中國半導體行業水平離世界先進還有多遠？（篇一）

近幾年，半導體這門專業性極強的產業逐漸進入了大眾視野，大家開始廣泛地探討集成電路、芯片、晶圓代工等半導體產業類目，也意識到進一步發展中國半導體的重要性。

我們欣喜地能夠看到中國5G的技術在2G、3G追趕，4G同步之后終于進入了世界發展的第一梯隊；也驚喜地看到華為海思的芯片如今能夠與高通、英偉達、聯發科等一較高下，并且市場占有率還在不斷提升中；

但在發展和進步的同時，我們卻也有捉襟見肘的時候：被譽為半導體工業皇冠上明珠的光刻機，我們的技術至今還未能拿下5nm，和世界發展同步；我們也缺乏一家的堪比臺積電的晶圓代工廠……種種跡象都表明中國半導體目前的現狀是重點正逐步被攻克，但還未實現以點帶面的全面突破。

作為集成電路產業的核心裝備，光刻機被稱為“人類最精密復雜的機器”。

光刻，是芯片制造的核心，也是半導體芯片生產的難點和關鍵點，更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。簡單而言，光刻就是指用光來制作一個圖形（工藝），在硅片表面勻膠，然后將掩模版上的圖形轉移到光刻膠上，將器件或電路結構臨時“復制”到硅片上的過程。光刻的工藝水平直接決定了芯片的制程水平和性能水平。

高端光刻機堪稱現代光學工業之花，其制造難度非常大。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，三者的市場份額加起來超過八成。現在最先進的EUV光刻機已經能夠制造5nm制程的芯片了，而中國完全自主生產的光刻機才剛剛突破22nm，而且還未投入商用。

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，其內部有著超過10萬個零件，4萬個螺栓，3000根電線，2公里短軟管以及其他一系列的電子零件。要設計和生產一臺這么復雜的機器，已經不易，更何況里面的每一步都要求是最先進的工藝和零件，制造和維護都需要高度的光學和電子工業基礎，世界上只有少數廠家掌握。因此，光刻機的價格也十分昂貴，通常在 3 千萬至 5 億美元。

傳感器被稱為工業的藝術品，它與計算機、通信并稱為信息系統的三大支柱，傳感器技術優劣是衡量一個國家科技水平和是否處在國際戰略競爭制高點的重要標志，是發達國家高度重視和爭相發展的核心基礎技術。觸覺傳感器是用于機器人中模仿觸覺功能的傳感器。按功能可分為接觸覺傳感器、力－力矩覺傳感器、壓覺傳感器和滑覺傳感器等。

目前，我國觸覺傳感器的發展緩慢，基本上還在依賴進口、內生乏力的處境之中。而從事傳感器生產的企業中，大多都是從事氣體、溫度等類型傳感器的生產，涉及觸覺傳感器的寥寥無幾。即便有，工藝不過關、不精確、無法穩定，也是國產觸覺傳感器的詬病。除了生產工藝，材料純度也是國產觸覺傳感器從實驗室到工業生產的“扼咽之處”。導電橡膠、導電塑料、碳納米管、石墨烯等都是可用作觸覺傳感器的材料，但以此為材料的觸覺傳感器制作技術，我們還尚未成熟。

不僅如此，由于國內觸覺傳感器起步晚，專利問題也是我們繞不過的坎。如何在不違反他國專利保護的前提下，以高性價比的成本解決技術難題，這些對于觸覺觸感器的國產化而言都是難關。

DSP芯片是指能夠實現數字信號處理技術的芯片，在信號處理、通信、雷達、圖像、軍事、儀器、自動化等眾多領域應用廣泛。

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的佼佼者。哪怕是能研發出麒麟系列的華為海思，也只有基帶和NPU是中國自主產權的，其余的CPU，GPU，DSP，ISP都來自于進口，其中DSP是德州儀器提供的。

相比于國外二十世紀七八十年代就開始研究DSP的腳步，國產DSP芯片足足延遲了三十年。直到2006年，中電十四所與龍芯公司合作，才開始開發國產DSP芯片，之后2012年 “華睿1號”發布，2017年 “華睿二號”走向市場。這比1980 年，日本 NEC 公司推出的真正意義上的第一塊單片 DSP 器件MPD7720晚了32年。

