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珠江科学大讲堂第50期:半导体芯片 从“中兴禁购”事件说起

来源:南方网 日期:2018-07-23


 

  第50期珠江科学大讲堂于7月20日(星期五)下午14:30—16:00在广东科学中心学术交流中心多功能厅举行。我们邀请了广东省半导体产业研究院博士黎子兰,以近期社会高度关注的中兴禁购事件为题,详解半导体芯片背后的故事和原理、行业发展的脉络、状态、中国和广东省半导体产业发展的机遇和挑战等。

  朱才毅: 尊敬的黎子兰博士,各位来宾、新闻朋友们,大家下午好! 很高兴今天我们齐聚一堂,在广东科学中心隆重举行“珠江科学大讲堂”第50期专题讲座。在此,我谨代表广州市科创委、广州科普联盟对各位领导、嘉宾的到来表示热烈的欢迎!对长期支持“珠江科学大讲堂”活动的各界同仁表示衷心的感谢! 出席今天珠江大讲堂的领导有:广东省半导体产业研究院黎子兰博士,广州市科技创新委员会副主任詹德村先生,广东省半导体产业研究院党委书记彭海宁先生,广州市科技创新委员会科普宣传处处长钟斌先生,广东省科学院人力资源部陈佳蕊女士。欢迎各位嘉宾! 习近平总书记在7月13日召开的中央财经委员会第二次会议上指出,关键核心技术是国之重器,对推动我国经济高质量发展、保障国家安全都具有十分重要的意义,必须切实提高我国关键核心技术创新能力,把科技发展主动权牢牢掌握在自己手里,为我国发展提供有力科技保障。随着人工智能、物联网崛起,半导体芯片迎来了前所未有的黄金时期。我国要大力发展新一代信息技术、高端装备制造、绿色低碳、生物医药、数字经济、新材料、海洋经济等战略性新兴产业,必须掌握半导体芯片的核心关键技术。 为了解半导体芯片的相关知识,今天,我们非常荣幸邀请了黎子兰博士为我们主讲半导体芯片的发展现状和未来。下面我简要介绍下黎博士的经历:黎子兰,博士,广东省科学院学科带头人,毕业于比利时鲁汶大学和IMEC。黎子兰博士是引进的高层次人才,拥有近17年的半导体芯片方面研发经验。在北京大学攻读硕士学位期间,其从事当时刚刚兴起的第三代半导体GaN器件方面的研发工作,是国际上最早展示激光剥离技术制作新型GaN器件的研究者之一。 下面让我们以热烈的掌声有请黎子兰博士给我们带来精彩的演讲! 2018-07-20 14:38:14

  黎子兰: 谢谢主持人,各位领导,各位嘉宾,大家下午好!非常荣幸能够在这个炎热的夏天一起来讨论这样一个比较热门的话题。 2018-07-20 14:46:06

  黎子兰: 关于半导体芯片,尤其是从中兴禁购事件来认识半导体芯片的基本原理、发展状态,以及国家对这方面的战略、创新和一些突破点方面的思考。 2018-07-20 14:47:26

  黎子兰: 首先我们来回顾一下中兴禁购事件,我认为中兴禁购事件实际上是有两条主线,第一是中兴被美国下达禁购令,实际上还有一个背景,就是贸易战的开展。2016年3月8日,美国指控中兴违反美国对伊朗的出口管制政策,对其实行禁运;2016年3月22日,美国给中兴发放零时许可;2017年3月,中兴认罚和解;2018年4月16日,美国以中兴涉历史违规及未及时扣减奖金和在给美国政府的函件中虚假陈述为由,激活禁令;2018年5月9日,中兴公告主要经营活动无法进行;2018年7月13日,禁令解除。美国所禁的芯片,对中兴起着非常关键的作用,有报道甚至说美国司法部开始调查华为。因为禁运事件,5月9日中兴发布公告,它的主要经营活动已经无法进行,所以这对中兴和对整个中国最核心的技术,尤其是芯片技术的认识,这是一个非常重要的契机,甚至在全国范围内都有这方面深入的讨论。上个礼拜禁令解除,但这个过程中付出的代价和教训是非常深刻的。 2018-07-20 14:50:34

  黎子兰: 中兴通讯是广东省的企业,1985年成立,总部在深圳,全球第四大通讯公司,占全球10%左右份额,它的影响面实际上是非常广的,年营业额超过了1000亿元,员工数9万人。但实际上中兴本身是有一个半导体部门,也就是中兴微电子,但是它的很多芯片仍然是需要从外面购买的,中兴微电子又开展工作,它需要的EDA等工具也需要从外面进口。芯片种类繁多,但都至关重要,基本依赖进口,尤其是依赖美国的进口,而且它的国产化替代难度很大,周期长,现在开始去做这个事情都是有非常大的风险的。中兴通讯这种情况实际上是整个中国在芯片产业一个困境的缩影。我们来看主要芯片的市场占有率,我们发现大部分的芯片,可以说国产芯片的市场占有率是零,只有少数的,比如说华为手机里的芯片它们做出了非常大的贡献,在这方面我们在国产化方面取得了一定的突破,但是总的来说我们的芯片还是存在着非常巨大的差距。 2018-07-20 14:53:35

  黎子兰: 而芯片是一个非常重要的东西,在我看来,它实际上起到了现代社会神经系统的作用,如果把整个社会比喻成一个人的话,芯片负责了思考、感知,负责了你和别人的通讯,这是一个非常奇怪的事情,它甚至在控制着一部分的能源,比如下面我们会讲到的功率芯片,它实际上控制着电能,在相当程度上它控制了这样的能量的供应,所以它对现代社会是非常关键的。 2018-07-20 15:00:35

