中美芯片貿(mào)易戰(zhàn)已進(jìn)入第五個(gè)年頭，美國(guó)的干預(yù)似乎正在產(chǎn)生反噬：新興技術(shù)觀察站（ETO）最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)對(duì)下一代芯片制造技術(shù)的研究是美國(guó)的兩倍多。
ETO 指出，2018 年至 2023 年期間，全球共發(fā)表了 47.5 萬(wàn)篇有關(guān)芯片設(shè)計(jì)和制造的文章。其中 34% 由中國(guó)機(jī)構(gòu)撰寫(xiě)，而美國(guó)和歐洲的論文數(shù)量分別只有 15% 和 18%。雖然芯片制造不像人工智能和LL等熱門學(xué)科那樣受歡迎，但中國(guó)似乎正全力投入研究制造的未來(lái)。
中國(guó)的研究質(zhì)量也處于高位。如果只看引用率排名前 10% 的文章，該領(lǐng)域有 50% 的文章來(lái)自中國(guó)。美國(guó)和歐洲則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，分別為 22% 和 17%。印度、日本和韓國(guó)也對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)有所貢獻(xiàn)，但都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及中國(guó)豐富的研究成果和高引用率。
這些數(shù)字并不意味著中國(guó)比美國(guó)更先進(jìn)，但這項(xiàng)元研究的作者認(rèn)為，這可能很快就會(huì)實(shí)現(xiàn)。ETO 的 Zachary Arnold 在對(duì)《自然》雜志的評(píng)論中表示：“我不知道我們是否見(jiàn)過(guò)一個(gè)領(lǐng)域存在如此大的差異……當(dāng)你看到如此多的活動(dòng)時(shí)，很難想象這不會(huì)對(duì)中國(guó)的技術(shù)能力以及未來(lái)幾年的制造能力產(chǎn)生影響。”
就中國(guó)的研究而言，神經(jīng)形態(tài)計(jì)算（基于結(jié)構(gòu)類似神經(jīng)元的處理器）和光電計(jì)算（利用光在芯片內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)）占據(jù)了中國(guó)現(xiàn)代研究的大部分份額。這些是后摩爾定律技術(shù)，它們超越了追求越來(lái)越小的工藝節(jié)點(diǎn)的傳統(tǒng)框架，因此也不受目前針對(duì)中國(guó)產(chǎn)業(yè)的監(jiān)管。作為新興技術(shù)，除非美國(guó)設(shè)法搶在中國(guó)之前申請(qǐng)專利，否則禁止出口工具的標(biāo)準(zhǔn)芯片戰(zhàn)爭(zhēng)手段對(duì)這些下一代芯片將毫無(wú)用處。
美國(guó)對(duì)中國(guó)芯片市場(chǎng)的攻勢(shì)主要是為了限制中國(guó)制造尖端芯片，具體做法是對(duì)中國(guó)進(jìn)口現(xiàn)代芯片制造設(shè)備的能力實(shí)施制裁。自 2022 年以來(lái)，這包括制造小于 14 納米芯片的任何技術(shù)。包括 ASML 在內(nèi)的國(guó)際芯片制造供應(yīng)商已被明確禁止向與中國(guó)有關(guān)聯(lián)的實(shí)體出售產(chǎn)品，這實(shí)際上出于“國(guó)家安全原因”將中國(guó)限制在傳統(tǒng)芯片上。
可惜的是，正當(dāng)該行業(yè)為這些法規(guī)帶來(lái)的大量成熟芯片從中國(guó)涌入世界市場(chǎng)做準(zhǔn)備時(shí)，中國(guó)最終也可能發(fā)現(xiàn)西方知識(shí)和能力所不及的芯片制造技術(shù)。中國(guó)研究機(jī)構(gòu)占據(jù)了全球芯片制造領(lǐng)域被引用次數(shù)最多的前 8 名，而且沒(méi)有放緩的跡象。這些被引用次數(shù)最多的大量研究避開(kāi)了常見(jiàn)的反華理論，這些理論認(rèn)為中國(guó)只從竊取技術(shù)和研究中獲利。
中國(guó)對(duì)下一代計(jì)算機(jī)芯片的研究是美國(guó)產(chǎn)出的兩倍
分析發(fā)現(xiàn)，中國(guó)目前正在進(jìn)行未來(lái)計(jì)算硬件的大部分基礎(chǔ)研究。作者表示，如果這些研究成果發(fā)展成商業(yè)應(yīng)用，美國(guó)可能很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，利用出口管制來(lái)保持其在高性能微芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)不可能了。
