铁流:国产半导体发展历程给人以信心

铁流:国产半导体发展历程给人以信心,第1张

自1956年提出向“科学进军”,中国也要研究半导体科学,把半导体技术列为国家四大紧急措施之一以来,中国半导体产业已经走过了60多年的历程,作为新中国的孩子,在西方国家严格的技术封锁情况下,中国半导体产业虽然在诸多方面与国外仍有较大差距,但也取得了一定的成绩,这些成绩的取得是着实不易的。

在过去很长一段时间里,国内单位和企业无法匹配美国 科技 公司开出的薪酬待遇和研发条件。可以说,一些顶尖人才选择留在国内献身半导体产业,就是基于理想信念和报国之心。研发出我国首款通用CPU的龙芯团队,其首席科学家在博士毕业时曾获得公费出国机会,但他在导师劝说下留在国内,并发誓“这辈子不给外国资本家打工”。团队员工在薪酬明显低于行业平均水平的情况下,拒绝猎头公司百万年薪的诱惑,经过18年的长征,在航天、装备、交通、电力、安全、金融等行业实现了部分国外芯片的国产化替代。

持续的高额资金投入是半导体产业取得成功的必备条件。一直以来,西方 科技 公司在研发投入上非常舍得下血本。而中国内地从政府到企业过去都面临资金条件的限制,很多企业选择了“贸工技”的发展道路。当外商依靠强大的资金投入,把持技术发展的方向,在历次技术迭代升级中独占鳌头,并获取高额利润的时候,中国企业只能做一些“短平快”的事。最近十几年,随着政府和企业资金逐渐充裕,国家从顶层设计上对通信、半导体、面板行业进行扶持,以华为、中兴、京东方为代表的企业在技术研发投入上不遗余力,正是依靠高额资金的持续投入,中国企业在半导体、通信和面板行业取得了不错的成绩。

培养自身能力是成功的重要前提。过去,中国企业热衷于引进国外技术,不太重视自身能力建设。由于摩尔定律的存在,半导体行业每18个月就更新升级一次,这导致国内企业很容易陷入引进一代,落后一代,反复引进的怪圈。在能力培养上,研发神威·太湖之光芯片的申威团队做得非常好,他们从零开始定义CPU的指令集并设计CPU,而且耐得住寂寞,19年里默默无闻埋头苦干,通过自主研发和技术迭代演进培养能力。正是依靠长年的技术积累,申威团队能够在制造工艺落后美国英特尔公司两代的情况下,开发出性能不输于英特尔的超算芯片。

引进人才比买技术授权更加重要。在过去很长一段时间里,国内企业总喜欢从境外购买技术授权,或者是与境外公司进行合资,在引进人才方面作为非常有限。其实,技术是随着人走的,人才是一家半导体企业最宝贵的财富。近年来,由于技术合作或合资模式被实践证明并非通途,越来越多的公司开始重视直接从境外引进人才。在这方面,紫光公司的力度非常大,而且取得了较好的效果。在海外收购频频碰壁后,紫光在境外持续高薪寻找优秀的人才,并严格遵守国际商业的道德规则,“只带人不带文件”,坚持“自己的技术要靠自己研发”,在整合两岸技术团队之后,长江存储开启自主研发之路,并在2017年完成32层NAND闪存的小批量生产,在2019年完成了64层NAND闪存量产,成功打破国外巨头在存储芯片上的垄断。

中国半导体产业的历程,可以说是过往风雨交加,前路道阻且长,但几十年所取得的成就经验也告诉我们,只要注重方式方法,中国企业完全有能力把芯片产业做起来,实现自力更生、自给自足。(作者是技术经济观察家)

1.美国英特尔(Intel)公司,以生产CPU芯片闻名于世!

