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五问科创新风|芯片:落后三代,基础研发和政策都要发力

【编者按】科技改变世界,创新决定未来。 站在2021年的新起点,澎湃新闻·智库报告栏目推出新春策划“五问科创新风”,我们邀请工程师、产业研究者及企业高管,讲述集成电路、人工智能、自动驾驶、基因测序、燃料电池、区块链、石墨烯、5G等科创领域的理想与现实,找差距、补短板,修炼内功、赋能未来。

【编者按】

科技改变世界,创新决定未来。

站在2021年的新起点,澎湃新闻·智库报告栏目推出新春策划“五问科创新风”,我们邀请工程师、产业研究者及企业高管,讲述集成电路、人工智能、自动驾驶、基因测序、燃料电池、区块链、石墨烯、5G等科创领域的理想与现实,找差距、补短板,修炼内功、赋能未来。

澎湃新闻 张泽红 制图

澎湃新闻:目前半导体最前沿技术达到什么程度?

王笑龙:半导体或者叫集成电路产业。目前对于技术先进性最常用的描述是芯片的工艺线宽,指的是芯片制造工艺的特征尺寸。我们常说的多少纳米的芯片,指的就是它的特征尺寸。特征尺寸越小,芯片晶体管的密度就越大,处理能力就越强。密度和尺寸直接决定了芯片性能的先进性。存储器现在是多层的,但是在同一层里面,晶体管密度越大,能储存的信息就越多。

如果说是同样的晶体管数量,那么密度越大,芯片的面积就越小,这在相当程度上也影响了成本,摩尔定律就是这么来的。

目前芯片国际上最高的生产水平是量产5纳米的芯片,从2020年开始量产。代表厂商首先是台积电,韩国的三星,然后是美国的英特尔。台积电、三星已经量产了5纳米,并在研究3纳米技术,预计今年底或者是明年上半年要出。英特尔也在加快研发更小线宽的工艺。

这些芯片应用的典型产品如下:高端手机SoC、网通处理器、计算机CPU、GPU、FPGA、智能驾驶SoC等,主要应用于高性能计算和高速传输。

澎湃新闻:中国目前达到怎样的水平?

王笑龙:国内中芯国际2020年开始量产14纳米的芯片。14纳米的下一级技术是10纳米,10纳米的下一级是7纳米,7纳米的下一级是5纳米,所以说,其实是我们与国际领先水平差三代。

相对于10年前,这个差距其实是被拉大了。2011年,台积电率先开始调查28纳米,那个时候国内工艺可以做到40纳米,那时候只差一代,到现在已经差了3代。

澎湃新闻:在芯片领域,中国目前的短板在哪里?

王笑龙:产业链方面短板,中国半导体的产业链是齐全的,设备、材料、软件等都有企业在做。但是中国的企业在各个环节没有话语权,行业地位低,与龙头企业差距比较大。这个比拼可能是1万个竞争项的集合,我们只有几十个领先的也没有用。

首先,生产制造先进的芯片需要相应的成套设备。半导体需要好多条产线,包含了几十个大类、上百个小类的专用半导体设备。我们没办法自己做出成套的设备。国内的芯片公司实力也跟不上,就算有了这些设备和软件,中国与国际领先水平的差距还是很大。第二,软件方面,要有专业化的开发工具,这方面我们也缺。

半导体是高度全球化的产业,该产业的高速发展是建立在全球合作分工的大背景下的,不是哪个国家可以闭门造车造出来。所以,这不是一个单纯的经济问题或者是产业问题,也是一个政治问题。由于美国制裁中芯国际,我们要再往下做7纳米非常困难。没有配套设备,甚至14纳米以下的所有设备都会受到美国制裁限制。美国不让中国改变,不让我们按照自己的节奏加速追赶。

过去十年美国没有制裁我们,中国的芯片技术就没跟上,反而差距拉大了。现在面临美国制裁,芯片发展更困难。中国集成电路的发展代表主要是中芯国际。芯片有专门的设计公司做,这些企业设计的芯片要由中芯国际来生产制造。比如,华为现在量产的芯片一些已经达到了世界先进水平,但是它自己没有生产制造能力,需要用台积电的产线来生产。

人才方面也有短板,国内缺乏半导体产业人才。这个行业大公司的人才结构一般是金字塔结构:顶尖人才一两个,骨干人才几十个,经验丰富的工程师几百个、上千个,然后是大量的基层工程师。但是,实际情况是金字塔上层的几类人才我们都缺乏。一是缺顶尖的专业人才。国外一直是防着中国的。即使美籍华人也不一定能接触到公司里面的核心技术。为了防止中国去挖掘一波懂技术的华人,美国把这条路给堵住了。二是缺乏骨干级的人才,比如我们高级工程师的数量其实也不够。国内自己培养的人才中,这类骨干级人才也不够。

研发方面短板,体现在国内前瞻性研究做得不够。半导体产业是个工程问题,但是再往前涉及到更深入的理论问题。但是纵观全国,半导体研究方向的院士非常少,屈指可数,理论研究非常薄弱。行业要想走得远,一定要有理论研究支撑。目前我们的前瞻性研究做得也不够。

澎湃新闻:需要克服哪些困难?

