芯片，美國出了張“大王”

當地時間16日，一記重拳向中興通訊砸下。美國商務部表示，由於中興通訊違反了曾與美國政府達成的和解協議，7年內禁止美國企業向中興通訊出口任何技術、產品。

　　招商電子分析稱，中興通訊的主營業務有基站、光通信及手機，而芯片在這三大領域均存在一定程度的自給率不足。若真的禁運，中興危矣。專家稱，美國制裁中興，是警鐘，也是集結號。“我們需要反思，但也不能讓步。集結號已經吹響，國產芯片何時能上戰場？”　每一步都是高難度操作。

缺“芯”缺在哪？

　　以此次中興通訊被制裁的用於光通訊領域的光模塊為例，其主要功能是實現光電及電光轉換。光模塊中包括光芯片，即激光器和光探測器，還有電芯片，即激光器驅動器、放大器等。低速的（≤10Gbps）光芯片和電芯片實現了國產，但高速的（≥25Gbps）光芯片和電芯片全部依賴進口。

　　為何缺“芯”？首先來了解一下“芯片的誕生”。

　　中國科學院西安光機所副研究員、中科創星創始合夥人米磊介紹，芯片核心產業鏈流程可以簡單描述為設計—制造—封裝。其中有三個關鍵步驟：第一，提煉高純度二氧化矽，做成比紙還薄的晶圓；第二，在晶圓上用激光刻出數十億條線路，鋪滿幾億個二極管和三極管；第三，把每片晶圓切割封裝好——目前指甲蓋大小的芯片裏能集成150億個晶體管。每一步，都需要極精細操作。

　　“芯片的制造如同用樂高蓋房子。先有晶圓作為地基，再層層往上疊，最終完成自己想要的造型（即各式芯片）。”米磊說，做晶圓需要一種特殊的晶體結構——單晶，它可以像原子一樣一個挨著一個緊密排列，保證基底平整。

　　要做出單晶的晶圓，就得對原料矽進行純化和拉晶。拉晶過程中，“要用到單晶矽生產爐、切片機、倒角機等多種設備和材料，其中90%需要進口。” 陜西光電子集成電路先導院總經理張思申介紹。

　　“還有一個卡住我們的，就是芯片納米級工藝。”米磊說，當前國際上可達到的芯片量產精度為10納米，我國能達到的精度為28納米，還差兩代。“而且，關鍵原材料和設備還都是進口。”

　　芯片制造難，也燒錢。前芯片行業從業者王巖（化名）告訴科技日報記者，做芯片“投入幾十個億可能就聽個響”。制造芯片需要實踐，但芯片的實踐和試錯成本太高，往往一顆芯片就能決定一家公司的生死。如果投入無法獲得對等產出，這種耗資巨大的試錯和實踐就不會持久。“沒有持續的實踐，技術積累也就是空談。”而如果沒有實踐中的經驗積累，那麽設計制造芯片過程中出錯率高，產出率也差，形成惡性循環。

　　“缺芯現狀非短期所能改變，要有耐心。”在18日晚由中國計算機學會青年計算機科技論壇（CCF YOCSEF）舉辦的一場特別論壇上，中國工程院院士李國傑表示，國家芯片水平從某種程度上反映了國家的整體水平。“從設計、加工到設備配套，芯片產業鏈漫長，涉及領域廣，尤其需要經驗的累積。”李國傑坦言，“不是說砸錢下去就能把差距追平。”

中科院計算技術研究所研究員包雲崗認為，差距的形成和拉大，在一定程度上是由於我國錯過了一個時代。上世紀七八十年代，國際芯片產業開始發展並迎來騰飛。“每種芯片發展到今天這樣的成熟度，差不多需要萬人/年的投入，而且是長期投入。”

　　我國芯片產業根基薄弱，國際環境也不好。科學計算技術研究所研究員、龍芯處理器負責人胡偉武感嘆，沒想到美國這麽快就出了張“大王”。“如果禁運發生在五年後，我們或許能應對得更加從容。”

　　何出此言？胡偉武指出，在國際上，通用CPU的性能於2010年左右已達到了天花板；而我國自主研發的通用CPU性能，也預計在2019到2020年左右逼近天花板。再過五年或稍長一點時間，圍繞自主芯片的生態也可初步形成。“現在主要有兩個生態體系，一個是英特爾加微軟，一個是ARM加安卓。在我國一些特殊領域，如能源、交通、金融、電信和國家安全中，國產芯片已經得以應用；再過若幹年，到開放市場上或也可以一戰。”胡偉武判斷。

　　中國熱身了十幾年，也該出來了

　　在18日晚的論壇上，主持人展示出了一張看起來有些“刺眼”的圖：根據一份分析報告，在計算機系統、通用電子系統、通信設備、內存設備和顯示及視頻系統中的多個領域中，我國國產芯片占有率為0%。

　　李國傑院士反復強調一句話：自主芯片產業發展需要應用支撐。

“這個方面，國家過去有些動搖，態度不是很鮮明。以前想過啟動政府采購，後來也沒有。”李國傑說，“發展自主芯片，不要想著什麽時候芯片做得跟國際水平一樣好了才用。你不用它，怎麽發現問題，怎麽不斷改進？”

