談到中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，“彎道超車”一詞頻繁見諸媒體。在不同語境下，“彎道超車”也有不同的含義。有的是指中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)必須經(jīng)過驚險的努力，才能超越美國領(lǐng)導(dǎo)構(gòu)建的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系，創(chuàng)造世界半導(dǎo)體的新一極。而另一些指的是通過某些特殊的技術(shù)或者機(jī)緣，中國半導(dǎo)體靠巧力完成超越。

后者無疑對中國的半導(dǎo)體正常發(fā)展不利，但又是經(jīng)?？吹降摹Ｔ缭?017年，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金總裁丁文武就表示：“中國芯片行業(yè)彎道超車的策略不現(xiàn)實，彎道超車的前提是大家在同一起跑線上”。但是華為被斷供之后，鋪天蓋地的“彎道超車”又卷土重來。

在這里，梳理了一些常見的“彎道超車”誤會，希望我們能堅定決心踏實發(fā)展，破除美國在相關(guān)領(lǐng)域的壟斷和封鎖。

01高估新技術(shù)潛力 芯片產(chǎn)業(yè)化沒這么簡單

傳統(tǒng)的芯片使用的半導(dǎo)體基礎(chǔ)材料是硅。其他的材料做芯片，尤其是一些新材料，在某些性能上會比傳統(tǒng)芯片好得多。

美國國防高級研究計劃局的電子復(fù)興計劃曾經(jīng)撥款6100萬美國給麻省理工學(xué)院的Max Shulaker教授團(tuán)隊，用于研究碳納米管3D芯片。Max教授2013年認(rèn)為：“與傳統(tǒng)晶體管相比，碳納米管體積更小，傳導(dǎo)性也更強(qiáng)，并且能夠支持快速開關(guān)，因此其性能和能耗表現(xiàn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)硅材料”。

近期被熱炒的中科院3nm晶體管和北大碳基芯片也屬于這一類，共同的特點是用新材料取代傳統(tǒng)的硅材料，在某些性能上擁有突出的表現(xiàn)。

2017年，北大彭練矛院士團(tuán)隊研制了高性能5 nm（納米）柵長碳納米管CMOS器件，并發(fā)表在權(quán)威期刊《Science》上。根據(jù)研究，其工作速度3倍于英特爾最先進(jìn)的14 nm商用硅材料晶體管，能耗卻只有硅材料晶體管的1/4。

因此近期某些媒體認(rèn)為，中國將通過碳基芯片和中科院的3nm晶體管實現(xiàn)彎道超車。真的是這樣嗎？

像這樣說的人，其實隱含了一個判斷，即：近幾年來，作為計算機(jī)核心的CPU的單核性能不再像過去一樣大幅提高，是因為硅半導(dǎo)體材料的力學(xué)、化學(xué)和電學(xué)性能不行。但事實是，制約CPU主頻提高的因素是芯片功耗障礙和帶寬障礙，這些都不是靠換材料能夠解決的。

以主頻的提高為例，130nm工藝之后，芯片電路延遲隨晶體管縮小的趨勢越來越弱。伴隨而來的就是主頻的提升越來越難，目前制約主頻的主要因素已經(jīng)成為連線時延而非晶體管的翻轉(zhuǎn)速度。

隨之制程的減小，門延遲降低而連線延遲上升

現(xiàn)今CPU的主頻提高早已由門延遲主導(dǎo)變?yōu)檫B線延遲主導(dǎo)，連線延遲通俗的說就是電流在CPU中流動產(chǎn)生的延遲。由于電子以接近光速傳播，沒有更快的可能了，想要優(yōu)化只能讓CPU性能上升的情況下，還得簡化其結(jié)構(gòu)，引入新的材料并不能解決面臨的這一難題。

相反，以石墨烯構(gòu)建芯片還面臨著與舊生態(tài)不兼容、加工困難的問題。無論是中科院的殷華湘團(tuán)隊還是北大彭練矛院士團(tuán)隊，目前的成果還停留在單個晶體管的層面。就算發(fā)表的成果保守一些，實際上也不會超過上萬個晶體管集成電路的水平。與主流芯片動輒幾億、幾十億晶體管存在巨大的差距。

而唯一能做出芯片級成果的Max Shulaker教授團(tuán)隊，也沒能徹底解決碳基芯片的良率問題。

該教授2017年發(fā)表在《自然》雜志論文中報告的芯片，擁著四個集成電路層，并擁有5個子系統(tǒng)。其中負(fù)責(zé)實驗樣品蒸汽數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的部分是碳納米晶體管構(gòu)建的，而電阻隨機(jī)存儲單元（RRAM）和接口電路是由硅晶體管構(gòu)建的。毫無疑問，這是一個碳基+硅基組合型的氣味探測芯片，而不僅僅是碳納米晶體管構(gòu)成的。

