第六篇 中国自主发展的根
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《芯路》试读:第六篇 中国自主发展的根--此芯安处是吾乡
从一开始被西方国家严密封锁,不得不依靠举国体制自力更生,到逐步扩大开放,“引进、消化、吸收、创新”,再到如今成为全球最大的电子产品制造和消费市场,中国半导体产业的发展走过了一条艰难、曲折的道路。
建国初期,中国经历了朝鲜战争、中苏交恶、大跃进和三年自然灾害,虽然国际和国内困难重重,但凭借着留学归来的精英科学家和举国体制,中国半导体工业还是在华夏大地上扎扎实实地落地开花,形成了以特种工业和航天技术为牵引的半导体生产研发体系,为“两弹一星”、核潜艇等国之重器的研制做出了重要贡献。
1949年,新中国成立,百废待兴,一大批海外爱国学者学成归来,投身于祖国的建设中,也将半导体这个新兴产业带回中国并落地生根,其中最早的两位开拓者,就是黄昆和谢希德。
黄昆,1941年毕业于燕京大学,后来到西南联大攻读物理系研究生,导师是著名物理学家吴大猷。在西南联大时,黄昆与杨振宁、张守廉同住一宿舍,人称物理系“三剑客”。毕业后,黄昆赴英国读书,因学业出色受邀与诺奖得主、德国物理学家M.玻恩合著《晶格动力学理论》,该书是固体物理领域的经典著作之一,至今仍是全球各大高校有关学科的必读参考书。在英国期间,黄昆做出的重要科学贡献包括首次提出了多声子辐射和无辐射跃迁的量子理论、首次提出晶体中声子与电磁波耦合的震荡模式及有关的基本方程等,使黄昆成为国际上声子物理学科的主要开拓者和奠基人。1951年,黄昆践行自己“make a difference”的人生诺言,回到北京大学任物理系教授。
在黄昆回到祖国怀抱的同年,30岁的谢希德从美国麻省理工学院理论物理专业毕业,她的爱人曹天钦也获得英国剑桥大学博士学位。1950年,朝鲜战争已经爆发,美国禁止留美的理工科中国学生回国,但归国心切的谢希德在著名学者李约瑟的担保下来到英国,与曹天钦完婚后,两人便迫不及待辗转印度、香港,回到祖国。回国后,谢希德被聘为复旦物理系教授,从无到有的开设了固体物理、量子力学等课程。
谢希德被称为中国半导体之母,是我国半导体物理学科和表面物理学科的开创者,亦是新中国成立后第一位大学女校长。
图青年时期的黄昆(右)与谢希德(左)
科技兴则民族兴,科技强则国家强,刚刚诞生的新中国迫切需要用科学技术改变自己落后的面貌。1956年,周恩来牵头成立国家科学规划委员会,组织制定了《1956-1967年科学技术发展愿景规划纲要》,把计算机、无线电、半导体和自动化列为国家生产和国防需要紧急发展的领域。根据这一《规划纲要》,教育部决定集中北京大学、复旦大学、南京大学、东北人民大学(吉林大学)和厦门大学教师和学生资源,在北京大学创建了我国第一个半导体物理专业,黄昆和谢希德分别任教研室主任和副主任。
两年后,黄昆和谢希德合著的《半导体物理学》问世,这是我国第一部半导体领域的系统性著作,至今仍是半导体专业的经典教材。黄昆、谢希德等人培养了中国第一批本土的半导体人才,这些人才后来成为中国半导体产业的中流砥柱,其中很多我们今天仍耳熟能详,如中科院王阳元院士、夏建白院士、甘子钊院士,中国工程院许居衍院士,以及微电子专家俞忠钰、秦国刚等,中国半导体产业的人才培养和学科建设由此起步。
在半导体行业发展的早期阶段,中国跟紧主流技术,发展出独立自主的半导体产业体系。
1953年,位于酒仙桥工业区的北京电子管厂(744厂)开始筹建,主要为了满足军事通信和国防电子的需求,同时也是苏联援助中国的156项工程之一。“一五”期间,全国电子工业总投资额为5.5亿,北京电子管厂独得1.03亿,占全国电子工业投资总额的五分之一强。北京电子管厂建成后,年产电子管1220万只,是当时亚洲最大的电子管厂,后来经过改制,发展成为中国面板显示领域的龙头企业——京东方。而酒仙桥地区也陆续建起了北京电机总厂、华北无线电器材联合厂、北京有线电厂(738厂)、华北光电技术研究所等单位,是当时中国最大的电子工业基地。
1957年,北京电子管厂通过还原氧化锗的方式拉出锗单晶,并研制出锗晶体管,距离美国贝尔实验室发明晶体管相隔10年。第二年,中国科学院的王守武、王守觉研制出中国第一批锗合金高频晶体管,频率达到150MHz,并成功应用至109厂(现中科院微电子所)的109乙计算机上,而109机型的晶体管计算机为新中国若干事关国家长治久安的重大工程做出卓越贡献。
图北京电子管厂检验车间
1959年,归国学者林兰英在美国禁运无法获取保护气体氩气的条件下,创造性地采用真空法拉出了单晶硅,仅比美国晚一年时间。同年,清华大学李志坚老师带领团队拉出了高纯度多晶硅。
1959年,在地球的另一边,美国德州仪器和仙童半导体各自发明了集成电路,实现了将多个晶体管集成到一个硅片上的设想。随后,仙童不断改进平面光刻技术,集成电路规模越来越大,开启了集成电路迅猛发展的时代。也是在这一时期,中苏交恶,苏联撤出全部援华专家,更激发了中国半导体人艰苦奋斗、独立自主的科研精神,半导体产业的发展不仅没有停滞,还突破了一个又一个技术难关。
1960年,中科院半导体所和河北半导体研究所正式成立。同年,黄昆、王守武、王守觉、林兰英等人紧随仙童半导体,开始研究平面光刻技术,并于1963年研制出硅平面型晶体管,并成功应用于109丙型计算机上,仅比美国仙童发明平面工艺晚4年。
