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杏彩体育官网半导体行业发展简史及中国突破机会洞察

发布时间:2024-03-08 03:01:40 来源:杏彩体育官网app 作者:杏彩体育平台app

  在当下全球不确定因素增加的形势下,半导体行业近年来已经成为大国博弈的重要利器。中国在过去的几十年来也并非没有重视过此产业,那么为什么现在竟然会成为“卡脖子”行业呢?中国还有无机会迎头赶上?  当然

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  在当下全球不确定因素增加的形势下,半导体行业近年来已经成为大国博弈的重要利器。中国在过去的几十年来也并非没有重视过此产业,那么为什么现在竟然会成为“卡脖子”行业呢?中国还有无机会迎头赶上?

  当然,半导体的发展因与芯片、集成电路的发展经常会互相提及。在下文出现的相关表达中,本文采用欧亚科学院院士、清华大学和北京大学双聘教授魏少军先生的来进行文中有关表述的内涵与外延界定方式:

  这三个词并不是一回事但也不能完全分割:半导体讲的是一种材料,集成电路是构筑在半导体材料上的一种器件,微电子则是在半导体材料上构建集成电路的方法和工艺。

  三者的发展是一环扣一环的:上世纪50年代,科学家致力于发展的是半导体;到了80年代,如何在半导体上构建集成电路更受关注。我们国家由于对工艺、方法、技术了解不多,因此这一时期集中精力掌握微电子相关知识,于是成立了微电子所、微电子学院、微电子专业;2020年以后,可以看到最终实际上要实现的是集成电路的产品。

  对半导体材料和微电子技术的了解,最终目标还是要构建集成电路,集成电路设计永远站在产品开发的第一线。从技术角度看,是指从应用出发,抽取出相应的设计规格,设计工程师利用各种设计工具完成电路设计,再交由集成电路制造厂制造出集成电路产品;集成电路设计的另一道含义是指商业模式:在EDA、IP、设计服务、装备材料等支撑下,依托集成电路制造、封测,最终实现集成电路产品服务于客户。

  与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,半导体的发现实际上可以追溯到十八世纪。但是直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。

  其次就要知道晶体管,晶体管的发明,最早可以追溯到1929年,当时工程师利莲费尔德就已经取得一种晶体管的专利。但是,限于当时的技术水平,制造晶体管的材料达不到足够的纯度,而使其无法制造出来。

  1947年12月,美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组,研制出一种点接触型的锗晶体管,肖克利也被誉为晶体管之父。

  1955年,肖克利回到了自己的家乡圣克拉拉谷(硅谷),并得到了贝克曼的支持,创办了自己的公司。肖克利在创办了自己的公司后,依靠自身的威望,很快招到了一批学识渊博,技术过硬的人才。

  1957年9月18日,以诺伊斯为首的八位年轻人提出离职,这就是有名的硅谷八叛将。硅谷八叛将分别为:诺依斯、摩尔、布兰克、克莱尔、赫尔尼、拉斯特、罗伯茨和格里尼克。

  很快,这八个人就拿到了一笔风险投资,成立了仙童半导体。公司成立后快速发展,不到半年就已经开始盈利。

  与此同时,仙童的两项发明专利,更使其立于世界的半导体之巅。其一是平面工艺--一种制造半导体电路的工艺方法,发明人为约翰·霍尔尼。

  另一个发明专利便是集成电路。顾名思义,集成电路就是用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上。

  事实上,在早些时候,来自德州仪器的杰克·基尔比发明了锗集成电路。由于两人在同一年独立且不知情的情况下分别发明了集成电路,所以两人共享集成电路发明者的荣誉。

  此时的仙童半导体公司风光无限,而仙童的股权大部分都在投资人的手里,公司的利润被不断转移到东海岸,去支持投资人的摄影器材公司,因此仙童的员工开始坐不住了,开始了新一轮的离职创业潮。

  还有许多我们所熟知的公司,比如美国国家半导体(现已被TI收购),Altera(现已被英特尔收购)等的创始人都出自仙童半导体公司。英特尔,AMD主要做PC、服务器的芯片。对于现在炙手可热的智能手机,处理器的竞争则更为激烈。苹果,三星,高通一直占领着高端机的市场。