盡管這項(xiàng)研究的結(jié)果并不意味著中國(guó)目前處于這一領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，但“可以說(shuō)，它向我們展示了事態(tài)的未來(lái)發(fā)展方向”，進(jìn)行分析的華盛頓喬治城大學(xué)新興技術(shù)觀察站（ETO）首席分析師扎卡里·阿諾德說(shuō)。
這項(xiàng)研究于 3 月 3 日發(fā)表，發(fā)現(xiàn) 2018 年至 2023 年間，芯片設(shè)計(jì)和制造研究論文中來(lái)自中國(guó)機(jī)構(gòu)的作者數(shù)量是美國(guó)機(jī)構(gòu)作者的兩倍多。這不僅僅是數(shù)量問(wèn)題：中國(guó)在高引用論文方面也表現(xiàn)出色。在當(dāng)年被引用次數(shù)最多的前 10% 的論文中，50% 是來(lái)自中國(guó)的作者共同撰寫(xiě)的。相比之下，來(lái)自美國(guó)的作者為 22%，來(lái)自歐洲機(jī)構(gòu)的作者為 17%。
此類研究涉及廣泛的學(xué)科，涵蓋從傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片和針對(duì)人工智能 (AI) 優(yōu)化的快速圖形處理單元到全新架構(gòu)的所有內(nèi)容。為了找到并整理與他們的研究相關(guān)的論文，ETO 的分析師必須訓(xùn)練一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法。Arnold 說(shuō)，他們的分析主要捕捉新興芯片技術(shù)，而不是商業(yè)進(jìn)步，后者通常是漸進(jìn)式和專有的。
這項(xiàng)研究只包括了英文摘要的論文；對(duì)于中國(guó)作者的論文來(lái)說(shuō)，這些論文更有可能具有國(guó)際影響力。阿諾德說(shuō)，中國(guó)一直在提高其在許多領(lǐng)域的研究成果。“但我不知道我們是否見(jiàn)過(guò)有哪個(gè)領(lǐng)域存在如此大的差異，”他補(bǔ)充道。“當(dāng)你看到如此多的活動(dòng)時(shí)，很難想象這不會(huì)對(duì)中國(guó)的技術(shù)能力和未來(lái)幾年的制造能力產(chǎn)生影響。”
這一發(fā)現(xiàn)與陳云霽在中國(guó)的所見(jiàn)所聞不謀而合。陳云霽是北京處理器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，也是設(shè)計(jì)針對(duì)人工智能優(yōu)化的芯片的公司寒武紀(jì)的聯(lián)合創(chuàng)始人。他表示，中國(guó)的制造能力落后于芯片設(shè)計(jì)，部分原因是美國(guó)的出口管制。
從 2022 年 10 月開(kāi)始，美國(guó)商務(wù)部開(kāi)始禁止向中國(guó)出售某些先進(jìn)芯片和制造設(shè)備。美國(guó)政府表示，其采取這一行動(dòng)的部分原因是中國(guó)正在利用人工智能能力“監(jiān)視、跟蹤和監(jiān)視本國(guó)公民，并推動(dòng)其軍事現(xiàn)代化”。
但陳教授表示，中國(guó)的研究正在產(chǎn)生重大的學(xué)術(shù)影響。他補(bǔ)充說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)在谷歌學(xué)術(shù)上為深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的計(jì)算架構(gòu)的引用次數(shù)已超過(guò) 10,000 次，其中最大比例（41%）來(lái)自美國(guó)。
ETO 團(tuán)隊(duì)還確定了芯片研究的“熱點(diǎn)”，包括神經(jīng)形態(tài)計(jì)算（一種受神經(jīng)元生物物理學(xué)啟發(fā)的架構(gòu)）和光學(xué)計(jì)算（使用光而不是電子來(lái)承載信息，可以提高計(jì)算機(jī)效率）。就論文數(shù)量而言，“中國(guó)在這兩個(gè)特定領(lǐng)域都處于領(lǐng)先地位，”Arnold 說(shuō)。
