落後至少20年的情況下，爲什麼我們還要堅定不移的發展芯片產業？

說起芯片這個東西，就不得不從計算機的發展開始講起。1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC在美國賓夕法尼亞大學誕生。目的是用來計算炮彈彈道。這部機器使用了18800個真空管，佔地1500平方英尺，重達30噸，耗電功率約150千瓦，每秒鐘可進行5000次運算，這在現在看來微不足道，但在當時卻是破天荒的。 ENIAC以電子管作爲元器件，所以又被稱爲電子管計算機，是計算機的第一代。電子管計算機由於使用的電子管體積很大，耗電量大，易發熱，因而工作的時間不能太長。平均15分鐘就要燒掉一個真空管。

這臺計算機如此笨重而且不到15分鐘就要停止工作開始檢修，耗電量無比巨大的設備，對於當時來說卻是意義巨大。在第二次世界大戰中，敵對雙方都使用了飛機和火炮，猛烈轟炸對方軍事目標。要想打得準，必須精確計算並繪製出"射擊圖表"。經查表確定炮口的角度，才能使射出去的炮彈正中飛行目標。但是，每一個數都要做幾千次的四則運算才能得出來，需要十幾個人用手搖機械計算機算幾個月，才能完成一份"圖表"。而計算機只需要一秒鐘就可以計算準確，所以在戰爭中，計算機對戰爭的勝利起到了決定性的作用。

隨着第一臺計算機的誕生，計算機技術和工業一直處於高速發展的階段。計算機科學已成爲一門發展快、滲透性強、影響深遠的學科，計算機產業已在世界範圍內發展成爲具有戰略意義的產業。計算機科學和計算機產業的發達程度已成爲衡量一個國家的綜合國力強弱的重要指標。而計算機的應用已經深入到社會的方方面面，無論是家裏用的電視，洗衣機，微波爐，大到導彈，火箭，衛星等等國家戰略設施，都離不開計算機的應用。

芯片，（也可以說是集成電路，微電路）應運而生，通俗點來說，芯片就是將無數的晶體管集成到指甲大小的一個地方。集成電路對於離散晶體管有兩個主要優勢：成本和性能。成本低是由於芯片把所有的組件通過照相平版技術，作爲一個單位印刷，而不是在一個時間只製作一個晶體管，可以大批量的生產。而性能高是由於組件快速開關，消耗更低能量，因爲組件很小且彼此靠近。2006年，芯片面積從幾平方毫米到350 mm²，每mm²可以達到一百萬個晶體管。

而讓我們難過的是，中國在芯片製造上，至少落後了歐美等國家至少二十年。而芯片是中國輸不起的戰略領域，中國每年芯片進口的花費已經超過原油。甚至在多個領域的芯片，幾乎完全被國外壟斷，而在這些領域的芯片價格上，中國幾乎沒有話語權，只能用其他自己優勢的方面作爲交換，誰叫咱家自己沒有呢？

那麼就讓我們來看看我們在芯片產業上，具體有哪些需要我們向別人學習和改進的地方。

首先第一個，就是原料---硅

學過化學的我們知道，硅在大自然中並不是什麼稀罕物，我們常見的什麼石英，石頭，沙子，玻璃，這些物體的主要物質就是二氧化硅。那就有同學說了，咱中國地大物博，沙子還不到處都是，這玩意咱不缺。但是每年，中國向國外進口的硅，就達到了 15萬噸甚至更多。啥？咱沙子還要進口？也有同學可能明白了，我們需要的硅，可能並不簡單。

芯片製造用到的電子級別的高純硅，要求的純度是 99.999999999%以上，至少要有11個9才能保證高端芯片生產。爲什麼？你把成千上萬個和塵埃一樣大小的晶體管，還沒有頭髮絲粗的的連線放大，一粒雜質就等於是在高速公路上放了一個將路可以完全堵住的大石頭。而目前我們國內能生產的，99.99%4個9的硅，只可以用於太陽能電池這種低端產業鏈，就像是漢能，天河光電等等光伏企業，而最高也只有99.9999% 6個9的高純硅，勉強應用於國產的部分低端芯片產業，而這部分在全球幾乎超過一半都是中國生產的，這種國產高純硅價格只有1美金1公斤，而美國Hemlock和德國Wacker等公司，直接向中國購買這種材料然後提純到11個9的高純硅，然後以50-80美金一公斤的價格，出售到中國。直到2018年，中國的江蘇鑫華公司實現了 11個9的高純度硅量產，目前年產量達到了5000噸，鑫華半導體技術團隊歷經317次生產試驗，對629項技術、設備優化改進，以70%的國產設備實現重大突破，其中30%的核心設備還是需要進口。不過中國終於邁出了第一步，值得慶賀！

第二個，就是晶圓

上面提到芯片主要材料就是硅，而把提煉到11個9的高純硅切片，切割出來的是圓形的，所以也就叫晶圓。

切割完成後，就要在晶圓上將成千上萬的電路組裝起來，就好像在一個微觀的世界裏，把一個個的大樓，連接大廈的馬路等等全部建設起來。簡單來說，首先就是在晶原上塗一層感光材料，然後用精密無比的光刻機，在感光材料上刻出圖案，把底下的晶圓漏出來，漏出來了之後再用刻蝕機，用離子沖刷這些裸露的地方，這個時候晶圓就會被刻出很多溝槽還有接觸孔，然後光刻膠就會被除掉。緊接着就開始往這些溝槽和接觸孔上開始堆疊電路，而爲了

