第4节 “摸高跳”和全球化，国产芯片如何突围

什么是人类之光？芯片或许就是，它不仅是智能时代产业的心脏，更是人类智慧的结晶。

从基础创新、市场分工、资金扶持到人才培养，芯片不是一项单一的技术，而是所有技术的集大成者。人类对芯片极限的突破，或许永无止境。

基础材料“摸高跳”

2021年5月，IBM发布全球首个2纳米制程芯片制造技术，通过采用三栈全栅极工艺和底部电阻隔离通道技术，可以在每平方毫米的芯片上集成3.33亿个晶体管。

相比通用的7纳米制程芯片，2纳米制程芯片不仅提升了45%的性能，降低了75%的功耗，还打破了硅基芯片的物理极限。

“体积更小、性能更强”是芯片发展的趋势，就好比一个房间的面积越来越小，而房间里要装的东西却越来越多，不管采用怎样的收纳方式，总有一天这个房间会过载。

漏电和散热不佳就是硅基芯片过载的表现。如何找到新的替代材料是芯片突破物理极限的“根本性办法”。但是，什么类型的材料有望成为主流呢？

在阿里巴巴达摩院发布的“2020十大科技趋势”中，拓扑绝缘体和二维超导材料具备无损耗的电子输运和自旋输运的优点，特别是二维超导材料中的石墨烯，有望成为芯片产业的下一个材料底座。

石墨烯为什么会被人看好？

2007年，诺贝尔物理学奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现，石墨烯能够在常温下观察到量子霍尔效应，碰到杂质时不会产生背散射，这说明它有很强的导电性。2018年，中国科学家曹原发现了石墨烯的“魔法角度”，即当两层平行石墨烯堆成约1.1度角时，就会形成超导材料，这种材料被命名为“以魔法角度旋转的双层石墨烯”。此外，石墨烯还是一种碳纳米材料，其光学特性十分优异，拥有极高的载流子速度和优异的等比缩小特性，很适合应用于光电子与芯片制造领域。

不过，任何新技术的发展都不是一帆风顺的，石墨烯在芯片制造上还面临着难题：首先，想获得高纯度的石墨烯，目前难度还比较大；其次，石墨烯晶圆的制造方面，很容易出现褶皱、点缺陷和污染问题；最后，石墨烯芯片缺乏其他制作工艺的配套，没有形成稳定的产业链。

所以，基础材料的“摸高跳”，还得建立在光刻胶、光掩膜、溅射靶材、抛光材料、电子特气与湿化学品等一系列辅助材料及其工艺的“同时起跳”上，这更是一种产业链的协同升级。

卡脖子与全球分工

2021年3月，网络上的一则消息吸引了大家的眼球：一家名为味之素的日本味精公司卡住了全球芯片产业的脖子。

生产味精的公司怎么跟高大上的芯片联系了起来，而且还举足轻重呢？原来，味之素制作味精时的副产物可以做成一种树脂类合成材料，进而加工制作为ABF（味之素堆积膜）。这种ABF具有高耐用性、高绝缘性和低热膨胀性等特点，对芯片封装具有重要的意义。

芯片内部有数十亿个晶体管，需要通过电路进行连接，电路之间还需要进行绝缘处理，以保障每一层的晶体管电路互不干扰。传统工艺使用的绝缘材料以液态为主，需要进行喷涂和晾晒，整个过程耗时长且工序复杂。而ABF可以直接在其表面进行激光处理和镀铜工艺，使这些微米级电路更容易连接，大幅提高了芯片制造的效率。

ABF真的是一项卡脖子的技术吗？其实不然。单论技术本身，ABF的技术要求并非高不可攀。但这背后，其实是钻研精神与知识产权意识。

味之素公司早在20世纪80年代就组建了专门的团队，研究如何利用制作味精时的副产物，进而在1990年代涉足了ABF的研究。从不断试验与试错，到敲开芯片制造商的合作大门，味之素的研究团队历经了多年的艰辛与挫折。正是这种不轻易放弃的匠人精神，ABF才得以成功问世。与此同时，味之素公司还为ABF在全球各国申请了三四百项专利，且严格保密大量试验数据。