王笑龙:目前国家已经很重视了。人才培养方面,现在已经将集成电路改成一级学科了,未来高校招生的数量会大规模增加。不断培养新鲜血液,过几年就会看到成效。资金支持方面,科创板入市的很多都是半导体公司,可以帮助相关企业解决融资问题。当然,未来还有一些困难要克服。

要加强政策引导,鼓励研发。加大政策支持力度,根据行业特点制定政策。比如,扩展相关公司的研发支出类目。一些芯片设计公司不是重资产行业,这些公司很多研发支出是付给研发人员的薪酬,这种也应该被认定为研发支出,鼓励研发。

拍脑袋项目要谨慎上线,政府要做好平衡和统筹。半导体产业非常复杂,投资大、周期长、回报慢。现在各地政府高度重视,但是政府又不专业,所以上了很多拍脑袋项目。这种项目影响很不好。不仅浪费了大量的钱,还破坏了国内的行业秩序。现在甚至很多地方政府特别是产业二线地方政府,在政绩观的驱使下,鼓励一线城市大公司的高级人才到当地做项目。这些大公司的高管也想自己创业,于是拉了公司的几个核心人员一起去地方拿地建设项目,这导致项目分散。

所以,政府要加强窗口指导,限制地方政府大项目建设乱象。目前国家发改委设了北京、上海等少数几个省市作为半导体项目的主要集聚区,其他地方相对从严。那么,其他地方是否可以给固定数量的名额,经省级层面审核后把最稳的、最可靠的项目报上来。如果项目实际操作表现不好,以后该主体申报进一步从严约束。

科创板股东锁定期时间要拉长。科创板降低了上市门槛,涌现了一个个造富神话。但是,很多人成为千万富翁亿万富翁后,动力也不足了,要么卖了股票拿着钱离职创业,要么就去享受生活。科创板的设置本来是要推动核心行业,包括半导体、集成电路产业发展。但是存在这样的情况:很多人暴富后就收手了。所以,建议主管部门延长科创板核心人员的股份禁售时间。

此外,对地方政府来说,发展产业还是要着重支持龙头,而不是说以鼓励创业为主。

最后,应该鼓励人才的流动。 一是政府部门间交叉流动。比如经信委里面懂半导体的这些领导干部,可以到海关等部门任职。因为半导体设备进出口都要通过海关。很多地方都抱怨海关不专业,给企业造成了很多困扰。经信委的同志可以到这些部门交流了解,海关部门同志也可以到经信委、发改委、财政部门交流任职,了解不同环节的工作。

二是体制内外的双向流动。当下,政府跟企业之间沟通是很不畅的。目前体制内外的人才流动往往是单向的,体制内的人才可以去公司担任高管,但是体制外的人才无法到体制内担任干部。但产业人才其实都在体制外,政府里面缺乏这种有过这些产业经历的人。体制内的一些专家教授,更偏向学术,对产业触及不到很深。所以,未来要加强人才在体制内外双向流动,尤其体制外到体制内部的人才流动要加强。专业的产业人才在一线参与政策制定,可以提供更加专业的建议。应该想办法全面突破这个障碍,发展未来产业真的是要拼尽全力。打破体制束缚,创造条件让芯片龙头公司高管到发改委、经信委任职。

澎湃新闻:未来集成电路行业努力方向有哪些?

王笑龙:最主要的努力方向是,我们需要掌握更多底层的、基础层的东西。

要加强基础研究。没有基础研究,无法支撑尖端工艺的研发。而尖端工艺一旦受到美国限制,我们就很难继续走下去。因为尖端工艺的研发是建立在国外的设备材料、开发工具等基础上的。所以,目前我们宁可在尖端工艺方面放慢一点,也要夯实基础,要通过产业链各个环节的密切协同,把基础打扎实。

虽然遵循摩尔定律做最尖端的工艺是提升芯片性能的主流手段,但是,目前在美国的制裁下,这条路不一定走得通。产业链有依赖,所以对于这种高性能的芯片,要尝试探索是不是先维持一个不是最先进的工艺基础上。比如就维持在14纳米这个节点或者再进一步向10纳米这个节点努力,要尝试用不是最先进的晶圆工艺技术来提升产品的性能,也就是说不是通过缩小限宽的形式来做这方面的开发,而是通过其他的形式来提升产品的性能。比如,可以通过多芯片互联的方式来提升芯片的性能。

尖端工艺还是要想办法创造条件继续搞,但是要建立在我们自主可控的基础之上。所以归根结底,还要从底层开始做,把基础打扎实,高标准要求,把涉及到的物理、化学、材料、力学、热学等一系列学科的研究基础打好,从根本上解决问题。

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