中国半导体产业未来的探讨

来源:本文转载自欧洲科技圈,作者姬扬(中国科学院半导体研究所),谢谢。

近年来,美国不断对我国半导体产业进行制裁和打击,一直卡脖子的芯片被推上了风口浪尖,也让我们意识到核心科技要掌握在自己手上。上月,美国宣称升级对华为的管制措施,华为在微博上表示,“除了胜利,我们已经无路可走”。现在,华为已经成了一个符号牵动着每个国人的心。中国半导体科技和产业的未来究竟会如何发展?未来我们又将如何获得胜利?本文从宏观角度会带来一些启发,在曲折的道路上,我们要奋战到底!

最近几年,由于美国总统特朗普的大力宣传,以及美国针对中兴和华为的一系列制裁和打击,越来越多的人认识到半导体科技和产业对中国经济发展的重要性,同时也认识到中国半导体科技和产业的不足。

2017年年初,在特朗普正式就任之前,美国总统科技顾问委员会就发表了《确保美国在半导体领域长期领导地位》报告,表示了“对中国正在打造半导体产业链带来的担忧。他们使用政府主导的数千亿美元基金在全球疯狂并购,在国内建设,会给美国带来重要的威胁”,建议美国总统对中国芯片产业进行更严密的审查,抑制中国半导体产业的创新。所以说,美国对中国的封堵政策是一贯的,并非特朗普个人的心血来潮,只是话语和行动比他的前任们更不加掩饰而已。随后对中兴通讯和华为公司的制裁,特别是借加拿大之手无理扣押华为高管孟晚舟(所谓的司法引渡事件),更是让中国乃至全世界人民认清了美国的心思。

关于美国封堵政策对华为乃至整个中国的半导体科技和产业的影响,近来已经有很多文章讨论,大多以“芯片的重要性不言而喻”开头,虽然有虚晃一枪的嫌疑,但也有确实无法用一篇短文说清楚的苦衷:2019年中国集成电路进口量约为4451.3亿块,摊到每人头上是300块,进口总金额约为3055.5亿美元,大约是2.1万亿元人民币,摊到每个人头上就是1500元。2019年中国国内生产总值大约是100万亿元,而进口集成电路的2万亿就占了2%。这么大的市场,即使是专业团队给出的行业调查报告,也只能让人对其有些初步的了解,何况里面充斥了各种各样的数据,即使有专业人士来解读,我们普通人也没有耐心甚至能力听懂。

那么,大家最关心的事情,中国半导体科技和产业的未来,到底会怎样呢?这又可以分解为一系列的小问题,比如说,卡住中国企业的光刻机,我们自己能生产吗?中国什么样的企业需要依赖光刻机,万一被遏制会有怎样的经济损失?对社会有什么样的影响?什么时候能打破国外垄断?美国真的断供以后,我们应该怎么办?

这些问题要说难也很难,因为涉及很多技术上、经济上的具体信息,而这种定量的信息,需要专门的团队去搜集和分析,最后的结果我们普通人也看不懂,甚至看不到。比如说,很多人可能听说过荷兰阿斯麦(ASML)公司生产的“EUV光刻机”,它的重量据说是180吨,价格大概1.2亿美元(8亿元人民币),光这个就已经很难想象了,更别说里面的技术细节了——如果真那么简单,美国应该也不会卡我们的脖子了。

但是话说回来,这些问题的答案也很简单,就一句话:人、钱和时间。技术产业与科学研究的最大不同就是,科学研究更多的是探索,而技术产业更多的是应用。具体到中国半导体科技和产业这件事,还要更简单一些,因为外国人已经在科学、技术和市场上证明了这件事情的可行性,所以只要给人、给钱和给时间,就肯定能做出来。

从科学方面来说相对简单,人家已经把路探好了,虽然不告诉我们具体的路线,但是,知道“有条路存在”这件事本身就是一个巨大的提示,何况还可以在科学文章和技术专利里查到很多公开的信息。别人做都做出来了,我们想还想不到吗?

从技术上来说,要复杂一些,毕竟有许多技术诀窍是不会公开的。但是技术的进步在很大程度上依赖于市场的需求,“社会的需要比十所大学更能推动科学的进步”。我们国家的半导体科技和产业并不是很差,2019年中国出口的集成电路的产值是1015.8亿美元(大约7000亿元),只是相对于美国(其实是以美国为代表的整个西方世界)落后大约15-20年的样子,不是不能用,只是不太好用。以前我们对“全球化”抱有比较大的希望,对“市场换技术”抱有一些现在看来不切实际的想法,无法下定决心完全靠自己干,现在逼到墙角了,“放弃幻想,准备战斗”。自己的技术虽然差一些,但是与市场的结合会更紧密一些,反馈也要更快一些,总的效果也许还更好一些——当然,要赶上国际水平,还需要一段时间。

