板凳要坐十年冷 中國大陸的晶片往事

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文/意卿 GPLP

科學無國界,但是真正的核心技術有國界。

人無腦是什麼結局?

植物人。

國家無腦什麼結局?任人宰割。

缺芯的慘烈現實面前,所有中國人痛心——據《2017年集成電路產業現狀分析》,中國大陸的高性能晶片國產化率較低,在多項技術領域尚未突破,國產化率最高不超過22%,發展了幾十年,中國至今沒有誕生英特爾、高通這種晶片公司。

中國為何不能有自己的晶片?

這涉及到中國的晶片往事以及晶片這個特殊的產業。

中國的晶片往事

中國大陸的集成電路產業開始時間並不晚,但是由於種種原因,中國的集成電路產業整體處於比較落後的階段。

中國目前嚴重缺「芯」。

官方統計數據顯示,中國晶片進口花費已經連續兩年超過原油,累計耗資高達1.8萬億美元。遠超10萬億元人民幣,相當於10個茅台,4個工商銀行。

台積電董事長張忠謀退休時更是預言:「依據眼前走勢,中國大陸半導體在未來5-10年會有相當大的進步,但與台積電的技術差異仍有5-7年之多。」

中國的晶片產業何以至此?

一切需要從頭說起。

晶片,公開資料顯示,晶片即半導體元件產品的統稱,是集成電路的載體,由晶圓分割而成

通常而言,晶片根據其功能主要有計算機的 CPU、手機的 CPU 等等。就連電子手錶、家電、遊戲機、汽車… 等電子產品中也有自己的 CPU晶片。

如同人的大腦,如果沒有晶片,中國的計算機行業將寸步難行。

然而,中國目前的確缺乏晶片。

不是中國不重視,而是由於種種客觀原因,中國一直不能批量生產出高端晶片。

時間要追溯到1956年,這一年,在周恩來總理親自主持制定的1956-1967年十二年科學技術發展遠景規劃中,半導體,計算機,自動化和電子學這四個在國際上發展迅速而國內急需發展的高新技術被列為四大緊急措施。

1958年7月,成功拉製成我國第一根矽單晶,並在此基礎上,提高材料質量和改進技術工藝,於1959年實現了矽單晶的實用化,1960年成立了以中科院半導體所為代表的大批研究機構,並在全國建設數十個電子廠,初步搭建了中國半導體工業的「研發+生產」體系。

此時,其實中國的起點並不晚,在美國,1958年9月12日,德州儀器才研製出世界上第一塊集成電路,1959年7月,仙童公司才成功突破了集成電路的平面製作工藝,為大規模工業量產奠定了基礎。

只是後來的後來,大家都能想像,在經歷「大躍進」和「三年自然災害」時候,發展步伐開始遠落後於美國,甚至處於一度停頓,比如,半導體學界靈魂人物王守武在美國普渡大學畢業回國後,文革中被停職批鬥,備受誣衊和誹謗;中國半導體物理的奠基人謝希德,被整成走資派後,每天工作是掃廁所;

1977年7月,關於中國半導體,半導體學界靈魂人物王守武曾發言說:「全國共有600多家半導體生產工廠,其一年生產的集成電路總量,只等於日本一家大型工廠月產量的十分之一。」

而在美國的矽谷,仙童、Intel、AMD等大批公司相繼在50-60年代成立,並且經過高速發展及殘酷廝殺之後,美國的半導體產業鏈開始形成:

晶片產業鏈生產分為三個步驟(設計、製造、封裝與測試):其中,最上游是IC設計公司與矽晶圓製造公司,他們依客戶需求設計出電路圖,矽晶圓製造公司則以多晶矽為原料製造出矽晶圓。中游的IC製造公司主要的任務就是把IC設計公司設計好的電路圖移植到矽晶圓製造公司製造好的晶圓上。完成後的晶圓再送往下游的IC封測廠實施封裝與測試。

技術開始隨著工程師在矽谷、環波士頓周邊的第128號路以及德克薩斯州的不同公司間流動而傳播。到了20世紀60年代,晶片製造廠的數量猛增,並且工藝接近了吸引半導體特殊供應商的程度。

而且,經過價格下跌以及新老公司的淘汰及競爭,美國的晶片產品更是獲得高速發展。

比如,1963年,塑封在矽器件上的使用加速了價格的下跌,同年,美國無線電(RCA)公司宣布開發出了絕緣場效應管(IFET),這為MOS工業的發展鋪平了道路。RCA還製造出了第一個互補性MOS(CMOS)電路。

在20世紀70年代,半導體集成電路的製造向有利潤並高產的大規模及集成電路(ISI)轉移,在美國,從20世紀70到80年代,大家開始朝著1um特徵圖形尺寸進行衝擊。

