從“芯”開始 道阻且長

原標(biāo)題：從“芯”開始 道阻且長

作者：夏天

來源：GPLP犀牛財(cái)經(jīng)（ID:gplpcn）

在近期風(fēng)波之前，大家對芯片并不關(guān)心，相關(guān)事件之后，對于芯片領(lǐng)域大家都在蠢蠢欲動，事實(shí)上，對靠科技吃飯的企業(yè)來說，芯片是其大腦，缺芯可是很要命的。

有人可能要問了：造個芯片，咋比找對象還難？

我不信，找對象更難！

芯片到底是個什么鬼？

專業(yè)的定義是這么說的：芯片，又稱微電路，是指內(nèi)部含有集成電路的硅片。

要想明白芯片是什么，得先知道半導(dǎo)體，而要知道半導(dǎo)體，有要從電子管講起，再談電子電路、電子計(jì)算器等等這些都與早期的無線電技術(shù)有關(guān)，是從無線電技術(shù)發(fā)展起來的高技術(shù)系列，直到現(xiàn)在人們常說的人工智能。

噗……吐血，簡單點(diǎn)說，大家都知道，手機(jī)里最重要的就是芯片，手機(jī)能實(shí)現(xiàn)那么多功能，讓我們那么嗨皮的當(dāng)然是芯片，其實(shí)芯片有三個非常重要的組成部分：硅片、晶體管、金屬線。

那他們是怎么工作的呢？硅片，就是提供一個干活的場所；晶體管，芯片里面苦逼干活的；金屬線，就是電流的傳送帶。

還是有些蒙圈對不對，打個比方，你要用手機(jī)給你女朋友拍照，第一步要干嘛？

找個女朋友。

額……是打開相機(jī)，但是有沒有想過，打開相機(jī)的一瞬間發(fā)生了啥？其實(shí)就是你的手指給手機(jī)下了這樣一個指令：手機(jī)里有專門負(fù)責(zé)運(yùn)送指令的快遞員，它們負(fù)責(zé)把信息交給晶體管，而晶體管由金屬線連著，可以把電流傳來傳去，分析這些信息，然后它們很快就明白了，原來你是想拍照，于是趕緊通知相機(jī)打開，這樣就可以拍照了。

當(dāng)然，這只是非常簡單的一個比喻，這實(shí)際的過程很復(fù)雜，為了讓大家少死點(diǎn)腦細(xì)胞，簡單了解個大概就行。（不正之處請各位大佬嘴下留情）

總的來說，硅片、簡體管和金屬線組合出了狂拽酷炫的芯片，讓我們動動手指、動動嘴就能實(shí)現(xiàn)各種騷操作。

那么大家的問題可能就來了，既然芯片這么牛掰，肯定很難造吧？

大家可真是個小機(jī)靈鬼，不難造，咱們至于讓米國這么趾高氣昂的嗎？

那我們看看造個芯片到底有多難唄？

上面說了，芯片的來源是硅，那么硅怎么來的呢？沙子，為什么是沙子呢？

敲黑板，朋友們，知識點(diǎn)來了。

選擇沙子的主要原因是因?yàn)樯匙拥闹饕煞质嵌趸瑁⊿iO2），而半導(dǎo)體的原材料就是硅(Si)，所以直接從沙子里面提取就可以了；其次是因?yàn)樯匙铀阋?，它取之不盡用之不竭，沙子到處都有吧。而且硅在地球的元素含量僅次于氧，多的很呢。

但是呢，制作硅片，它只要硅，不要氧，那我們就要從中搞破壞了，通過高溫加熱的方法，一通化學(xué)反應(yīng)之后，把氧帶走，于是硅就變成了單身狗，這樣很多個硅組合在一起就成為了一個硅柱子，最后我們用切黃瓜片的方式，把硅柱子切成薄片，就得到了我們想要的硅片。

硅的評判指標(biāo)就是純度，你想想如果硅里有一堆雜質(zhì)，那電子就別想在滿軌道和空軌道之間跑順暢。

太陽能級高純硅要求99.9999%，這玩意兒全世界超過一半是中國產(chǎn)的，早被玩成了白菜價(jià)。芯片用的電子級高純硅要求99.999999999%(別數(shù)了，11個9)，幾乎全賴進(jìn)口，直到2018年江蘇的鑫華公司才實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前年產(chǎn)0.5萬噸，而中國一年進(jìn)口15萬噸。

而這僅僅只是提純，離成為芯片還有十萬八千里，九九八十一難。

說了這么多，造個芯片過程之復(fù)雜，運(yùn)算之精妙，零件之多，但這玩意就只有那么一丟丟大，要在那么一丟丟大的東西里，弄幾億個晶體管，近萬米的金屬線，可不可怕。

也就是說，晶體管越小，性能越爆炸，另外根據(jù)摩爾定律，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