讓這些電路能夠順利和準確的進行，刻蝕機的加工精度必須非常高，要達到納米級。以16納米制程的CPU來說，刻蝕過程的加工尺度爲普通人頭髮絲的五千分之一，而加工的精度和重複性的誤差更需要控制在這一數值的十分之一以下。

既然說到這是芯片製造的非常關鍵的一換，不得不說一下這兩種設備。

光刻機

光刻機，荷蘭的阿斯麥公司（ASML）幾乎橫掃天下，佔據大部分市場份額，日本的兩家光刻機公司（尼康和佳能）苟延殘喘，基本上已退出光刻機市場，就連科技最發達的美國目前也不能獨自完整生產出前道光刻機，只要求掌握最關鍵技術，和擁有ASML（阿斯麥）公司關鍵控股權。無論是哪家晶圓廠，只要買到ASML的光刻機，誰就可以率先具備7nm的工藝，沒辦法就是這麼強大，而國內目前在光刻機還有比較大的差距，在2007年研製成功了首臺90nm的高端投影光刻機，而由於這臺機器採用了大量的國外元器件，在得知我國研製出光刻機後，默契的採取了關鍵元器件禁運，從此，這臺樣機就成了擺設。而ASML的光刻機每臺售價至少1億美金，2017年只生產了12臺，2018年預計能產24臺，這些都已經被臺積電三星英特爾搶完了。還不是你有錢就可以買的到的，除了美國掌握了ASML的關鍵控股權，還制定了瓦森納協定，敏感技術不能賣，尤其對中國。在高科技領域，美國近年來加強了對中國人的防範，不只限於美國本土，就連歐洲公司也受到了美國政府的壓力，荷蘭ASML被曝禁止招收中國籍員工。

讓我們警醒的事實是：

2009年上海微電子的90納米光刻機研製成功（核心部件進口）。

2010年美帝允許90nm以上設備銷售給中國。之前是核心進口元器件禁售。

後來，中國開始攻關65nm光刻機，我國的清華大學等單位經努力攻關，不僅做出了滿足90納米光刻需要的工件臺，針對28至65納米光刻配套的雙工件臺也已研製成功，使我國成爲世界上第二個研製出光刻機雙工件臺的國家。

緊接着2015年美帝允許65nm以上設備銷售給中國，再後來我國研製出浸液控制系統樣機。

ASML公司不得不與上海微電子重新建立合作伙伴關係，並聲稱，從來沒有對中國出售最先進光刻機進行所謂的“禁運”，願意隨時給我國出口最高級的光刻機。我們終於在2019年，中芯國際獲得了一臺7nm的光刻機。

而在另一個關鍵設備刻蝕機上，中國要好的太多了。

中微半導體設備（上海）有限公司自主研製的5納米等離子體刻蝕機最近經臺積電驗證，性能優良，將用於全球首條5納米制程生產線。臺積電計劃明年進行5納米制程試產，預計2020年量產。

而這時美國也非常寬容的解除了對中國刻蝕機的出口封鎖。

在晶圓上注入硼磷等元素要用到“離子注入機”，2017年8月才終於有了第一臺國產商用機。在這個市場上 70%以上的市場份額又是美國應用材料公司的，緊接着塗感光材料，日本東京電子佔領了90%的市場，即便是光刻膠這些輔助材料，也幾乎被日本信越、美國陶氏等壟斷。2015年至2020年，國內半導體產業計劃投資650億美元，其中設備投資500億美元，再其中480億美元用於購買進口設備。研發投入的130億美元，僅僅相當於英特爾一家公司用於研發上的投入。

芯片製造最終的環節---封測:

芯片做好後，得從晶圓上切下來，接上導線，裝上外殼，順便還得測試，這就叫封測。

封測又又又是中國臺灣的天下，排名世界第一的日月光，後面還跟着一堆實力不俗的小弟：矽品、力成、南茂、欣邦、京元電子。大陸的三大封測巨頭，長電科技、華天科技、通富微電畢竟只是芯片產業的末端，技術含量不高。在這個環節，美國以及其他發達國家非常寬容的把這部分的生意，交給了中國。

從上面可以看出，在作爲國家戰略發展非常重要的芯片產業，絕大部分領域中國還處在任非常重，道非常艱難的狀態，在面臨這麼大的壓力下，中國芯片的總體水平差不多剛實現零的突破，雖然大多數半導體產業鏈的佔有率比較低，但是已經湧現出一批非常優秀的芯片公司，江蘇的鑫華公司，打破了原材料的壟斷，生產出關鍵的半導體原材料純度達到 11個9 的高純硅。華爲，聯發科，展訊，陸續發佈了5G的基帶芯片，華爲的麒麟980,完全打破了高通在高端手機芯片的壟斷，在國際通訊產業上大展拳腳。中微半導體，擁有自主知識產權的 5nm工藝的刻蝕機量產，完全打破了國外的封鎖。上海申矽凌微電子，在傳感器領域實現了關鍵的突破，在應用非常廣泛的溫度傳感器，溫溼度傳感器上，實現了高精度，高集成度，微功耗低成本的傳感器方案，打破了歐洲盛思銳Sensirion和美國德州儀器（Texas Instruments）等歐美公司，在高端溫溼度傳感器領域的壟斷。深迪半導體，在MEMS慣性傳感器上也獲得了突破，傳感器技術已經不再是歐美等發達國家專屬，在這個時代，還有更多這樣的公司在中國不斷湧現，這些優秀的芯片公司在中國不斷的生根發芽，不斷的發展壯大。