Max Shulaker教授的組合型芯片

這一芯片號稱集成的200萬個碳納米晶體管也有很大的水分。該芯片只有氣味傳感器中使用了碳納米晶體管，而氣味傳感器的容錯性是非常強(qiáng)的，100萬個氣味傳感器傳感器中即使損壞一半也不會對芯片產(chǎn)生毀滅性的影響。但是芯片的邏輯部分絕對接受不了這樣的良率。

最后，我們不能太低估傳統(tǒng)工藝。根據(jù)彭練矛院士團(tuán)隊研究，5nm碳納米管的速度是英特爾14nm的三倍。我們假設(shè)這個速度差距，完全可以變?yōu)樾酒饕l率的差距。之所以拿主要頻率做例子，因為這是目前半導(dǎo)體發(fā)展的主要瓶頸。

按工藝代數(shù)算，5nm差不多比14nm領(lǐng)先三代，而14nm又比40nm領(lǐng)先三代。從40nm進(jìn)步到14nm，CPU和GPU的主要頻率都增加了大約1倍（當(dāng)然這主要是因為設(shè)計上的進(jìn)步）。

照這么算，新材料芯片同進(jìn)程最多比硅芯片快50%。當(dāng)然這是很大的優(yōu)勢，但是考慮到新材料芯片的設(shè)計、制造和生態(tài)都很不成熟。僅僅快一點，是扭轉(zhuǎn)不了現(xiàn)有的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)幾十年發(fā)展所產(chǎn)生的慣性的。

還有一種誤會是，中國產(chǎn)業(yè)真的取得了新的突破，但新技術(shù)的潛力被宣傳夸大了，成為又一被“彎道超車”的對象。

其中最典型的莫過于2018年“自主研發(fā)22nm光刻機(jī)”事件，2018年12月1日，《解放軍報》報道了中科院光電所可加工22nm芯片的“‘超分辨光刻裝備項目’通過國家驗收”，很快引發(fā)了網(wǎng)絡(luò)社區(qū)的狂歡，似乎中國自主生產(chǎn)高性能光刻機(jī)已經(jīng)近在咫尺了。

自主研制的超分辨光刻鏡頭

事實是，這主要是一個生產(chǎn)光電芯片的超分辨率光刻鏡頭，在11月30日凌晨央視13頻道的《午夜新聞欄目》中，該項目副總設(shè)計師胡松就說到該設(shè)備可以加工10毫米乘10毫米范圍的芯片。

10毫米乘10毫米，也就是100平方毫米，這已經(jīng)大于大部分手機(jī)芯片的大小了。但是對于更高等級的芯片，比如說電腦CPU、GPU而言，這樣的大小就很不夠看了。

總之，過分夸大新技術(shù)的顛覆性作用是這種誤會產(chǎn)生的根源。

02天上掉餡餅的引進(jìn) 技術(shù)大躍進(jìn)風(fēng)險重重

既然引進(jìn)新技術(shù)不可行，又想要彎道超車，那只能依靠外部技術(shù)輸入了，“可喜”的是，瞌睡時總有人送上枕頭。

8月24日，財新網(wǎng)報道了弘芯半導(dǎo)體——預(yù)計投資千億的明星項目停擺了，而且面臨著資金鏈斷裂的風(fēng)險。由于資金困難，弘芯原計劃購置設(shè)備3560臺（套），但項目一期生產(chǎn)線僅有300余臺（套）設(shè)備處于訂購和進(jìn)廠階段。在此之前，該項目好不容易從AMSL引進(jìn)的一臺高級光刻機(jī)已經(jīng)被以5.8億元抵押了。最丟人的是，從引進(jìn)至今，該設(shè)備沒有生產(chǎn)過一片晶圓。

根據(jù)筆者的梳理，近年來爆雷的半導(dǎo)體項目至少還包括福建晉華、蘇州宏芯、淮安德準(zhǔn)半導(dǎo)體、成都格芯和貴州華芯通。經(jīng)過深入了解，這些項目幾乎都存在破天荒的技術(shù)引進(jìn)。

最近爆雷的武漢弘芯半導(dǎo)體項目，當(dāng)初最被人看好的就是成功從ASML引進(jìn)了一臺性能很高的TWINSCAN NXT:1980Di光刻機(jī)，弘芯專門為這臺設(shè)備準(zhǔn)備了風(fēng)光的進(jìn)場儀式。

