许多人曾用这样的描述形容互联网泡沫与投机者,如今,轮到了半导体行业,业内用 “芯片烂尾潮” 来形容一系列光怪陆离的景象,但真正内核的原因仍有待挖掘。
2020 年 10 月 20 日,由于不少地方芯片项目烂尾的报道持续发酵,国家发改委新闻发言人孟玮在例行发布会上指出:国内投资集成电路产业的热情不断高涨,一些没经验、没技术、没人才的 “三无” 企业投身集成电路行业,个别地方对集成电路发展的规律认识不够,盲目上项目,低水平重复建设风险显现,甚至有个别项目建设停滞、厂房空置,造成资源浪费。
武汉弘芯是一个涉及上千亿资金的明星项目,成立于 2017 年 11 月,目标是为实现 14 纳米和 7 纳米制程的芯片生产线,每月产能 3 万片,还聘来了台积电关键研发人物蒋尚义担任 CEO。2019 年 12 月,弘芯还成功引进了国内唯一能生产 7 纳米芯片的 ASML 光刻机设备,一时风光无限。
2020 年 6、7 月份,武汉弘芯被曝出,项目存在较大资金缺口,随时面临资金链断裂导致项目停滞的风险。同时,由于弘芯项目二期用地一直未完成土地调规和出让,且缺少土地、环评等支撑资料,无法上报国家发改委窗口指导,导致国家半导体大基金、其他股权基金无法导入。同时,弘芯还被曝出拖欠着供应商数千万工程款,价值 5.8 亿元的 “全新” 光刻机也被抵押给银行。
实际上,类似弘芯这类经过短暂风光却频现问题的半导体项目,也在不少地方存在并发生着。
在 2019 年,南京德科码 30 亿美元晶圆项目停摆,沦为欠薪、欠款、欠税的 “三欠” 公司,被法院列为失信被执行人;成都格芯消耗政府 70 亿元投资建设了厂房,现在停产、停业、倒闭裁员,沦为一座空房;贵州华芯通半导体宣布破产清算,与高通的合作以失败告终;江苏淮安德怀半导体被曝腐败窝案,46 亿元资金打了水漂……
据悉,国家下一步将引导地方加强对重大项目建设的风险认识,按照 “谁支持、谁负责” 原则,对造成重大损失或引发重大风险的,予以通报问责。
近年来,国家对半导体产业的投资扶持力度堪称前所未有,尤其是在中兴、华为事件之后。
2014 年 9 月 24 日,国家大基金一期成立,首期募资 1387.2 亿元,为国内单期规模最大的产业投资基金;2018 年两会之后,国内提出发展集成电路产业的城市高达 30 个,多地政府都成立了集成电路产业发展基金,预计募集基金规模超过 3000 亿元;2019 年 10 月 22 日,国家大基金二期成立,注册资本为 2041.5 亿元,业内预计两期大基金可以撬动的 社会 资本规模超过 1 万亿元,越来越多的地方政府、 社会 资本介入半导体产业,希望能实现一些突破。
但盯上这块大蛋糕的人更多。用企查查搜索 "芯片" 关键词, 能得到 54733 家名称里带芯片的注册公司,而搜索 “半导体” 和 “集成电路”,分别能得到 91247 与 261681 家企业数据。
这么多资金投入、这么大扶持力度、这么多企业参与,却换来了一波 “芯骗” 苦果,不禁让人思考问题出在哪里?追责固然重要,然而在新的发展周期启动前,我们该如何从源头上避免下一次芯片烂尾潮?
对此,华裔微纳电子学家马佐平向 DeepTech 分享了其独到看法。他是中科院外籍院士,兼任耶鲁大学电机系讲座教授、前系主任,也曾在 IBM、Intel、 HP、日立、东芝、台积电等国际大厂担任高级 科技 顾问。
以下对话内容,在保持原意的基础上略有删改。
DeepTech:你怎么看待这批地方芯片烂尾项目?
