成電路是一種芯片,我們天天都在用,比如說家庭當中用到的集成電路有三百塊之多.我們在自己家里修一些電器的時候,你可以看見有很多黑黑的方塊,這些黑黑的方塊是什么？就是我們說的集成電路和芯片.

這里面有大量的集成電路的基本元件,叫晶體管,可能有幾十億支甚至上百億支.晶體管的原理非常簡單,但是真正要把這樣的晶體管發明出來,人類還是經過了非常長時間的探索.注意,晶體管與石英晶體不同,這是兩種不一樣的電子元件,不要搞混了.下面億金晶振廠家分享透過重量級專家魏少軍了解國內芯片產業發展以及面臨的技術挑戰.

1947年在美國貝爾實驗室,有三位科學家就發明了后來我們稱之為晶體管的這種新的元器件,這三位科學家一個叫肖克利,一個叫巴丁,還有一個叫布萊坦,這三位科學家在1956年獲得了諾貝爾物理學獎.

這個晶體管發明以后,我們看到它比起我們所熟知的電子管要小了很多,比一個黃豆還小,甚至像一個芝麻粒一樣,可靠性非常高,而且它反應速度很快.在1954年,美國貝爾實驗室用800支晶體管組建了世界上第一臺晶體管的計算機,這臺計算機是給B—52重型轟炸機用的,它耗電量只有100瓦,最重要它的運算速度非常快,達到每秒鐘100萬次.

晶體管非常好,但是大家還在想,我是不是能把晶體管做得更小？為什么呢？你用這么多晶體管,它還是有焊點,焊點會虛焊,有了虛焊以后可靠性變差,那么我們是不是可以找到可靠性更好的東西呢？所以后面我們就出現了集成電路,也就是今天我們要講的芯片.

1958年9月12日,由當時在美國德州儀器公司的一個青年工程師,他叫杰克·基爾比,發明了集成電路的理論模型.1959年,當時在仙童公司工作的一個叫鮑勃·諾伊斯的人,也是后來英特爾公司創始人,他就發明了今天我們都在用的集成電路的制造方法——掩膜版曝光刻蝕技術.所以我們今天講來講去,其實我們用的技術是六十年前發明的技術,只是我們今天不斷地在規模上、精度上變小而已,這兩位科學家發明的集成電路對人類的影響是非常巨大的.

不管是晶振晶體,還是集成電路和芯片的進步,不斷地從原來的政府應用到民間的應用,比如我們從軍事應用到一般的民用,而且從一般的、常規的市場商業應用換成老百姓家里.芯片領域有一個著名的摩爾定律.其大致內容為：當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升40%.半個多世紀以來,芯片制造工藝水平的演進不斷驗證著這一定律,持續推進的速度不斷帶動信息技術的飛速發展.

今天的芯片技術到底有多神奇？它不斷地在微縮,不斷地在縮小.縮小到什么程度呢？我們現在已經做到了7納米,估計明年、后年就到了5納米.大家一定會問一個問題,如果按照我們現在的走法,走到5納米,再往下走到3納米,能不能再走下去呢？我們認為可能某一種特定技術走到一定的時候,它就會停下來,但是并不代表著新技術不會出現.前兩年德國科學家就發明了一種稱其為分子級晶體管的新的器件.未來的發展,可能我們的手機會變得越來越小,小到了我們今天不可想象的地步.當然這個小不是說體積變小,是手機芯片的尺寸變小,功能變得越來越大.

但是任何技術都有它的極限,不可能沒有極限,那從芯片角度來說它有哪幾個極限呢？一個就是物理的極限,它尺寸太小了,其實還有功耗的極限.就像SMD晶振在1210mm幾年之后才研發出目前世界上最小尺寸的1008貼片晶振.

第二個就是工藝的難度非常非常大.集成電路制造過程當中,它的掩膜的層數實際上在不斷地變化,從65納米的40層,到7納米的時候,到了85層.這么多層,每層跑一天的話,要80幾天才能跑完,對吧？所以我們現在芯片的制造要花費很長很長的時間,都不是短期內能做成的,萬一有一個閃失,這個芯片可能就報廢掉了,所以它的工藝復雜程度非常得高.

第三個我們看到就是它的設計復雜度很高.那么正是因為有如此多的晶體管放在一顆芯片上,它的通用性變得越來越差,所以出現了所謂叫“高端通用芯片”,要去尋找更通用的解決方案,那就把軟件引進來.

芯片技術的不斷突破帶動芯片產業持續發展.2018年,全球芯片市場的產值高達4688億美元,我國不僅是全球芯片最重要的消費市場之一,同時也正在竭盡全力,向全球芯片產業的第一梯隊進發.

我國芯片產業發展面臨哪些問題？

（1）國內芯片產業與需求差距大

其實芯片產業面臨的挑戰是非常多的,它是個龐大的系統工程.我們還是從產品的角度去看,應該說我們現在的產品結構與我們的需求之間,還是出現了一些失配的現象.

（2）人才不足

我們的芯片要發展它的設計業,芯片設計是一種高科技,人才就成為一個重要的制約因素.

碰到的瓶頸在哪兒呢？不僅質量難以滿足需求,現在連數量都難以滿足需求,最直接的效果就是,我們現在整個半導體產業在互相地挖人.

（3）芯片產業鏈要力爭上游

我國芯片產業發展還面臨資源的錯配.

目前,我們的芯片制造業超過50%的客戶是海外的客戶,我們的封測大概也有將近一半客戶是海外的客戶,我們是給別人加工.那我們的設計業是最需要資源的,又滿世界去找資源,找加工的資源,原因是我們制造業和封測業的技術水平,跟我們所需求的還有距離.

（4）發展滯后,投入不夠

我國芯片產業發展的制造能力和設計需求之間失配.我們的制造業要花很多的錢,而且發展也很快,但是還是慢.除了我們不夠快之外,還有一個要命的,就是我們產能不夠.

芯片的發展它有它的客觀規律,既沒有像大家想象的那么好,也沒有像大家想象那么壞,當然我們現在還不能滿足需求,但是只要堅持不懈走下去,我們的發展就一定可以走到我們所希望的那個水平上去.除了芯片我相信國內晶振行業也是如此,會不斷發展進步,長期堅持達到我們想要的效果.

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