从市场方面来看,我们的优势其实更大一些。在过去的几十年里,半导体科技和产业在世界范围里的迅猛发展,其实离不开全球经济一体化大趋势下日益增长的市场需求。半导体科技和产业是投入巨大、收益巨大的行业。如果没有巨大的市场支持,巨大的投入仍然存在,巨大的收益却化为泡影,最终只能变成越干越赔钱。那么现在谁是世界上最大的市场?中国!中国每年使用了大约一半甚至更多的集成电路。美国断供,只会损害自己和跟随他的西方国家的利益。对中国会造成伤害吗?是的,会造成伤害,但就像刚才说的,中国不是做不了,而是做得不太好。现在,用自己做得不太好的技术与世界上最大的市场结合起来,小步快跑,恐怕还更有利一些。

几周以前,美国当地时间5月15日,美国商务部宣称要升级对华为的管制措施,国外公司只要用美国技术、软件、设备等给华为生产芯片也会受到管制,必须得到美国政府批准——大有“闭关锁国”、“片帆不得下海”之意,一个国家针对一个公司下手如此之狠,真是让人大开眼界啊。

现在看来,美国针对华为的攻击,早已经不是什么自由市场经济的问题了,而是科技产业领域的战争。兵临城下,退无可退,成败在此一举。我们就用战争来做比喻吧。美国可能把这场战争看成“孟良崮”了,要集中优势兵力,包围并消灭武器精良、战斗力很强的华为。但是我要说,华为可不是张灵甫,美国更不是解放军,纯粹是拿错剧本了!真正的剧本是“上甘岭”啊:美军狂轰乱炸,裹挟的是多国联军,华为坚守阵地,背后是强大的祖国。5月15日,国家集成电路基金等多方同意分别向中芯国际注资15亿美元及7.5亿美元,总计大约是160亿人民币,这只是一个措施而已。

战争就是战争,胜利需要天时、地利、人和。“天时不如地利,地利不如人和”,科学、技术和市场,就是半导体科技和产业战争的天时、地利、人和。再说,“得道多助,失道寡助”,美国一心一意地要置华为乃至整个中国的半导体科技和产业于死地,不顾自己乃至盟友的利益,其他西方各国恐怕也会暗自心惊:这一招将来用到我身上,我也要完蛋呀。

中国人都知道春秋时期“三家分晋”的故事,智伯瑶带领韩康子和魏桓子围攻赵襄子,引晋水灌晋阳城,“围而灌之,城不浸者三版。”但是晋阳城里的人民坚持斗争。智伯瑶约韩康子、魏桓子一起察看水势,还得意地对他们俩说:“现在我才知道,大水也能灭掉一个国家呢。”韩康子和魏桓子表面顺从,却暗暗吃惊,因为他们自家边上也有大河呀。韩康子和魏桓子越想越怕,就转而与赵襄子合作,最后把智伯瑶给灭了。美国今天能用断供卡华为和中国的脖子,明天也能用同样的手段卡阿斯麦和其他国家的脖子。西方各国恐怕也要考虑退路了。如此看来,美国“还是太年轻啊”。

2013年,我翻译了一本介绍半导体科学技术发展史的科普书《半导体的故事》,重点描述了许多重要的半导体器件的诞生和发展过程的历史(截至2000年左右)。我为这本书写了一篇《译者的话》,简述了翻译这本书的缘起、过程和感想,也谈了自己对中国半导体科学技术领域的历史、现状及未来的一些粗浅看法。当时我就在文中说到:

最后再谈谈我国半导体物理学研究的前景。……最关键的原因是投入不够、规划不足。“不谋万世者,不足谋一时;不谋全局者,不足谋一域。”对于半导体研究这种高投入的领域,没有长远的规划,没有充分的投入,当然不会有如意的结果。……科研的进步和产业的发展并不仅仅是投入资金和购买设备,更重要的是培养人才。只有吸引优秀的有志青年学习半导体知识,投身于半导体行业,才能进一步推动我国半导体事业的发展。为了实现这个目标,大学院系有必要更新教学内容、重新规划教学模式,科研和产业单位有必要重新设计项目课题的研究方式、重新协调科研与生产的关系。“十年生聚,十年教训。”20年后,无论是科研还是生产,中国都应该拥有世界上最先进、最强大的半导体事业。

如今已经是7年过去了。我们对困难的认识更深刻了,我们的进步也更大了。当时我预期中国要20年才能拥有世界最先进最强大的半导体事业,其实是因为有些私心而过于乐观的:因为那时候我就要退休了,我希望在退休之前看到自己的希望实现。现在我认为,由于国内国际形势的急剧变化,这个希望的实现不是要推迟,而是要提前了:再过10年,也就是2030年,在我退休之前,我们就能看到中国真正成为一个强大的半导体科技和产业大国。只要我们挺过艰苦的5年,接下来再保持5年的高速发展,就会实现这个目标。