  黎子兰: 对于未来我们关注的很多产业发展的方向,它的基础,或者它有相当一部分的支撑都是由半导体实现的。比如说物联网、5G、汽车电子、AR/VR、区块链等,都需要半导体芯片的支撑。它的下游,通讯类很明显,还有PC/平板,还有汽车电子,它在工业方面虽然看起来产值并不高,只占它的下游市场产值的13.9%,但是你在今天还能看到纯机械的一个加工设备吗,没有了,它们都需要非常强的计算能力、感知能力,这些都是由半导体芯片来实现的,所以半导体芯片对于支撑广阔的产业以及未来创新的应用是起着非常关键的作用。 2018-07-20 15:02:34

  黎子兰: 举个例子,今天汽车电子已经占成本30%以上,电动汽车、无人驾驶等到来的话,汽车电子会占50%以上,会占到非常关键的部分。电动汽车是未来一个发展趋势,除了需要用到充电桩以外,电动汽车里面最关键的就是三个部分,即储能、电池、控制器等等,这方面半导体芯片目前主要是依赖进口。比如智能手机,可以说智能手机基本上是芯片加上显示等,华为手机里大部分的芯片基本上就是一个系统,中国生产全球77%的手机,并且拥有多家领先品牌,可以说是中国的一个优势产业,但是只有3%的芯片是国产的,所以芯片产业的发展对于中国的产业发展和未来的产业升级是非常重要的。 2018-07-20 15:09:07

  黎子兰: 我们现在是把很多的功能,或者说很多以前别的东西在干的事情慢慢地用半导体芯片来代替,比如说白炽灯,白炽灯在全球已经不生产了,代替它的主要技术就是LED,实际上就是芯片技术,还有胶片、硬盘等,胶片被数码相机取代了,硬盘被U盘取代了。 2018-07-20 15:10:22

  黎子兰: 2017年中国芯片进口额达到2600亿美元,贸易逆差达到1932亿美元,在我国进口产品中芯片位列第一,远超进口原油价值的1623.3亿美元,中国芯片企业仅占国内市场份额10%左右。在中兴事件之前我们只是觉得半导体芯片产值高,很重要,但是中兴事件之后,我们发现它不仅是一个大的产业,并且它对整个经济发展和安全起着非常关键的作用。 2018-07-20 15:11:16

  黎子兰: 芯片既然是这么重要,那我们来认真地看一看半导体芯片到底是什么。 2018-07-20 15:11:50

  黎子兰: 芯片这个词在英文中就是“Chip”,就是薄、小,你去网上搜索“Chip”这个词,基本上出来的大多是薯片。如果我们用半导体的东西做成一个小的具有功能非常强的东西就是半导体。 2018-07-20 15:12:56

  黎子兰: 半导体最典型的材料就是硅,它是在原子核的最外层,电子在原子外层有8个轨道,在半导体中都被填满,无路可走。如果把电子看成一辆车的话,就好像一条路上面都被车停满了,那样的话就不会有电流,因为这个电子是没办法走动的,没办法去流动,这是没有掺杂的情况。如果我们用别的元素替代,它就相当于有一个位置是空的,这个空的位置就可以往这边移动,这就是掺杂对它的影响,也就是说能量和信息开始可以变得传输。还有一种类型,多了一个原子,相当于原来的路上被填满了,还多了一个车,这就相当于新的电子就在原来铺上的路上去行走,这就是N-型半导体,它就开始在电子导电了。 2018-07-20 15:15:19

  黎子兰: 前面我们讲的是掺杂,其实还有别的办法出现这种情况,可以通过一些别的办法把一个电子的东西拽出来,就会出现一个空位和一个在这上面跑的车,这时候就会出现电流的导通。数据放完了之后,这个车有可能会被调到原来的地方,它有可能会发光,也有可能会发热,大家最熟悉的硅只能够发热,不能够发光,所以它不能作为光电器件。第一代半导体只发热不发光,第二代、三代半导体可以发光。 2018-07-20 15:15:43

  黎子兰: 那么导体是什么东西?导体就是这条路上有很多车在开,所以它的导电能力很强。半导体就是轨道上被填满了,你要想开的话,就必须越到上面一层。而绝缘体是什么呢,轨道被填满,但是跃升到上一层轨道极难,很难有空缺位或在车上面的路开。从物理的基本原理来说,这个是半导体最基本的东西,而这些东西从某些方面来说它也有自己的特点,它有电子的空位在导弹,讲得哲学一点,黑是白的衬托,白是黑的缺陷一样。 2018-07-20 15:16:44

  黎子兰: 以上讲的基本的东西会产生很多非常有趣的东西,比如说N-P-N,这个时候它是永远不会有电流的,如果这个方向是正向,另外一个方向一定是反向,它有一个反向的偏压,它就一定不会有电流,或者说它的电流是非常低的。但是我们可以给它加一个“桥”,加一个电压,把电子吸引过来,这时候电子可以通过这个地方导通到这个地方,这个时候就会出现电流的导通,就会开始有信号、能量等等。但是我如果只想知道我这个地方是导通的还是关闭的,我并不需要一个很大的器件,我可以把它做得很小,这个东西就是微缩,微缩是半导体芯片里最重要的一个观念,因为微缩,第一你可以做更多的器件,可以实现更加多丰富的功能;第二,微缩是芯片提速的关键,如果把开关看成一种信息的话,很小的器件也可以实现,对于信息社会,或者数字电路,微缩是其中核心的一块,起着非常重要的作用。 2018-07-20 15:20:35