喬治城大學(xué)安全與新興技術(shù)中心的數(shù)據(jù)研究分析師兼中國(guó)問(wèn)題專家雅各布·費(fèi)爾德戈伊斯 (Jacob Feldgoise) 表示，如果這兩種推測(cè)性技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化，那么它們都有可能應(yīng)用于人工智能。喬治城大學(xué)安全與新興技術(shù)中心是 ETO 的主辦方。他說(shuō)，這些技術(shù)主要使用美國(guó)沒(méi)有壟斷的成熟制造技術(shù)。“中國(guó)正在試驗(yàn)許多下一代技術(shù)，如果這些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化，美國(guó)將很難控制它們，”他補(bǔ)充道。“如果中國(guó)能夠?qū)⑵渲幸恍┘夹g(shù)商業(yè)化，那么他們不只是迎頭趕上，而是有可能實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。”
中國(guó)是這一領(lǐng)域產(chǎn)量最大的國(guó)家
ETO 的研究年鑒追蹤關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的全球研究趨勢(shì)，繪制增長(zhǎng)趨勢(shì)并確定領(lǐng)先的公司、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)。在之前的文章中，我們利用年鑒探索了人工智能安全研究和網(wǎng)絡(luò)安全的全球趨勢(shì)。今天，我們將從高層次上介紹研究年鑒中最新添加的主題：芯片設(shè)計(jì)和制造。
2018 年至 2023 年期間，已發(fā)表了數(shù)十萬(wàn)篇芯片設(shè)計(jì)和制造研究論文，但該領(lǐng)域的增長(zhǎng)速度并不像人工智能等熱門話題那樣快。
中國(guó)是迄今為止發(fā)表芯片設(shè)計(jì)和制造研究出版物最多的國(guó)家，2018 年至 2023 年的論文數(shù)量超過(guò)排在其后三個(gè)國(guó)家的總和。
中國(guó)在芯片出版物被引用次數(shù)最多的方面也處于領(lǐng)先地位，其中一半被引用次數(shù)最多的文章都是來(lái)自中國(guó)組織和大學(xué)的作者。
近期已發(fā)表的芯片設(shè)計(jì)和制造研究成果的增長(zhǎng)主要來(lái)自中國(guó)和印度，而大多數(shù)其他國(guó)家的研究成果產(chǎn)出實(shí)際上隨著時(shí)間的推移而減少。
請(qǐng)注意，ETO 的研究年鑒僅考慮公開(kāi)的研究出版物，不包括專利或行業(yè)內(nèi)部研究。這對(duì)于芯片設(shè)計(jì)和制造尤其重要，因?yàn)樾酒O(shè)計(jì)和制造的大部分工作都是在行業(yè)中進(jìn)行的，因此我們?cè)诖藘H分析整體情況的一個(gè)方面。
根據(jù)《研究年鑒》的最新數(shù)據(jù)，2018 年至 2023 年期間發(fā)布了約475,000 篇與芯片設(shè)計(jì)和制造相關(guān)的文章。（這個(gè)總數(shù)以及這篇文章中來(lái)自《研究年鑒》的其他發(fā)現(xiàn)均基于我們合并學(xué)術(shù)語(yǔ)料庫(kù)中具有英文標(biāo)題或摘要的文章；它們省略了沒(méi)有英文摘要和非公開(kāi)研究的文章。）。
2018 年至 2023 年間，芯片研究總體增長(zhǎng)了8% 。這一增長(zhǎng)速度低于人工智能或LLM等熱門研究領(lǐng)域。
研究年鑒數(shù)據(jù)集中， 15%的芯片設(shè)計(jì)與制造相關(guān)文章的作者來(lái)自美國(guó)機(jī)構(gòu)，34% 的作者來(lái)自中國(guó)，18% 的作者來(lái)自歐洲。（請(qǐng)注意，有些文章缺少作者機(jī)構(gòu)和國(guó)家/地區(qū)信息，并且我們的分析不包括沒(méi)有英文摘要的文章，這可能會(huì)影響中國(guó)作者的數(shù)量。）最大的生產(chǎn)國(guó)——中國(guó)——遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于下一個(gè)最多產(chǎn)的國(guó)家（以美國(guó)為首）。
僅從高引用率文章來(lái)看，中國(guó)再次占據(jù)榜首。高引用率的芯片設(shè)計(jì)和制造文章（定義為每個(gè)出版年份引用率最高的 10% 的文章）中有50%的作者是中國(guó)，而美國(guó)作者和歐洲作者分別占22%和17%。在中國(guó)和美國(guó)之后，韓國(guó)和德國(guó)分別位居第三和第四位，但差距很大。
2018 年至 2023 年期間，十大芯片研究產(chǎn)出者中有九個(gè)是 中國(guó)研究機(jī)構(gòu)，其中以中國(guó)科學(xué)院為首，2018 年至 2023 年期間共發(fā)表了 14,387 篇文章。（同樣，我們只統(tǒng)計(jì)英文文章 - 如果包括中文文章，中國(guó)組織的數(shù)量可能會(huì)更高。）