1962年,林兰英带领团队研发出硅外延工艺。
1964年,年仅25岁的清华大学毕业生康鹏,发明了“隔离-阻塞振荡器”,解决了国产晶体管产品品质不稳定,无法构建出“一致的、波形宽度标准的电路”的问题。在此基础上,哈尔滨军事工程学院成功开发了中国第一台全晶体管计算机“441-B”,距离美国首台全晶体管计算机RCA-501的诞生仅6年时间。
1965年底,河北半导体研究所召开产品定型会,鉴定了DTL型(二极管―晶体管逻辑)数字电路。1966年底,上海元件五厂和华东计算机所鉴定了TTL型(二极管―晶体管逻辑)数字电路。这些逻辑电路已经包括与非门、与非门驱动器、或非门、与门等逻辑单元,标志着中国有了自己的小规模集成电路。
1965年,为发展航天微电子与微计算机事业,中国组建中国科学院156工程处,由黄敞担任技术负责人。黄敞毕业于哈佛大学,毕业后曾在美国雪尔凡尼亚半导体厂工作。他将自己十多年来在晶体管、集成电路领域积累的知识与经验,毫无保留地传授给年青科技人员,完成了我国第一个航天TTL双极集成电路B系列产品,成功应用于卫星和运载火箭的制导控制计算机上。
可以看到,半导体技术诞生初期,中国在半导体科研进展和工业体系建设方面,仅次于美国,全面领先于日本、韩国和中国台湾地区。
1965年,戈登摩尔提出“摩尔定律”,标志着半导体产业走出萌芽期,全球半导体产业开始沿着“摩尔定律”一路狂奔,中国也开始进行大规模的半导体工厂建设。但是由于中国长期积贫积弱,科技基础差底子薄、对半导体产业发展规律认识不足以及西方技术封锁等原因,中国的半导体产业被世界远远甩下。
1968年,第四机械工业部(1982年改组为电子工业部)筹建国内第一家集成电路专业化工厂——国营东光电工厂(878厂)。同年,半导体研究所(中电科24所)在四川永川县成立,是我国当时唯一的模拟集成电路研究所。
除了双极型集成电路外,我国也开始MOS电路的开发工作。1968年,上海无线电十四厂首先完成PMOS电路的生产。七十年代初期,永川半导体研究所、上海无线电十四厂和东光电工厂相继研制出CMOS电路。1972年,永川半导体所自主研制了中国第一块大规模集成电路,我国实现了从中小集成电路到大规模集成电路的跨越,仅比世界上第一块大规模集成电路晚了4年。
六十年代末七十年代初期,由于全球IC发展迅速,IC产品价格高、利润丰厚,国内各地掀起了一股集成电路工厂建设高潮,全国共建设了四十多家集成电路工厂。第四机械工业部筹建了749厂(永红器材厂)、871厂(国营天光集成电路厂)、878厂、4435厂(湖南长沙韶光电工厂)等;其他地区筹建了上海元件五厂、上无七厂、上无十四厂、上无十九厂、苏州半导体厂、江阴晶体管厂,北京半导体器件二厂、三厂、五厂、六厂以及航天部西安691厂等。其中,749厂后来发展为天水华天电子集团;871厂为我国首次载人航天“神州5”号提供配套电路;江阴晶体管厂后来发展为长电科技;航天部西安691厂,则是侯为贵创立中兴前的工作单位。
1972年,尼克松总统访华、中日建交,中国开始恢复与西方国家的经济技术交流。1973年,我国组建14人规模的电子工业考察团参观考察了日本主要集成电路企业,NEC同意向中国转让一条三英寸集成电路全线设备和技术。但是,由于当时国内尚处于非常时期,个别干部批判考察团从国9外引进技术是“洋奴哲学、爬行主义”。此外,当时我国外汇也比较紧张,各种因素下,中国错过了一次引进境外整套集成电路技术的战略机会。
在70年代中后期,日本通过官、产、研相结合三位一体的发展方式,在存储器领域已经崭露头角;中国台湾地区和韩国也在竭尽全力地从美国引进整套技术和生产线。中国虽然建立了较为完整的半导体工业体系,但在芯片设计水平、芯片加工工艺,乃至电子产品方面,与世界差距在快速拉大。
1977年,在人民大会堂召开的科技工作者座谈会上,王守武发言“全国共有600多家半导体生产工厂,其一年生产的集成电路总量,只等于日本一家大型工厂月产量的十分之一。”这句话道出了改革开放前中国举全国之力打造的半导体产业家底的尴尬。
回顾改革开放之前中国半导体产业的发展,建国初期中国半导体产业能够紧跟世界最先进的步伐,但是随着全球半导体产业的成熟,中国与世界的差距反而开始拉大了。
建国初期的成就主要得益于留学归国的精英科学家和中国的举国体制。归国留学生给中国带来了半导体产业最先进科研理念和方法,而且早期半导体产品主要用于军事工业和航空航天,我国科研人员只需要将欧美技术在国内有限的条件下复制出来,就算完成了技术上的突破。在举国体制下,中国可以调动全国的力量,进行技术培训和攻关,比如1956年举全国五所高校之力办的北京大学半导体培训班;1968年CMOS集成电路进行技术突破时,878厂、上无十四厂和永川半导体所的通力合作。中国的举国体制和美国硅谷当时鼓励员工“叛逆”、不严格的专利保护制度、禁止签署竞业禁止协议鼓励人才自由流动等政策有着异曲同工之妙,频繁的人才流动和技术交流,使处于萌芽阶段的半导体产业快速发展起来。
精英科学家加举国体制的方式,在不考虑成本和良率的军工和航空航天领域是有效的,也帮助中国完成了半导体产业从0到1的过程,但是,中国半导体从1到100的过程,遇到了越来越多的障碍。随着半导体产业进入快速发展阶段,国际半导体企业已经开始进入“利润积累-研发投入-技术提高-降低成本”的良性发展循环,并在收音机、电视机、个人电脑等下游终端的普及和牵引下实现了产业的整体繁荣。而国内计划经济体制下,企业在产品创新、资源配置、市场需求开发等方面缺乏主观能动性和灵活性,始终无法形成自给自足、持续生长的产业生态。