  黎子兰: 在这些最为基本模块的基础上,可以搭建出非常复杂的功能。你可以把它当做一个很小的电路,只有当开关连通的时候,它的灯泡才会亮。在半导体里就是用这些东西来实现相同或者相似的功能,而这些东西到最后可以整成一个小的模块,然后可以形成一个很复杂的电路,这个东西再拼得更复杂的话,就会成为一个你所看到的芯片,所以说简单的开关器件构成了复杂而功能丰富的逻辑电路。但是,在这个过程中,其实是一个非常复杂的系统工程。所以芯片是一个分工非常复杂的过程,有的是怎么实现互联,还有的是设计,还有的可能只在乎这个东西是不是好用的,所以这个产业的分工也是根据这个来的,不同的人关注的重点可能不一样,这些东西到最后建成了一个非常庞大的半导体芯片的产业。 2018-07-20 15:23:12

  黎子兰: 半导体芯片的特点有很多共同的东西,第一是集成化的工艺,这是所有半导体芯片都具有的特点。比如第一个半导体晶体管是这样的,好象一个拙劣的手工艺品,做得不那么好看,它没办法有那么强的功能,一个非常重要的突破就是使用集成的办法来做。所有的半导体芯片都是一样的,它都有一个最核心的东西,就是以集成化的工艺做出来的。半导体芯片还有一个很重要的趋势和特征,就是它们一直在往更大的精良的方向在走,这也跟成本有关,如果是一个比较小的芯片,每次做就只能做成有限的产品,但是如果有一个很大的晶圆,产品的数量会大很多,越复杂越尖端的东西,往更大晶圆的趋势就更加强烈,但不管怎么样,几乎所有都是在往这个方向走。今天集成电路工艺是在12英寸,第一代是在12英寸,第二代是在6英寸,第三代是6到8英寸之间。 2018-07-20 15:25:12

  黎子兰: 这里还有一个非常重要的概念,有些半导体工艺用的是多片的,一次放很多的片子,而对于要求很高的,它们可能是单片的,比如说一次只放一片,但是这一片可能是8英寸或者12英寸,非常大,但是产业也能保证,但是如果只放一片,它的工艺能力、精度、可靠性等等就能得到非常强大的提升。对于工艺要求高的,基本都是单片工艺,如果要求还没那么高,有的地方可能会采用多片工艺。单片工艺是通过自动化来提高产量的,这一块也是未来发展的一个很重要的趋势。 2018-07-20 15:26:20

  黎子兰: 如果我们对半导体芯片进行分类的话,最重要的就是它的材料,它的材料决定了太多的它能够实现的功能。第一代半导体禁带宽度小,光电效应差,加工容易,便宜,它实际上是今天最常见的半导体材料,也是今天信息社会的基石。第二代半导体很贵,加工难,光电效应好,禁带宽度小,主要应用在重要的光电材料、光通讯的基础、重要的高速与RF材料。第三代半导体贵、加工难、光电效应好、禁带宽度大,主要应用在光电材料、现代照明与显示的基础、RF与电力电子未来主力。用术语来说,集成电厂是硅的11倍,第三代半导体虽然加工有难度,但是它有很好的光电效应,禁带宽度大,它是很好的照明材料,未来的显示也都跟此密切相关。 2018-07-20 15:29:44

  黎子兰: 半导体芯片可以实现不同的功能:基于开关和信息的,比如CPU;还有基于电光效应的,比如CMOS的;基于电能控制的,我们有的时候叫它功率器件,比如说雷达电子、通信基站、电源等等;还有基于机械生物的,这一块可以说是蓬勃发展的一个领域。 2018-07-20 15:30:26

  黎子兰: 半导体芯片涉及到不同的材料,也涉及到不同的功用,它根据未来的应用方向分成了很多类型。最大的一块是基于开关信息的,基本都是基于硅基材料,主旋律是微缩。另一方面,微缩也很重要,但不是最重要的主题,最重要的还是实现多元化,以及实现不同的功能、更强的性能,这方面包括模拟、分离、光电、探测等等,相当庞大的一个类别。我们讲半导体芯片的发展趋势是得分开来看的,它是根据不同的产品、不同的特点具有不同的发展趋势。 2018-07-20 15:31:26

  黎子兰: 第一个类型就是基于开关信息,这一块的主旋律就是微缩,它是基于硅的器件,它可以做得非常地小。我们来看数字电路,不同的技术带的演进过程可以看到它的演进速度非常快,今天最先进的已经到了10nm,红细胞是7nm,半导体芯片里最核心的特征尺寸已经到10nm程度。以前电流、信号的导通都是一个平面型的,但是它的数字越小的时候,平面上已经没有这个空间了,所以开关器件第二个发展趋势就变成了三维了,今天电流的导通是一个立起来的,实际上是往三维化方向发展,这其实可以说是所有数字芯片的一个共同的发展趋势。三种最重要的芯片:Logic、DRAM、FLASH,今天三星出的最新的是90层左右,人类看到这些东西真的可以自己赞美自己,真的太了不起了! 2018-07-20 15:32:51

  黎子兰: 你们可能都听说过摩尔定律,摩尔定律就是对数字微缩规律的一个总结,芯片的晶体管数目每两年翻一番,它至少是2的25次方,今天最多的晶体管数目已经超过了100亿颗,在一个芯片上就能实现这么多晶体管,所以它的实现率是非常强大的。 2018-07-20 15:33:38