2.三星(Samsung)电子公司成立于1969年,初期主要生产家用电子产品,如

电视机和录像机等。七十年代始进入国际市场,逐渐发展成为全球五大电

子公司之一,产品也由家电扩展到计算机、通讯等诸多方面。九十年代由

于经济方面的原因,三星公司进行了大规模的战略重组。1978年,三星半

导体从三星电子公司分立出来而成为独立的实体,1983年起随着成功发展

了64K DRAM超大规模集成电路,从此在单一家电类半导体产品基础上发展

了许多新的半导体产品,逐渐成为全球领先的半导体厂商。它的半导体产

品主要有DRAM、SRAM、闪速存储器、ASIC、CPU和TFF-LCD板等等。

3.德州仪器(TI)公司总部位于美国德克萨斯州达拉斯城,是一家全球性的

半导体公司,是世界领先的数字信号处理和模拟技术的设计商、供应商,

是推动电子数字化进程的引擎。主要IC产品有:数字信号处理器、模拟和

混合信号器件、数字逻辑、ASIC、微控制器、语音和图形处理器、可编程

逻辑、军用器件等。

4.东芝(Toshiba)在国际市场上盛名远扬,家喻户晓。在日本之外,东芝拥

有100多家子公司和协作公司的庞大全球网络,仅海外子公司便拥有40,000

多名雇员,他们遍及全球各地,从事着从科研到采购、生产、销售以及市

场调研等工作。分布在世界各地的39个厂家构成东芝的生产网络,制造品

种繁多的产品,包括最先进的半导体元件、显象管、彩色电视机、移动式

计算个人电脑、光?磁存储、消耗品及工业用发电机和变电装置。这些技术

和设备均处世界领先地位的东芝生产厂家,强有力地保障着公司技术和整体

能力的发展,推动着电子工业的进步;同时也提供了更多的就业机会,进

一步促进了当地经济的蓬勃发展。

5.台积电(TSMC)成立于1987年,是全球最大的专业集成电路制造服务公司

。身为专业集成电路制造服务业的创始者与领导者,TSMC在提供先进晶圆

制程技术与最佳的制造效率上已建立声誉。自创立开始,TSMC即持续提供

客户最先进的技术;2006年的总产能超过七百万片约当八吋晶圆,全年营

收约占专业集成电路制造服务领域的百分之五十。

6.意法半导体会(ST)是全球性的独立半导体制造商。公司设计、生产、销

售一系列半导体IC和分立器件,用于远程通讯系统、计算机系统、消费电

子产品、汽车和工业自动化控制系统。ST是全球MPEG-2解码IC、数字机顶

盒IC、Smartcard MCU、特殊汽车IC和EEPROM非易失存储器最大供应商,也

是第二大模拟/混合信号ASSP和ASIC、磁盘驱动IC及EEPROM存储器供应商。

公司的产品采用一系列专有制作工艺和设计方法设计生产,可提供3000多

种主要型号产品。

ST公司是1987年由法国Thomson Semiconductors和意大利SGS

Microelectronics合并而成。自从成立以来,ST公司不断扩大生产能力,

目前公司拥有雇员约34,000人,共有9个研发机构,35个设计和应用中心,

17个生产据点,并在24个国家建立了62个销售部门。公司总部一部分在法

国St Genis,另一部分在瑞士日内瓦,在美国、新加坡、日本设立了地区总

部。ST公司十分重视技术发展,1999年投入26.6%销售收入用于产品研发,

共完成了751项新专利应用。公司设计销售几乎每种型号半导体器件,从简

单的晶体管到世界上最复杂的IC产品,覆盖了所有主要的半导体器件。其

中包括:专用IC、微处理器、半定制IC、存储器、标准IC、分立元件等。

7.瑞萨科技(Renesas)在2003 年4 月1 日正式成立,以领先的科技实现人

类的梦想。结合了日立与三菱电机在半导体领域上的丰富经验和专业知识

,配合全球二万七千名员工的无限创意,我们将无处不在,超乎你的想像

。科技的价值在于让一切变得可能,身为一家具有领导性和值得信赖的智

能晶片解决方案供应商,我们对于拓展明日无处不在的网络世界,担当重

要的角色。我们的创造力具前瞻性,为人类创造出更舒适美好的生活。

瑞萨精密的AFE ,运用10/12/14-bit 高信号解析度,可达到极佳讯号/噪

音比率,并融合影像处理器的原创IP 技术,以提供高品质的数位摄影。同

时,瑞萨亦是DVD 录影科技先驱,晶片设计整合不同要求,产品包括了

MPEG LSIs 、AFE 类比、DVD DSPs 、ODD 信号处理器及嵌入式的MCU 。瑞

萨同时更掌握LCD 液晶体电视的新科技,除了生产LCD-TV 的核心系统,也

有各重要部份:影像数据晶片、LCD 时间控制器、LCD 驱动器、M16C 及

H8S 微控制器、驱动器解决方案、订制平台、ASSPs...等。

8.海力士(Hynix)1983年开始运作,目前已经发展成为世界级电子公司,拥

有员工约22,000人,1999年总资产达20万亿。在DRAM存储器领域,Hynix

