中国芯片曾经仅次于日本和美国,为什么芯片

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说到造芯片,很多人都喜欢说一句话,造个芯片难道比造原子弹还难吗?他们认为中国人能造出原子弹来,就一定能造出芯片来!你同意这样的说法吗?

一、原子弹和芯片

第一个造出原子弹的国家是美国,第一个造出集成电路芯片的也是美国。对于美国来说,造第一个原子弹可能要比造第一块芯片困难太多了。美国的曼哈顿计划,动用10万多的人力,最高时有几十万的工作人员,各项耗资总计20亿美元,从概念提出到试爆成功一共用了6年,仅从正式批准研发到试爆也用了3年时间。为了研发原子弹,动用了至少一千多个科学家,当时著名的科学家爱因斯坦、奥本海默、费米、波尔、劳伦斯、西伯格、冯诺依曼等都跟原子弹的研发有一定的关系。当时为了给原子弹提取燃料,除了使用离心机这样的方法,还想到了用电磁场来浓缩核燃料。要想用电磁场,需要用大量电线制作线圈。但是当时正是二战期间,铜是战略物资,都被用到了战场上,制作电线没有铜,干脆用银来制作。可以想象这项工作完成有多么的不容易。但就是这样困难的工作,中国在没有那么多顶级科学家,相对条件更差的情况下也完成了,确实是值得我们骄傲的事。

相对来说,第一个半导体集成电路的研发,显然没有这么壮观。没有豪华的科学家团队,也没有海量的工作人员,甚至没有高昂的花费。年,第一块芯片的研发只是工程师基尔比一个人进行设计,两个助手帮忙在美国德州仪器的实验室实施完成的。这个项目甚至不是美国国家或者军方支持的项目,只是工程师基尔比提出了一个想法,得到了领导的同意,在助手的帮助下完成,再在同事们面前展示一下效果,就算成功了。但当时在场的所有人,包括基尔比和他的领导,都没有想过,这样一项发明,将会给这个世界带来怎样的影响。后来,基尔比获得了年的诺贝尔奖。

当然,不止基尔比一个人实现了集成芯片的研发,仙童公司的诺伊斯也独立实现了集成电路的研发,而且工艺领先于基尔比。中国第一块半导体是年在河北半导体研究所研发成功的,同样没有研发原子弹那样的大阵仗。这样来说,造芯片确实不如造原子弹难。如果到这里就算完成任务的话,我们国家确实可以说顺利完成了芯片的研发。但事情没有这么简单。

芯片研发出来还远远不够,芯片生产出来干什么用,你得考虑。不同用途得设计不同的芯片,设计好了芯片还得设计软件。越到后面芯片越复杂,软件也越复杂,逐渐形成一个产业链,或者叫产业生态。这个产业链上的各个环节都逐渐形成了一个足够复杂的产业,不是一个公司,一群科研人员可以全部覆盖的。比如,在美国Intel负责设计和生产芯片,微软负责针对Intel的芯片研究操作系统,还有一大堆公司负责给微软设计软件,另外有一大堆公司给Intel研发生产芯片的设备和软件。这样一个复杂的生态环境一旦建立起来,处于生态圈以外的想挤进去,就会越来越困难,绝大多数都被拍在沙滩上了。所以越到后来,想挤进这个圈子越困难。这两年,单单一个光刻机就难住了中国整个芯片产业链。这个时候研发芯片也就确实比研发原子弹要困难多了。

二、美国日本的芯片发展

作为芯片技术发明国,和世界第一强国,美国的芯片事业发展也不是一帆风顺。德州仪器作为最早生产集成半导体的公司,为了量产集成电路,根本买不到配套使用的化学试剂,因为芯片生产对化学试剂的要求非常高,市面上买到的试剂根本无法使用。公司不得不自己去发明相应的芯片级试剂。另外,由于早期的集成电路市场需求非常小,为了打开销路,公司不得不给这些芯片发明一些新的用途。当初第一款晶体管收音机就是为了更好地销售芯片而发明的。

随着市场化进程的开展,芯片行业开始迅速更新换代。芯片迭代的速度非常快,生产设备的改进速度也非常快,如果不能做到持续投入和创新,随时有可能被对手赶超。在上世纪七八十年代,美国的半导体市场逐渐被日本公司蚕食,到年美国的芯片行业完全被日本超越,大量的芯片设计人员需要为日本公司打工。美国为了拿回领先地位,出台了一系列相关政策,甚至直接扶持韩国和我国台湾地区的芯片行业。从八十年代开始到九十年代初,用了十年时间才真正拿回芯片行业绝对领先的地位。

