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中国半导体的崛起,从“断人财路”开始

2019-09-25 09:03
芯三板
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在工业制造能力当面,世界上很多国家都有自己的优势领域,如韩国的内存产业,面板产业、英国的化工产业、德国的汽车工业、但是能把一项技术产业化并且把价格白菜化的国家只有一个——中国。

仿制

中国半导体的产业化从仿制开始。1971年,英特尔开发出第一个商用处理器Intel 4004,片内集成了2250个晶体管,能够处理4bit的数据,每秒运算6万次,频率为108KHZ,这是世界上第一块商用微处理器。四年后,8080芯片又帮助英特尔在几年后占据了电脑芯片的霸主地位。

电子信息的脚步悄然而至,刚刚改革开放的中国也开始追随着时代的脚步前行。1979年上海元件五厂联合上海无线电十四厂,仿制出了8080八位微处理器(编号5G8080),其中的过程在如今看来都算不上科学。

8080的仿制是通过俗称“刨片子”的方法进行的,也就是直接用显微镜观察做好的芯片布局,然后仿照硅片的布局复制,并不是从头做CPU的逻辑设计。当时的中国还没有CPU这种大规模集成电路的前端设计,产业链更加无从谈起,依靠这种“土办法”中国比日本和德国早一年,实现8080的仿制。

自从第一颗芯开始,逆向工程这一手绝活儿至今仍在某些半导体领域发挥着自己的光和热。众所周知, TI的某些高端芯片一直对中国禁运,某研究所为了突出重围,通过特殊渠道买来禁运的TI高端DSP芯片,一层一层地磨开,一层一层地了解结构,仿造设计,两三年后推出模仿得一摸一样的DSP,中国人的逆向工程总是能帮自己解决一些燃眉之急。

突破

针对一两款用途不是很广的产品逆向工程能够短期内解决某种困境,但是半导体产业化最优的途径仍然是正向开发,这样才能掌握核心技术和避免知识产权所带来的麻烦。

一个小小的芯片,承载着中国雷达电子的重中之重。在雷达、电子对抗等领域的电子装备中,我国长期以来一直采用国外的DSP芯片,在一些装备在过去一度使用飞思卡尔公司的MPC8640D等DSP芯片。还有一部分芯片,因为禁运的原因,只能通过其他国家走私才能买得到,但走私来的芯片,会给雷达带来极大的不确定性。首先无法保证供货渠道的稳定,也没办法获得国外公司的技术支持,再者,DSP也可能像CPU一样被预留后门,美国不是没有留后门的习惯,我们的雷达电子就面对着这样举步维艰,四面楚歌的境地。

为解决国产雷达的无“芯”之痛,国家设立“核高基”重大专项“面向高计算密集度应用的嵌入式DSP”课题,“华睿1号” DSP芯片开始孕育。由中国电科第十四研究所、北京国睿中数和清华大学联手,经过7年的研发攻关,“华睿1号”终于研发成功,成为中国军用雷达的第一颗国产心脏,随后“华睿2号”也成功出世。

华睿芯片的研发,突破了10余项核心技术和40余项产权,并第一次让国产高端芯片上取得如此多的专利,在性能上“华睿2号”能支持人工智能运算,有将近万亿次运算能力,可为我们现在兴起的人工智能提供巨大助力,并且运用到雷达、通讯、声呐、电子对抗等设备中,成为美国的隐形战机的克星。

“白菜价”

虽然我们在某些芯片上取得小成就,但总体而言中国半导体短期内还无法实现白菜化,我们不妨将视野转向其他一些科技领域,在这些领域,我们之前也是受制于人,但是随着中国的进入,以及攻关成功,这个细分市场的格局总会出现大的变化,包括让竞争对手出局。

光纤预制棒的胚体,要在超过1500摄氏度的高温下,烧结成光纤预制棒,影响烧结的因素及工艺参数有近千项。此前,这项核心技术,一直被美国康宁、日本住友、欧洲普睿司曼等少数光棒制造巨头掌握。为了这种烧结精度稳定在0.1摄氏度的工艺,中国工程师研发了三十多年。如今,我国独立研发出的全套光棒生产工艺,从光棒核心技术突破,到光纤制造完全自主,中国将国际市场光纤价格从每芯公里上千元人民币,降低到每芯公里80元左右。像这样的光纤,中国每年可以生产500万盘,总长2.5亿芯公里,位居全球第一!

对于跨国企业来说12亿的并购算是一个中等体量的交易,然而2005年西门子的一桩12亿并购,弗兰德是是世界减速机的头把交椅,西门子对其进行并购以填补自己的空白,但是这直接触怒了GE的核心利益,GE是弗兰德的大客户,而西门子又是GE的竞争对手。担心西门子在核心技术上掐自己脖子的GE,直接找了一家中国企业合作开发减速机,故事的结尾并没有出现两强并列的局面,而是这家中国企业接管了老大的位子,将西门子踢出局,短短几年让这家企业从产值从十几亿变成百亿级别,风电主机出货量全球第一。

“白菜化”的三大法宝

一、后来者优势:作为后进者能以较低的学习成本和试错成本,缩短差距,它可以发生在所有的领域、所有的产业当中,作为后来者,通过在开放的过程当中,学习、模仿、引进、吸收,使知识和技术的增长可以更快地接近技术的前沿。

二、成本优势:由于相对来说,中国的工资比起发达国家水平较低,无论是研发工程师还是制造成本,因此国产的交换机在研发和制造上面,相比西方厂家天然有优势,因此在人力成本上中国具有明显的优势。

三、超大规模市场优势:超大规模市场具有拉动现代经济增长、促进专业化分工、虹吸生产要素和资源等基本功能和作用。任何产品只要生产出来,在国内市场就可以消化,先内部孵化,当技术实力增强之后,就可以在国际市场进行竞争。

“白菜化”遇到的难题

对于任何后来者来说,专利壁垒是一个绕不过去的难题,中芯国际的发展充满坎坷,就是因为台积电的专利壁垒横在眼前,福建晋华的专利纷争都将矛盾指向知识产权,如何突破知识产权是产业化的必经之路。类似于中微半导体自主研发,规避对方知识产权,以及长鑫储存买来技术资料自主研发都给国产半导体提供了思路。再者半导体产业化不同于制造一两个关键零件,集成电路的复杂性决定了它需要攻克一个又一个难题,需要持之以恒的研发投入才能出成果。

最后当中国作为后来者实现超越之后,中国科技也进入了无人区,没有了后来者优势的中国科技才需要更加努力的探索,居安思危。


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