半导体产业甚至还成为被抽血的对象。在上世纪六七十年代,全国掀起了一股半导体热潮,各大半导体厂商的产品都极为紧俏,半导体工厂利润丰厚。但是在当时的体制下,国营工厂赚得的利润要全部上缴国家,企业想要进行技术升级改造或扩大规模,必须走立项申请,经国家批准后再拨付资金实施。这一过程繁杂且漫长,等资金到位,市场机遇往往早已消失。据878厂统计,计划经济年代878厂上缴利润达到当初总投资额的8倍。而且当时全国上下缺乏对半导体产业客观发展规律和投资规模的正确认知,我国一个五年计划对于半导体产业的总投资额还不及美国一个半导体公司一年的研发费用。
钱学森先生曾经感慨:60年代我们搞两弹一星,得到了很多;70年代没有搞半导体,我们为此失去很多。
改革开放起步阶段,中国进行全面的市场化探索,脱胎于国有军事工业体制下的半导体企业也被推向市场,国家缩减了对企业的直接投入,要求企业自负盈亏、自谋生路。在“以市场换技术”的理念引导下,半导体企业们为求生存、各自为战,先后有33家单位不同程度地引进了各种集成电路生产设备,累计投资13亿元,最后建成使用的只有少数几条,并没有达到“引进、消化、吸收、创新”的目的。80年代,大量的芯片半导体工厂经营不善,科研人员被迫下岗,造成了严重的人才流失和断代,与世界的差距越来越大。
为了解决全国半导体企业多头引进、重复布点的情况,1983年,国务院“电子计算机和大规模集成电路领导小组”对半导体工业布局进行了整体规划,提出要建立南北两个基地和一个点的发展战略,南方基地主要以上海、江苏和浙江为主,北方基地主要集中在北京、天津和沈阳,一个点指的是西安,主要为航天工程提供集成电路配套。
根据半导体工业的整体规划,在“七五”到“九五”期间,国家先后部署了“531”发展战略、“908”工程和“909”工程。
1986年,电子工业部在厦门举行的集成电路研讨会上,出台了集成电路“七五”行业规划(1986~1990年),规划明确在北京和上海建设南北两个微电子基地,并提出了中国半导体产业第一个重大战略——“531”战略,即“普及5微米技术、研发3微米技术、攻关1微米技术”。
“531”战略的主要承担主体是742厂,也叫江南无线电器材厂,原本以二极管为主要产品,七十年代拓展至晶体管和分立器件,其分立器件在国内的市场占有率一度高达60-70%。1977年,国家决定从日本引进彩色显像管生产线,指定742厂承接配套的3英寸、5微米工艺集成电路生产线和封测线建设。这是我国第一次全面引进国外集成电路产线,1980年开工建设,1985年通过验收全面投产,总投资2.7亿元,设计集成电路产能2684万块/年。到1987年,742厂的产量已占全国同类产品的40%,国内知名的电视机品牌熊猫、金星、凯歌等均装有742厂的集成电路。742厂也成为我国产首家现代化的芯片厂商,改变了我国“手工作坊”为主的芯片生产模式。
图江南无线电器材厂
“531”战略提出后,全国各地集成电路企业都派出考察团奔赴无锡。742厂也积极响应国家号召,向全国推广5微米集成电路生产技术,免费赠送技术资料,派出技术员到其他企业支援。742厂曾对外放话:“来742厂学习,除了吃饭要钱,住宿不要钱!”可见其对外传授技术的无私和热忱!在742厂的带动下,我国其他集成电路企业的技术和管理也得到了很大提升。
1983年,电子工业部从永川半导体所抽调500人在无锡设立分所,和742厂按照“厂所联合、统一领导,全面规划、合理分工,建制不变、独立核算”的原则建成了科研生产联合体,进行技术攻关,争取尽快掌握2-3微米工艺大生产技术。1985年,科研生产联合体正式注册为“无锡微电子联合公司”;1987年,联合公司攻克了“七五”国家重点科技攻关项目——64K超大规模集成电路的研制任务[1],并在742厂采用2.5微米工艺进行大生产,圆满完成了“研发3微米技术”的战略任务。八十年代末,全球最先进的半导体生产工艺是1微米左右,“攻关1微米技术”的任务对当时还在蹒跚学步的中国半导体人来说确实不太现实,1989年,在联合公司的基础上“中国华晶电子集团公司”正式成立,并再次走上“海外引进”的道路,引进项目就是后来的“908”工程。
在南北两个微电子基地建设方面,北京和上海选择了两条不同的道路。
为了加快北京市集成电路产业发展,1987年,北京市经讨论决定,利用北京器件二厂在建的净化车间,加上878厂引进的一部分4寸线设备,两厂组建联合公司,取名为“北京燕东微电子联合公司”。但是由于资金短缺,燕东微电子花了5年的时间才把净化车间建好,又花了5年时间引入新的4寸线设备,直到1996年才把产线跑通量产。而此时燕东微电子引进的4英寸线在国内集成电路行业已经属于落后产能了,如果继续生产集成电路,产品没有竞争力,公司有可能走向倒闭。