现在看来,中美脱钩的趋势不可避免,只是中美双方都没有做好准备。中国肯定是不会主动脱钩的,美国希望中国自我隔离的想法是完全脱离现实的。现在这些争论,我觉得都不是给中美双方听的,而是讲给世界上其他国家和人民的。中美必然脱钩,但是中国和美国都不想,也不会与世界脱钩。现在双方都是在争取世界。如果谁愿意自我隔离,那太好了,可以不争论了。但这是完全不可能的,美国也是不会甘心的,所以才有斗争。现在的斗争形式还只是中美贸易摩擦,今后肯定会有更多更新的方式。

总而言之:放弃幻想,准备战斗。前途是光明的,道路是曲折的。我们一定要胜利,我们一定能胜利。历史将会证明一切。

PS:《半导体的故事》译者的话

题记:2004年,Oxford University Press 出版了英国诺丁汉大学 John Orton 教授的 The Story of Semiconductors。2014年年底,中国科学技术大学出版社出版了该书的中译本《半导体的故事》。下面这篇“译者的话”不仅介绍了该书的内容和特色,也提到了目前国内常见的一些与半导体科学技术有关的课本和书籍。此外,我还简述了翻译这本书的缘起、过程和感想,顺便也谈谈自己对中国半导体科学技术领域的历史、现状及未来的一些粗浅看法。

节选

……最后再谈谈我国半导体物理学研究的前景。我在中国科学院从事半导体物理学研究工作。经常有人问我:“中国的半导体研究怎么这么落后?”不客气的可能还会接着问:“国家给你们投了那么多钱,都干什么用了?”实际上,我国的半导体研究并没有一般人想象的那么落后。1956年我国制定《十二年科学技术发展规划》的时候,就提出了要大力发展半导体科学技术,当年就创办了五校联合半导体专门化,开始大规模培养半导体科研人才。这样逐渐开始建立起半导体研究和生产的体系,形成了基本的框架,服务于国民经济建设和国防事业。在“文革”开始前,中国半导体事业已经有了相当程度的发展。

必须承认,我国的半导体研究确实比较落后。原因当然有很多:“文革”耽误了一段时间;改革开放和经济大潮又让很多人发现了新天地,不愿意从事艰苦的基础研究和枯燥的工艺开发;随着教育产业化的发展以及老一代科研人员的退休,许多学校的半导体专业都萎缩了;科研模式的变化也有一定的影响,除了为军工服务的一些研究所以外,科学院和大学里的研究工作从以前的团体作战模式逐渐变化为科研个体户模式,原先有着整体规划的教研室和课题组都逐渐消亡或者已经名存实亡了。但是,最关键的原因是投入不够、规划不足。“不谋万世者,不足谋一时;不谋全局者,不足谋一域。”对于半导体研究这种高投入的领域,没有长远的规划,没有充分的投入,当然不会有如意的结果。如本书所言,晶体管在最终主宰市场之前,它的性能、稳定性都比真空管差得多,全靠美国政府特别是国防部门投入的巨大资金才挺了下来、并取得了最终胜利。而当时中国的财力、人力和物力很大部分投入到“两弹一星”这样保障国家根本安全的领域,对半导体的投入不足以支撑中国半导体事业的发展。这样,一步慢就步步慢,差距也就越来越大了。

那么,是不是说中国的半导体研究就彻底没有希望了呢?完全不是,现在我国的经济已经有了巨大的进步,完全有能力而且也有必要投入半导体研究。2006年,国务院颁发了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》,“量子调控国家重大研究计划”对半导体物理基础研究有了一定的支持,国家科技专项更是重点支持产业发展,与半导体直接相关的就有“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品专项”(简称“核高基专项”)和“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”,其他专项的成功也都强烈依赖于半导体科学和技术。国内也逐渐出现了一些亮点工作,例如清华大学和中国科学院合作发现的量子反常霍尔效应、复旦大学制作的半浮栅晶体管等等。今后,不仅这样的成果会越来越多,肯定还会涌现出更新更好的工作。

科研的进步和产业的发展并不仅仅是投入资金和购买设备,更重要的是培养人才。只有吸引优秀的有志青年学习半导体知识,投身于半导体行业,才能进一步推动我国半导体事业的发展。为了实现这个目标,大学院系有必要更新教学内容、重新规划教学模式,科研和产业单位有必要重新设计项目课题的研究方式、重新协调科研与生产的关系。“十年生聚,十年教训。”20年后,无论是科研还是生产,中国都应该拥有世界上最先进、最强大的半导体事业。

来源:http://blog.sciencenet.cn/blog-1319915-843450.html

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