放在全球芯片产业链的背景下，味之素的故事更具启示意义。芯片本身就是产业链各个环节在全球范围协同合作的结果。以阿斯麦尔光刻机为例，其内部零件多达10万个，需要德国提供蔡司镜头设备，日本提供特殊复合材料，瑞典提供工业精密机床，美国提供控制软件，等等。单一国家实力再强大，都很难通吃整个产业链。

所以，像味之素公司这样，在芯片产业链上某一个环节构筑核心竞争力与技术壁垒，牢牢握住某一块不可替代的拼图，是一种非常有效的参与全球芯片产业链合作与博弈的方式。

芯片既是一个相对卡脖子的产业，也是一笔绝对全球化的生意。毕竟，可控与稳定的全球市场，是摊薄芯片成本的前提。比如芯片的蚀刻环节，美国主要供应基础蚀刻机，中国则通过优化基础蚀刻机，增加蚀刻精度和一致性，积极切入全球芯片产业的分工之中。

警惕造芯陷阱

随着几十年的竞争和演变，芯片形成了全球化的分工与合作系统，为什么无人打破这种平衡呢？

芯片前期的投入成本和风险很高，发展中国家没有动力进行研发，而是等待发达国家研发好了之后，直接利用现成技术。

中国芯片产业要摆脱桎梏，国产化是一条必经之路。就像在2G和3G时代，中国通过增加国产化设备的终端采购比例，扶持华为与中兴等通信设备企业走向全球市场主流。

芯片是一个技术密集和资本密集的产业，资本投入是技术研发的保障。美国政府多次进行直接或间接关键性政策干预。2021年4月，美国白宫召开“恢复半导体和供应链首席执行官峰会”，拜登在会上举着一块晶圆片表示，“支持为芯片产业提供高达500亿美元的资助”，这是拜登政府重建美国制造业的一部分，也是2.3万亿美元基础设施计划的一部分。

我国在2014年出台了《国家集成电路产业发展推进纲要》，并成立了“国家集成电路产业投资基金”，合力地方政府、金融机构、社会资本、产业公司和科研机构，再加之各地税收、土地优惠和研发奖励等补贴方式，使国产芯片产业有了前所未有的提升。

有了钱，还需要会用钱的人。《中国集成电路产业人才白皮书（2019—2020年版）》指出，到2022年芯片人才缺口预计超过20万人，许多厂商已经出现了“抢人大战”。

如何解决芯片人才缺口呢？高校培养、海外引进和企业培训转岗是主要渠道。特别是高校培养，已经担当了培养国产芯片人才的重任。

2015年教育部等六部委发布《关于支持有关高校建设示范性微电子学院的通知》，明确支持清华大学、北京大学、浙江大学等9所高校建设示范性微电子学院。以浙江大学为例，在新增微电子本科专业后，每年相关本硕博招生的增加速度将近10倍，不断输送芯片产业急需的工程型人才。

有效的人才交流与流动、行业组织协商、知识产权保护是芯片产业发展的土壤。但是，我们同样要小心创新背后的陷阱。

特别是“政产学”的权责边界问题：地方政府不能忽略产业发展规律，盲目上马芯片项目或园区建设；企业不能罔顾科学依据，为了争取补贴而跨地扩产，导致产业低水平重复建设；研究机构更不能有行政化和商业化的价值导向，热衷于产业化应用，而忽略了基础研究。

比如，2020年投资超千亿的武汉弘芯半导体项目陷入烂尾危机。弘芯不得不将价值5.8亿元、大陆唯一一台7纳米光刻机拿来作抵押。与此类似，原计划投资近400亿元的陕西坤同半导体，同年也被曝出拖欠员工工资，导致陷入停摆和债务纠纷。

这些项目暴露的问题，让我们看清国产芯片的发展不仅需要材料、技术、市场、资金和人才的支撑，更需要理性和科学的产业规划与引导，才能走向繁荣。