电脑处理器的工作原理是什么? 决定频率快慢的因素是什么?

电脑处理器的工作原理是什么? 决定频率快慢的因素是什么?,第1张

想知道处理器的工作原理是什么? 决定频率快慢的因素是什么?需要从制造过程开始

现在市场上产品丰富,琳琅满目,当你使用着配置了最新款CPU的电脑在互联网上纵横驰骋,在各种程序应用之间 *** 作自如的时候,有没有兴趣去想一想这个头不大、功能不小的CPU是怎么制作出来的呢。

在今天的半导体制造业中,计算机中央处理器无疑是受关注程度最高的领域,而这个领域中众所周知的两大巨头,其所遵循的处理器架构均为x86,而另外一家号称信息产业的蓝色巨人的IBM,也拥有强大的处理器设计与制造能力,它们最先发明了应变硅技术,并在90纳米的处理器制造工艺上走在最前列。在今天的文章中,我们将一步一步的为您讲述中央处理器从一堆沙子到一个功能强大的集成电路芯片的全过程。

制造CPU的基本原料

如果问及CPU的原料是什么,大家都会轻而易举的给出答案—是硅。这是不假,但硅又来自哪里呢?其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧,价格昂贵,结构复杂,功能强大,充满着神秘感的CPU竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的,一定要精挑细选,从中提取出最最纯净的硅原料才行。试想一下,如果用那最最廉价而又储量充足的原料做成CPU,那么成品的质量会怎样,你还能用上像现在这样高性能的处理器吗?

除去硅之外,制造CPU还需要一种重要的材料就是金属。目前为止,铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料,而铜则逐渐被淘汰,这是有一些原因的,在目前的CPU工作电压下,铝的电迁移特性要明显好于铜。所谓电迁移问题,就是指当大量电子流过一段导体时,导体物质原子受电子撞击而离开原有位置,留下空位,空位过多则会导致导体连线断开,而离开原位的原子停留在其它位置,会造成其它地方的短路从而影响芯片的逻辑功能,进而导致芯片无法使用。

这就是许多Northwood Pentium 4换上SNDS(北木暴毕综合症)的原因,当发烧友们第一次给Northwood Pentium 4超频就急于求成,大幅提高芯片电压时,严重的电迁移问题导致了CPU的瘫痪。这就是intel首次尝试铜互连技术的经历,它显然需要一些改进。不过另一方面讲,应用铜互连技术可以减小芯片面积,同时由于铜导体的电阻更低,其上电流通过的速度也更快。

除了这两样主要的材料之外,在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料,它们起着不同的作用,这里不再赘述。

CPU制造的准备阶段

在必备原材料的采集工作完毕之后,这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。而作为最主要的原料,硅的处理工作至关重要。首先,硅原料要进行化学提纯,这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要,还必须将其整形,这一步是通过溶化硅原料,然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。

而后,将原料进行高温溶化。中学化学课上我们学到过,许多固体内部原子是晶体结构,硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求,整块硅原料必须高度纯净,及单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出,此时一个圆柱体的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看,硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的,不过只要企业肯投入大批资金来研究,还是可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元,新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高,功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。下面就从硅锭的切片开始介绍CPU的制造过程。

在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后,下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片,切片越薄,用料越省,自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑,之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要,它直接决定了成品CPU的质量。

新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料,而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙,彼此之间发生原子力的作用,从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺(互补型金属氧化物半导体)。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下,切片被掺入化学物质而形成P型衬底,在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计,这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下,必须尽量限制pMOS型晶体管的出现,因为在制造过程的后期,需要将N型材料植入P型衬底当中,而这一过程会导致pMOS管的形成。

在掺入化学物质的工作完成之后,标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热,通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度,空气成分和加温时间,该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中,门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分,晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动,通过对门电压的控制,电子的流动被严格控制,而不论输入输出端口电压的大小。准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果,而且在光刻蚀过程结束之后,能够通过化学方法将其溶解并除去。

光刻蚀

这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤,为什么这么说呢?光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕,由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格,需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量,而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步(每一步进行一层刻蚀)。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话,可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比,甚至还要复杂,试想一下,把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上,那么这个芯片的结构有多么复杂,可想而知了吧。

当这些刻蚀工作全部完成之后,晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上,然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质,而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。

