2018-05-05 7:38:26

文／李永樂
責編／劉霞

芯片產業是一個國家高端制造能力的綜合體現，是全球高科技國力競爭的戰略必爭制高點。在信息時代，芯片是各行業的核心基石，電腦、手機、家電、汽車、高鐵、電網、醫療儀器、機器人、工業控制等各種電子產品和系統都離不開芯片。

如果說人體最重要的器官是大腦，那么芯片就是電子設備的“大腦”。

那么，芯片到底是什么？

芯片的英文是chip，實際上是一片載有集成電路的半導體元件。我們可以把芯片大致分為兩類，第一類叫做功能芯片，比如說cpu，cpu可以實現一定的計算功能；第二種叫做存儲芯片，這種芯片可以存儲一定的信息，比如我們電腦里有一種叫做閃存（flash）的東西，這種閃存就是一種存儲芯片，它和硬盤不一樣，硬盤是靠磁介質進行存儲的，但是閃存則是靠半導體芯片集成存儲的。

芯片內部都是半導體材料，大部份都是硅材料，也就是砂子，里面的電容、電阻、二極管、三極管都是用半導體做出來的。半導體是介于像銅那樣易于電流通過的導體和像橡膠那樣的不導通電流的絕緣體之間的物質。

如果想制作一個芯片，產業上大概要分這么幾個內容：第一，我們首先要進行芯片的設計。我們想達到一定的功能，如何去實現？我們需要高級的人才把電路設計出來。第二是制作。第三就是封裝，芯片制作出來后，如何把它裝在一個板子上，變成一個可以銷售的東西。這三個步驟中最難的是設計環節。

芯片設計多由專業IC設計公司進行規劃、設計，像是聯發科、高通、Intel等知名大廠，都自行設計各自的IC芯片，提供不同規格、效能的芯片給下游廠商選擇。因為IC是由各廠自行設計，所以IC設計十分仰賴工程師的技術，工程師的素質影響著一個企業的價值。

我們中國大部分的芯片產業集中在中低端，也就是在制作和封裝環節，而芯片設計所涉及的產業很少。就算是我們自主研發的，也是比較低端的芯片，在高端芯片市場占有率非常低。

現在國內芯片設計主要依賴國外，個中原由也不完全是中國設計不了芯片，還是因為當下沒有芯片迭代的條件。一方面，市場已經存在性能優越的芯片，甚至成本也低。另一方面，人們沒有耐心去等國產的芯片去迭代，這直接限制了中國的芯片設計能力的提升。

關于芯片的制造，也是一個非常復雜的過程。我們可以將芯片制造比擬成用樂高積木蓋房子，藉由一層又一層的堆疊，完成自己期望的造型（也就是各式芯片）。然而，如果沒有良好的地基，蓋出來的房子就會歪來歪去，不合自己所意，為了做出完美的房子，便需要一個平穩的基板。對芯片制造來說，這個基板就叫晶圓。

樂高積木的表面都會有一個一個小小圓型的凸出物，藉由這個構造，我們可將兩塊積木穩固地疊在一起，且不需使用膠水。芯片制造，也是以類似這樣的方式，將后續添加的原子和基板固定在一起。在固體材料中，有一種特殊的晶體結構——單晶（Monocrystalline）。它具有原子一個接著一個緊密排列在一起的特性，可以形成一個平整的原子表層。因此，采用單晶做成晶圓，便可以滿足以上的需求。

一顆芯片的制造工藝非常復雜，一條生產線大約涉及50多個行業、2000~5000道工序。就拿代工廠來說，需要先將“砂子”提純成硅，再切成晶圓，然后加工晶圓。晶圓加工廠包含前后兩道工藝，前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入；后道工藝主要是封裝——互聯、打線、密封。其中，光刻是制造和設計的紐帶。

其中許多工藝都在獨立的工廠進行，而使用的設備也需要專門的設備廠制造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專門的化工工業。另外，集成電路的生產都是在超凈間進行的，因此還需要排風和空氣凈化等系統。

經過漫長的流程，從設計到制造，終于獲得一顆IC芯片了。然而一顆芯片相當小且薄，如果不在外施加保護，會被輕易地刮傷損壞。此外，因為芯片的尺寸微小，如果不用一個較大尺寸的外殼，將不易以人工安置在電路板上。

目前常見的封裝有兩種，一種是電動玩具內常見的，黑色長得像蜈蚣的DIP封裝，另一為購買盒裝CPU時常見的BGA封裝。至于其他的封裝法，還有早期CPU使用的PGA（Pin Grid Array；Pin Grid Array）或是DIP的改良版QFP（塑料方形扁平封裝）等。

完成封裝后，便要進入測試的階段，在這個階段便要確認封裝完的IC是否有正常的運作，正確無誤之后便可出貨給組裝廠，做成我們所見的電子產品。

中國的芯片產業也有過黃金年代。比如20年前，我國就提出口號，要發展自己的半導體。早期，高端通用芯片作為“核高基”專項之一，以及國家863計劃等重大政策的加持，大量的政府資金涌入半導體產業。龍芯、飛騰等國產公司紛紛立項。

這些公司或多或少曾在自主研發上進行嘗試，但研發進展緩慢。在863、973、自然科學基金、知識創新工程以及核高基重大專項等資金扶持下，中科院計算所2001年開始研制龍芯CPU。直到2010年，轉型成立公司，該計算所研制的CPU的樣品才完成產品化。目前龍芯的商用化進展并不大。

在我國自主研發芯片的過程中，也出現一些發人深省的事件。比如“漢芯一號”造假風波。

2003年，上海交大微電子學院院長陳進聲稱研發出了一個芯片叫“漢芯一號”，當時國家科委和上海市組織了一個發布會，對“漢芯一號”進行了測試，結論就是“這一成果接近國際先進技術，在某些方面的性能甚至超過了國外同類產品。”

“漢芯”的誕生，在當時被定義為“中國芯片產業的里程碑”。陳進因此也是榮譽加身，攀上了人生頂峰。

但后來在2006年時，陳進的一個研究生“叛變”了，他在水木BBS上發了一篇帖子，直指他的導師陳進教授“漢芯一號”作假。那么究竟是怎么做的假呢？實際上陳進是在美國買了一個摩托羅拉的芯片，他找了一個民工，把摩托羅拉芯片上的原標記磨掉。然后又打上了自己“漢芯一號”的LOGO，這樣就變成了中國自主研發的芯片。“漢芯”誕生后，陳進借此榮耀申請了數十個科研項目，騙取高達上億元的科研基金。

后來這個事件被調查證實屬實后，陳進被撤銷了一切職務。從那以后，中國的芯片產業進入了一個低谷，沒有人再敢去搞芯片了，很多的新興項目，上馬的時候都非常謹慎，這也導致這十多年中國的芯片企業基本上發展緩慢。

編輯：楊文博