近日，“中美貿易戰(zhàn)”持續(xù)升級，美國和華為之間的博弈愈發(fā)地激烈，雙方的實力和技術顯示無疑。5月21日，任正非在接受媒體采訪時表示，華為備胎芯片計劃在早幾年就開始了，美國低估了華為的芯片自研能力，芯片自主這一方面華為有實力叫板全球任何一家頂尖芯片企業(yè)。
盡管如此，但國內整體芯片實力并未達到美國那樣的厲害，類似華為這樣的實力企業(yè)太少。半導體行業(yè)是典型的“金字塔”結構，越上游的企業(yè)越少，產值越大，技術難度越高。由于起步晚、核心技術缺少，我國半導體發(fā)展受限，尤其是核心技術方面，仍有尚未掌握的關鍵技術，到目前為止，關鍵芯片領域依賴于進口仍是現(xiàn)狀。
這些半導體核心技術仍待突破
一、DSP芯片
DSP芯片即指能夠實現(xiàn)數字信號處理技術的芯片。DSP芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現(xiàn)各種數字信號處理算法。DSP芯片自誕生以來得到了飛速發(fā)展，一方面得益于集成電路的發(fā)展，另一方面也得益于巨大的市場。在短短二十年時間里，DSP芯片已在信號處理、通信、雷達、圖像、軍事、儀器、自動化等眾多領域得到廣泛的應用。
目前，全球DSP芯片市場仍是巨頭壟斷，德州儀器、ADI、飛思卡爾、Motorola公司等都是這個行業(yè)的佼佼者。國產DSP芯片起步晚， 2006年中電十四所與龍芯公司合作開發(fā)國產DSP芯片。2012年它們研發(fā)的 “華睿1號”性能優(yōu)于飛思卡爾公司的MPC8640D，2017年，國產DSP芯片“華睿二號”走向市場。
二、高精度ADC芯片
ADC也叫模數轉換器，是指將連續(xù)變化的模擬信號轉換為離散的數字信號的器件。真實世界的模擬信號，例如溫度、壓力、聲音或者圖像等，需要轉換成更容易儲存、處理和發(fā)射的數字形式。模／數轉換器可以實現(xiàn)這個功能，在各種不同的產品中都可以找到它的身影，在實際應用中，為了實現(xiàn)微型化，通常做成ADC芯片。造芯片是非常精密的工藝，通常芯片單位為納米，一納米也就是十萬分之一毫米，這對設計、制造工藝都有非常嚴格、高標準的要求。僅從產品種類來說，芯片的種類就有幾十種大門類，上千種小門類，如果涉及設備流程的話就更多了。
由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些溫度、壓力、位移、圖像等模擬信號，要使計算機或數字產品等能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數字信號，這就需要ADC。而經計算機分析、處理后輸出的數字量也往往需要將其轉換為相應模擬信號才能為執(zhí)行機構所接受。據相關數據顯示，2017年ADC芯片銷售額為545億美元，預計到2022年，全球ADC芯片市場規(guī)?？蛇_748億美元，市場前景非?？捎^。未來幾年支撐ADC芯片增長的主要驅動力是5G、人工智能、物聯(lián)網、汽車電子等新興應用，這些相關的產品或技術對信號處理的需求大漲。
全球能生產出高性價比的高精度的ADC芯片的企業(yè)不到十家，而又以美國企業(yè)為主。一款好的ADC芯片體現(xiàn)在高精度、低功耗、轉換效率等指標上，目前制造ADC芯片的溫度傳感器和高精度振蕩器非常緊缺，這也是國內企業(yè)的一大痛點。目前ADC芯片主要的供應商是德州儀器、亞德諾等公司，中國是全球最主要的ADC芯片需求方，但是國內能造出高精度的ADC芯片企業(yè)微乎其微，即便造出來了，性能和價格也無法跟上市場的節(jié)奏。可以這么說，在核心的ADC芯片供給率上，國產占有率幾乎為零。
三、超高射頻芯片
射頻芯片指的就是將無線電信號通信轉換成一定的無線電信號波形， 并通過天線諧振發(fā)送出去的一個電子元器件。射頻芯片架構包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。對于現(xiàn)有的GSM和TD－SCDMA模式而言，終端增加支持一個頻段，則其射頻芯片相應地增加一條接收通道，但是否需要新增一條發(fā)射通道則視新增頻段與原有頻段間隔關系而定。
中國是世界最大的手機生產國，但造不了高端的手機射頻器件，這需要材料、工藝和設計經驗的踏實積累。國內從事中低端射頻芯片的企業(yè)眾多，也占據了相當一部分市場，但在高端射頻芯片領域，仍有較大上升空間。
四、CPU