掺杂

在残留的感光层物质被去除之后,剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后,另一个二氧化硅层制作完成。然后,加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料(因此称作金属氧化物半导体),多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀,所需的全部门电路就已经基本成型了。然后,要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击,此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接,没个晶体管都有输入端和输出端,两端之间被称作端口。

重复这一过程

从这一步起,你将持续添加层级,加入一个二氧化硅层,然后光刻一次。重复这些步骤,然后就出现了一个多层立体架构,这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接,而Athlon64使用了9层,所使用的层数取决于最初的版图设计,并不直接代表着最终产品的性能差异。

接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试,包括检测晶圆的电学特性,看是否有逻辑错误,如果有,是在哪一层出现的等等。而后,晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。

而后,整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中,那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装,这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后,还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品,一些芯片的运行频率相对较高,于是打上高频率产品的名称和编号,而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造,打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷(这种缺陷足以导致绝大多数的CPU瘫痪),那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量,降低了性能,当然也就降低了产品的售价,这就是Celeron和Sempron的由来。

在CPU的包装过程完成之后,许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏,且产品完全遵照规格所述,没有偏差。

首先让我们来看一下处理器的工作原理

一个工厂对产品的加工过程:

进入工厂的原料(程序指令),结过物资分配部门(控制单元)的调度分配,被送往生产线(逻辑运算单元),生产出的成品(处理后的数据)后,再存储在仓库(存储单元)中,最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。

处理器的工作原理:

从控制单元开始,处理器就开始了正式工作,中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理,交到存储单元代表工作结束。首先,指令指针会通知 处理器,将要执行的指令放置在内存中的存储位置。因为内存中的每个存储单元都有编号(称为地址),可以根据这些地址把数据取出,通过地址总线送到控制单元中,指令译码器从指令寄存器IR中拿来指令,翻译成 处理器可以执行的形式,然后决定完成该指令需要哪些必要的 *** 作,它将告诉算术逻辑单元(ALU)什么时候计算,告诉指令读取器什么时候取数值,告诉指令译码器什么时候翻译指令等等。

根据对指令类型的分析和特殊工作状态的需要,处理器设置了六种工作周期,分别用六个触发器来表示它们的状态,任一时刻只许一个触发器为1,表示处理器所处周期状态,即指令执行过程中的某个阶段。

1.取指周期(FC)

处理器在FC中完成取指所需要 *** 作。每条指令都必须经历取指周期FC,在FC中完成的 *** 作与指令 *** 作码无关的公共 *** 作。但FC结束后转向哪个周期则与本周期中取出的指令类型有关。

2.源周期(SC)

处理器在SC中完成取源 *** 作数所需的 *** 作。如指令需要源 *** 作数,则进入SC。在SC中根据指令寄存器IR的源地址信息,形成源地址,读取源 *** 作数。

3.目的周期(DC)

如果处理器需要获得目的 *** 作数或形成目的地址,则进DC。在DC中根据IR中的目的地址信息进行相应 *** 作。

4.执行周期(EC)

处理器在取得 *** 作数后,则进入EC,这也是第条指令都经历的最后一个工作阶段。在EC中将依据IR中的 *** 作码执行相应 *** 作,如传递、算术运算、逻辑运算、形成转移地址等。

5.中断响应周期(IC)

处理器除了考虑指令正常执行,还应考虑对外部中断请的处理。处理器在向应中断请求后,进入中断响应周期IC。在IC中将直接依靠硬件进行保存断点、关中断、转中断服务程序入口等 *** 作,IC结束转入取指周期,开始执行中断服务程序。

6.DMA传送周期(DMAC)

处理器响应DMA(直接存储器存取)请求后,进入DMAC中,处理器交出系统总线的控制权,由DMA(直接存储器存取)控制器控制系统总线,实现主存与外围设备之间的数据直接传送。因此对 处理器来说,DMAC是一个空 *** 作周期。

处理器控制流程,描述了工作周期状态变化情况:

为了简化控制逻辑,限制在一条指令结束是判断有无DMA(直接存储器存取)请求,若有请求,将插入DMAC;如果在一个DMAC结束前又提出新的DMA请求,则连续安排若干DMA传送周期。

