成電路是一種芯片,我們天天都在用,比如說家庭當中用到的集成電路有三百塊之多.我們在自己家里修一些電器的時候,你可以看見有很多黑黑的方塊,這些黑黑的方塊是什么？就是我們說的集成電路和芯片.

這里面有大量的集成電路的基本元件,叫晶體管,可能有幾十億支甚至上百億支.晶體管的原理非常簡單,但是真正要把這樣的晶體管發(fā)明出來,人類還是經過了非常長時間的探索.注意,晶體管與石英晶體不同,這是兩種不一樣的電子元件,不要搞混了.下面億金晶振廠家分享透過重量級專家魏少軍了解國內芯片產業(yè)發(fā)展以及面臨的技術挑戰(zhàn).

1947年在美國貝爾實驗室,有三位科學家就發(fā)明了后來我們稱之為晶體管的這種新的元器件,這三位科學家一個叫肖克利,一個叫巴丁,還有一個叫布萊坦,這三位科學家在1956年獲得了諾貝爾物理學獎.

這個晶體管發(fā)明以后,我們看到它比起我們所熟知的電子管要小了很多,比一個黃豆還小,甚至像一個芝麻粒一樣,可靠性非常高,而且它反應速度很快.在1954年,美國貝爾實驗室用800支晶體管組建了世界上第一臺晶體管的計算機,這臺計算機是給B—52重型轟炸機用的,它耗電量只有100瓦,最重要它的運算速度非常快,達到每秒鐘100萬次.

晶體管非常好,但是大家還在想,我是不是能把晶體管做得更小？為什么呢？你用這么多晶體管,它還是有焊點,焊點會虛焊,有了虛焊以后可靠性變差,那么我們是不是可以找到可靠性更好的東西呢？所以后面我們就出現(xiàn)了集成電路,也就是今天我們要講的芯片.

1958年9月12日,由當時在美國德州儀器公司的一個青年工程師,他叫杰克·基爾比,發(fā)明了集成電路的理論模型.1959年,當時在仙童公司工作的一個叫鮑勃·諾伊斯的人,也是后來英特爾公司創(chuàng)始人,他就發(fā)明了今天我們都在用的集成電路的制造方法——掩膜版曝光刻蝕技術.所以我們今天講來講去,其實我們用的技術是六十年前發(fā)明的技術,只是我們今天不斷地在規(guī)模上、精度上變小而已,這兩位科學家發(fā)明的集成電路對人類的影響是非常巨大的.

不管是晶振晶體,還是集成電路和芯片的進步,不斷地從原來的政府應用到民間的應用,比如我們從軍事應用到一般的民用,而且從一般的、常規(guī)的市場商業(yè)應用換成老百姓家里.芯片領域有一個著名的摩爾定律.其大致內容為：當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數(shù)目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升40%.半個多世紀以來,芯片制造工藝水平的演進不斷驗證著這一定律,持續(xù)推進的速度不斷帶動信息技術的飛速發(fā)展.

今天的芯片技術到底有多神奇？它不斷地在微縮,不斷地在縮小.縮小到什么程度呢？我們現(xiàn)在已經做到了7納米,估計明年、后年就到了5納米.大家一定會問一個問題,如果按照我們現(xiàn)在的走法,走到5納米,再往下走到3納米,能不能再走下去呢？我們認為可能某一種特定技術走到一定的時候,它就會停下來,但是并不代表著新技術不會出現(xiàn).前兩年德國科學家就發(fā)明了一種稱其為分子級晶體管的新的器件.未來的發(fā)展,可能我們的手機會變得越來越小,小到了我們今天不可想象的地步.當然這個小不是說體積變小,是手機芯片的尺寸變小,功能變得越來越大.

但是任何技術都有它的極限,不可能沒有極限,那從芯片角度來說它有哪幾個極限呢？一個就是物理的極限,它尺寸太小了,其實還有功耗的極限.就像SMD晶振在1210mm幾年之后才研發(fā)出目前世界上最小尺寸的1008貼片晶振.

第二個就是工藝的難度非常非常大.集成電路制造過程當中,它的掩膜的層數(shù)實際上在不斷地變化,從65納米的40層,到7納米的時候,到了85層.這么多層,每層跑一天的話,要80幾天才能跑完,對吧？所以我們現(xiàn)在芯片的制造要花費很長很長的時間,都不是短期內能做成的,萬一有一個閃失,這個芯片可能就報廢掉了,所以它的工藝復雜程度非常得高.

第三個我們看到就是它的設計復雜度很高.那么正是因為有如此多的晶體管放在一顆芯片上,它的通用性變得越來越差,所以出現(xiàn)了所謂叫“高端通用芯片”,要去尋找更通用的解決方案,那就把軟件引進來.

芯片技術的不斷突破帶動芯片產業(yè)持續(xù)發(fā)展.2018年,全球芯片市場的產值高達4688億美元,我國不僅是全球芯片最重要的消費市場之一,同時也正在竭盡全力,向全球芯片產業(yè)的第一梯隊進發(fā).

我國芯片產業(yè)發(fā)展面臨哪些問題？

（1）國內芯片產業(yè)與需求差距大

其實芯片產業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是非常多的,它是個龐大的系統(tǒng)工程.我們還是從產品的角度去看,應該說我們現(xiàn)在的產品結構與我們的需求之間,還是出現(xiàn)了一些失配的現(xiàn)象.

（2）人才不足

我們的芯片要發(fā)展它的設計業(yè),芯片設計是一種高科技,人才就成為一個重要的制約因素.

碰到的瓶頸在哪兒呢？不僅質量難以滿足需求,現(xiàn)在連數(shù)量都難以滿足需求,最直接的效果就是,我們現(xiàn)在整個半導體產業(yè)在互相地挖人.

（3）芯片產業(yè)鏈要力爭上游

我國芯片產業(yè)發(fā)展還面臨資源的錯配.

目前,我們的芯片制造業(yè)超過50%的客戶是海外的客戶,我們的封測大概也有將近一半客戶是海外的客戶,我們是給別人加工.那我們的設計業(yè)是最需要資源的,又滿世界去找資源,找加工的資源,原因是我們制造業(yè)和封測業(yè)的技術水平,跟我們所需求的還有距離.

（4）發(fā)展滯后,投入不夠

我國芯片產業(yè)發(fā)展的制造能力和設計需求之間失配.我們的制造業(yè)要花很多的錢,而且發(fā)展也很快,但是還是慢.除了我們不夠快之外,還有一個要命的,就是我們產能不夠.

芯片的發(fā)展它有它的客觀規(guī)律,既沒有像大家想象的那么好,也沒有像大家想象那么壞,當然我們現(xiàn)在還不能滿足需求,但是只要堅持不懈走下去,我們的發(fā)展就一定可以走到我們所希望的那個水平上去.除了芯片我相信國內晶振行業(yè)也是如此,會不斷發(fā)展進步,長期堅持達到我們想要的效果.