  黎子兰: 微缩对设备与工艺造成了极限的挑战,比如说光刻,今天最先进的光刻机大概需要8亿人民币,光刻机设计时号称要考虑地球自转,集成电路工艺超1000部,要求极高,并且所有相关成本都很高。 2018-07-20 15:34:33

  黎子兰: 因为电子电路这些严苛的要求和这么高的投资强度,所以它发展的另外一个重要趋势就是垄断,这其实是一个很不好的事情,但是没有办法,它确实就在发生。如果是90nm的时候,还有很多公司可以研发,但是在14nm的时候,全球主要有三家公司实现了量产。 2018-07-20 15:36:12

  黎子兰: 第一、二、三代半导体诉求多元,功能为王,包括分离、光电、模拟、探测等等,种类非常繁多。其实它的重要性一点不亚于数字电路,所以它对很多方面都起着非常重要的作用的,但其实它不那么强调微缩,这方面它有它自己不同的特点。第一个特点就是使用新的材料,它的基本物理参数就能决定产品性能,举一个简单的例子,第三代半导体材料,它的禁带宽度比较宽,计算电的强度比较强,它的品质因子是硅的1000多倍,所以硅的功率器件基本已经接近极限,一方面我们得赞叹人类把这个东西做得太美了,但是另一方面它未来的空间已经没有了。传统的硅的功率器件,10多次外延与离子注入,已接近极限,它的工艺已经非常复杂了,但如果是GaN功率其间,利用材料优势,仅1到2次外延,线宽也要求不高,性能更好。 2018-07-20 15:37:34

  黎子兰: 半导体芯片在不断地变化,是不是只是说我自己比原来变得更好呢?不是那么简单,它是同时带来了你所使用它的系统和创新的,甚至是革命性的东西。比如功率器件,可以用新的材料做得比原来更好,这就意味着更低的能耗,所以它发热发得比较小,如果发热太大,这东西没法用。第一它有更低的能耗,第二有更高的开关速度。比如电脑充电器核心的东西是芯片,但是它里面还有储能的东西,储能的东西其实越大越好,所以它占了重量、体积的绝大部分,半导体芯片其实是非常小的,如果在这方面取得突破性的创新,可以把它做得更快、能耗更低,所以整个系统可以做得比原来小很多。半导体芯片的创新不仅是跟它自己比,而是会带来使用系统很多方面的革新,甚至是一些突破性的东西,如果离半导体芯片越远,这个创新也就离你越远,我国是做这个系统的强国,可以算是我们的强项,广东省尤其如此,所以说新材料、结构、功能是半导体芯片创新的重点与机遇。 2018-07-20 15:39:54

  黎子兰: 我前面讲了数字电路、微缩,除此之外是更强的功能等等,但它们也不是一个分立的发展。另外一个很重要的东西是使它们整合,实现更强的系统,比如说苹果手表,它里面集成了一堆的晶体,它就是把很多的功能都集成在这样一个小小的东西上面,所以它在系统级别,数字那边变更强了,模拟也变得更强了,探测也变得更强了,所以这是把它们整合在一块的一个更强的创新。微缩、超越微缩、融合是半导体芯片的未来。 2018-07-20 15:41:30

  黎子兰: 说了这么多,半导体芯片的产业生态与我国的发展状态是什么样的呢?在设备方面,美国最强,其次是欧洲,再次是日本;材料,日本、美国排在最前面;芯片最强的是美国、韩国;用芯片做出来的电子产品或者系统,最强的是美国、中国,这方面我们虽然没有美国那么强,但是我们的体量更大。但是电子产品这些东西都是基于别人的基础上的,也就是我中有你,你中却没有我。要做成半导体芯片,至少要有芯片设计和芯片制造两大块,芯片制造得有设备和材料,设备里面还得要有零部件。设计不是简单地拿个笔去想,它是有很多软件进行辅助,我们叫EDA,全球前三大设计软件公司全部都是美国企业,如果中兴想做EDA都没办法,它都被别人收走了,这方面的软件都是禁运的。这个过程出现了高度分工与专业化,复杂程度非常强,比如光刻机,它是荷兰生产的,但是它的某一个核心零部件可能是美国的,不是说单纯用这个设备就可以用,还得用相应的EDA软件才行,这个EDA配套软件又是美国的,相应的光刻材料可能又是日本的,所以这个产业的复杂度、立体感是非常强的。你可能既是客户也是供应商,所以这个产业的相互依存度是非常高的。第二,它出现了一些产业的生态,比如说windows+intel,ARM等多个产业生态。 2018-07-20 15:43:29

  黎子兰: 如果我们看这里一些具体的东西,比如说生产材料,单纯看硅片,日本在里面有着很明显的优势。如果是设备的话,美国占了51%以上,当然幸运的是,全球最重要的半导体设备,比如说光刻机是荷兰生产的,但是美国在里面的统治作用仍然非常明显。专注于芯片生产的,我国最大的就是中芯国际,但是中芯国际只有TSMC的1/10左右,中芯国际落后于全球很多个技术节点,这个现状还是需要大家共同去努力的。 2018-07-20 15:44:49

  黎子兰: 2017年,中国设计业全球占比11%,美国占统治地位,美国在设计领域占到69%,但是设计行业是一个相对新的行业,这个行业可以说是中国今后的一块,中国大陆大概占11%,在日本不到1%,欧洲2%,它相对比较新,对中国来说还有很多机会。 2018-07-20 15:45:32

