近日，“中美貿(mào)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(nèi)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(jié)構(gòu)，越上游的企業(yè)越少，產(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號處理技術的芯片。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，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(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)DSP芯片“華睿二號”走向市場。

二、高精度ADC芯片

ADC也叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是指將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)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(zhuǎn)換成更容易儲存、處理和發(fā)射的數(shù)字形式。模／數(shù)轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)這個功能，在各種不同的產(chǎn)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(chǎn)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(shù)字產(chǎn)品等能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這就需要ADC。而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。據(jù)相關數(shù)據(jù)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，市場前景非常可觀。未來幾年支撐ADC芯片增長的主要驅(qū)動力是5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等新興應用，這些相關的產(chǎn)品或技術對信號處理的需求大漲。

全球能生產(chǎn)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(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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?？梢赃@么說，在核心的ADC芯片供給率上，國產(chǎn)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(zhuǎn)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(gòu)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(chǎn)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(jīng)驗的踏實積累。國內(nèi)從事中低端射頻芯片的企業(yè)眾多，也占據(jù)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線。它與內(nèi)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(jù)一半以上的市場。國產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)換驅(qū)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(jù)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(nèi)在研究GPU的企業(yè)有上海兆芯、華為、圖芯、天數(shù)智芯，華夏芯、芯視圖、中船重工709所、中航631所等。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)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(chǎn)權的凌久GP101，刷新了我國在國產(chǎn)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(nèi)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(gòu)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(gòu)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(chǎn)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(jù)相關數(shù)據(jù)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(jù)。國產(chǎn)的MPU市場占有率非常小，幾乎為零，好消息是，國內(nèi)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(nèi)存。DRAM 只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間。為了保持數(shù)據(jù)，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(jù)絕對壟斷地位。國內(nèi)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(chǎn)業(yè)的關鍵年，屆時有福建晉華、合肥睿力的 DRAM 技術量產(chǎn)，更有長江存儲轉(zhuǎn)進 64 層 3D NAND 的研發(fā)和生產(chǎn)。未來兩年將有可能左右未來十年中國存儲產(chǎn)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(jié)構(gòu)復雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)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(shù)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(chǎn)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(shù)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(jù)了90％的市場份額。

除了市場份額低之外，國內(nèi)廠商在技術水平上和國外大廠的差距很大。雖然國內(nèi)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(shù)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(chǎn)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(jù)了大部分的市場份額。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)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(shù)幾家能生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)晶圓設備的先進性對良率影響很大，而國內(nèi)的企業(yè)幾乎是進口晶圓生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)的核心裝備，光刻機被稱為“人類最精密復雜的機器”。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)的難點和關鍵點在于將電路圖從掩模上轉(zhuǎn)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(jīng)能夠制造7nm以下制程的芯片了，單臺光刻機的售價已經(jīng)超過了一億美元，中國完全自主生產(chǎn)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(chǎn)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(jié)：

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(chǎn)化”是未來的一大趨勢，這些國內(nèi)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(mào)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。