CPU是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。中央處理器主要包括運算器，算術邏輯運算單元，ALU和高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數據、控制及狀態(tài)的總線。它與內部存儲器和輸入／輸出設備合稱為電子計算機三大核心部件。CPU依靠指令來自計算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設計時就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強弱也是CPU的重要指標，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。
美國的英特爾、超威半導體公司，在CPU領域占據一半以上的市場。國產CPU的應用領域既涵蓋了嵌入式設備、服務器設備等專業(yè)領域，也同時面對消費級民用市場。由于服務對象和應用領域的巨大分歧，不同類型的國產CPU在國人心中存在感相去甚遠，如專門針對服務器的飛騰、申威等，知名度不高。CPU發(fā)展迅速，算力和功耗是衡量其性能的重要指標。作為后來者，中國的研制水平總是離世界先進水準差一截，如龍芯的性能似乎總跟著英特爾后面跑，龍芯是中國科學院計算所自主研發(fā)的通用CPU，采用RISC指令集，類似于MIPS指令集。好消息是，2015年，中國發(fā)射首枚使用“龍芯”北斗衛(wèi)星。
五、GPU
又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設備上圖像運算工作的微處理器。用途是將計算機系統(tǒng)所需要的顯示信息進行轉換驅動，并向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件，也是“人機對話”的重要設備之一。
提到GPU，最先想到的是英偉達，它占據全球GPU市場一半以上的市場份額，AMD的GPU也占有一席之地。中國的GPU企業(yè)尚未形成巨大規(guī)模，相關技術也在積極研制之中，目前國內在研究GPU的企業(yè)有上海兆芯、華為、圖芯、天數智芯，華夏芯、芯視圖、中船重工709所、中航631所等。據OFweek電子工程網編輯獲悉，中國船舶重工集團公司研究的完全具備自主知識產權的凌久GP101，刷新了我國在國產顯卡領域的空白，凌久GP101是一款高性能低功耗的，圖形處理芯片，要和歐美等先進廠商相比，還有很大的距離，它要達到世界領先水平，還有漫長的路要走。
六、MPU
MPU又叫微處理器或內存保護單元。MPU是單一的一顆芯片，而芯片組則由一組芯片所構成，早期甚至多達八顆，但目前大多合并成兩顆，一般稱作北橋芯片和南橋芯片。MPU是計算機的計算、判斷或控制中心，是構成微機的核心部件，也可以說是微機的心臟，它起到控制整個微型計算機工作的作用，產生控制信號對相應的部件進行控制，并執(zhí)行相應的操作。在微機中，CPU被集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為MPU，微處理器插在主板的中央處理器的插槽中。
英特爾、高通、三星、飛思卡爾、聯(lián)發(fā)科及展訊等供應商是這個市場的領導者，據相關數據統(tǒng)計，2018年銷售的MPU中，超過一半的的增長來自于應用在普通計算機、服務器和大型電腦中的處理器，少部分來自于嵌入式應用，有超過一半的銷售是來自英特爾和AMD廠商，其余市場也基本被歐洲企業(yè)占據。國產的MPU市場占有率非常小，幾乎為零，好消息是，國內的華大、華為、紫光國芯等企業(yè)正在加大研發(fā)相關技術。
七、DRAM／NAND Flash芯片
即動態(tài)隨機存取存儲器，最為常見的系統(tǒng)內存。DRAM 只能將數據保持很短的時間。為了保持數據，DRAM使用電容存儲，所以必須隔一段時間刷新一次，如果存儲單元沒有被刷新，存儲的信息就會丟失。
目前，在DRAM／NAND Flash芯片市場上，英特爾、德州儀器、IBM、韓國三星和海力士占據絕對壟斷地位。國內的長江存儲、合肥長鑫、福建晉華是中國存儲領域的三大新勢力，2019年會是中國存儲產業(yè)的關鍵年，屆時有福建晉華、合肥睿力的 DRAM 技術量產，更有長江存儲轉進 64 層 3D NAND 的研發(fā)和生產。未來兩年將有可能左右未來十年中國存儲產業(yè)的命運。
八、CPLD／FPGA