如果没有DMA(直接存储器存取)请求,则继续判断有无中断请求,若有则进入IC。在IC中完成需的 *** 作后向新的FC,这表明进入中断服务程序。

一些软件公司为此开发了专门的封装CAD软件,有实力的微电子制造商也在大学的协助下或独立开发了封装CAD系统。如1991年University of Utah在IBM公司赞助下为进行电子封装设计开发了一个连接着目标CAD软件包和相关数据库的知识库系统。电性能分析包括串扰分析、ΔI噪声、电源分配和S-参数分析等。通过分别计算每个参数可使设计者隔离出问题的起源并独立对每个设计参数求解。每一个部分都有一个独立的软件包或者一套设计规则来分析其参数。可布线性分析用来预测布线能力、使互连长度最小化、减少高频耦合、降低成本并提高可靠性;热性能分析程序用来模拟稳态下传热的情况;力学性能分析用来处理封装件在不同温度下的力学行为;最后由一个知识库系统外壳将上述分析工具和相关的数据库连接成一个一体化的系统。它为用户提供了一个友好的设计界面,它的规则编辑功能还能不断地发展和修改专家系统的知识库,使系统具有推理能力。

NEC公司开发了LSI封装设计的CAD/CAM系统——INCASE,它提供了LSI封装设计者和LSI芯片设计者一体化的设计环境。封装设计者能够利用INCASE系统有效地设计封装,芯片设计者能够通过网络从已储存封装设计者设计的数据库中寻找最佳封装的数据,并能确定哪种封装最适合于他的芯片。当他找不到满足要求的封装时,需要为此开发新的封装,并通过系统把必要的数据送达封装设计者。该系统已用于开发ASIC上,可以为同样的芯片准备不同的封装。利用该系统可以有效地改善设计流程,减少交货时间。

University of Arizona开发了VLSI互连和封装设计自动化的一体化系统PDSE(Packaging Design Support Environment),可以对微电子封装结构进行分析和设计。PDSE提供了某些热点研究领域的工作平台,包括互连和封装形式以及电、热、电-机械方面的仿真,CAD框架的开发和性能、可制造性、可靠性等。

Pennsylvania State University开发了电子封装的交互式多学科分析、设计和优化(MDA&O)软件,可以分析、反向设计和优化二维流体流动、热传导、静电学、磁流体动力学、电流体动力学和d性力学,同时考虑流体流动、热传导、d性应力和变形。

Intel公司开发了可以在一个CAD工具中对封装进行力学、电学和热学分析的软件——封装设计顾问(Package Design Advisor),可以使硅器件设计者把封装的选择作为他的产品设计流程的一部分,模拟芯片设计对封装的影响,以及封装对芯片设计的影响。该软件用户界面不需要输入详细的几何数据,只要有芯片的规范,如芯片尺寸、大概功率、I/0数等就可在Windows环境下运行。其主要的模块是:力学、电学和热学分析,电学模拟发生,封装规范和焊盘版图设计指导。力学模块是选择和检查为不同种类封装和组装要求所允许的最大和最小芯片尺寸,热学模块是计算θja和叭,并使用户在一个具体用途中(散热片尺寸,空气流速等)对封装的冷却系统进行配置,电学分析模块是根据用户输入的缓冲层和母线计算中间和四周所需要的电源和接地引脚数,电学模拟部分产生封装和用户指定的要在电路仿真中使用的传输线模型(微带线,带状线等)的概图。

LSI Logic公司认为VLSI的出现使互连和封装结构变得更复杂,对应用模拟和仿真技术发展分析和设计的CAD工具需求更为迫切。为了有效地管理设计数据和涉及电子封装模拟和仿真的CAD工具,他们提出了一个提供三个层面服务的计算机辅助设计框架。框架的第一层支持CAD工具的一体化和仿真的管理,该层为仿真环境提供了一个通用的图形用户界面;第二层的重点放在设计数据的描述和管理,在这一层提供了一个面向对象的接口来发展设计资源和包装CAD工具;框架的第三层是在系统层面上强调对多芯片系统的模拟和仿真。

Tanner Research公司认为高带宽数字、混合信号和RF系统需要用新方法对IC和高性能封装进行设计,应该在设计的初期就考虑基板和互连的性能。芯片及其封装的系统层面优化要求设计者对芯片和封装有一个同步的系统层面的想法,而这就需要同步进入芯片和封装的系统层面优化要求设计者对芯片和封装有一个同步的系统层面想法,而这就需要同步进入芯片封装的设计数据库,同步完成IC和封装的版图设计,同步仿真和分析,同步分离寄生参数,同步验证以保证制造成功。除非芯片及其封装的版图设计、仿真和验证的工具是一体化的,否则同步的设计需要就可能延长该系统的设计周期。Tanner MCM Pro实体设计环境能够用来设计IC和MCM系统。