为了活下去,燕东微电子的领导做出了“退一步、进两步”的战略决策,从生产集成电路退回生产分立器件,一方面,随着改革开放,国内东南沿海地区率先发展起来一批电子加工厂,生产各种小型家电、电子整机等,对分立器件的需求十分旺盛;另一方面,燕东微电子的高标准洁净间及四英寸线和当时国内主要分立器件厂商相比,在规模和先进性上具有优势,生产出来的分立器件价格低、质量好。在分立器件市场站稳脚跟后,公司又回过头来开发模拟集成电路产品,逐步提高集成电路的投片比例,就这样,燕东微电子不仅在激烈的国内外竞争中生存下来,并且不断进步,2001年实现盈亏平衡,2007年建成6寸产线开始投片。
2018年,在北京电控和国家大基金等股东的支持下,燕东微电子启动了5万片/月,8英寸特种工艺线的建设,开启了“二次创业”的征程。
在南方微电子基地建设方面,上海率先采用合资的方式。与外资合作,技术共享、利润均分,同时解决了资金、技术和市场问题[2]。
1988年,上海无线电十四厂和上海贝尔公司合资设立上海贝岭,外资占股40%,采用IDM模式,主要业务是为上海贝尔提供通信专用集成电路。1992年,邓小平在南巡期间视察中国第一家中外合资集成电路企业上海贝岭时,发表了著名的姓“社”还是姓“资”的讲话。
1998年,上海贝岭在上海证券交易所上市,成为中国集成电路行业的首家上市企业。经过近三十年的发展和转型,今天上海贝岭已经变成中国电子(CEC)旗下的一家综合型纯设计公司,主要产品涵盖电源管理、LED驱动、AC/DC转换、MCU、EEPROM存储器等。
在上海贝岭成立的同时,上海无线电七厂和和飞利浦成立合资公司上海飞利浦半导体公司,为飞利浦集团提供模拟电路。到1995年,引入北方电讯,更名为上海先进,转型成一家专门的模拟芯片代工厂(Foundry),并于2006年在香港证券交易所上市,2018年被中国电子信息产业集团(CEC)收购。
“七五”期间虽然基本实现了“531”发展战略的目标,但中国半导体产业整体资金投入少和人才短缺的问题一直没有改善。由于十年动乱导致人才断层和管理混乱,大多数工厂无法对从国外引进的生产线和技术进行消化吸收,只能照本宣科,引进什么就生产什么,无法进行技术改造也不能适应本地市场的需求。而且那时候半导体技术正处于快速升级的阶段,由于“巴统”限制以及国内决策、资金和建设速度等原因,大量工厂引进即落后,生产出来的产品几乎没有竞争力。
“531”的主要成果,是推动中国集成电路产业走上了大规模产业道路,但并没有能够缩短与美国、日本两大强国的产业差距;相反,差距仍在拉大。1988年,我国的集成电路年产量终于达到1亿块,这标志着我国集成电路产业开始进入工业化大生产,这一标准的达成时间比美国晚了20年,比日本晚18年。
图美日中IC年产量达成时间及时间差距,数据来源,朱贻玮《集成电路产业50年回眸》
著名评论员张绍忠曾总结:“1991年的海湾战争是计算机芯片对钢铁大炮的战争,在指甲盖大小的芯片面前,昔日的陆地之王和战争之神一败涂地。”
在海湾战争中,美国第一次大规模使用精确制导武器,其中核心的零部件就是半导体芯片。海湾战争让中国第一次意识到在科技方面,尤其是半导体领域与西方国家的巨大差距。而此时,日本半导体正与美国龙争虎斗,韩国、台湾也在美国的扶持下快速发展,在邻国经验的启示下,国家决心对半导体产业进行大规模投入。
1990年10月,国家计委和机电部在北京联合召开座谈会,随即决定实施“908”工程,到1992年,国务院正式下文。“908”工程指的是20世纪90年代第8个五年计划中,国家发展微电子产业重点工程的简称,主要内容是:建设一条6英寸、0.8-1.2微米技术、月产1.2万片的超大规模集成电路生产线。
由于742厂(华晶电子前身)有丰富的海外引进经验,908工程主要就落在了前面提到的华晶电子身上,工程规划总投资20亿,其中5亿投资给九家集成电路企业用于设立设计中心,15亿投资在华晶电子,用于从美国朗讯引进0.9微米工艺产线,所需资金由建设银行提供贷款。这个方案可谓精妙,当时美国英特尔最先进的工艺是0.8微米,而且国际上已经开始出现设计厂和代工厂分离的趋势,然而,“908”工程的结果却让人大跌眼镜。由于种种原因,“908”工程光经费审批就花了两年,引进生产线又花了三年时间,到真正建成投产,已经到了1997年,而且建成月产能只有800片左右,中国当时缺乏集成电路先进生产线的运营经验,产能爬坡缓慢。90年代末,英特尔的最新工艺已达到0.25微米,“908工程”规划时与世界同步,但生产线建成之时,就已落后于国际主流技术4代以上,投产当年即亏损2.4亿,成为“投产即落后”的经典案例。
为了自救,1998年2月,华晶电子将部分设备租给香港上华半导体公司。上华投入2800万美金,引入美国和中国台湾地区团队,迅速进行产能爬坡,到1999年5月就实现了盈亏平衡;同年8月,上华持股51%,华晶持股49%的合资公司——无锡华晶上华半导体公司成立,成为中国大陆第一批采用开放式晶圆代工模式的半导体工厂。
2002年,华润集团完成对华晶电子的整体收购,并将其更名为“无锡华润微电子有限公司”,经过多年发展及一系列整合和资本运作,华润微电子已拥有设计、制造、封测完整的产业链,是中国前十大半导体企业[3]中唯一一家以IDM模式为主的半导体企业。
2020年初,华润微电子在科创板挂牌上市。
图“908”工程6英寸生产线键合工艺