  另外,日本和韩国也是芯片发展的重要支柱。日本在80年代通过前期的技术积累,加上大规模人、财、物力投入,在DRAM技术上完成了对美国人的逆袭,同时带动了整个半导体工业的发展。到了1990年,全球前十大半导体公司有6家都是日本公司。而紧随日本的韩国,也由政府牵头,四大财阀大力投入,并在美国“扶韩抗日”的政策帮助下,迅速追赶日本。

  1956年,国家提出“向科学进军”的口号。在1956-1967年十二年科学技术发展远景规划中,把半导体、计算机、自动化和电子学这四个在国际上发展迅速而国内急需发展的高新技术列为四大紧急措施。在“重点发展、迎头赶上”和“以任务带学科”的方针指引下,我国半导体事业从无到有,有了长足的进展。

  该阶段的主要成果是,锗半导体晶体管的成功研制,晶体管计算机和晶体管收音机的诞生;国产硅平面型晶体管,打好了硅集成电路研究的基础。

  1965-1978年,是国产芯片的初级阶段。1968年,上海无线电十四厂首次制成PMOS电路。1970年代永川半导体研究所、上无十四厂和国营东光电工厂相继成功研制NMOS电路,之后又研制成CMOS电路。

  1972年,美国总统尼克松访华后,中国从欧美大量引进技术,全国有四十多家集成电路厂建成投产。也是在1972年,我国自主研制的PMOS大规模集成电路在永川半导体研究所诞生,实现从中小集成电路发展到大规模集成电路的跨越。实现这一过程,中国比美国晚了4年。1975年,王阳元在北京大学设计出第一批1K DRAM,比英特尔晚5年。

  1978年,王守武带领徐秋霞等人在中科院半导体所成功研制4K DRAM,次年量产成功,比美国人晚了6年。1979年,中国成功反向英特尔的8080八位微处理器,比德国和日本早一年。1980年,王守武兼任109厂厂长,并在这里组装了我国第一条中、大规模集成电路生产线年,产业全面复苏时期。1878年,生产工厂复苏生产,我国正式开始集成电路生产加工的历程。在这个阶段,中国开始引进外资技术,和中国的工厂合作建设。上海贝岭,上海先进半导体以及华晶电子集团都是在这个阶段通过中外合资的方式建立起来的。由于外资的技术经验和设备的引入,在这个阶段,虽然技术实力还是非常薄弱,但中国的集成电路产业得到全面的复苏。

  为了在短期获得效益,大量工厂出国购买技术、生产线。自主研发的电子工业思路逐渐被购买引进所替代。然而,由于巴黎统筹委员会的技术限制,我们只能引进落后的二手淘汰设备。各地、各厂各自为战,缺乏统一规划,前沿技术研究被抛在脑后。整个半导体产业越引进,越落后。1990-2000年 “908工程”“909工程”阶段。“908工程“是指国家发展微电子产业90年代的第八个五年计划,“909工程”是指第九个五年计划。两大工程的主体企业分别是无锡华晶和上海华虹。在这个阶段,中国的集成电路产业加速了和外资企业的合作,国家强势扶持,主要的发展成绩是晶圆厂的建设和发展,今天中国的几大晶圆厂:无锡华润上华、上海华虹、中芯国际都是在这个阶段先后建设起来的。

  2000年以后,产业大发展时期。2000年6月,《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》公布,在这个阶段,一些著名的集成电路制造公司,纷纷落户中国,包括台积电、台联电、英特尔和海力士等厂商,著名厂商的入驻,或合资,或开设办事处,都带来了优秀的技术和管理经验。集成电路设计得到极大地发展,很多在海外有技术经验的华人回国创办IC设计公司,带来了直接的技术和经验,在短短的几年内,国内集成电路的设计公司就有几百家之多。这些公司开始依靠自己的产品获得市场的认可,有的还做出很好的成绩,我国的集成电路优秀设计企业,几乎都在这个阶段诞生,也涌现出如中星微、珠海炬力、展讯、瑞星微等国内著名公司。中国本土的集成电路产业,至此才刚开始进入正轨道路。