　　技術需要叠代；要叠代，就得經過市場的檢驗。胡偉武建議，要加大自主研發的元器件推廣應用力度，給國產芯片更大空間。

　　因為，沒有市場，做出來就是白做。“應用”對芯片的發展究竟意味著什麽？胡偉武打了個比方：國產芯片現在在一樓，想努力去往二樓，可是沒梯子。“就算不給梯子，給條繩子也可以，至少讓我們有東西能借力爬上去。”魔鬼藏在細節中，而細節，藏在應用中。缺少應用，也就難以進行針對性改進，“二樓”就變得可望而不可即。

八年來，無錫江南計算機研究所高級工程師程華一直從事國產關鍵軟硬件的評測和自主可控度評估工作。從2010年開始，她每年都會將三大國產品牌的最新款處理器與國外芯片進行對比。到2014年，基於部分國產處理器的整機性能已經追平或超越基於英特爾奔騰4雙核處理器（主頻3.2GHz）的整機性能。“我一直在用‘龍芯’的電腦，我覺得挺好。”

　　程華認為，國產芯片發展，很大的問題是缺少生態。“政府可以補貼家電下鄉，為什麽不能補貼搭載國產芯片的電腦呢？”她也呼籲，就算此次禁運危機解除，國產芯片也要有上戰場的勇氣。“我們熱身了十幾年，也該出來了。”

最近一段時間美方羅織罪名宣布對中國的中興公司實施前所未有的芯片禁運，使得這家在國際通信行業一度叱咤風雲的大型國企頓時陷入了舉步維艱、難以為繼的困境當中。許多國人在感嘆中國面臨“缺芯之痛”的同時，也不免為正在蓬勃發展的中國軍事工業捏了一把汗：如果美國如法炮制，對中國的主要軍工企業也來個芯片禁運，我們還能繼續生產殲20戰鬥機、055驅逐艦、空警500預警機、東風快遞以及各種人造衛星嗎？

中興遭遇美國芯片制裁，凸顯發展自主芯片產業的重要性
　　其實就連普通網民都能夠想到的問題，難道美國人會想不到嗎？答案當然是否定的。實際上為了打壓中國在高技術軍事領域的發展，以美國為首的西方國家長期以來都對中國實施了嚴密的軍用芯片（尤其是高端的航天航空級別的芯片）封鎖。在這種情況下，中國基本上無法從正常渠道進口性能滿足需求的西方軍用芯片，即便是通過特殊的第三方渠道可以高價獲得部分禁運產品，也僅限於小批量的一次性交易，售後和貨源都沒有保證。

人們普遍擔憂芯片禁運是否會影響到中國的軍工生產
　　當然還有一個辦法就是打民用用途的擦邊球，進口一些軍民兩用芯片作為替代品，但是依然存在受制於人的局限，不僅技術性能被嚴格限制，國際形勢稍有風吹草動也隨時會遭到別人無情的卡脖子。更加重要的是我國的主戰武器裝備如果大量使用進口芯片，一旦外方在芯片內植入木馬後門程序，將造成嚴重的國防安全漏洞。為了解決軍事現代化建設的急需，我國從上個世紀90年代開始大力推進軍用芯片國產化工程。

中國軍用芯片具有很高的自主化程度
　　經過二十多年的不懈努力，我國在以航天航空領域為代表的軍用芯片產業取得了令人欣喜的長足進步，基本實現了自給自足或者是有國產化替代方案。這些年來中國軍隊武器裝備的井噴式發展，與一顆強勁有力的“中國芯”也是密不可分的。以我國的北鬥系列導航定位衛星為例，2015年7月發射的北鬥二號衛星就全部采用了宇航級的國產CPU芯片，不再使用進口CPU芯片作為備份，數據總線電路、轉換器、存儲器等芯片也均為國產貨，整星的芯片國產化率達到98%。

北鬥三號衛星的芯片已經實現了100%全國產
　　到了2017年11月首次發射的北鬥三號衛星，已經實現了“沒有一塊進口芯片”。其中包括自主研制的抗輻照四核CPU芯片SoC2012，以及自主知識產權的操作系統SpaceOS2，與目前國際同類產品的最高水平相當。從98%到100%，提高的數字雖小，卻代表著國產芯片技術質的飛躍。在北鬥衛星研制過程中，也曾經遇到過外國芯片商以政府禁令為由停止供貨的情況，中方通過技術攻關用國產貨實現了替代，外方不得不表示願意恢復供貨並且降價50%以上，但是卻更加堅定了北鬥衛星使用國產貨的決心。

中國的航天級抗輻照芯片不僅可以滿足自身需求還大量出口俄羅斯

　　如今我軍的各型主力導彈、戰鬥機、無人機、雷達、水面艦艇、航天器均廣泛應用了國產化的CPU、GPU、DSP、FGPA、T/R組件芯片，不僅打破了西方國家的技術壟斷，還大量出口到其他國家，比如同樣遭到西方禁運的俄羅斯就從中國購買了大批航天級別的抗輻照芯片，極大地緩解自身配套能力嚴重不足的燃眉之急（俄羅斯航天芯片自給率不到25%，大大低於中國95%的水平）。

　　中興面臨的缺芯困局，同樣也只有依靠自力更生來解決。不過商用芯片面臨的市場環境和技術要求跟軍用芯片相比有很大的區別，需要付出的努力和代價也更大更艱巨。我們對此要有清醒的認識，也要有充足的信心，沒有什麽困難是中國人克服不了的。

芯片，美國出了張“大王” 中國熱身了十幾年，也該出來了！