“908”工程是中国对集成电路产业的第一次大规模投入,虽然由于当时的决策体制和经验不足等原因,没能跟上世界半导体产业前进的步伐,最终导致项目不顺利。但是“908”工程的实施,带动了一大批设计、制造、封装测试、装备材料等半导体产业链上下游企业在无锡乃至长三角周边落地,使长三角地区成为我国重要的“南方微电子基地”。同时,“908”工程还是我国集成电路产业专业人才的“黄埔军校”,至今仍有300多位“华晶”人继续奋斗在我国集成电路产业链的重要岗位上。2017年12月,90岁高龄的原华晶集团董事长王洪金先生被中国半导体行业协会授予“终身成就奖”。
在“八五”期间,为了避免重复投资,提高资金利用效率,中国电子部决定全国重点建设5个集成电路骨干企业,除了前面介绍的上海贝岭、上海飞利浦和无锡华晶外,还有绍兴华越和北京首钢日电。
绍兴华越前身是甘肃871厂在绍兴设立的分厂,1988年改名为华越微电子有限公司。华越微电子在八十年代引进一条3英寸和一条4英寸,主要生产LS TTL(低功耗-肖特基-晶体管-晶体管-逻辑电路)型数字电路和双极型模拟电路,八五期间,又投入5亿元,新建一条5英寸产线。在八九十年代,华越微电子IC产量连续多年居全国同行第二。但是2000年以后,由于当时绍兴强调“纺织立市”,对高投入、高风险的IC产业重视程度不够,由于缺乏投入和人才流失,华越微电子日渐式微,到2018年,华越突然宣布关停生产线,令人唏嘘。
北京首钢日电是首钢和日本NEC于1991年成立的合资公司。首钢是九十年代初北京最有钱的单位之一,1991年开始跨界进入半导体产业,采用日本NEC技术,投资2亿美元,建设了一条6英寸、1.2微米CMOS工艺线,并于1995年正式量产,产品主要返销给NEC。但是随着2001年互联网泡沫导致的半导体低潮,NEC订单大幅缩减,合资公司陷入亏损,苟延残喘多年,最终关厂并将设备卖给了燕东微电子。
1989年,在无锡曾经召开过一次IC产业发展战略研讨会,会上总结了当时制约中国IC产业发展的主要因素,一是缺乏对产业发展规律的认识和正确的战略规划部署;二是投资金额不足且分散,低水平重复引进和重复建设过多;三是下游应用市场没有开发起来;四是工业基础差,无法提供IC产业所需的先进设备、材料等配套;五是西方国家的技术封锁,无法引进最先进技术。
现在回头看30年前会议总结的五点要素,只有第三点下游应用的问题得到了解决,第二点虽然投资金额的问题解决了,但是重复投资的问题反而愈演愈烈。而其他一、四、五点至今依然是我国半导体产业发展的主要障碍。
1995年,国家领导人参观了三星集成电路生产线,发出“触目惊心”的四字感慨。原电子工业部向国务院提交了《关于“九五”期间加快我国集成电路产业发展的报告》,在党和国家领导人的支持下,1996年,“大规模集成电路芯片生产线”项目批复实施,项目计划投资100亿元,建设立一条8英寸晶圆、0.5微米工艺技术起步的集成电路生产线,这就是“909”工程。
吸取了“908”工程的教训,为了加快进度,1995年,国务院和上海市政府直接按照6:4的出资比例供拨款40亿元开始建设。第二年,国务院决定再增加1亿美元拨款,用来建设配套的IC设计、半导体元器件销售以及对外投资等。同年,上海华虹微电子有限公司正式成立。1997年,与日本NEC组建上海华虹NEC电子有限公司,作为“909”工程的承担主体。上海虹日国际、上海华虹国际、北京华虹集成电路设计公司等企业也陆续成立,作为配套的设计和销售公司。
图“909”工程——华虹-NEC
909工程是在国家领导人带着“砸锅卖铁”决心的背景下启动的。电子工业部部长胡启立亲自挂帅,他知道“如果‘909工程’再翻车,就会把(中国发展集成电路产业)这条路堵死,可以肯定若干年内国家很难再向半导体产业投资。”
顶着巨大压力,胡启立决定背水一战,项目于1997年7月31日开工建设,到1999年2月开始投片试产,只用了不到两年时间,工艺技术从原定的0.5微米升级到0.35微米。依靠NEC给的64MB SDRAM存储器订单,华虹NEC建成当年即盈利,2000年更是取得了30.15亿的销售收入,净利润5.16亿。
华虹吸取了我国之前发展半导体的经验,成立之初就将市场化放在了第一位,积极拓展客户,与NEC合作时,就要求NEC入股,并签署包销协议;在工厂建设时,就成立设计公司进行产品设计开发,于1999年成功开发国内首块具有自主知识产权的非接触式IC卡芯片,并应用于上海公交一卡通项目承接了国内第二代身份证IC卡及中移动SIM卡的国产化研发需求。除此以外,华虹还对外进行投资,进行产业布局的同时获取一定的财务回报。
胡启立对华虹的众多提前布局,让华虹没有在随后而来的全球DRAM大战中倒下,更是把DRAM大战最大受害者NEC对华虹波及减至最小。2001年,美国互联网泡沫破裂,全球陷入经济危机,DRAM价格瞬间跌掉九成。在美、韩、日三国的存储器大混战中,日本企业被打得溃不成军,日本NEC自顾不暇,并宣布在2004年前退出DRAM领域。2001年,华虹NEC亏损13.84亿。这时候,华虹充分依托前期积累的非DRAM领域客户,迅速转型为开放式的晶圆代工厂。到2005年6月,华虹完成并超过了“909”工程立项时的所有目标。
“909”工程是中国半导体产业在自主创新道路上的一次难得实践,积累了宝贵的人才和经验,起到了良好的示范作用。它的成功实施,带动了上下游产业链的发展,也为海外集成电路制造商在中国投资做了铺垫。至此,中国大陆一条自我发展、良性循环的半导体产业道路已经出现雏形。