那中國為啥在這方面落后呢？

主要有三個原因：

1. 輸在起跑線上，高科技這種行業(yè)，每個國家從一開始就不一樣；

1947年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了半導(dǎo)體點(diǎn)接觸式晶體管。直到1956年，中國才成功制成第一根硅單晶。鑒于早期的計(jì)算機(jī)是用分立元件（電子管、晶體管等）做的，彼時(shí)中國還可以跟隨國外的計(jì)算機(jī)技術(shù)。

隨著集成電路發(fā)展到大規(guī)模集成電路時(shí)代，中國由于沒有集成電路產(chǎn)業(yè)的支撐，就明顯追趕乏力了。而世界上的芯片技術(shù)卻突飛猛進(jìn)。到目前為止，雖然我們有華為海思、中芯國際等知名的芯片設(shè)計(jì)和芯片制造企業(yè)，但就整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，相較國際先進(jìn)水平，我們可能需要一二十年才能追趕上。

1. 研發(fā)成本高，動不動就是上百億的投入；

事實(shí)上，芯片設(shè)計(jì)不光要燒錢，還需要時(shí)間沉淀，10年都算是少的，這屬于“燒錢燒時(shí)間”的核心技術(shù)。拿英特爾來說，一年研發(fā)費(fèi)用高達(dá)130億美元，占其營收的21.2%。燒錢燒時(shí)間也就罷了，還要做好長期投入的規(guī)劃，即使芯片研發(fā)出來了，回報(bào)也是比較慢的，因?yàn)橹挥写笠?guī)模批量生產(chǎn)了，才能降低成本。

1. 最重要的是，人才的稀缺

這幾年戲子當(dāng)?shù)溃靸r(jià)片酬、營銷炒作等這類的新聞鋪天蓋地，大家被亂象迷了眼，都熱衷于掙快錢，幻想一夜暴富，但是有多少人真正的關(guān)注科技。

雖說市場很大，但是沒有人才去挖掘，那就是看得見但是吃不著，在中國，AI芯片人才的儲備也只有世界的1%。

因此，不要覺得有了華為，大家就不用了“芯”慌了，實(shí)際上，我們在很多高科技方面的技術(shù)跟發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距呢。

我們和世界的差距有多大？

芯片既然是核心技術(shù)，自然就會發(fā)展出獨(dú)立的公司，早期的設(shè)計(jì)制造都是一塊兒做的，最有名的：美國英特爾、韓國三星、日本東芝、意大利法國的意法半導(dǎo)體；中國的華潤微電子、士蘭微等，還有中國臺灣省的旺宏電子等。

目前現(xiàn)在芯片公司大概有三類：設(shè)計(jì)制造都做、只做設(shè)計(jì)、只做制造。

后來隨著芯片越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)與制造就分開了，有些公司只設(shè)計(jì)，成了純粹的芯片設(shè)計(jì)公司。如，美國的高通、博通、AMD，中國臺灣的聯(lián)發(fā)科，中國大陸的華為海思、展訊等。

現(xiàn)在世界上一半手機(jī)裝的是高通芯片；博通是蘋果手機(jī)的芯片供應(yīng)商，手機(jī)芯片排第二毫無懸念；AMD和英特爾基本把電腦芯片包圓了。這些全是美國公司，世界霸主真不是吹的。

在中國的芯片設(shè)計(jì)公司，中國臺灣省頂住了大半邊天！像聯(lián)發(fā)科走的中低端路線，手機(jī)芯片的市場份額排第三，很多國產(chǎn)手機(jī)都用，比如小米、OPPO、魅族。

華為海思是最爭氣的，大家肯定看過很多故事了，那就不展開了。除了通信芯片，海思也做手機(jī)用的麒麟芯片，市場份額隨著華為手機(jī)的增長排進(jìn)了前五。

除了芯片設(shè)計(jì)，還有一類是只制造、不設(shè)計(jì)的晶圓代工廠，這個中國臺灣的臺積電必須有名，正是它的出現(xiàn)，才把芯片的設(shè)計(jì)和制造分開了，2017年臺積電包下了全世界晶圓代工業(yè)務(wù)的56%，規(guī)模和技術(shù)均列全球第一，市值甚至超過了英特爾，成為全球第一半導(dǎo)體企業(yè)。

中國的中芯國際具備28nm工藝，14nm的生產(chǎn)線也在路上，可惜還沒盈利。大家還是愿意把這活交給臺積電，臺積電幾乎拿下了全球70%的28nm以下代工業(yè)務(wù)。最近臺積電又上線了7nm工藝，穩(wěn)穩(wěn)壓過三星，而臺積電的首批客戶就是華為的麒麟980芯片。

說了芯片設(shè)計(jì)、制造，當(dāng)然與之對應(yīng)的就是制造芯片的關(guān)鍵制造設(shè)備，這就多了，大約有200多種關(guān)鍵制造裝備，包括光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、清洗機(jī)、切割減薄設(shè)備、分選機(jī)以及其他工序所需的擴(kuò)散、氧化、清洗設(shè)備等。每種裝備的制造技術(shù)要求都很高，制造難度極大且造價(jià)十分高昂。