Samsung公司考虑到微电子封装的热性能完全取决于所用材料的性能、几何参数和工作环境,而它们之间的关系非常复杂且是非线性的,由于包括了大量可变的参数,仿真也是耗时的,故开发了一种可更新的系统预测封装热性能。该系统使用的神经网络能够通过训练建立一个相当复杂的非线性模型,在封装开发中对于大量的可变参数不需要进一步的仿真或试验就能快速给出准确的结果,提供了快速、准确选择和设计微电子封装的指南。与仿真的结果相比,误差在1%以内,因此会成为一种既经济又有效率的技术。

Motorola公司认为对一个给定的IC,封装的设计要在封装的尺寸、I/0的布局、电性能与热性能、费用之间平衡。一个CSP的设计对某些用途是理想的,但对另一些是不好的,需要早期分析工具给出对任何用途的选择和设计都是最好的封装技术信息,因此开发了芯片尺寸封装设计与评价系统(CSPDES)。用户提供IC的信息,再从系统可能的CSP中选择一种,并选择互连的方式。

系统就会提供用户使用条件下的电性能与热性能,也可以选择另一种,并选择互连的方式。系统就会提供用户使用条件下的电性能与热性能,也可以选择另外一种,以在这些方面之间达到最好的平衡。当分析结束后,系统出口就会接通实际设计的CAD工具,完成封装的设计过程。

2.4 高度一体化、智能化和网络化阶段

从20世纪90年代末至今,芯片已发展到UL SI阶段,把裸芯片直接安装在基板上的直接芯片安装(DCA)技术已开始实用,微电子封装向系统级封装(SOP或SIP)发展,即将各类元器件、布线、介质以及各种通用比芯片和专用IC芯片甚至射频和光电器件都集成在一个电子封装系统里,这可以通过单级集成组件(SLIM)、三维(简称3D)封装技术(过去的电子封装系统都是限于xy平面二维电子封装)而实现,或者向晶圆级封装(WLP)技术发展。封装CAD技术也进入高度一体化、智能化和网络化的新时期。

新阶段的一体化概念不同于20世纪90年代初提出的一体化。此时的一体化已经不仅仅是将各种不同的CAD工具集成起来,而且还要将CAD与CAM(计算机辅助制造)、CAE(计算机辅助工程)、CAPP(计算机辅助工艺过程)、PDM(产品数据管理)、ERP(企业资源计划管理)等系统集成起来。这些系统如果相互独立,很难发挥企业的整体效益。系统集成的核心问题是数据的共享问题。系统必须保证数据有效、完整、惟一而且能及时更新。即使是CAD系统内部,各个部分共享数据也是一体化的核心问题。要解决这个问题,需要将数据格式标准化。目前有很多分析软件可以直接输入CAD的SAT格式数据。当前,数据共享问题仍然是研究的一个热点。

智能CAD是CAD发展的必然方向。智能设计(Intelligent Design)和基于知识库系统(Knowledge-basedSystem)的工程是出现在产品处理发展过程中的新趋势。数据库技术发展到数据仓库(Data Warehouse)又进一步发展到知识库(Knowledge Repository),从单纯的数据集到应用一定的规则从数据中进行知识的挖掘,再到让数据自身具有自我学习、积累能力,这是一个对数据处理、应用逐步深入的过程。正是由于数据库技术的发展,使得软件系统高度智能化成为可能。 二维平面设计方法已经无法满足新一代封装产品的设计要求,基于整体的三维设计CAD工具开始发展起来。超变量几何技术(Variational Geometry extended,VGX)开始应用于CAD中,使三维产品的设计更为直观和实时,从而使CAD软件更加易于使用,效率更高。虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术也开始应用于CAD中,可以用来进行各类可视化模拟(如电性能、热性能分析等),用以验证设计的正确性和可行性。

网络技术的发展又给电子封装CAD的发展开创了新的空间。局域网和Intranet技术用于企业内部,基本上结束了单机应用的历史,也只有网络技术的发展才使得CAD与CAM、CAPP、PDM和ERP等系统实现一体化成为可能。互联网和电子商务的发展,将重要的商务系统与关键支持者(客户、雇员、供应商、分销商)连接起来。为配合电子商务的发展,CAD系统必须实现远程设计。目前国际上大多数企业的CAD系统基本能实现通过网络收集客户需求信息,并完成部分设计进程。

