經是全球最大的市場，我們14億人口，每人一天使用10分鐘電話，將會有多大的數據量?每人一天只上網10分鐘，將會有多大的數據量?正因為有如此海量的市場，所以中國才有足夠的牌來進行談判。可以以市場換技術，實在換不來的就優先使用國內的芯片，雖然一開始因為質量問題，技術問題等等會造成一定的損失，但這個損失是可控的，可以小范圍持續試運行，犯錯了可以再來過嘛，一次一次地試錯，一次一次地改進，東西就會越來越好。很多西方國家人口少，國土面積少，沒有資源來提供這樣規模的市場來做實驗。

中美日芯片差距

經過以上的分析，可以看出，中國和美日在芯片上的差距是體現在全方位的。芯片從無到有分為設計、制造設備、驗證三大塊。

我國在設計上的差距是最小的，隨著華為海思的崛起，包括跟在后面的紫光、中星微電子等企業，芯片設計上的差距大幅縮小了，但還是存在。芯片電路都是由最基本的門電路組成的，門與門之間相互搭配，組合就實現了一定的功能，說起來簡單，但是你們知道英特爾一款CPU有多少個門電路嗎?答案是幾億個!只要有一個設計出現問題，整個芯片只能報廢!英特爾將CPU的整體設計分為很多的小的功能塊再分發給不同的團隊去研發，然后再一步步地拼起來實現整體功能，光進行電路設計的工程師就有上千人員。我國主要的芯片設計公司一般只敢在別人的芯片基礎上微調很小的一部分功能，如果要更改底層設計，那將是一個浩瀚的工程，國內幾乎沒有企業敢這么做，除了華為海思。

芯片設計出來了，接下來怎么將圖紙變為產品，這就是制造方面的事情了。根據設計復雜程度不同，芯片的制造工序也大不一樣，一般的通信芯片至少也有幾百道工序，更復雜的甚至上千道工序，只要有一道工序參數沒有管控好，輕則良率降低，重則全部報廢!這塊差距體現在：1)制造設備。芯片最核心的制造設備是光刻機，用來在晶圓上畫電路的。電路越細，芯片就會越小，目前已經商用的最先進工藝是7nm，華為的麒麟980是全球第一款用這個工藝做出的芯片。光刻機設備制造商最厲害的是荷蘭ASML，號稱已經在開發3nm工藝的光刻機了。國產光刻機還在二三十個納米，差距非常大。2)制造工藝。國內會做芯片制造的人一大把，但是做得好的人鳳毛麟角。有了好的設備，沒有好的制造人才也做不出好的芯片，在這一點我們需要多學習日本的工匠精神，埋頭苦干十年應該會看到一些成果。

芯片的驗證是很多人忽略的問題，制造出了芯片，怎么驗證它行還是不行呢，怎么保證我做1個芯片是好的，我做1億個芯片也是好的呢?這里牽涉到芯片驗證的問題。芯片出問題有可能是設計問題，也有可能是制造出了問題，如何驗證我們大批量做的芯片是好的，方法只有一個：大量地用!不管是設計問題還是制造問題，只有用了才知道有沒有問題。剛才說到，芯片的設計極其復雜，制造工藝都到了幾個納米的級別，如果出了點問題，一兩個芯片是發現不了的，只有上萬上萬地不斷使用才知道，出現了問題，找到原因，改正;改完后重新做又發現了問題，再找原因，改正.....持續不斷地改進，芯片自然就越來越好用了。這也是為什么國內華為先殺出來了，其中一個重要原因是：芯片好不好，我自己用!所以我們看到華為才出來的手機芯片不太好用，總有這樣那樣的問題，但隨著一年一年地改進，慢慢就會好用了。新的芯片廠商做出的產品一般來說是不會有人敢用的，因為不知道你的芯片有多大問題，沒人用就發現不了問題，就沒辦法改進，技術也就無法進步，這是個死循環，所以很多芯片廠商就死在這上面了。

擼起袖子加油干

芯片不是做電商，不是做互聯網，芯片是實實在在的高技術含量產品，是人類智慧的最高結晶，我國的芯片雖然起步晚，底子薄，但是如果一直不做就會一直做不起來，唯有擼起袖子加油干，鍥而不舍，死磕到底才有可能殺出一條血路，才不會讓別人用刀架在我們脖子上，時不時威脅我們：我要下刀了!【責任編輯/古飛燕】

(原標題：詳解中美日三國芯片現狀和差距)

來源：理解比知道更重要

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