如果只統(tǒng)計(jì)高引用率的文章，中國(guó)機(jī)構(gòu)占據(jù)了前 8 名。按照我們?cè)谶@里使用的指標(biāo)——按引用次數(shù)計(jì)算，在同一時(shí)期的所有芯片設(shè)計(jì)和制造論文中，最近發(fā)表的文章數(shù)量位居前十分之一——世界領(lǐng)先者是中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和清華大學(xué)。
其他多產(chǎn)的產(chǎn)出者包括新加坡國(guó)立大學(xué)和法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心，其中后者是按文章數(shù)量排名的芯片研究第三大產(chǎn)出者。
年鑒的引用次數(shù)最高的文章列表中出現(xiàn)了一些共同的主題，其中包括 2018 年至 2023 年期間發(fā)表的十篇引用次數(shù)最高的芯片設(shè)計(jì)和制造文章。其中一些文章重點(diǎn)關(guān)注半導(dǎo)體應(yīng)用中使用的二維材料，例如石墨烯和MXenes。過(guò)渡金屬在列表中也占有重要地位，包括對(duì)鐵磁過(guò)渡金屬和過(guò)渡金屬二硫?qū)倩锏难芯俊?/p>
芯片設(shè)計(jì)與制造研究的熱點(diǎn)問(wèn)題
過(guò)去幾年，芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域發(fā)表了數(shù)十萬(wàn)篇文章。幸運(yùn)的是，ETO 工具可以幫助從大量論文中提煉出更廣泛的趨勢(shì)。在本文，我們將展示科學(xué)地圖如何幫助您了解全球芯片研究的關(guān)鍵領(lǐng)域。
科學(xué)地圖將數(shù)以億計(jì)的全球研究出版物組織成研究集群，這些集群是經(jīng)常相互引用的文章組 - 通常是因?yàn)樗鼈冇衅渌餐c(diǎn)，例如主題、概念或語(yǔ)言。您可以使用地圖的內(nèi)置過(guò)濾器縮小到與特定主題相關(guān)的集群，或基于其他特征（如增長(zhǎng)率、國(guó)家或組織）縮小到集群。
科學(xué)地圖用戶通常希望了解某一特定主題的“頂級(jí)”研究領(lǐng)域。當(dāng)然，定義“頂級(jí)”研究的方法有很多，但 ETO 分析師通常會(huì)結(jié)合使用地圖的增長(zhǎng)和規(guī)模概念來(lái)開(kāi)始分析。通過(guò)這種方法，我們會(huì)尋找既異常龐大又有大量近期文章的研究集群——這是一種罕見(jiàn)的組合。
讓我們看看這對(duì)芯片設(shè)計(jì)和制造的具體作用。在調(diào)整了地圖列表視圖中的過(guò)濾器后，我將范圍縮小到增長(zhǎng)評(píng)級(jí)為 75 或更高的研究集群（即最近發(fā)表的文章比例高于地圖中所有集群的 75% 或更多）并且在過(guò)去五年中至少有 1000 篇新文章。（如果您愿意，可以嘗試在每個(gè)過(guò)濾器上使用不同的閾值。）
ETO 科學(xué)地圖中的芯片相關(guān)研究集群，至少有 1000 篇近期文章和 75+ 的增長(zhǎng)評(píng)級(jí)。
這些集群中的許多似乎都專注于“后摩爾定律”半導(dǎo)體的研究，反映出行業(yè)和學(xué)術(shù)界對(duì)傳統(tǒng)芯片技術(shù)即將面臨的極限的擔(dān)憂。幾十年來(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)一直在進(jìn)行探索性研究，因?yàn)樗麄冎溃罱K基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 的半導(dǎo)體器件制造將達(dá)到原子極限：即我們無(wú)法在硅集成電路上物理地安裝更多晶體管的臨界點(diǎn)。
我們確定的“熱門話題”集群反映了這一新興研究議程中的幾個(gè)不同主題，包括圍繞新計(jì)算模型構(gòu)建的半導(dǎo)體，例如神經(jīng)形態(tài)計(jì)算 ( 3255 )，以及用于更高效架構(gòu)和封裝的技術(shù)，例如光子學(xué) ( 23560 )。（光子學(xué)也越來(lái)越多地用于處理器之間的高速網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信。)
轉(zhuǎn)自：半導(dǎo)體行業(yè)觀察
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