党的二十大报告指出,加快构建新发展格局,着力推动高质量发展。坚持把发展经济的着力点放在实体经济上,推进新型工业化。

初冬时节,行走晋江大地,工业园区标准化建设热火朝天。年底前建设超百万平方米标准厂房,两年内建成超千万平方米产业空间……

晋江把综合产业园区建设作为深入学习贯彻党的二十大精神的重要抓手,集全市之力,聚全市资源,抢抓逆周期投资的窗口期,推动传统产业转型升级。

为何选择这样的突破口?一组数字最能说明问题:晋江县域面积649平方公里,工业用地占比已达49%,工业用地的容积率却只有1.07,工业用地紧缺与土地利用效率低的矛盾日益突出。

这个选择能带来什么?晋江经济开发区的干部告诉记者,通过园区标准化建设,盘活低效用地,按照2.0的容积率提升目标, 晋江市 工业园区有望释放近3万亩土地空间。

现实之必然选择

从晋江市区出发,沿着世纪大道一路向南,20分钟车程即到达位于灵源街道的晋江经济开发区五里园。

进入园区,恒安、三六一度、安踏、利郎、海纳、华宇、信泰、蜡笔小新、亲亲……很多熟悉的品牌不时映入眼帘。

21世纪初,晋江发展进入“引进利用外资、成片开发迈大步”阶段,晋江市五里科技工业园区应运而生。当时,晋江在中部的安海、永和、罗山三个镇街,规划了25平方公里的土地,集中连片建设晋江科技工业园。“一方面是为了发挥侨乡优势吸引外资项目落地,另一方面则是为了满足晋江民营企业增资扩营的需求。”晋江经济开发区党工委书记、管委会主任许国鑫说。

这个从2000年开始动工建设的工业园区,已经形成纺织服装、鞋业制造、食品饮料、机械制造、纸制品等传统优势产业链及光电新材料、智能制造等新兴产业集群,产业集聚示范带动作用日益显现。2021年,五里园规上企业达295家,产值超过1100亿元。

在晋江,还有很多分布于乡村的工业园。

晋江的民营经济发端于村镇,民营经济成为晋江发展的底色。改革开放初期,晋江依靠“三闲”起步、“三来一补”过渡,走出了一条“村村点火、户户冒烟”的乡村工业化路子。安踏、三六一度起于陈埭,恒安、盼盼起于安海,劲霸、柒牌起于英林……在龙头企业的带动集聚下,晋江逐渐形成了“一镇一品”,区域经济特色化愈发显著。(下转第五版)(上接第一版)

相当长一段时间内,散落在各镇街的工业园区,成为晋江民营经济快速发展的重要载体。晋江的民营经济对税收、GDP、研发投入、城镇就业、企业数量等的贡献率均超过九成。因民营经济的繁荣发展,晋江的县域基本竞争力常年位居全国前四。

然而,一个在高质量发展中不可回避的痛点出现了。

无论是分布乡村的工业园,还是连片开发的五里园,普遍存在土地利用不集约、亩均效益偏低的情况。很多厂房都是一两层高,利用低效。有些占地一两百亩的企业经营不善停止生产,厂房只能出租甚至闲置,与此同时,许多成长性企业亟须扩大生产却无地可用。

除了土地利用亟须提质增效,工业园区产业定位不准、布局不科学,基础设施不完善、生产生活服务配套不全、运维管理不科学等问题,也成为制约产业高质量发展、影响发展后劲的现实问题。

针对痛点,我省曾对推进实施工业(产业)园区标准化建设的工作进行部署,先后出台指导意见和三年行动计划, 泉州市 也提出把制造业高质量发展作为构建现代化经济体系的关键环节,大力实施“强产业、兴城市”双轮驱动发展战略,全力推动工业园区标准化建设。

工业用地紧缺,土地利用效率低,晋江最能感受到“痛”。推进园区标准化建设,成为晋江腾挪发展空间的唯一出路,成为改善发展环境的必然选择。

眼下,“一区14园”的发展格局已经初步形成。

一区即为2006年由省政府批准、国家发改委审核公告更名的 福建晋江 经济开发区。作为晋江第一个连片开发园区,晋江科技工业园“筑巢引凤”效果显著,2003年被省政府批准为省级开发区。晋江经济开发区于2009年、2011年启动两轮拓展规划,逐步由综合型园区向特色化、专业化园区发展方向转变。