在1977年7月的科技工作者座谈会上,半导体行业元老王守武先生建议:“一是抓住要害,解决提高大规模集成电路成品率的问题。二是集中力量,把几百家工厂的人力物力集中使用到两三家重点厂上去,使重点厂的设备条件能够赶上国际水平。”王守武老前辈的这一设想,改革在开放以后通过“531”战略、和“908X”和“909”工程得到了初步实现。
读者对象
半导体产业的从业者、产业政策的制定者,以及有兴趣投身或了解半导体产业的人士
名人推荐
本书介绍了半导体产业的发展历史及在相关国家和地区迁移、扩散的过程,也从作者的视角分析了这些国家和地区的产业得失,可以帮助读者快速了解行业的“芯路”历程,对学者、官员、投资人和半导体从业人员也有一定的启示。
清华大学微电子所长 魏少军教授
集成电路产业是全球无数人集成的成果,我们必须继续坚持开放式的发展战略,在此基础上自力更生,着重发展核心竞争力。正如《芯路》所言,融合发展同时掌握自己的特有本领,是发展中国集成电路产业的正确方向。
中微半导体董事长 尹志尧博士
半导体产业是全球性的,需要有国际化视野和格局。半导体从业要有沉得住气的心态和力量,长路漫漫,芯路未必坦途,要不断学习和成长,要一步一步、扎扎实实地走来。行业很多伟大的突破,都是一点一滴做出来的。
华登国际董事总经理 黄庆博士
本书将整个集成电路产业推到普通大众面前,是别开生面之创举。书中所呈现的案例,抓住了产业与众不同的特征,并巧妙地结合我国当前环境进行了不少精彩点评。文笔流畅,内容通俗易懂,是大家有益的产业读物。
复旦大学微电子学院院长 张卫教授
纵观集成电路大国的成长之路,无论是研发的持续投入,资本的不断累积,还是公共平台的支撑,行业协会组织的服务,都揭示了集成电路平淡而波澜壮阔的发展图景之下的内在联系。
上海集成电路研发中心董事长 赵宇航博士
书籍目录
目 录
推荐序一
推荐序二
推荐序三
推荐序四
推荐序五
自序
第1篇 硅文明:从沙子里蹦出来的奇迹
第1章 半导体技术发展史 2
1.1 半导体的出现
1.2 集成电路诞生
1.3 产业走向分工
1.4 超越摩尔定律
1.5 拥抱人工智能
第2章 无处不在的半导体 16
2.1 现代人的亲密伴侣———手机
2.1.1 手机中的集成电路
2.1.2 手机中的分立元器件
2.1.3 手机中的MEMS传感器
2.2 工作的标配———计算机
2.2.1 计算机技术的突飞猛进
2.2.2 数字世界与真实世界的桥梁
2.2.3 性能与价格不可兼得
2.2.4 摩尔定律的样板工程
2.3 现代社会人们的坐骑———汽车
2.3.1 如臂使指———汽车控制芯片MCU
2.3.2 遍布全身的触觉———车用传感器
2.3.3 驭电者之歌———功率半导体
2.4 高度信息化的智能制造
2.4.1 洞察一切的眼睛———智能传感器
2.4.2 万物皆可联———工业物联网
2.4.3 工厂大脑———数据中心和工控机
2.5 迎接5G时代的移动通信
2.5.1 移动通信世界中的芯片
2.5.2 5G通信的关键指标
2.5.3 4G改变生活,5G改变社会
第3章 鸟瞰半导体产业
3.1 点沙成晶术
3.1.1 为什么是沙子
3.1.2 从沙到晶
3.1.3 方寸间造天地
3.2 产业链全景
3.2.1 上游———中国半导体产业的阿喀琉斯之踵
3.2.2 中游———走向垂直化分工
3.2.3 下游———电子制造从大到强
3.2.4 设备、制造与设计———共同成长的孪生兄弟
第2篇 芯安理得:成为全球半导体产业霸主的美国
第4章 追逐原始创新的硅谷
4.1 传奇诞生
4.2 风险资本
4.3 创新引擎
4.4 设备先行
4.4.1 应用材料
4.4.2 泛林科技
第5章 最先进技术的开拓者
5.1 阴差阳错
5.2 崭露头角
5.3 壮士断腕
5.4 奔腾时代
5.5 廉颇老否
第6章 掐住全球半导体产业的命脉
6.1 招招鲜———空前强大的美国半导体产业
6.2 踢梯子———游戏规则的制订者
第3篇 芯挂两头:昔日登上王座的日本
第7章 亦曾一统天下横扫六合八荒
7.1 晶体管时代的索尼传奇
7.2 集成电路时代的以市场换技术
7.3 官、产、学、研闷声追赶的举国模式
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第8章 终究两份协议输掉产业先机
8.1 把美国逼到了墙角
8.2 美国敲开日本大门
8.3 韩国来的关键补刀
第9章 三张王牌依然傲视全球
9.1 索尼CIS:最为明亮的眼睛
9.1.1 稳坐消费电子CIS龙头
9.1.2 要在技术十字路口选准方向
9.1.3 CIS可能决定了索尼的前程
9.2 半导体装备:依然强悍的躯干
9.2.1 半导体装备的基本体系
9.2.2 日本占据了主要地位
9.2.3 些许遗憾,脊梁失去了生长能力
9.3 半导体材料:供应全球的血液
第4篇 独具匠芯:稳扎稳打的欧洲
第10章 从联合创新孵化出的半导体方阵
10.1 欧洲方阵
10.2 联合之路
10.3 创新中心
第11章 汽车和工业芯片的绝对王者
11.1 手机芯片的败退
11.2 百年品牌的传承
第12章 独一无二无可替代的阿斯麦
12.1 专注研发确立领先地位
12.2 牛刀小试成为行业老大
12.3 大力出奇迹的EUV光刻机
12.4 开放式创新的“不开放”
第5篇 戮力一芯:独树一帜的韩国
第13章 美日“半导体战争”的幸运儿
