曾几何时,芯片领域的“卡脖子”困境,如同一片阴霾笼罩在中国科技产业的上空。2018年,中国芯片进口额高达3120亿美元,远超石油进口额,而自主生产的芯片占比不足10%,高端芯片更是近乎完全依赖进口。美国等西方国家挥舞技术封锁大棒,2019年华为被列入“实体清单”,2022年台积电停止为华为代工麒麟芯片,先进制程设备、核心技术、配套材料的出口限制,一次次给中国芯片产业带来沉重打击。但困境之下,中国芯片人从未退缩,从政策扶持到企业攻坚,从技术探索到产业链协同,一条艰难而坚定的自主化之路,正在逐步铺就,如今已迎来诸多里程碑式的突破。

中国芯片产业的困境,本质上是高端技术、核心设备和关键材料的三重“卡脖子”。在芯片制造的核心设备中,光刻机无疑是最难突破的“大山”。作为芯片制造的“精密雕刻机”,光刻机的精度直接决定了芯片制程的上限,而极紫外(EUV)光刻机更是制造7nm及以下先进制程芯片的关键设备。目前,全球仅荷兰ASML能生产EUV光刻机,且受国际政治因素影响,该设备对中国实行严格禁售。国产光刻机的研发虽有进展,上海微电子的28nm浸没式光刻机已完成极限测试,可满足中低端芯片的生产需求,但与EUV光刻机相比,在精度、效率等方面仍存在巨大差距,无法支撑高端芯片的制造。
除了光刻机,芯片制造的其他核心设备也面临进口依赖的问题。刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机等,虽然国内企业已实现部分中低端产品的国产化,但高端设备仍主要依赖应用材料、Lam Research、东京电子等国外巨头。在芯片制造工艺上,中国企业也面临诸多挑战。FinFET、GAAFET等先进晶体管结构工艺,国外企业已积累了丰富的经验,而国内起步较晚,在7nm及以下先进制程的研发上,面临技术路径探索、良率提升等难题。截至目前,国内企业仅能实现7nm制程的量产,与台积电、三星的3nm、2nm制程相比,仍有两代以上的差距。
核心材料的进口依赖,同样制约着中国芯片产业的发展。芯片制造需要光刻胶、高纯度晶圆、特种气体、靶材等多种高端材料,这些材料的纯度和性能,直接影响芯片的良率和性能。目前,全球高端光刻胶市场主要被东京应化、信越化学等日本企业垄断,国内光刻胶企业虽已实现中低端产品的国产化,但高端光刻胶的纯度和性能仍无法满足先进制程的需求;高纯度晶圆方面,国内企业生产的晶圆主要集中在8英寸及以下,12英寸高端晶圆的自给率极低,大部分依赖进口;特种气体、靶材等材料,也存在类似的问题,成为制约芯片产业发展的“隐形瓶颈”。
危机之中,往往蕴藏着转机。RISC-V开源指令集架构的兴起,为中国芯片产业的自主化带来了曙光。RISC-V是一种免费开源的指令集架构,可自由修改、定制,避免了x86、ARM架构的专利壁垒,同时支持模块化设计,在嵌入式、物联网、高性能计算等领域具有显著优势。

国内企业和科研机构敏锐地抓住这一机遇,积极布局RISC-V生态,阿里玄铁C920、进迭时空K1芯片等产品,在垂直赛道上展现出强劲的潜力;同时,国内已形成完整的RISC-V产业链,从指令集优化、芯片设计到终端应用,协同发展的生态格局正在逐步形成,为芯片产业的自主化提供了新的路径。
政策扶持与产业协同,为中国芯片产业的突围提供了强大支撑。国家出台《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,从税收优惠、资金支持、人才培养等多个方面,为芯片产业发展保驾护航;各地纷纷建立集成电路产业园区,吸引企业集聚,推动产业链协同发展。在政策的引导下,国内芯片产业的投入持续加大,人才队伍不断壮大,产业链各环节均取得显著进展。
中国科学院上海光学精密机械研究所林楠研究员团队,成功研发基于固体激光器的LPP-EUV光源,能量转换效率达3.42%,超越欧美同类研究水平,虽未达到5%的商用标准,但为国产EUV光刻机的研发奠定了重要基础,也引发了国内半导体产业链的联动效应。
产业数据的变化,见证着中国芯片产业的进步与突破。中国半导体行业协会数据显示,2020年中国芯片自给率仅为30%,而在政策扶持和企业攻坚下,预计到2025年,这一数字将跃升至70%;市场研究机构Statista预测,中国芯片产业在全球市场的份额,将从2020年的5.9%突破至2025年的10%,逐步冲击美国芯片企业在中国市场的份额,加速全球芯片供应链的重构。
在芯片设计领域,华为海思、紫光展锐等企业不断突破,推出多款高性能芯片;在封装测试领域,长电科技、通富微电等企业已跻身全球前列;在设备和材料领域,中微公司、北方华创、安集科技等企业,也在逐步实现中低端产品的国产化替代。
中国芯片产业的自主化之路,注定是漫长而艰巨的。目前,我们仍面临高端设备、核心技术、顶尖人才等方面的短板,技术封锁的压力也从未减轻。但我们有理由相信,只要坚持自主创新,持续加大投入,推动产业链协同发展,凝聚起整个行业的力量,就一定能突破国外技术封锁,实现芯片产业的全面自主可控。
从28nm到7nm,从低端替代到高端突破,中国芯片产业正在一步步打破困境,向着全球半导体产业的核心梯队迈进,未来必将在全球芯片格局中占据重要地位。