马佐平:在 2014 年国家大基金成立的时候,我曾向相关负责人谏言,建议从大基金中拿出一部分钱来做基础研究,做技术扎根,虽然业绩要到 5 10 年后才能看到,但是这个非常重要。而那位负责人当时的回应是:“我们都了解,也都非常赞同,但我只是一个执行的人,上面花钱投入,希望我们每年要有业绩,所以我不能等着 5 年、10 年以后再看业绩,那到时候我也不知道被调到哪里去了。”
于是,就有相当一部分钱去投入到买设备去盖厂房等方面。我记得在 2018 年 4 月中兴事件之后,一个月内就传出将会新成立一个大基金。
再后来就如我们现在看到的现象,出现一大堆骗钱的烂尾芯片项目。可以说这个并不是意外,症结就是有些地方在乱撒钱,很多投资并没有明晰让从业者做什么,为什么要做这个?甚至没有有效监督,成百上千家新的公司纷纷成立,很多对半导体根本不了解的人都去开公司了。
这对产业发展来讲不但没有用处,反而有害处,优质资源被浪费掉了,也把半导体行业变成了一个骗钱行业,真正要做事情的人反而被人家看不起。
最重要的一定是要好好找真正的专家团进行规划,我们到底缺什么?我们到底要把钱用在怎样的刀口上,不能投机取巧,搞形象工程。
DeepTech:以武汉弘芯为例,他们聘到了台积电资深的元老蒋尚义,甚至成功引进了 7 纳米光刻机,而且武汉有比较成功的长江存储、武汉新芯等项目,地方应该不缺乏经验?
马佐平:这个非常可惜。弘芯聘请的 CEO 蒋尚义是我的大学同学,非常有实力的一个人,他是台积电创办人张忠谋十分倚重的研发元老,人称 “蒋爸”,期间也雇我做过顾问,他如果要带团队真的有能力做成,非常好的一个人,可是没想到的是,这么好的一个人也被骗。
很多国内报道都说背后有几个人在北京搞了一个空壳公司(北京光量)做大股东,根本没有资本和技术实力 *** 盘,而且也查不到更多信息。
DeepTech:我们能否从根源上避免部分地区乱撒钱搞芯片的方式?
马佐平:可以参考国外的决策经验,比如在美国,别说几千几万亿的项目,就是只有几个亿的项目,政府推进工程发包之前,也会请很多专家组成顾问团,各种审核,怎样花钱,第一步做什么,第二步做什么,细节都要规划到了,至少要推敲几个月。
华为事件之后,外媒还传言中国要投入 9 万亿用更大力度全面扶持半导体产业,且不说这个数字是真是假,如果真是这么大的资金规模,决定过程至少要超过一年以上。首先行政部门需要有一个非常清晰的规划和审核,之后还要看参众两院多方投票是否能通过,可能到最后只能批准 5 万亿的预算,不过都会有非常充分的理由支撑,不是随便拍脑门决定的。
政府工程发包的时候也要有一个顾问团,都是来自各个领域的专家,包括技术方面、财务方面、执行方面的专家,然后给出落实建议,要具体执行的时候,还有另外的顾问团或是顾问公司,各个环节是非常独立的,杜绝之间的利益关系。
而如果是拍脑门决定,无疑效率非常高,但是会有很多欠考虑的地方以及看不到衍生出来的关联影响。我们不能在开会的时候,大家都说这个计划很好很好,一开始执行才发现里面利益牵扯太多,乃至没办法打破。
DeepTech:这个情况在当下的半导体行业,是很普遍的一个现象?
马佐平:很普遍。我经历过太多这种事情,地方半导体行业有很多外行领导内行的情况,我的建议也要组建无利益关系的顾问团,其实很容易,但是后来有人跟我们讲,你这种是不可能的,你如果去搞这种顾问团的话,等于是把人家利益部分都砍掉了。最后很多钱,流向了骗子和贪污。
你这个项目要这么多钱是干什么的?你一项一项地把它列出来,审核部门再找相关专家、顾问团详细讨论和决策,就会很难被蒙骗,可能要很久才能出来方案,但是,将来出错的几率就会很小。
DeepTech:扶持半导体事业已经成为国家战略,而且市场的投资热度都很高,但我们造的芯片可能大多在一些非常细分的领域或者相对中低端一些,这种方式能让中国半导体事业进阶到一个理想预期么?