  黎子兰: 中国在几乎所有半导体领域开展的工作,我国非常特别。我们非常努力,可以说是奋起直追,可以说我国是唯一一个几乎在所有半导体领域都开展工作的,几乎每一个方向都有,但是我希望在这个过程中能够有强的公司冒出来,甚至出现一些整合,真正地出现几个在某些方面能够独当一面,或者是有特点、有实力的企业。我自己的判断,在8英寸或者以下,我国的产业链还是比较完备的,但是在12英寸实际上才刚刚兴起,比如硅材料,12英寸还是在验证的阶段而已。 2018-07-20 15:46:25

  黎子兰: 下面就谈一下中国在半导体产业的机遇和挑战。 2018-07-20 15:46:51

  黎子兰: 首先,我觉得中国半导体的优势一个是市场,市场会决定很多东西,如果越靠近市场,服务工程师、用户的需求等你都更熟悉,中国是全球半导体芯片最大的市场,我国人才和人口的基数都很庞大,如果我们在人才培养上能够更加有力一些的话,这个优势也是非常明显的。其实还有一块,我觉得大家不怎么强调,或者说,说得比较少,其实我觉得我国的企业相对来说决策比较快,也敢于迎接新的东西,这就是我刚才说的,纯粹的设计公司是一个相对新的,这个行业我们虽然只有11%,但是我们比一些老的更有优势,决策快、敢于新的特点实际上是中国一个很大的优势,也是我们需要发扬的一个地方。 2018-07-20 15:48:15

  黎子兰: 第二,产业转移的机遇。原来的技术密集型企业变成资本密集型企业,这里面会有一些半导体行业,其实80年代的时候半导体行业排在第一的是日本,根本不是美国,日本在80年代的时候已经超过了美国,但是后来美国又重新回到了非常优势的统治地位。这个行业也比较有意思,很多新兴经济体,比如日本、韩国都曾经在半导体领域强盛过,日本曾经是全球第一,韩国今天的存储器在全球的地位是最高的,所以几乎所有的新兴经济体都在半导体领域里强盛过,半导体行业好像一个试金石一样,它有非常重要的特点。但是与其说它是产业的转移,不如说它是产业的竞争,美国想把这个产业转移给日本吗?根本不想,日本在80年代占了一半以上,但是美国人今天又重新取得了优势地位,所以你与其说它是转移,不如说是竞争,所以它是如此地重要,这方面的竞争是非常强的。 2018-07-20 15:49:52

  黎子兰: 第三,创新方面的机遇。美国能把这些东西拿回来,主要是它的创新能力,它在一些新的产品、新的决策方面,它的创新是非常强的,所以创新是里面一个很重要的机遇,比如我前面说的材料、器件和功能,甚至还包括新的产业形态,这一块实际上创新的机遇是很多的。比如说最开始的IBM是既生产电脑又生产芯片,但是后来英特尔生产芯片,比如说联想、戴尔这样的公司生产电脑,它的分工又出现了我只做生产不做设计,原来的芯片企业是设计与生产一块做,现在又出现了只做设计,或者只做建造,或者只做封测,中国在封测这个行业占得比较好,所占比重超过20%,相对比较好。设计我们也相对做得比较好,产业分工变革当中也存在很多的机会。但是我觉得更重要的还是在创新方面的超越,因为这些方面实际上是有很多的机会的,相对来说,我们站在相对平等的起跑线上,这方面它的门槛没有那么高,所以它的机遇也是更大更好一些。 2018-07-20 15:51:17

  黎子兰: 其实我国对半导体一直非常重视,这是我在网上直接拿过来的一个说法,我认为它说得非常好。有人认为国内半导体发展大致可以分为三个阶段:第一阶段为1982-2000年,1982年成立了国务院计算机与大规模集成电路领导小组,由于当时的国际环境比较好,我们提出以市场环技术,以北京、上海、无锡为中心建立半导体产业基地,尤其是90%的无锡华晶,成为国内瞩目的半导体标杆性企业。第二阶段为2000-2014,2000年国务院出台《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》,到2011年国务院很快发布了关于《进一步鼓励软件和集成电路产业发展若干政策》的通知,就是4号文,在税收和财政上给予半导体产业优惠政策,这个政策非常重要。第三阶段为2014-2030年,2014年9月成立国家集成电路产业投资基金,一期募集资金1387亿元,二期资金正在启动。除了国家级别的之外,地方也有很多的投资基金,2016年6月广东设立150亿元集成电路产业投资基金。总的来说,如果我们看集成电路的产能,广东省作为我国电子信息产业最发达的地区,它的芯片产业并不突出,电子信息产业能数得出来的相当部分在广东,但是广东省珠三角电子信息产业只占9.2%,所以这一块还是要重视的。 2018-07-20 15:54:13

  黎子兰: 要发展半导体芯片,看成功的半导体芯片企业或者是国外的半导体芯片企业,它们到底有什么核心的竞争力呢?第一肯定是要创新,因为它每个技术带只用花两年时间,所以它的创新要求是非常高的,尤其是有成效的创新,一定得两年之后得拿出来下一个技术带的技术出来,有成效的创新是非常关键的。第二是效率,摩尔定律规定你两年时间得往下走,摩尔定律对我们这个行业的人来说是一个鞭子一样,它告诉你两年之后如果你不能做的话就落后了,效率是竞争的核心。 2018-07-20 15:56:40