而在中國,雖然開始奮勇直追,但是效果有限。

比如,80年代,國家部委先後組織了三大「戰役」,分別是:1986年的「531戰略」,1990年的「908工程」,1995年的「909工程」,但均沒有獲得成功。

1990年9月,原電子工業部又決定啟動「908工程」,想在超大規模集成電路方面有所突破,目標是建成一條6英寸0.8~1.2微米的晶片生產線。項目由無錫華晶承擔,晶片技術則向美國朗訊購買,但最終結果是:行政審批花了2年,技術引進花了3年,建廠施工花了2年,總共7年時間,投產即落後,月產量也僅有800片。

此後,有一個叫做張汝京開始出現了。

張汝京 ,畢業於台灣大學,曾在德州儀器工作了20年。他成功地在美國、日本、新加坡、義大利及台灣地區創建並管理了10個工廠的技術開發及IC運作,曾擔任中芯國際集成電路製造(上海)有限公司總裁。

他一度曾被成為「中國晶片教父」。

可以說,在中國半導體行業里,無人不識張汝京。

曾經創辦茂矽電子的台灣人陳正宇當時正在尋找機會進軍大陸,便與華晶談判,拿下了委託管理的合同。為了改造華晶,陳正宇求助於老朋友張汝京。張汝京當時剛從德州儀器退休,他來到無錫後,僅用了半年時間(1998年2月-8月)就完成任務,改造後的華晶於1999年5月達到盈虧平衡。

只是,中國與國外的差距愈加明顯,比如,當無錫華晶還卡在0.8微米無法量產時,海外主流製程已經達到了0.18微米。

直到2000年之後,中國晶片行業才進入了海歸創業和民企崛起的時代。

在這一年,帶著對大陸晶片產業的希望,張汝京開始了中芯國際的籌劃,伴隨張汝京的,還有300多位台灣工程師,以及50多歲的張汝京的全家老小。

只是後來的後來,誰也沒有預料。

當然,這跟整個晶片行業的特點有關,也跟中國晶片產業的獨特特點有關。

中國的晶片產業

投入成本高、門檻高、周期長、回報率低。這是晶片行業的特點。

「板凳要坐十年冷」是晶片業內行話。

這句話是什麼意思呢?

從人才角度來說,半導體行業有一個獨特的特點:人才的培養周期長,大多數頂尖人才都必須要讀到博士,這需要很長周期,與此同時,博士畢業還要工作幾年,比如,電路的設計需要至少10年以上的實際工程經驗 ,而且還要求靈感,所以,這個行業對人才的要求非常高。

其次,製造晶片工序繁雜,投資巨大。

比如,一台光刻機就需要1億美金、 一層mask需要1萬美金,通常一個晶片得個30層以上,投資十年,試想,有哪個投資機構能夠承受。

這還不包括數以萬計的技術人才投入。

最後,更關鍵的是,投入不要緊,還要投入十年,而且風險還很高,這個誰能夠承受?

結果,中國的資本參與者寥寥無幾——2018年一季度投資報告中,在網際網路金融和消費上,投資機構將近投了1000億,而在半導體上卻只有1.35億,約相差1000倍。

中國VC為什麼不投晶片?

答案非常簡單,因為不賺錢。

「中國VC不是不投晶片,之前我們投了好幾個都血本無歸。」金沙江創投董事總經理朱嘯虎回應外界質疑。

中國的VC有退出期,他們沒有時間等待,而且他們最緊迫的事情是賺錢,積累更雄厚的實力。無論從時間還是從風險角度考量,晶片都不是一個特別好的行業。

資本是逐利的,這是個現實問題,尤其是在一個急功近利的社會中。現在市場上很多的東西都比晶片更容易產生回報和利潤。從房地產到大熱的網際網路產業、AI、醫療、甚至到區塊鏈。資本在不同的風口中抽身轉換自如。

而對於企業來講,沒有幾家企業能一下掏出幾十億元,把身家性命搭在上面,或許研發人員也許有雄心,但股東不一定有這個壯志。

因為企業活著比什麼都重要,況且市場又不是沒有別的賺錢機會。

如果依靠資本和企業家無望,那麼,國家資本是否能解決這個問題,畢竟半導體屬於國家的事情,也不能讓企業承擔過多的國家責任。

只是,事實遠比理想更殘酷。

國家為了扶持半導體行業發展,曾撥款2000億進行助力,投資方向為紫光等企業,然而事實證明收效甚微,因為投資方向都是後期項目。

但是,這就存在一個問題,如果是投後期,那麼國家投資的目的不是為了扶持行業發展嗎,還是為了退出收益?

失敗與成功之間,輸不起成為中國投資機構及企業的魔咒。

關於政府投資半導體行業的期限,資料顯示,政府投資的期限為「5+2」,甚至不如市場化的投資機構「7+2」的構成,更不如說板凳要坐十年冷的半導體行業。

要知道,內存晶片領域世界龍頭的三星都連續虧損了十年。

憑啥中國就能5+2就能實現呢?