弘芯為設(shè)備進(jìn)場準(zhǔn)備的風(fēng)光儀式

2016年2月，一則有關(guān)蘇州中晟宏芯欠薪的微博引爆業(yè)界，引發(fā)了輿論的熱議。宏芯2014年從IBM引進(jìn)了Power8 CPU的全套源代碼，并承接了“核高基”以及其他項目補(bǔ)助不少于20億資金。但是這個被寄予厚望的項目，卻在短短兩年內(nèi)就爆出了“欠薪事件”，隨后該項目陷入沉寂。

蘇州中晟宏芯引進(jìn)了Power8 CPU的源代碼，此時距離IBM發(fā)布Power8還不到一年，當(dāng)時屬于IBM性能最強(qiáng)的CPU，也是當(dāng)時單核性能最強(qiáng)的服務(wù)器CPU。

成都格芯是今年5月份爆雷的，計劃引進(jìn)的是格羅方德晶圓制造工藝。格羅方德是2015年世界第三大芯片制造廠，這樣的項目對成都而言，誘惑力不能說是不大。

華芯通是2016年貴州省政府和美國高通公司共同成立的合資公司。目標(biāo)是承接高通ARM架構(gòu)的服務(wù)器芯片技術(shù)，面向中國市場設(shè)計并銷售這些產(chǎn)品。同年華芯通獲得ARMv8-A 64位處理器架構(gòu)授權(quán)。這意味著華芯通可以設(shè)計并銷售符合該指令集的64位處理器。

2018年11月27日，華芯通半導(dǎo)體在北京舉行新品發(fā)布會，宣布其第一代商用ARM架構(gòu)國產(chǎn)通用服務(wù)器芯片—昇龍4800 （StarDragon 4800） 正式量產(chǎn)。隨著第一代產(chǎn)品量產(chǎn)的消息，其注冊資本也節(jié)節(jié)攀升到38.5億元。誰知過了不到半年，就傳來了華芯通關(guān)門的消息。

高通的ARM的服務(wù)器芯片，2016年拿出來還是引領(lǐng)風(fēng)騷的，甚至于首屈一指。這樣的項目落戶貴州，難怪當(dāng)?shù)卣畬Υ顺錆M了興奮和期待。

但這些項目最后的結(jié)局都不好，落得個“風(fēng)流總被雨打風(fēng)吹去”。為什么這些“技術(shù)先進(jìn)”的項目，到了中國就水土不服了呢？

事后復(fù)盤，這其實是一種信息差導(dǎo)致的誤判。

國外這些所謂“先進(jìn)”的技術(shù)，在當(dāng)時已經(jīng)出現(xiàn)了一些難以為繼的現(xiàn)象。例如：引入IBM的Power8時，互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的“去IOE”（用廉價的產(chǎn)品替代昂貴的IBM小型機(jī)、Oracle數(shù)據(jù)庫和EMC存儲設(shè)備）運動已接近尾聲。

又如格羅方德雖然是2015年世界第三大芯片制造廠，但這主要是因為AMD的業(yè)務(wù)拉動。格羅方德是從AMD分拆出的芯片制造廠，分拆后很長一段時間依然為AMD代工，因此保持了較高的市場份額。脫離了AMD帶動，分拆后的格羅方德自身盈利能力偏低，大舉投資不太現(xiàn)實。

國內(nèi)政府的相關(guān)管理人員要意識到這些信息需要時間。一些掮客就是利用了這一點，將國外即將落后的一些技術(shù)進(jìn)行包裝，顯得市場前景廣闊。利用地方政府渴盼優(yōu)質(zhì)項目的心理，獲得國內(nèi)的補(bǔ)貼和政策扶持。

總而言之，還是缺乏踏踏實實自主研發(fā)的魄力和毅力。還是那句話：“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的”。

老希望搞“彎道超車”，實質(zhì)就是不相信“關(guān)鍵核心技術(shù)必須牢牢掌握在我們自己手中”的科學(xué)判斷，同時也是不尊重艱苦奮斗創(chuàng)造的美好中國。中國制造業(yè)的騰飛，固然有少數(shù)來自于彎道超車，但更多的是靠苦干奮斗。

我們都見證過“牛仔褲換大飛機(jī)”的歷史，那是一段直道追趕的過去。今天的半導(dǎo)體破圍戰(zhàn)，能夠“彎道超車”當(dāng)然好，但我們一定不能放棄直道追趕的勇氣。而且我相信，靠直道追趕，中國半導(dǎo)體也能勝利。
責(zé)任編輯：tzh