马佐平:现在业界投资的很多芯片,是有一些商机的,虽然不是最高端的芯片,但在中国市场的需求量还是很大。如果这批创业者比较了解的话,抓住这个重点,弥补市场空白,外面进不来,刚好我们自己有这个能力去弄,而且可以很快研发出来,一定程度上可以把我们国内的供应链产业链给加强,当然这只是短期。
长远来看,我们国家芯片产业真正的目标还是要做高端芯片,像华为等公司需要的旗舰手机芯片、5G 设备芯片等,它需要非常高端的基础技术支撑,国内没办法供应它,那短期能怎么办?没办法,那就要沉下心来做长期打算,真的是忍痛前行。
芯片产业链非常复杂,涉及面非常广,从材料、制造、设计、设备、封装、生产最后到市场,这些环节全部都紧密连在一起,哪里是我们最弱的?那里我们能够迎头赶上等等,需要系统规划一下。
我觉得对于芯片产业,完全要自己封闭起来搞,这是不可能的,一定要争取国际合作,即便美国技术领先,也是要靠国际力量的。我觉得我们可以用外交手段等,推进业界寻求国际合作,而且不能说,完全是我们这边都占利,这种强势的方法不太可行,我们也需要给到对方好处,大家互相促进,能自力更生固然好,但对于芯片产业来说几乎不可能。
这也是一个很现实的事, 因为芯片产业不是某个单一的东西,比如说我们自己造原子d、人造卫星很厉害,攻克几个关键技术就可以做出来。
芯片产业发展是日新月异的,每一个星期每一个月都在创新,你现在以为跟别人的差距差不多了,人家两年以后又翻了一倍,不可能自己闭关自守,我们需要深刻了解这一点,有的时候需要放下一些身段跟人家合作。
我们经常说要赶超,但现阶段只要不差的更远就不错了,人家研发能力更强,也不是不动的,人家也在努力发展。
DeepTech:这么多年来,我们的芯片产业似乎与国际产业链的契合紧密度仍然不够?比如我们遇到制裁禁令会变得很被动,也难以牵动国际产业链帮助进行脱困。
马佐平:契合度比较低。最主要是你可以给人家什么,人家跟你合作,人家能得到什么,我们要得到什么,需要互利的基础,都是很现实的问题。
中国有一个很大的利基就是市场非常大,中国市场已占到全球集成电路市场的近乎一半。此外中国的扶持政策、财力、建厂土地等都具备很大的吸引力,还有一方面,中国近年来培养出来的工程师人才,是美国的好几倍,这些都是非常大的优势所在,怎样利用好这些资源互利,不要老是去对抗。
我们可以集中所有的力量去干一件大事,刚好那个东西不是那么复杂,但现在对于芯片产业来讲,完全不是这个样子,太复杂了。比如一台光刻机就有几十万个零件,其中比较精密的材料来自很多发达国家,荷兰的 ASML 可以把它整合起来,但是里面的关键元件和技术有一大部分是美国提供的,所以美国可以通过一些手段卡住它对中国的供应。
我知道很多地方领导希望看到有实体的东西,比如盖大楼、建厂房、买设备,有一个实体东西在那就安心了,但是这不解决核心问题。
DeepTech:怎么解决你说的核心问题?
马佐平:这需要看一个芯片项目具体的性质,是要做什么事情,但最重要的是人,没有靠谱的人才团队,大楼盖起来,机器买来也没有用。人才为什么会去?他需要知道很明晰且有力的规划,将来能切实落实。据我所知,弘芯就曾计划从台积电高价挖来一些人,给他们开出 3 倍高的薪水,但是呢,单纯为钱而来的人并不一定是最好的人才。
至少要把人才稳住,之后要扩建什么当然是无可厚非的,不能本末倒置。
弘芯项目当前的处境非常可惜,据我了解,蒋尚义已经寻找到了 50 多个得力干将,因为在芯片业界有一个规则,不能从同业竞争公司之中挖来骨干马上雇佣,这期间至少要 “周转” 一年时间, 但是真的有几个厉害人,因为信任他,所以愿意跟着他。
如果没有太多意外和干扰,我相信他带领团队真的可以做成弘芯,而且可能不需要太多年,就能越过 14 纳米工艺,实现 7 纳米乃至更高的水平,因为蒋尚义在台积电就曾领导过 7 纳米工艺的研发突破。
遗憾的是,没人出面将弘芯的局面稳住,就看着它垮掉,这些人才如果都散掉了,不仅前面的钱白花了,重要的是接下来再想攻克 7 纳米工艺谈何容易,再试图从台积电等大厂挖核心人才也会被盯得更紧了。
DeepTech:芯片烂尾潮之外,最近半导体行业还有哪些现象显示出了不好的征兆?