這也是2000年之後,這一批晶片公司儘管誕生了,但是始終沒有發展起來的重要原因,其中包括張汝京——因90年代的長期投入看不到回報,所以國家的支持力度少了很多,在2000-2015年的某段時間,國家在半導體的投入減弱了很多,如果有支持,那就是政策,比如鼓勵軟體和集成電路發展的18號文、諸多863、973、核高基專項,01專項和02專項等。

張汝京及中芯國際的遭遇就能說明一切。

2000年8月24日,中芯國際在浦東張江正式打下第一根樁,僅過了一年零一個月,到2001年9月25日,就開始投片試產。到了2003年,中芯國際已經衝到了全球第四大代工廠的位置。

只是,誰也沒有想到,就在中芯國際即將在香港上市的關鍵時刻,台積電出手了。

大陸半導體行業最慘烈的一戰開始了。

這並不是張汝京與台積電的第一次交鋒。

90年代,張汝京創立的世大半導體曾在2000年被台積電突然收購,對於競爭對手,台積電毫不含糊的用50億美金的代價解決了。

這一次交鋒,貌似比上一次還要慘烈。

2003年,台積電突然襲擊中芯國際,要求賠償10億美金,而2003年中芯的收入僅有3.6億美金。

在早就搜集好證據的台積電面前,中心國際選擇與台積電和解,變相承認了「不當使用台積電商業機密」,並賠償1.75億美金。

這並不是結局。

2006年,台積電再次出手,指責中芯國際最新的0.13微米工藝使用台積電技術,違反《和解協議》。

對此,中芯堅決否認自己侵權,並準備了大量證明自己無辜的證據,並且,張汝京選擇在北京高院反訴台積電。

只是,另他沒有想到的是,2009年6月,北京高院駁回了中芯的全部訴訟請求,官司根本沒有進入到審理環節。3個月後,加州法院開庭,台積電再次勝訴,中芯國際被迫付出更大的代價:在1.75億美金的基礎上,再賠2億美金,外加10%的股份。

在接到律師通知的那一刻,張汝京在電話前放聲痛哭,第三天,他便引咎辭職,離開了為之奮鬥了9年的中芯國際。

由此,我們可以看出,無論從從資本還是法律,包括人才等多個方面,中國的晶片產業之弱都令人觸目驚心。

比如,晶片離不開的一個源頭就是研究型高校。但此前的「漢芯」事件讓我們對國內的科研環境寒心了。

如今的高校研究是什麼情況?

與中芯國際的遭遇好不到哪裡去。

GPLP君某博士同學回復,他在研究生及博士的幾年裡,做實驗到最後其實沒有什麼實質性結果,學校設備早被淘汰,甚至他們有些實驗還要借用他人的設備。

「中國的科研中國大部分停留在學術水平,對實際應用不大。國內跟班式盛行,課題時髦、論文數量多的人就名利雙收,而真正做科研,研究真問題的人卻被打入冷宮。」這就是中國的科研現狀。

缺乏人才,與此同時,面臨國外專利制約,中國的晶片產業每走一步,如履薄冰。

比如,西方國家先後用「巴統」和「瓦森納協議」來限制向中國出口最先進的高科技設備,同意批准出口的技術通常比最先進的晚兩代,加上中間拖延和落地消化,基本上中國拿到手的技術就差不多落後三代左右。這種限制在上述重大工程中都得到了充分體現。

「其實中國的研發水平不差,但是每走一步就會踩上別人的專利,最嚴峻的是美國簡直到了每一步都會頒發專利的地步,國內只要一商業化生產,就會惹上官司。比如在IC設計環節,只要中國一有突破,那麼就涉及專利糾紛。」

因此,專利是國內晶片業發展的一堵牆——在現有成熟的晶片體系下,繞開別人的專利從新探路,無疑是條荊棘之路。

黑暗中尋找光明

「黑夜給了我黑色的眼睛,我卻用他尋找光明。」——顧城。

由Intel創始人摩爾提出的摩爾定律在業內已經掀起了失效的論斷。

這讓中國的晶片行業開始出現轉機。

當然,由三星的崛起我們也看到了希望。

韓國的晶片產業起源於80年代中期到90年代初。

最早,他們是從技術引進然後轉型到自主研發。

比如,在1982年,1983年這兩年,三星電子實現了2.5um,5英寸和64K大規模集成電路三大技術突破,隨後,三星開始了一系列技術收購,特別是64K DRAM領域,三星還專門組建了兩個小組專門從事64K DRAM技術吸收和量產突破。

最終,研究十年,在1992年,三次成功完成64M DRAM的研製。

隨後,三星憑藉64M DRAM的技術優勢,當年拿下存儲市場的全球第一,成為行業內的技術領導者。

2005年,三星開始展開晶圓代工業務,不斷研發最尖端技術,到2015年,三星晶圓代工業務總營收26.7億美元,位居全球第四。

最終,這幫助韓國成為全球第二大系統晶片大國。

由韓國的經歷我們可以看出,伴隨著技術的突破,以及摩爾定律的失效,中國的晶片行業能否彎道超車,這值得思考。

中國能否攻「芯」,值得期待。


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