Semiconductor产量居世界前列。目前,公司经改组之后,核心业务主要集

中于三个部分:半导体、通信和LCD。

9.索尼(Sony)半导体分部是索尼电子公司1995年3月在美国加州圣约瑟市建

立的一个分部,该分部使索尼公司能够对变幻莫测、竞争激烈的美国半导

体市场迅速做出反应,为索尼电子公司发展高附加值的通讯、音频/视频、

计算机应用产品提供后备支持。

10.高通(Qualcomm)公司开发、销售一系列高性能FPGA半导体产品和软件

开发工具。公司原名Peer Research

Inc.,1988年4月由John Birkner,

Andy Chan 和 H.T. Chua创建, 1991年2月改名为QuickLogic公司,同时

发布了它的第一个FPGA产品--

pASIC1系列,并随后开发了基于PC计的开发

工具-- QuickWorks,以其容易使用和有效实用被广泛接受。1995年和1997

年又分别发布了pASIC 2和 pASIC 3两个系列的产品。1998年,QuickLogic

公司发布了一种新的器件,被称为ESP(Embedded Standard Products),

该器件基于QuickLogic公司的核心FPGA技术,结合了标准产品的优点和可

编程器件的灵活机动的特点。目前已发布三个系列的ESP产品,即QuickRAM

系列、QuickPCI系列和 QuickDSP 系列。

QuickLogic公司总部在美国加州,它的半导体产品主要由代工服务商生产

,Cypress Semiconductor主要代为生产采用0.65微米CMOS工艺的pASIC器

件,台湾的TSMC1996年起成为QuickLogic公司的代工服务商。

1833年,英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金属的电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。

不久, 1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生一个电压,这就是后来人们熟知的光生伏特效应,这是被发现的半导体的第二个特征。

在1874年,德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关,即它的导电有方向性,在它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效应,也是半导体所特有的第三种特性。同年,舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应,这是半导体又一个特有的性质。 半导体的这四个效应,(jianxia霍尔效应的余绩——四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了,但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。

很多人会疑问,为什么半导体被认可需要这么多年呢?主要原因是当时的材料不纯。没有好的材料,很多与材料相关的问题就难以说清楚。

半导体于室温时电导率约在10ˉ10~10000/Ω·cm之间,纯净的半导体温度升高时电导率按指数上升。半导体材料有很多种,按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。除上述晶态半导体外,还有非晶态的有机物半导体等和本征半导体。

1982年,江苏无锡的江南无线电器材厂(742厂)IC生产线建成验收投产,这是一条从日本东芝公司全面引进彩色和黑白电视机集成电路生产线,不仅拥有部封装,而且有3英寸全新工艺设备的芯片制造线,不但引进了设备和净化厂房及动力设备等“硬件”,而且还引进了制造工艺技术“软件”。这是中国第一次从国外引进集成电路技术。第一期742厂共投资2.7亿元(6600万美元),建设目标是月投10000片3英寸硅片的生产能力,年产2648万块IC成品,产品为双极型消费类线性电路,包括电视机电路和音响电路。到1984年达产,产量达到3000万块,成为中国技术先进、规模最大,具有工业化大生产的专业化工厂。 1982年10月,国务院为了加强全国计算机和大规模集成电路的领导,成立了以万里副总理为组长的“电子计算机和大规模集成电路领导小组”,制定了中国IC发展规划,提出“六五”期间要对半导体工业进行技术改造。 1983年,针对当时多头引进,重复布点的情况,国务院大规模集成电路领导小组提出“治散治乱”,集成电路要“建立南北两个基地和一个点”的发展战略,南方基地主要指上海、江苏和浙江,北方基地主要指北京、天津和沈阳,一个点指西安,主要为航天配套。