马佐平:我看到了很多中国公司在报道里说开发出了第三代半导体,所谓的第三代半导体,好像很先进,其他的都是一代、二代,我们有了第三代芯片不是更先进吗?其实要我来说,不是第三代,只不过是 “第三类” 半导体,可以局部用到一些大功率、 汽车 、高温设备等细分领域。
还有很多人大谈摩尔定律失效。摩尔定律有狭义与广义之分,狭义的摩尔定律就是把芯片微器件不断缩小,肯定是快到尽头了,比如说台积电 5 纳米,再下一个阶段 3 纳米,最多 1.5 纳米,能够分布几百亿个晶体管等等,但我认为广义的摩尔定律才刚刚开始,很多业内人士也赞同这个说法。
芯片不只是平面的,工程师可以堆叠好几层乃至几十层,新的制造封装工艺在台积电已经在不断突破,而且预期很快会变成主流,就是广义的摩尔定律还不会失效,可以想象一下如果一层有几百亿个晶体管,像盖高楼一样构建几层乃至几十层会有怎样的性能,芯片纳米工艺到极限之后,可把它立体化,用三维的方法重新定义。
DeepTech:我还看到不少光电芯片、乃至碳基芯片可能要取代硅基芯片的说法。
马佐平:光电芯片当然在某些方面可以有很好的应用,而所谓的碳基也好,比如石墨烯或者纳米碳管的炒作,这些是不可能取代硅芯片的,尤其是石墨烯领域的报道很多是在乱讲,它能够做导体,但你要做到硅基晶体管的水平是完全不对的,用碳基取代硅基有些痴人说梦。
经过近十年的发展,二维电子学已经取得了巨大进步,但在大面积单晶制备、关键器件工艺、与主流半导体技术兼容性等方面仍存在挑战。
南京大学电子科学与工程学院王欣然教授课题组聚焦上述问题,研究突破二维半导体单晶制备和异质集成关键技术,为后摩尔时代集成电路的发展提供了新思路。相关研究成果近期连续发表在Nature Nanotechnology上。
半导体单晶材料是微电子产业的基石。与主流的12寸单晶硅晶圆相比,二维半导体的制备仍停留在小尺寸和多晶阶段,开发大面积、高质量的单晶薄膜,是迈向二维集成电路的第一步。然而,二维材料的生长过程中,数以百万计的微观晶粒随机生成,只有控制所有晶粒保持严格一致的排列方向,才有可能获得整体的单晶材料。
蓝宝石是半导体工业界广泛使用的一种衬底,在规模化生产、低成本和工艺兼容性方面具有突出的优势。合作团队提出了一种方案,通过改变蓝宝石表面原子台阶的方向,人工构筑了原子尺度的“梯田”。
利用“原子梯田”的定向诱导成核机制,实现了TMDC的定向生长。基于此原理,团队在国际上首次实现了2英寸MoS2单晶薄膜的外延生长。
得益于材料质量的提升,基于MoS2单晶制备的场效应晶体管迁移率高达102.6 cm2/Vs,电流密度达到450 μA/μm,是国际上报道的最高综合性能之一。同时,该技术具有良好的普适性,适用于MoSe2等其他材料的单晶制备,该工作为TMDC在集成电路领域的应用奠定了材料基础。
大面积单晶材料的突破使得二维半导体走向应用成为可能。在第二个工作中,电子学院合作团队基于第三代半导体研究的多年积累,结合最新的二维半导体单晶方案,提出了基于MoS2 薄膜晶体管驱动电路、单片集成的超高分辨Micro-LED显示技术方案。
Micro-LED是指以微米量级LED为发光像素单元,将其与驱动模块组装形成高密度显示阵列的技术。与当前主流的LCD、OLED等显示技术相比,Micro-LED在亮度、分辨率、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有跨代优势,是国际公认的下一代显示技术。然而,Micro-LED的产业化目前仍面临诸多挑战。
首先,小尺寸下高密度显示单元的驱动需求难以匹配。其次,产业界流行的巨量转移技术在成本和良率上难以满足高分辨率显示技术的发展需求。特别对于AR/VR等超高分辨应用,不仅要求分辨率超过3000PPI,而且还需要显示像元有更快的响应频率。
合作团队瞄准高分辨率微显示领域,提出了MoS2 薄膜晶体管驱动电路与GaN基Micro-LED显示芯片的3D单片集成的技术方案。团队开发了非“巨量转移”的低温单片异质集成技术,采用近乎无损伤的大尺寸二维半导体TFT制造工艺,实现了1270 PPI的高亮度、高分辨率微显示器,可以满足未来微显示、车载显示、可见光通讯等跨领域应用。
其中,相较于传统二维半导体器件工艺,团队研发的新型工艺将薄膜晶体管性能提升超过200%,差异度降低67%,最大驱动电流超过200 μA/μm,优于IGZO、LTPS等商用材料,展示出二维半导体材料在显示驱动产业方面的巨大应用潜力。
该工作在国际上首次将高性能二维半导体TFT与Micro-LED两个新兴技术融合,为未来Micro-LED显示技术发展提供了全新技术路线。
上述工作分别以 “Epitaxial growth of wafer-scale molybdenum disulfide semiconductor single crystals on sapphire” (通讯作者为王欣然教授和东南大学王金兰教授)和 “Three dimensional monolithic micro-LED display driven by atomically-thin transistor matrix” (通讯作者为王欣然教授、刘斌教授、施毅教授和厦门大学张荣教授)为题, 近期在线发表于Nature Nanotechnology。
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