  黎子兰: 第三是整合能力,这一块其实也是美国企业的强项,美国企业非常喜欢买,把竞争对手整合,成为一个垄断企业,甚至整合成产业链形成一个生态,这对于保证你的毛利率、研发投入是非常重要的。第四是调整速度,我在2007年左右读博士的时候,从事的是集成电路研发,我们那个时候还在说45nm研发的核心东西,那个时候突然听说一个消息,全球第一个集成电路生产企业TI决定在45nm以后不再投入芯片的微缩,不再做这个数字电路了,它就去做模拟电路、分离器件等等,对那些微缩要求不那么高的方向,它的决策是非常快的,调整速度也是非常快的,而今天的TI在模拟电路,或者在一些要求比较高、专业要求比较强的地方毛利率很高,调整速度也很快。第五是垄断,垄断实际上是一个整合,只有垄断的规模,你才能有比较高的投入进行研发,只有研发才能技术上领先别人,在技术上领先别人才能毛利率比较好,在市场上这个东西才能卖得出去,这个东西会形成一个良性的循环,但也是非常难的,可能在某一个细分领域里我们完全可以成为一个优势的行业,在细分领域是可以的,而这个东西是需要钻到最强的地方,成为这个行业的领导者。 2018-07-20 15:57:00

  黎子兰: 如果总结的话,我们面临的挑战也是多方面的。 2018-07-20 15:57:22

  黎子兰: 第一,技术积累比较薄弱。这方面我国的01、02科技重大专项在这方面也取得了很大的成效,如果没有01、02专项,我们在半导体设备领域中的差距就更大了,未来应该有更强的倾斜性资金和政策,这方面不但重要,并且非常基础,可以说也是非常急迫的,所以这些方面是非常重要的一块。 2018-07-20 15:57:57

  黎子兰: 第二,我们的人才能力培养比较弱。这方面国家也比较重视,也采取了一些办法,比如说有国家示范性微电子学院,中山大学也有,全国在很多著名的高校都设立了微电子学院,所以说国家对这方面很重视,但是我更强调我们应该培养更主流、更实用的人才,我们前面讲的所有的报告可以说都是主流方向、实用方向,没有讲任何花哨的东西,因为那些东西到最后,它哪怕是创新,哪怕是几年之后才能用,但是它是有非常强烈的我的目的、我的应用方向的感觉。培养人才也是需要往更主流、更实用的人才方向培养,因为半导体说白了就是应用技术,基础应用技术,或者一些比较新型的应用技术。 2018-07-20 15:58:52

  黎子兰: 第三,我们的创新研发能力还比较薄弱。其实可以做研发的东西也很多,但是我一直认为要做主流的东西,你做出来的产品能有多大的应用、多大的市场,要做主流、实际的研发,然后还要在开放竞争中求进步,在开放中学习别人的强处,在竞争中才能知道你有哪些地方不足。 2018-07-20 15:59:27

  黎子兰: 第四,竞争对手的垄断优势,这个是没有办法的,比如说数字电路,它所形成的壁垒是非常高的,比如说存储器,这个只能说强攻与创新相结合。 2018-07-20 15:59:58

  黎子兰: 第五,近期我想最强调的就是资金与人才、技术、管理的结合,无论是国家层面还是省市层面对半导体芯片都很重视,所以短期内会有很多的投入,所以这个一定要做到研发、人才团队结合起来,比如你投入100亿,如果你没有好的技术、没有研发,你这100亿投入的线是会折旧的,四到五年以后它再也不新了,所以必须将资金与人才、技术、管理相结合,尤其要做到研发先行,研发的钱相对来说还比较少,但是一定要有一定的准备,跟这些东西结合起来,才能让你的资金最有效,实际上这个效果也是最好的。 2018-07-20 16:01:18

  黎子兰: 最后我想强调一点,全球半导体芯片产业的竞争最终比拼的是创新的效率。因为两年之后,你这个性能比别人提升了50%,而另一个还停留在上一个技术上,当然你要实现创新的效率,可能是你的功劳高、基础好、底子厚,但是最终大家比拼的就是创新的效率。 2018-07-20 16:03:07

  黎子兰: 除了这些挑战以外,我个人认为还是有一些必经之路的,首先就是合作,因为半导体行业是全球顶尖智力几十年共同的结晶,没有任何国家可做到全产业链完全自主,所以我们只有在合作中才能站在一个更高的水准上,在这个基础上有创新有突破,合作是必不可少的,哪怕是面临着再多的困难,合作仍然是非常关键的一块。 2018-07-20 16:04:02

  黎子兰: 最后是追赶,追赶当然是很痛苦的,但是发展半导体产业,它可以说是产业转型升级的一个必经之路,它所关联的东西实在是太广,它的创新对整个国家其他方面的创新又是如此地关键,比如说现在的AI,做的最好的是半导体芯片企业,最最重要的一个企业之一就是英伟达,因为它对计算能力的要求是非常高的。追赶是一个必不可少的过程,发展半导体产业是产业转型升级的一个必经之路,这个是非常关键的,这方面一定要投入和高效。 2018-07-20 16:05:00

  黎子兰: 还有创新,创新是最有用的,创新才有可能出现新的机会,如果你出现新的技术,你就可以让别人的产品基于你的技术,这样可以达到你中有我、我中有你的最终目的,现在是我中有你、你中无我,如果能实现你中有我、我中有你,这至少是一个平衡,所以创新几乎是唯一的道路,你只有通过创新,让别人的产品基于我们的技术的时候,你才有这样的机会,否则它为什么要用你的技术,所以说创新是非常关键的。 2018-07-20 16:05:37