13.1 较晚出发的选手
13.2 十年砸入的回报
13.3 三星的惊人逆袭
13.3.1 驱逐英特尔
13.3.2 打趴日本存储企业
13.3.3 与日本和欧洲的存储企业说再见
第14章 取代日本企业的存储巨人
14.1 控制全球存储芯片的命脉
14.2 材料和装备高度对外依赖
14.2.1 硅片取得显著成效
14.2.2 耗材设备仍需努力
14.3 在产品多样化救赎的路上
第6篇 此芯安处是吾乡:中国自主发展的根
第15章 亦步亦趋的后来者
15.1 从无到有,产业体系初建
15.1.1 漂洋过海的半导体种子
15.1.2 自力更生实现零的突破
15.2 努力奋进,却越追赶越落后
15.2.1 半导体产业建设热潮
15.2.2 浅尝辄止的技术引进
15.2.3 举国体制的功过
15.3 三大战役,探索良性发展道路
15.3.1 “531”战略
15.3.2 “908”工程
15.3.3 “909”工程
第16章 砥砺前行的追赶者
16.1 制造:政策鼓励,多管齐发
16.1.1 独具特色的彩“虹”
16.1.2 两岸交织的“中芯”
16.1.3 先进的海外独资
16.2 设计:海派回归,自主创芯
16.3 封测:外延发展,跨越前进
16.4 资本:栉风沐雨,春华秋实
16.4.1 大基金
16.4.2 半导体创业投资(VC)
16.4.3 半导体企业并购(PE)
第17章 核心技术的挑战者
17.1 大硅片———起了个大早赶了个晚集
17.1.1 大硅片原理
17.1.2 起了个大早
17.1.3 赶了个晚集
17.2 光刻机———从造不如买到自主创新
17.2.1 早期的国产光刻机
17.2.2 造不如买,错过机遇
17.2.3 亡羊补牢,奋起直追
第18章 持续奋进的领航者
18.1 同步启航的AI
18.1.1 AI芯片分类
18.1.2 中美同台竞技
18.1.3 我国优秀AI芯片企业
18.2 指纹芯片的王者
18.2.1 指纹芯片的江湖
18.2.2 从草根创业到第一次跨越
18.2.3 指纹识别领域登顶全球王座
18.2.4 未雨绸缪探索新的领域
18.3 高端刻蚀机的突破
18.3.1 微观雕刻者———刻蚀机
18.3.2 行而不辍,未来可期
18.3.3 六十年风雨兼程
第7篇 天上归芯:敢问中国路在何方
第19章 实现产业腾飞的挑战
19.1 工具:工作母机仍在萌芽
19.1.1 芯片设计的工作母机
19.1.2 高度垄断的供应商
19.1.3 我国EDA在萌芽
19.2 制造:得制造者方能得天下
19.2.1 得制造者得天下
19.2.2 先进工艺
19.2.3 特色工艺
19.3 设计:消费、工业、汽车艰难的三级跳
19.3.1 芯片设计的分类
19.3.2 消费电子芯片
19.3.3 工业专用芯片
19.3.4 汽车电子芯片
19.4 封测:从量变到质变的关键
19.4.1 全球封装测试的重要力量
19.4.2 一只脚跨入第一梯队的门槛
19.4.3 内涵外延并重是成功之道
19.5 装备:制约“制造+材料+封测”
19.5.1 芯片制造设备局部突破
19.5.2 封装测试设备任重道远
19.5.3 硅片加工设备依赖进口
19.5.4 关键配套系统国际先进
19.6 材料:从全部依赖进口中突围
19.6.1 大硅片曙光初现
19.6.2 光掩膜刚刚起步
19.6.3 光刻胶仍是短板
19.6.4 电子特种气体国产替代先行
第20章 半导体强国的镜鉴
20.1 日本:坚持-变通-不退让
20.1.1 得
20.1.2 失之一:未能拥抱行业发展趋势
20.1.3 失之二:过度退让导致出路全无
20.2 韩国:执着-全面-要可控
20.2.1 得
20.2.2 失之一:产业链上,布局装备材料偏晚
20.2.3 失之二:芯片产业上,渐失自主权
20.3 新加坡:集聚-培育-不放手
20.3.1 得
20.3.2 失
第21章 合作共赢是永恒的主题
21.1 我国的产业政策
21.1.1 国发18号文
21.1.2 上海54号文
21.1.3 三驾马车
21.1.4 弥补短板
21.1.5 尊重规律
21.2 全球集成电路产业并非完全竞争的市场
21.2.1 政府的定位
21.2.2 差异化的研发策略
21.2.3 协会是桥梁
21.3 产业链加强协同
21.3.1 工具与设计制造的协同
21.3.2 材料与制造的协同
21.3.3 设备与制造的协同
21.4 整机联动的实践
21.4.1 原理
21.4.2 案例
21.4.3 寄望
21.5 共性平台的意义
21.5.1 我国境外的成功典范
21.5.2 我国境内的初步尝试
21.5.3 共性平台的方向
21.6 拥抱全球一体化
21.6.1 热情请进来
21.6.2 鼓励走出去
21.6.3 选择最合适的合作伙伴
21.6.4 全球一体化下的自保之策
◆ 前言:◆
自 序
这是一本关注集成电路产业,而不是关注技术的书。
2019年的美国对华为禁售事件,让所有的国人都清醒地意识到, 我们一直引以为豪的本土集成电路产业,仍然是脆弱的、整体缺乏国际竞争力的,依旧是制约我国整个工业体系自主创新发展的根结所在。那么,全球集成电路产业究竟经历了怎样的发展历程?集成电路产业大国都选择了什么样的发展策略?我国在国际上究竟处于什么样的位置?前方的出路又在哪里呢?