2021年11月,晋江整合全市14个工业园区,第一个连片开发的科技工业园成为晋江经济开发区五里园。“经过20多年的发展,五里园成为晋江企业最为集聚的产业高地,并且从单纯工业区发展成综合性工业新城区。”许国鑫告诉记者。

整合后的“一区14园”,规划范围拓展至90.34平方公里,实行“全市一区+若干专业园”发展模式,构筑起“优势产业承载+高新产业培育+科技创新支撑+开放经济试验”的现代园区矩阵。

标准化之系统性

提起园区标准化,很多人的印象是建设标准化厂房。

“园区标准化建设,是贯彻新发展理念的系统性工程,要达到规划布局科学、基础设施完善、土地利用集约、投入产出高效、生产生活配套、管理服务高效、标准研制一流。”晋江市工信局相关负责人表示。

位于晋西南的晋江经济开发区安东园,绿色高端面料整理微工业园的4栋厂房已经进入地上施工,正以“一天1000平方米”的速度“拔节生长”。

“主体工程预计明年上半年完工,第四季度可以投用。建成投产后,将形成高端面料后整理产业集聚区,弥补泉州地区高端面料后整理工序的空缺。”晋江经济开发区安东园区办主任朱冠铭告诉记者。

绿色高端面料整理微工业园是2022年省重点建设项目、泉州市工业(产业)园区标准化建设试点项目,也是晋江市纺织染整产业的强链补链项目。工业园由晋江经济开发区规划,国企投资建设标准化厂房和配套环保设施,纺织龙头企业向兴集团管理运营。

“这是一种制度创新。”晋江市染整行业协会会长、向兴集团董事长黄再兴告诉记者,工业园区标准化建设对于染整行业的集聚发展,尤其对成长中的中小企业而言,意义重大。

向兴集团是晋江纺织科研、织造、印染、后整理、销售全产业链的行业领军企业。“后整理是提升面料功能性和附加值的关键一环,对于高端面料而言,不可或缺。但当前,晋江后整理环节基础薄弱,跟不上市场需求。”深耕面料行业30多年,黄再兴对于晋江面料行业这一软肋,感受深刻。

根据晋江市工信局的摸底调查,晋江目前有103家面料后整理加工企业,但布局分散,缺少信息沟通,缺乏捕获全球前沿后整理技术途径,生产模式粗放,技术竞争力不足,很多商户只能转赴江浙一带委托后整理加工。

建设绿色高端面料整理微工业园,有助于打破这一现状。“绿色高端面料整理微工业园建成后,将用于发展面料研发、后整理、无水印染及其他相关产业,预计可引进15家以上后整理精品工厂,实现总投资12亿元,年产值6亿元以上。”黄再兴说,这将有力带动晋江纺织染整产业提升核心研发能力和市场竞争力,推动纺织印染产业再上新台阶,实现“品牌内循环”。

后整理企业标准化厂房几乎是“量身定制”。在建设指挥部的施工图上,记者看到,1号、2号厂房的跨距达到12米,3号、4号厂房的跨距达到14米,层高也都在7米以上,电梯既可全层通达,也可独立使用。进驻企业不仅能共享园区生产、办公、生活等配套设施,也可按生产需求选择标准厂房的面积大小。两栋厂房之间,每层均有通道贯通,同层厂房最大面积可达1万平方米;每层又按2个分区配备独立水电、消防、供热、电梯等设施,4栋厂房最多可分割出40个独立分区。

“适用性很重要。”黄再兴认为,标准化厂房不是一个标准,而一定是个性化的。

在晋江,园区标准化建设,除了厂房个性化,更是构筑一种产业生态,最终实现产城人的融合发展。朱冠铭说,除了4栋5层高的标准化厂房,园内将同步建设两栋10层高的职工公寓,以及企业办公楼、智慧立体仓库、污水处理站、固废仓库等。这个占地100亩的项目,建筑面积约17.5万平方米,容积率可达2.45。

“这个科学园三年内将集聚1万人。”站在集成电路科学园的沙盘图前,泉州半导体高新区管委会晋江分园区办事处副主任苏华伟信心满满。

位于科学园内的晋江集成电路小微工业园正在加紧施工。紧邻小微工业园,由高级公寓、商用区、SOHO办公区、文体活动、党群服务及幼儿园、地下空间组成的邻里中心以及人才公寓芯动家园也都将在两年内投用。