CPU（Central Processing Unit）），也叫中央處理器，它是計算機系統的運算和控制核心，是信息處理、程序運行的最終執行單元。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。它與內部存儲器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設備合稱為電子計算機三大核心部件。

但是這么重要的器件，中國的研發水平卻總是離世界先進水準差一截。美國的英特爾、AMD，在CPU領域占據了一半以上的市場。目前，雖然國產CPU的應用領域能夠涵蓋嵌入式設備、服務器設備等專業領域，也同時面對消費級民用市場，但是其算力和功耗卻還遠未達到國際水平。

即使是令國人驕傲的自主CPU龍芯，性能也在英特爾之后，芯片電路密集程度和電路模塊數量都不是一個量級的，價格還更貴，像飛騰、申威等，知名度也不高。但是我們也可以看近幾年，國產CPU進步明顯，海光單核性能最強，華為多核最強，龍芯潛力很大，國產CPU的未來，值得期待。

GPU（Graphics Processing Unit），也叫圖形處理器，或者顯示核心、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（如平板電腦、智能手機等）上做圖像和圖形相關運算工作的微處理器。 用途是將計算機系統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，我們最先想到的是英偉達，它占據了全球GPU一半以上的市場份額，AMD的GPU也占有一席之地。而中國的GPU企業尚未形成巨大規模，相關技術也在積極研制之中，目前國內在研究GPU的企業有上海兆芯、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。

2018年，由中國船舶重工集團公司第709研究所研發的凌久GP101一次流片成功，刷新了我國在國產顯卡領域的空白。凌久GP101是一款具備完全知識產權的、高性能低功耗的圖形處理芯片。不過即便如此，我們的GPU要和歐美先進廠商相比，還有很大的距離。

MPU  (Microprocessor Unit)，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7、8顆，但目前大多合并成2顆，一般稱作北橋（North Bridge）芯片和南橋（South Bridge)芯片。MPU是計算機的計算、判斷或控制中心，有人稱它為“計算機的心臟”。

在MPU市場，一向是英特爾、高通、三星、聯發科的天下，相比而言，國產MPU的市場占有率非常小，幾乎為零。目前，華大、華為、紫光國芯等企業在加大研發相關技術。

DRAM（Dynamic Random Access Memory）是一種半導體存儲器，名叫動態隨機存取存儲器，最為常見的系統內存。DRAM擁有非常高的密度，單位體積的容量較高因此成本較低。與大部分的隨機存取存儲器（RAM）一樣，由于存在DRAM中的數據會在電力切斷以后很快消失，因此DRAM的數據只能保持很短的時間。

Nand Flash存儲器則是flash存儲器的一種，Nand Flash存儲器具有容量較大，改寫速度快等優點，適用于大量數據的存儲，在嵌入式產品中包括數碼相機、MP3隨身聽記憶卡、體積小巧的U盤等具備廣泛的應用。

在DRAM市場，英特爾、德州儀器、IBM、韓國三星和海力士占據了絕對壟斷地位，而國內是長江存儲、合肥長鑫、福建晉華的天下。2019年，長江存儲正式對外宣布64層3D NAND閃存已經量產，這標志著中國存儲正在朝著高端存儲芯片設計制造的創新之路進發。

FPGA即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，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（賽靈思）和Altera（阿爾特拉）兩家公司占據了90%的市場份額，專利達6000余項之多，而且這種壟斷仍在加強。

除了市場份額低之外，在技術水平方面，國內廠商的差距也顯而易見。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2000萬門級的大多是逆向工程的產物或商業收購的結果。近幾年，我們出現了中國電科3500萬門級和中國電子7000萬門級的FPGA，這是一次重大技術突破，但是在性能上，和賽靈思、阿爾特拉的FPGA差距還是非常大的。

伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。

德國企業是伺服電機的領航者，倫茨、博世力士樂、路斯特、倍福等全球知名企業眾多，市場份額巨大。國產伺服電機目前的現狀是未形成巨頭級企業。小功率、小型化伺服電機居多，高端伺服電機較少。在一些高檔的應用上，尤其是在輕載6kg左右的桌面型機器人上，高端的國產化產品稀少。

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射通道兩大部分。對于現有的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射通道則視新增頻段與原有頻段間隔關系而定。

iphone5的基帶和射頻芯片  ▲ 

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。