简单说说日本,日本使用行政手段,大力扶持半导体产业的发展,在七十年代开始起步,并取得了迅速的发展。日本人很擅长把一件事情做精致,芯片行业也是一样。日本在学好美国技术的基础上,芯片产品质量性能越来越高,直到超越美国,把精致做到了极致。他们精准把控了存储器市场的发展,利用市场化手段让芯片行业茁壮成长。但是,日本的芯片产业,也有一些保守,尝试新事物的意愿不太强。比如,他们虽然把存储芯片做到了极致,很多其他领域也都有明显优势,但在个人电脑使用的CPU领域没有积极投入,错过了芯片领域的重要发展方向,成就了美国的Intel和AMD。另外,在光刻机领域,尼康和佳能两家顶级的光刻机领头羊,考虑光刻机研发投入高、收益慢,把生意的重点放到了数码相机等高回报的领域,把光刻机一把交椅拱手让给了荷兰小弟ASML。

芯片行业是一个赢者通吃的行业,如果你的技术不够先进,产业规模不够大,只有跟着喝汤的份,甚至有可能连喝汤的机会都没有。整个产业历史,就是一部残酷的资本和技术竞争史。日本超过美国是这样,美国赢回主导权是这样,韩国取代日本也是这样。

三、我国的芯片研发

回到我国的情况,我们并没有使用举国之力,也取得了芯片领域很好的科研成果。年,取得了硅片生产工艺的突破;年,第一个硅集成电路芯片研发成功,比美国晚7年,仅比日本晚两年。年,硅双极IC开始在工厂批量生产,开始了产业化进程。年接近和接触式光刻机研制成功并投入批量生产,年离子注入机研制成功并小批量生产,基本解决了生产设备的问题。

年1KDRAM存储器研制成功,虽然比美国Intel公司晚五年,但比韩国和我国台湾地区要早四五年。年4KDRAM研制成功,年,16KDRAM研制成功,年64KDRAM研制成功。DRAM存储器是70年代末和八十年代芯片领域最主要的产品,日本、美国、韩国都在这个领域投入巨资大力发展。我们今天使用的电脑和手机内存都是4G、8G起步了,但当年可是从1K起步的,前后相差几百万倍上千万倍。从技术上来说是天壤之别了。从事芯片这个行业,可以说是逆水行舟,不进则退,而且一不小心就会被甩下很远。值得一提的是,年我国朗科科技研发出了世界上第一款NANDFlash存储盘,也就是今天我们用的U盘。

年我国的8位微处理器研制成功,年16位微处理器研制成功。微处理器,进一步研发就是CPU了。年以前主流的电脑CPU和操作系统主要是32位,最大支持4G内存,就算安装8G的内存,也只能使用其中的4G。现在我们的电脑和手机CPU都是64位了,使用64位操作系统,内存基本不再受限制了。但是当年16位的微处理器只能读取64k的内存空间,按现在的电脑水平来理解,当时的微处理器确实是啥也干不了。但事情总是一步一步发展起来的,当时来说16位的微处理器还是比较先进的。但不得不说,美国总是领先一步的,年Intel发布的第一个CPU是16位的,年世界上第一块32位处理器就已经正式投产了。

通讯领域,年,二代半导体GaAs单片IC研制成功,这是现代无线电通信领域的重要基础,包括导弹、飞机、雷达和后来的无线电通讯都需要这样的芯片支撑;年,L、C、X波段GaAs微波单片IC研制成功,正式进入了可实用阶段;年我国的X波段微波功率单片IC研制成功。此外,年,我国的电视机IC芯片投入批量生产。

四、我国的芯片产业曾经仅次于日美

以上这些成果显示,我国在世界芯片发展的早期阶段,研发进度并不算慢。另外,从产业链建设方面,我国为了加速集成电路的研发和使用,配套设施研发也都始终能满足基本生产的需要。

年,美国总统尼克松改善对华关系。我国的芯片领域迎来了发展机遇,从欧美国家和日本引进了大量的技术和设备。由于芯片产业利润丰厚,我国一口气建设了40多家集成电路厂。另据原电子工业部部长胡启立撰写的《芯路历程》介绍,我国在70年代早期从日本全套引进了七条半导体生产线设备,70年代末,又从美国等引进了24条二手半导体生产线。总之,我们在芯片生产领域的投入不可谓不大。

在七十年代至八十年代初期,可以说我国的芯片产业链用很快的速度建设和发展着,遥遥领先于当时的韩国和我国台湾地区。从一定程度上来说,我国的芯片产业是仅次于日美的水平,并不算过。当然,从技术层次上,可能欧洲也有很多领先的优势,我们不能说全面超过欧洲。另外,苏联的发展水平也不算低,而且也从西方引进了很多技术和设备,但苏联的军工行业还是比较看重电子管技术,在电子管领域发展全球领先,集成电路方面投入精力不足。

可以说,我们国家在集成电路发展历史上,有一个还算不错的开头。我们在整个行业生态圈子萌芽状态的时候紧跟世界潮流,可以说是拥有一个最佳的发展机会,如果持续发展,也许是独当一面的地位。但是,历史没有那么多的如果,很多事情,既有偶然性,也有必然性。

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