而這其中最重要的設(shè)備，也是決定芯片良品率的就是“光刻機(jī)”，荷蘭阿斯麥公司是全球唯一的高端光刻機(jī)生產(chǎn)商，每臺售價(jià)至少1億美金，2017年只生產(chǎn)了12臺，2018年預(yù)計(jì)能產(chǎn)24臺，這些都已經(jīng)被臺積電三星英特爾搶完了，2019年預(yù)測有40臺，其中一臺是給咱們的中芯國際。

既然這么重要，咱不能多出點(diǎn)錢嗎？

第一：英特爾有阿斯麥15%的股份，臺積電有5%，三星有3%，有些時(shí)候吧，錢不是萬能的。第二，米國整了個《瓦森納協(xié)定》，敏感技術(shù)不能賣。

所以，論半導(dǎo)體設(shè)備，中國任重道遠(yuǎn)。

AI芯片能否實(shí)現(xiàn)“彎道超車”？

大家經(jīng)常聽到的高通、英特爾、IBM、谷歌這些公司它們到底是在哪些領(lǐng)域領(lǐng)先于我國呢？我們還能從哪些領(lǐng)域突破呢？

首先我們要知道計(jì)算類芯片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心，目前世界范圍內(nèi)主流標(biāo)準(zhǔn)化邏輯電路有四種：CPU、GPU、ASIC、FPGA。

可以說西方國家對這四類產(chǎn)品形成了一個革命性的壟斷，從圖中我們可以清晰的看到，這四個主流領(lǐng)域多被歐美發(fā)達(dá)國家的電子巨頭所壟斷。

但是，機(jī)會來了！

AI的復(fù)興顛覆了以往由英特爾、AMD、高通等頂級芯片公司carry全產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定局面，可以說，中國的芯片可以遲到，但是絕不會缺席。

AI 是 ASIC 的主要應(yīng)用領(lǐng)域，隨著人工智能時(shí)代到來，傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在通用芯片(CPU 、GPU)上效率不高，功耗比較大，因此從芯片的設(shè)計(jì)角度來說，通用型往往意味著更高的成本。

而這就讓中國的初創(chuàng)企業(yè)看到了機(jī)會，通過針對AI操作進(jìn)行優(yōu)化，希望通過這樣的方法，它能夠在速度、功耗，甚至可能在芯片的實(shí)際尺寸方面超越GPU，能夠真正的實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。

目前從全球范圍來看，基于人工智能方向的ASIC 領(lǐng)域并未出現(xiàn)“一家獨(dú)大”的局面，反而呈現(xiàn)出國內(nèi)外電子科技巨頭、科研院所和國內(nèi)初創(chuàng)型公司互相競爭的格局。

不僅僅有英偉達(dá)、賽靈思、英特爾、高通等傳統(tǒng)的芯片巨頭，還有谷歌微軟、Facebook、國內(nèi)BAT等互聯(lián)網(wǎng)巨頭，以及國內(nèi)一批AI初創(chuàng)企業(yè)，如寒武紀(jì)、燧原科技等等，大家都在AI芯片這一賽道拼命發(fā)力，試圖在這一領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭。

而國內(nèi)更是掀起了造芯的熱潮，各行各業(yè)的巨頭都義無反顧的投身其中。雷軍之前號稱小米芯片研發(fā)已投資40多億，并且表示在2019年還會繼續(xù)加大投入，但出來的成果是，小米自主研發(fā)的芯片，澎湃1只是當(dāng)時(shí)市場上一款中低端芯片，且并不穩(wěn)定，短暫在小米手機(jī)使用后，隨即被棄用，而小米立項(xiàng)的澎湃二芯片項(xiàng)目，立項(xiàng)多年，不斷的注入資金，但到目前為止依然沒有成果，且被傳方案失敗率太高，需從頭開始做起。

另外 ，董明珠在去年也宣布要做芯片，每年投入100億，三年以后投入500億，乍聽起來真的不少，但是，真的夠嗎？

這是準(zhǔn)備造“芯”，一些獨(dú)角獸已經(jīng)研發(fā)出了芯片。今年5月，四大獨(dú)角獸四大獨(dú)角獸之一的依圖科技推出首款視覺推理AI芯片產(chǎn)品QuestCore（求索），但是依圖科技并不單獨(dú)出售該款芯片，而是與依圖的智能軟件相結(jié)合，作為軟硬件一體化解決方案提供給客戶。

可見大家都還處在一個比較初級的階段，而且上文也說到了芯片的研發(fā)是一個長期的過程，不可能一蹴而就，最重要的是，如果無法實(shí)現(xiàn)落地，那根本沒有意義。

但是，個人認(rèn)為，只要去發(fā)展，國產(chǎn)芯片還是非常有希望的，雖然目前還處于陣痛期，不過未來實(shí)現(xiàn)彎道超車之日可待。

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