  黎子兰: 下面我简单讲一下我所在的工作的单位,省科学院半导体院在这方面的一些工作。 2018-07-20 16:06:36

  黎子兰: 广东省半导体芯片产业市场庞大,芯片设计能力比较强大,但相对来说制造能力比较薄弱,除了在深圳有一些制造的8英寸或者12英寸的,在一些新的方向方面,比如说第三代半导体也比较薄弱,这个有点遗憾,广东是全国LED最重要的生产地,但是第三代半导体比较薄弱,所以第三代很重要的方面我们做的还是比较欠缺的,还有数字电路、储存等比较落后,这个没有办法,它的投资非常高,这个主要是国家行为,目前主要是福建、江苏、武汉、安徽等地方,国家在那些地方布局比较多一点。 2018-07-20 16:07:17

  黎子兰: 广东省半导体产业的机遇,我觉得首先发展与市场相结合的优势方向与创新技术,比如通过发展功率器件,在广东省生产的这些笔记本电脑、手机等里面有很大的系统级别的创新,跟广东省的优势产业结合,其次芯片设计还是一个重点,然后是第三代半导体,第三代半导体跟产业的东西又是非常结合的,这也是一个很重要的机遇点。广东省庞大的家电、通讯、智能终端、电动汽车等企业对电力电子、射频芯片及显示技术有巨大的需求,第三代半导体是这些领域创新的主体和未来的主战场,所以这些非常值得广东省半导体产业研究院作为发展的重点。 2018-07-20 16:08:01

  黎子兰: 聚焦于新兴的第三代半导体在发光显示、电力电子技射频通讯等方面的产业化技术方面的创新机遇是非常重大的,目前是可见及紫外LED、Micro-LED等。我稍微讲解一下,紫外LED主要是替代原来的汞灯的,联合国已经颁布要取代汞灯,所以传统的汞灯被紫外LED灯替代是必然的,是具有非常大的社会价值的。Micro-LED显示技术未来也是一个趋势。还有是GaN功率器件,GaN具有宽禁带、高击穿电场、高电子迁移率等特点,应用特点具有高温、高功率、高频率,所以它应用的范围比较广,比如说雷达电子、电力电子器件、通信用RF器件、萨德反导等,美国政府否决的中国公司并购德国Aixtron案以及德国Infineon并购美国Wolfspeed案,都与GaN功率器件有关,所以发展GaN功率器件必须立足自主,没有捷径可走。 2018-07-20 16:09:22

  黎子兰: 广东省半导体产业研究院有一个比较完备的硬件支撑平台来支撑第三代半导体研发,比如说材料生产、工艺制备、工艺测试、封装等等,可以说我们已经建成了一定的基础,而这个东西对于支撑广东省很多方面的半导体要素是非常关键的,除非你是纯设计的公司,半导体研发需要工艺开发,但设备昂贵,工艺质量要求高,专业性强,每个创新与研发要素都搭建实验线耗时、耗力、耗材,需要公共研发平台支撑,而且中国半导体芯片的技术发展要求研发先行,所以我们广东省半导体产业研究院是一个集成的平台,人才、创意、创业企业、企业新方向、企业孵化、技术等都可以与我们合作,广东省半导体产业研究院希望起到一个开放式支撑平台的作用,还包括产业的转化。 2018-07-20 16:14:21

  黎子兰: 广东省半导体产业研究院可以用四句话来总结,一是国际视野,在我们这个行业必须有国际视野,能够认识国际的发展趋势;二是行业思维,我们要为这个行业服务;三是平台支撑,我们作为一个公共的平台要来支持相关的研发要素;四是产业合作,我们是一个产业技术研究院,所以是以产业作为最核心的要素。 2018-07-20 16:15:03

  黎子兰: 我就讲到这里,谢谢大家! 2018-07-20 16:15:47

  朱才毅: 刚才黎子兰博士从半导体、从中兴事件说起,从自己的实践和研究过程,并结合多年的经验,结合芯片的分类、发展趋势,以及中国半导体芯片的现状、机遇、挑战和必由之路,特别介绍了广东省芯片的发展现状,给在座全体人员上了一堂非常好的科普课,让我们再次以热烈的掌声感谢黎博士的精彩报告。 2018-07-20 16:16:38

  朱才毅: 下面是互动交流环节,在座的有问题想与黎博士交流,可以现场进行提问。 2018-07-20 16:17:05

  现场观众: 黎博士,刚才您提到广东应该结合广东的产业来发展芯片,特别是家电产业跟通讯产业,我想问一下,广东的家电产业跟通讯产业对芯片的需求量有多少?有多少芯片是使用国产的? 2018-07-20 16:17:59

  黎子兰: 家电产业涉及到很多功率器件的东西,功率器件在家电行业的应用大概有200亿人民币。通讯分为两块,一块是通讯设备制造企业,另外一块是比如手机等,手机里面大概国产化率只有3%,我国生产了全球77%的手机,但是里面真正的国产化率是非常低的,大部分的芯片应该说都是从国外进口的。从通讯设备领域中,实际上像功率器件都是从国外进口的,目前国产化率是非常低的,通讯设备企业的要求其实非常高。像华为在芯片领域一直非常重视,所以它在某些领域中,比如说手机里面的有些芯片它实际上有了一些突破。 2018-07-20 16:19:03

  现场观众: 有没有可能通过产业升级来吸引人才进入?据我所知,身边学硬件行业的同学转而进入了软件行业。 2018-07-20 16:20:27

  黎子兰: 这个问题提得很好,我也看到很多这种现象,很多学硬件的人转去软件行业,软件行业在待遇方面确实有优势。 2018-07-20 16:21:07

  黎子兰: 我想把这个问题掰成几块。一是半导体芯片的人才非常缺,但是需求非常大,培养半导体高端人才难度比较大,第二是半导体高端人才培养难度比较有限,所以造成高端人才的稀缺性更加严重,如果培养人才的能力能够更上一步的话,使半导体芯片人才成为高端人才,从事更加有技术含量的研发的话,我想他的待遇也会提升上来,人才流失的形势也会有很大的改变。通常来说人才需求量很大,这方面会有一定的溢价,但是高端人才的培养难度确实比较高,目前我们的培养体系又不太容易满足,如果你能够成为半导体芯片高端人才的话,待遇不会比软件方面的差,但是培养高端人才是一个需要解决的问题。 2018-07-20 16:22:00