“以集成电路主产业链为核心,通过产业导入,完善生产生活配套,建设公共服务平台,打造集产业、研发、科创、商贸、居住于一体的产居科技新城。”苏华伟说,坚持产城人融合发展,是产业园规划之初就坚持的原则。

高层次人才集聚,医教养配套齐全便利,5分钟到高铁站,10分钟上高速,梧林古村落就是“后花园”……现代化的产业社区,正在集成电路产业园变成现实。

在晋江,园区标准化建设,既是做产业,也是做城市。新型工业化和新型城镇化协同推进,互促共荣,即是其题中之义。

政企之合力推进

盘活重构,腾挪发展空间;助力转型,推动产业升级;逆周期投资,蓄积发展后劲……晋江举全市之力推进园区标准化,民企民资反应如何?

在晋江经济开发区新塘园的“新智造”产业园,经营一家汽车零部件生产工厂的王聪打消了自建厂房的想法。他说,产业园不仅有标准厂房,还有研发中心、仓库、职工宿舍等一系列配套,同时,以园区为平台,产业配套的供应链也能一起引入,减少了沟通、物流、生产成本。

“入驻园区后,原本用于自建厂房的资金可以省出一部分投入创新研发。”王聪说,“如今行业竞争激烈利润薄,供应链上下游企业一同入园运营,打造‘隔壁工厂’产业生态的方式,可以为企业节约2%~3%的运营成本。”

工业园区标准化建设,切中了许多中小企业的现实需求。当下,对于还没有实力拿地、自建厂房的成长型企业来说,可以“拎包入驻”的标准化厂房,是企业安心留在当地发展的“最优解”。

“新智造”产业园也是民间资本参与建设的。看好标准化厂房的未来,晋江三六一度公司创始人携手上海岁金集团共同投资、建设和运营。规划建设27栋标准厂房和系列生产生活配套建筑,招引智能制造、智能轻工等上下游企业,推动相关传统产业向智能化集群发展。产业园建成达产后,预计每年可新增产值7.2亿元、税收2700万元。

在晋江,还有很多散落在各镇街的工业园区,同样吸引民企民资积极参与。

东石镇金瓯村是制伞专业村,有103家伞企,其中规上企业10家。20世纪90年代,在金瓯村北,随着规模企业的聚集,形成了村级的金瓯工业区,目前园区内企业有36家,包括优安纳、富隆、展鑫等规模企业。

“进行园区标准化改造,迫在眉睫。”福建优安纳伞业科技有限公司总经理王翔鹏说。走进优安纳厂区,700多名工人在其中生产生活。紧邻大门的4层办公楼建于1996年,厂房外观已有些旧,远处1万多平方米的铁皮仓库是近年扩产过程中应急搭建的……对于一个产值12亿元的高成长企业来说,20多年前的硬件已经不能满足现实需要。

“以前招工人,都是先问薪资;现在都是先看宿舍。”王翔鹏说,计划分三期改造建设,把集体宿舍拆除,建设家庭式套房,办公楼要重建,生产区的铁皮仓库使用率不高,借机升级,总投入大概4亿元。

对于有实力、有投资意向的民企来说,“怕麻烦”是最大的顾虑。

为此,晋江搭建起强有力的服务体系:14个园区的总指挥(总协调)均由市领导担任,各园区设立项目专班、工作小组,“一办四组”全面下沉,倾斜全市干部、政策、指标、资金之力支持综合产业园区建设,做到全要素、全链条保障。

对报批报建、项目立项、融资需求对接等,抽调3名全脱产工作人员进驻园区办,组建项目报批报建“单一窗口”。晋江市行政服务中心组建17个工建审批服务单位作为后台审批支撑团队,实行“一对一”服务,推动项目快开工、快建设、快投产。

同时,在“1+N”推进政策的基础上,顺应阶段性推进需求,及时出台系列精准扶持措施,充分激发调动各层面主体参与的积极性。对接多个产业试点园区项目的建设需求,晋江经济开发区还成立了福建晋园发展集团有限责任公司,通过“管委会+公司”的创新模式,为各试点项目提供开发建设、产业金融、资产运营、综合服务等职能支撑。


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