1986年,电子部厦门集成电路发展战略研讨会,提出“七五”期间我国集成电路技术“531”发展战略,即普及推广5微米技术,开发3微米技术,进行1微米技术科技攻关。 1988年,871厂绍兴分厂,改名为华越微电子有限公司。 1988年9月,上无十四厂在技术引进项目,建了新厂房的基础上,成立了中外合资公司――上海贝岭微电子制造有限公司。 1988年,在上海元件五厂、上无七厂和上无十九厂联合搞技术引进项目的基础上,组建成中外合资公司――上海飞利浦半导体公司(现在的上海先进)。 1989年2月,机电部在无锡召开“八五”集成电路发展战略研讨会,提出了“加快基地建设,形成规模生产,注重发展专用电路,加强科研和支持条件,振兴集成电路产业”的发展战略。 1989年8月8日,742厂和永川半导体研究所无锡分所合并成立了中国华晶电子集团公司。

1990年10月,国家计委和机电部在北京联合召开了有关领导和专家参加的座谈会,并向党中央进行了汇报,决定实施九O八工程。 1991年,首都钢铁公司和日本NEC公司成立中外合资公司――首钢NEC电子有限公司。 1995年,电子部提出“九五”集成电路发展战略:以市场为导向,以CAD为突破口,产学研用相结合,以我为主,开展国际合作,强化投资,加强重点工程和技术创新能力的建设,促进集成电路产业进入良性循环。 1995年10月,电子部和国家外专局在北京联合召开国内外专家座谈会,献计献策,加速我国集成电路产业发展。11月,电子部向国务院做了专题汇报,确定实施九0九工程。 1997年7月17日,由上海华虹集团与日本NEC公司合资组建的上海华虹NEC电子有限公司组建,总投资为12亿美元,注册资金7亿美元,华虹NEC主要承担“九0九”工程超大规模集成电路芯片生产线项目建设。 1998年1月,华晶与上华合作生产MOS圆片合约签定,有效期四年,华晶芯片生产线开始承接上华公司来料加工业务。 1998年1月18日,“九0八” 主体工程华晶项目通过对外合同验收,这条从朗讯科技公司引进的0.9微米的生产线已经具备了月投6000片6英寸圆片的生产能力。 1998年1月,中国华大集成电路设计中心向国内外用户推出了熊猫2000系统,这是我国自主开发的一套EDA系统,可以满足亚微米和深亚微米工艺需要,可处理规模达百万门级,支持高层次设计。 1998年2月,韶光与群立在长沙签订LSI合资项目,投资额达2.4亿元,合资建设大规模集成电路(LSI)微封装,将形成封装、测试集成电路5200万块的生产能力。 1998年2月28日,我国第一条8英寸硅单晶抛光片生产线建成投产,这个项目是在北京有色金属研究总院半导体材料国家工程研究中心进行的。 1998年3月16日,北京华虹集成电路设计有限责任公司与日本NEC株式会社在北京长城-饭店举行北京华虹NEC集成电路设计公司合资合同签字仪式,新成立的合资公司其设计能力为每年约200个集成电路品种,并为华虹NEC生产线每年提供8英寸硅片两万片的加工订单。 1998年4月,集成电路“九0八”工程九个产品设计开发中心项目验收授牌,这九个设计中心为信息产业部电子第十五研究所、信息产业部电子第五下四研究所、上海集成电路设计公司、深圳先科设计中心、杭州东方设计中心、广东专用电路设计中心、兵器第二一四研究所、北京机械工业自动化研究所和航天工业771研究所。这些设计中心是与华晶六英寸生产线项目配套建设的。 1998年6月,上海华虹NEC九0九二期工程启动。 1998年6月12日,深港超大规模集成电路项目一期工程――后工序生产线及设计中心在深圳赛意法微电子有限公司正式投产,其集成电路封装测试的年生产能力由原设计的3.18亿块提高到目前的7.3亿块,并将扩展的10亿块的水平。 1998年10月,华越集成电路引进的日本富士通设备和技术的生产线开始验收试制投 片,-该生产线以双极工艺为主、兼顾Bi-CMOS工艺、2微米技术水平、年投5英寸硅片15万片、年产各类集成电路芯片1亿只能力的前道工序生产线及动力配套系统。 1998年3月,由西安交通大学开元集团微电子科技有限公司自行设计开发的我国第一个-CMOS微型彩色摄像芯片开发成功,我国视觉芯片设计开发工作取得的一项可喜的成绩。 1999年2月23日,上海华虹NEC电子有限公司建成试投片,工艺技术档次从计划中的0.5微米提升到了0.35微米,主导产品64M同步动态存储器(S-DRAM)。这条生产线的建-成投产标志着我国从此有了自己的深亚微米超大规模集成电路芯片生产线。


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