CPLD是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件，相對而言規(guī)模大，結構復雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜將代碼傳送到目標芯片中，實現(xiàn)設計的數字系統(tǒng)。FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。它是作為專用集成電路領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。
進入FPGA這個行業(yè)的門檻很高。過去十多年時間里，Intel、IBM、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星等60多家公司曾試圖涉足該領域，除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進軍該領域之外，其余公司紛紛折戟沉沙。目前的FPGA市場， Xilinx和Altera兩家公司占據了90％的市場份額。
除了市場份額低之外，國內廠商在技術水平上和國外大廠的差距很大。雖然國內FPGA廠商有百家爭鳴之勢，但基本分布在中低端市場，大多是一些1000萬門級左右的FPGA，少數達到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發(fā)的。中國電科的3500萬門級FPGA和中國電子7000萬門級FPGA，是一次重大技術突破。
九、半導體材料
俗話說，“巧婦難為無米之炊”，作為制造半導體集成電路的基礎，半導體材料可謂是整個制程中做關鍵的一環(huán)。在生產半導體芯片的材料需要二十多種，其中包括晶圓、靶材料、保護涂膜、 TAB、 焊線和封裝材料等，在這塊市場上，美國和日本占據了大部分的市場份額。據OFweek電子工程網編輯統(tǒng)計，全球十大半導體材料廠商排行，美日歐占比高達90％左右，中國僅有少數幾家能生產符合市場要求的半導體材料。
制造半導體器件對半導體材料有不同的形態(tài)要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等，半導體材料的不同形態(tài)要求對應不同的加工工藝。以硅晶圓的制造為例，人們常說幾寸晶圓廠，代表這硅晶圓直徑越大，這座晶圓廠技術越好，目前市場上主流的12寸晶圓，基本是由那些TOP5企業(yè)提供。英特爾高層曾對筆者表示，全球能生產符合市場要求的晶圓片企業(yè)不超過十家，到了下一代18英寸晶圓片生產標準后，建造晶圓片廠成本會提高很多，投資可能超過百億。為何晶圓技術很難突破，因為在一般情況下，晶圓體積的增加，會導致生產工藝的一致性降低，這樣會增加制造成本。還有一個重要的技術，就是生產晶圓設備的先進性對良率影響很大，而國內的企業(yè)幾乎是進口晶圓生產設備，這對于他們非常被動，容易被“卡脖子”。
十、頂尖光刻機
最后一個就是光刻機了，作為集成電路產業(yè)的核心裝備，光刻機被稱為“人類最精密復雜的機器”。據OFweek電子工程網編輯了解，當前全球能制造高端光刻機的只有荷蘭的ASML、日本的尼康和佳能三大企業(yè)，它們市場份額超過八成。
光刻機又名掩模對準曝光機，曝光系統(tǒng)，光刻系統(tǒng)，它是芯片制造核心中的核心，光刻是半導體芯片生產流程中最復雜、最關鍵的工藝步驟，耗時長、成本高。半導體芯片生產的難點和關鍵點在于將電路圖從掩模上轉移至硅片上，這一過程通過光刻來實現(xiàn)，光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平。
高端光刻機堪稱現(xiàn)代光學工業(yè)之花，其制造難度非常大，現(xiàn)在其最先進的EUV（也叫極紫外光）光刻機已經能夠制造7nm以下制程的芯片了，單臺光刻機的售價已經超過了一億美元，中國完全自主生產的光刻機只有可憐的90nm制程，差了一大截。光刻機的研制到底難在哪？并非光刻機技術原理難懂，而是光刻機的制造工藝復雜。一臺先進的光刻機有五萬多個零件，設計生產不容易，難點是里面的每一步都要求最先進的工藝和零件。
總結：
中國擁有全球最大的半導體消費市場，因核心技術缺少，中國對美國的半導體進口額超過1000億美元，排名世界第一。中國是芯片的消耗和進口大國，2017年集成電路進口金額2601億美元，金額位列中國進口商品之冠。不管美國如何阻攔，不可否認的是，芯片的“國產化”是未來的一大趨勢，這些國內未解決的半導體核心技術均是世界級難題，其難度不亞于造“航空母艦”。
盡管中美貿易戰(zhàn)對芯片自主研發(fā)影響很大，也會在短期沖擊很多企業(yè)的利益，但對于企業(yè)和技術人員來說，沉下心去做事方能尋求突破和發(fā)展，切勿急于求成，被市場蒙蔽了雙眼，得不償失。