中國半導體晶元的進擊之路何在？

近半個月以來，半導體行業引發了國內的廣泛關注與熱議。目前國內的半導體晶元在高端硬體設計和製造方面仍與國際頂尖水平存在差距，中國在晶元領域有哪些短板亟待突破？人工智慧晶元的快速發展是否會讓我們實現彎道超車？研發和創業資金的投入是否為中國晶元的成長帶來了機遇？5月8日，搜狐創投SoPlus系列沙龍活動邀請了中國科學院微電子研究所研究員陳嵐，中國科學院計算技術研究所研究員李曉維和南京大學教授王中風，就中國半導體晶元的現狀和未來、瓶頸和機遇等問題進行了深入討論。

如何認識半導體晶元？

半導體是一種導電性介於導體和絕緣體之間的材料，常見的半導體材料有硅。晶元就是半導體產品的統稱，是集成電路的載體。南京大學微電子學院教授王中風指出晶元應用的範圍很廣，已廣泛應用到日常生活中的汽車、路由器、手機、電視機等產品。中國科學院計算技術研究所研究員李曉維提到一個流行指標說明晶元應用的廣泛，「一個人如果每天接觸到的處理晶元少於20個，那這個人就沒有進入現代化」。

中國科學院微電子研究所  陳嵐研究員

各種各樣的晶元已經遍布我們的生活，那晶元之間的性能差異是什麼原因造成的？中國科學院微電子研究所研究員陳嵐提到像SoC這種集成電路晶元，是由S（system）和C（chip）共同確定的。比如，高通的通訊晶元佔據大量市場份額，除了擁有的專利技術外，它在system即應用領域的演算法和架構方面的多年積累也是它性能優越的重要因素。Chip涉及到加工製造的技術帶，工藝節點的數值越小，晶元的集成度就越高，這也會影響到晶元的性能。李曉維介紹晶元的結構也會對性能產生影響，從結構設計角度也可使晶元性能進一步提升。王中風還補充道，設計架構師的經驗對晶元性能也有很大影響。架構師不僅要對硬體本身理解，也要理解晶元的實際應用，個人經驗的積累、悟性、受教育的程度等都會影響他的理解。

目前，國內外低功耗晶元的研發逐漸成為一個熱點。陳嵐分析主要有幾點原因，首先是目前功耗過高帶來的一些局限，比如硬體過燙而影響工作。第二是由於物聯網的應用，物聯網監控是無人值守的，需要保證一顆電池用到一定的時長，對功耗的要求也相應提高。還有一個原因是泄漏電流的存在，即晶元即使不工作也在耗電，這就造成了功耗的增加。要提升晶元的低功耗性能，王中風認為不是一招一式能做到的，需要有「內力」，這包括幾個層面：一是工藝，集成電路的工藝越先進，功耗的降低就會越明顯；二是晶元設計本身，通過簡化演算法和運用硬體設計技巧也可以降低能耗。不過李曉維指出在晶元設計過程中，需要綜合考慮性能、功耗和可靠性之間的折中和平衡，並不是一味強調低耗能，而是要根據目標進行調節，如果目標是追求性能的話，那功耗便可能會相應變高。

中國科學院計算技術研究所  李曉維研究員

中國半導體晶元行業發展的瓶頸

談及當今晶元產業的世界格局及中國的處境，中國科學院微電子研究所研究員陳嵐指出，集成電路晶元發源於美國矽谷，再發展到日本、韓國，其實中國集成電路和世界起步基本是同步的，但是在原始技術創新上，美國目前在很大程度上擁有「卡脖子」式的優勢。在晶元的原材料和裝備上，日本佔了部分所需的化學試劑60%以上的市場。而韓國的特長主要是代工和加工。中國也已經把集成電路當成重要產業進行支持，中芯國際已經實現晶元的量產，已經在為高通提供產品服務。

但國內晶元行業也還存在這一些制約因素，王中風指出中興被美國禁售引起的反響比較大，並不是中興不能生產晶元，只是高端晶元還是一個瓶頸。李曉維認為制約因素要從設計、生產、封裝和測試各個環節進行思考，比如國內目前的一些生產工藝相比國際發達水平大概落後了三代。陳嵐指出目前我國晶元發展的制約因素不只是設備和裝備的問題，還要從系統層面進行考慮，在晶元的研發過程中，隨著晶元複雜性提升，對技術的要求也在提高。複雜晶元所需的計算平台資源不亞於一個超級計算機，目前尚在申請超級計算機應用到晶元研發中。在晶元的製作材料上，目前主要使用的是硅，還未找到替代品，這也可能會制約晶元的持續性發展。