所有这些问题,正是本书关注的焦点。
所有这些问题,也促使我多年来上下求索寻求答案。
我曾经有十多年服务上海市集成电路产业的经历,工作需要从宏观层面和中观层面研究集成电路产业发展的业态和趋势,因此收获、积累了弥足珍贵的行业政策、产业规划、重大项目筹划等经验。发展改革系统是一个非常能够锻炼人的地方,我对曾一起工作和战斗过的老领导、老同事们怀有深深的敬意和感激。这些年我加深了对集成电路产业的认识,认清了只有扎扎实实做技术、做产品的团队和企业,才是我们产业的真正依托所在。所谓千里马常在,伯乐难求。2017年,我决定转型进入半导体产业投资领域,换一个方式继续服务集成电路产业。
这些年,我与国内几乎所有的一线半导体产业投资机构,以及工具、制造、设计、设备、材料、封装、测试等领域的骨干企业都打过交道。每一次的互动交往,我都有所得;每有会意,便欣然忘食。亦曾将点点滴滴记录在个人公众号,供三五好友一乐,但更多则是孤芳自赏。过去半年,不少朋友看了我与马进博士的拙作《一砂一世界———一书读懂MEMS产业的现状与未来》,希望我也能静下心来整理一下多年来对集成电路产业的思考。
专业分工和合作是集成电路产业自诞生伊始的主旋律,本书亦然。我邀请了好朋友郭启航先生共同完成本书,启航毕业于清华大学微电子所,是集成电路产业科班出身,懂技术,长期关注欧美和我国集成电路产业历史及格局,有效地使本书内容更为科学、严谨。在我们的心中,《芯路》应该是这么一本书,在娓娓道来的文字中,既有对全球集成电路技术变迁的展现和评析,更有对各个国家和地区发展集成电路产业的战略解读;既有对不同时代集成电路产业模式的比较分析,更有对今后集成电路产业发展方向的展望。它能通过细腻、风趣、精悍的文风,展现集成电路技术发展的点滴,相关国家和地区内部发展的选择,博弈的残酷与精彩,并对我国集成电路产业发展做出系统性的思考。
感谢魏少军教授、尹志尧博士、黄庆博士、张卫教授、赵宇航博士拨冗作推荐序。当前我国集成电路产业面临着重大的历史机遇,无论是国家战略层面的全方位呵护与扶持,还是高校将集成电路从二级学科上升为一级学科的窥一斑而知全豹,都让我们以更大的热情、更高的姿态去看待集成电路产业。《芯路》面向的是集成电路产业的从业者、产业政策的制定者以及其他有兴趣或投身或想了解集成电路产业的最广泛人群,衷心期待《芯路》能成为大家了解集成电路产业的案头参考书。
《芯路》广泛征求了业内十余位专家学者的意见,沈磊老师、 徐秀法老师、周乃文师弟更是百忙之中进行了全文通读审校,在此致以诚挚的谢意。同时也要由衷感激家人的理解和支持,是你们提供了坚实的后盾。
书中难免存在疏漏和错误之处,皆归因于作者水平所限,诚请各位读者不吝指正。
2020年5月于上海
书籍原价59元,首发特惠价格41元,点击上方小程序二维码直接以首发价格购买。
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◆ 作者简介:◆
冯锦锋博士是集成电路产业从业者,先后取得清华大学工学双学士、管理学硕士和上海交通大学工学博士学位,是中美杰出青年领袖论坛成员,复旦大学微电子学院客座教授,兼任上海集成电路行业协会副秘书长,曾协助吴敬琏先生编译出版《硅谷优势》。
郭启航先生毕业于清华大学微电子所,目前从事半导体产业投资工作,熟悉产业技术和格局,对超越摩尔领域、欧美产业动态等有长期的关注和研究。
关于创芯大讲堂
EETOP创芯大讲堂是EETOP旗下在线教育平台,综合IC设计(模拟芯片设计仿真、CMOS射频芯片仿真设计、数字前端、数字后端设计流程等等)、制造、封装多门类课程,同时也随时更新目前热点领域教程涵盖嵌入式、电源设计、通信技术、硬件设计等。
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