  这里就一定要提到三个人,孙运璿、潘文渊以及张忠谋,前两位几乎是奠定了省半导体芯片产业的方向和基本盘,后一位是台积电的创始人。

  1974年,当时是美国无线电公司实验室主任的潘文渊,向省经济部门最高的负责人,也是当时地区经济现代化的核心人物孙运璿。

  对于没有资金孙运璿想办法通过了一项法案,由地方来出资技术,潘文渊去老东家也就是美国无线电公司用骨折价蹭来了几项关键技术,同时美国无线电还负责培训省派去的几十位研究人员的全套生产管理流程,而这些去学习的年轻人里面,包括了后来联发科的创始人蔡明介、台积电副董事长曾繁城等这些中坚力量,当时这波硕士博士平均年龄28岁,学成回之后,马上在新竹半导体产业园区里面的示范工厂开工生产,很快良品率就超过了美国无线年代日本当时是全球芯片之王,美国一边明着暗着掐日本,一边向外转移半导体技术,扶持日本的竞争对手。省正好赶上了那个时候,为此吸引了大量海外人才回来,扎堆在新竹的半导体产业园里面,其中就有张忠谋。

  张忠谋来自浙江宁波,在美国德州仪器干了26年,一路做到了全球副总裁位置,1987年张仲谋在省创办了台积电,

  成立一年之后,大名鼎鼎的英特尔找到台积电来代工,还派人到台积电对200多道工艺进行指导,释放了英特尔都认可的一个信号。

  于是从90年始,省的新竹产业园的投资热度比得上后来的互联网。一下涌进来数百亿,上百家半导体产业链公司成立,比如亚洲第一大芯片设计公司联发科,全球封装测试行业的龙头日月光等等,而地区的芯片行业也从代工起步,形成了一个从原材料设备到芯片设计制造封测等等的覆盖上中下游的全产业链。到了2000年前后台积电已经不仅仅只是做代工了,而是同几家芯片巨头一起投入资源共同开发,巨头们因减轻了成本负担而利润更高,而台积电更是牢牢抓住了这些大佬们的订单,所以苹果、英特尔、高通、英伟达、AMD这些芯片巨头都得带着几十亿几百亿美金的预付款轮番跑到台积电,希望能在它有限产能里面多分一点。

  综上所述:半导体行业在技术研发和应用领域能获得快速发展,产业资本对英雄式的科学家和企业家进行大力投资功不可没。而伴随着个人电脑的大量普及和服务器需求、智能手机快速崛起的强劲需求,则为半导体可持续的规模化发展提供了强大的资金支持。

  其次,国家之间的竞合形成的发展空间、政府的产业政策和机会把握,也让中国地区成为当下全球半导体产业最重要的产业化基地。在实现市场的规模化后,同样获得了巨大的市场资金支持和持续技术升级的充足资源。

  当下,中国半导体产业正进入艰辛的追赶突破阶段,虽然由于种种原因导致中国半导体行业整体落后,但比对整个半导体行业的发展历史,审视其中的必要条件,中国半导体行业也有着两大优势:

  在当前全球不确定因素增加的背景下,芯片成为了中国数字经济和实体经济高质量发展的掣肘,克服“卡脖子”技术迫在眉睫也势在必行。因此,国家应会进一步加大对芯片产业的相关政策支持力度,中国的资本市场在下一阶段可能会有更大力度的体现。作为资金和人才密集型的行业,中国当下的国策将为半导体的发展提供源源不断的资源。

  对于中国来讲,制定更具吸引力的人才政策、为高精尖人才提供更好的激励措施、持续推动更为科学的科技创新机制、鼓励市场力量对高精尖人才的吸纳,形成强大的人才梯队,靠团队构建核心竞争力,也许才能在当下的半导体国际竞争中赢得后发优势。

  正如中国古话所讲,风水轮流转。与美国这些年脱实向虚不同——很多年轻人可能会选择金融、营销等更赚钱的专业,中国以科教兴国和制造业立国的战略,为此培养了大量的技术人才和工程师。如何从大量的理工科人才中,选拔出最优秀的科技研发和技术应用工程师并制定科学合理的激励政策,成为能否在这一轮科技竞争中赢得主动权的关键。

  相信国家在科研人才上也会有长期的战略投入和政策支持,如此这般,中国半导体产业的发展就真正具备了“天时地利人和”的充分条件。假以时。


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