南京大學 王中風教授

王中風還指出了業界存在的一些問題，在十幾年前還會有小公司不斷成長，但現階段小公司往往面臨沒有資金的問題而難以發展。其實更多小公司的成長可以推動大公司的創新和發展，但是成本增高使得普通創業者難以參與進來，於是就有大公司壟斷的趨勢。陳嵐也補充道，通過觀察國際的產業布局，我們應該清醒地認識到這已經是個成熟的產業，現在的利潤空間是透明的，不像新興產業一般有巨大的利潤空間，並且這是一個高投入、高技術、高回報的產業，行業實力前20%的企業拿走了80%的利潤。

中國晶元的未來發展，路在何方？

現在國內人工智慧晶元已經獲得快速發展，這是否會讓我們實現彎道超車？王中風認為目前人工智慧晶元更多的是起到優化現有應用的作用，主要應用在兩個層面，一是基於微處理器，應用於優化神經網路計算；二是在人工智慧專用領域，如智能監控中的動態識別，可用於危險手勢識別或者跟蹤。在人工智慧晶元方面，我國的發展已經位於第一梯隊，但市場總體比重仍然較小。李曉維認為單純一點的突破不是整體的創新，國內晶元的發展不能僅靠人工智慧晶元，並且人工智慧也仍有很大的發展空間，目前人工智慧在結構上的效率不高，未來可以發展基於神經單元的結構。陳嵐則指出，目前晶元產業已經發展成為網路，要想實現彎道超車，就需要有顛覆性的技術，而材料技術的革新是首要的前提。

國家已經為半導體晶元行業的核心技術發展提供了巨大的扶持資金，商業資本的關注熱度也逐漸升溫，這在一定程度上為行業發展帶來了機遇。陳嵐認為，更多的人關注這一行業會使人才匯聚進來，利於產出新的成果。李曉維也認為國家的投入是件利好之事，即便目前國內產業有部分並不是先進工藝，甚至被視為落後產業的轉移，但也解決了一部分自主生產的問題。不過，王中風也指出有一些問題需要深思，現在已經意識到存在落後工藝，國家層面應該有所統籌，比如該怎樣優化資金分配，將生產、設計等環節中的哪個方面作為發展重點，怎樣將其中一個做強並帶動其他方面發展？總體來說，不改變持續投入，後續的工作是要解決資金分配的問題。

半導體晶元領域的發展也有必要形成科研和產業的合作發展模式。陳嵐指出，在集成電路的設計上，實際是產業界走在了學術界前面，這是一個互相學習的過程。美國的一些大公司會將前期研發中有技術開發風險的工作交給學界去做。國內的大專院校也有責任根據國家科研項目的布置，利用優秀的人力資源為產業解決問題。李曉維也認為純粹的探索型研究不投入應用的話，會找不到落腳點，應該有所為有所不為，根據產業的需求做一些能夠投入應用的研究工作，應用效果也是檢驗科研成果的一種方式。王中風也認為學界和產業合作發展是一種雙贏，學界幫助產業解決尖端問題，產業為學界提供科研經費，而如果產業和學界處於不平衡的發展狀態的話，也會合作不佳，最好的狀態是兩者齊步發展、共生共贏。

電子行業的發展離不開高端人才的培養，各位嘉賓在最後也表達了對青年學子的期望。陳嵐表示興趣是十分重要的，興趣會促使你去探索，如果喜歡這項事業就一定可以從中找到樂趣。還有很重要的一點是不能浮躁，要腳踏實地去做，要深耕下去就是要學會啃硬骨頭。成功不是存摺有多少錢，還是創造的價值，並且這個行業被稱為「金子堆出來的行業」，進入這行也一定不是「窮人」。李曉維和王中風都強調了青年學子要立鴻鵠志，李曉維經常鼓勵學生「if you can dream it ,you can do it」，鼓勵創新，寬容失敗。王中風感慨，二十多歲的年輕人其實心智還不成熟，聽到周圍人說什麼行業「來錢快」「上手快」就熱衷於哪個行業，但是沒有思考自己的人生目標到底是什麼。如果目標只是找到工作，那每個人都能輕鬆達到，但如果把目標再定高一點，立志成為行業的專家，那他的想法和視野也會改變，對這一領域的關注和思考也會更加深入。成為行業專家自然有與之匹配的財富回報，同時也滿足了自我實現的需求，而「上手快」的工作也意味著很容易被更年輕的一代所替代，年輕人要儘快明白這一點，畢竟一個國家的終極價值還是人的價值。

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