  现场观众: 黎博士您好,我们都知道中国跟其他国家在半导体芯片发展的差距很大,这个差距到底有多大?中国离发展到“中国芯”到底有多远? 2018-07-20 16:22:33

  黎子兰: 其实我刚才讲的可能更加具体一些,这个差距是立体的,甚至可以说是全方位的。立体就是从材料、设备、芯片,芯片里面包括从设计到制造,这些方面都存在很大的差距。 怎么才能实现“中国芯”,我想有很多企业很多人都在做这方面的努力,比如说华为麒麟芯片就是一个很了不起的典型,但是半导体芯片行业所覆盖的面是如此地广,它所细分的领域又是如此地多,在某些领域它所需要的积累也是非常多的,所以光有一个麒麟芯片或者某个点上的突破都不够,它需要很多方面的努力,它需要大家一起来努力。我想如果有一天我们能够生产出很多芯片和产品,别人不得不用的时候,就可以说中国芯片就起来了,如果能够做到我中有你、你中有我,人家离不开你的时候,这个时候是真正地起来。 2018-07-20 16:24:55

  现场观众: 黎博士您好,我想问一下关于我们大学生想要在芯片方面进行研究,或者是有一定的成就,在这方面做出贡献,去哪所学校比较好,或者是需要走到什么样的地步,还是说需要出国深造? 2018-07-20 16:25:31

  黎子兰: 国内确实有一些比较有名的大学在半导体芯片方面比较有影响力,几乎跟传统的工科大学和比较强的理科大学的排名有很多地方是类似的,看你是哪个方面,比如说设计、制造,它有不同的方面,有些学校可能在工艺方面更强,有些学校可能在芯片方面更强,有些学校可能在设计方面更强。这方面应该是需要分成两块的,一个是设计,一个是工艺,尤其是设计,可能在学校更加重要一些,你可以在网上看到有一些资料,它有一些排名,传统的工科大学里都有一些不错的。 2018-07-20 16:26:14

  黎子兰: 出国留学当然也是一个很好的途径,尤其是在某些方向上,国外的很多电子工程系,一个是做的比较尖端一点,比较超前一点,其实他们更注重研究价值一点,就是你研究的东西到底有没有价值,我个人不太喜欢用基础研究或者应用研究来区别,我更喜欢用有价值的研究和价值比较少的研究来区别,如果你真的想去读硕士、博士,我觉得排第一位的是做有价值的研究。有价值的研究是一个比较难判断的东西,但是你如果认认真真地去稍微学一点它的基本原理,稍微看一点它应用真实的情况,你其实也可以判断出来。 2018-07-20 16:27:00

  黎子兰: 选一个好的课题我觉得是非常重要的,不管你是在国内读大学还是在国外读大学,这对你的能力提升非常关键,然后就是选择一个好的学校。做有价值的研究更重要一些。你需要花一些时间,没有任何人能帮你,但是你需要了解它的基本原理、发展状态是什么,这个是最关键的。 2018-07-20 16:27:41

  现场观众: 黎博士您好,由于芯片的研发难度大,周期也很长,一般的企业没有这个动力,也没有这个能力去做这个事情,我想问的问题是,政府在这个过程中应该充当一个什么角色比较好,一味用资金去扶持这些企业的做法是否可取?有没有其他更好的办法去引导这个产业发展?谢谢。 2018-07-20 16:28:14

  黎子兰: 研发周期分成两块,比如说初创产品的研发时间通常会长一点,但是它会有技术的迭代,这个周期比较短,比如你要把一个新的功率器件研发出来,可以说全球都花了十几年,如果一个新的公司需要进去,可能需要在几年之内做出一个原始器件出来,所以在开始的时候研发周期会长一点,第一代产品时间会长一点,第二代产品或者之后的产品迭代时间会少一点,像摩尔定律,两年就得往下一个技术迭代,它就形成一个比较有规律的东西了。尤其是对一些创新性技术的发展,需要的周期更长。如果以我在国外的经验来说,美国的公司很少会支持超过五年的研发,如果你五年还没做出来,通常这个部门会被关闭,很容易会出现这种情况。 2018-07-20 16:29:05

  黎子兰: 第二个问题,政府应该在这个过程中起到什么样的角色,不管怎么说,如果政府有资金投入,三个方面一定要结合,资金得跟团队、人才、技术、管理机制结合起来,只有这样才能更有效地利用,某种程度而言,短期的研发需要投入钱,你推它一把,它可能一开始没办法量产,你一开始推它一把,可能有些比较小的企业,但它很有前途,你推它一把,它就能量产,这样可能更好,如果一开始就投很多的钱,它也很有压力,如果真的是去建厂房、买设备,这个设备的投入就是一个非常巨大的压力。研发先行,在研发方面多给一些企业和研究支持,这是非常有价值,投资效率也是最高的,这是我个人的看法。谢谢。 2018-07-20 16:30:03

  朱才毅: 好,由于时间关系,今天的报告到此结束。再次以热烈的掌声感谢黎博士的精彩报告!今天的“珠江科学大讲堂”到此结束,谢谢各位的参与。 2018-07-20 16:30:39

 

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