移动互联网

从“芯”开始 道阻且长

2019/7/8 14:28:00

作者:夏天

来源:GPLP犀牛财经(ID:gplpcn)

在近期风波之前,大家对芯片并不关心,相关事件之后,对于芯片领域大家都在蠢蠢欲动,事实上,对靠科技吃饭的企业来说,芯片是其大脑,缺芯可是很要命的。

有人可能要问了:造个芯片,咋比找对象还难?

我不信,找对象更难!

芯片到底是个什么鬼?

专业的定义是这么说的:芯片,又称微电路,是指内部含有集成电路的硅片。

要想明白芯片是什么,得先知道半导体,而要知道半导体,有要从电子管讲起,再谈电子电路、电子计算器等等这些都与早期的无线电技术有关,是从无线电技术发展起来的高技术系列,直到现在人们常说的人工智能。

噗……吐血,简单点说,大家都知道,手机里最重要的就是芯片,手机能实现那么多功能,让我们那么嗨皮的当然是芯片,其实芯片有三个非常重要的组成部分:硅片、晶体管、金属线。

那他们是怎么工作的呢?硅片,就是提供一个干活的场所;晶体管,芯片里面苦逼干活的;金属线,就是电流的传送带。

还是有些蒙圈对不对,打个比方,你要用手机给你女朋友拍照,第一步要干嘛?

找个女朋友。

额……是打开相机,但是有没有想过,打开相机的一瞬间发生了啥?其实就是你的手指给手机下了这样一个指令:手机里有专门负责运送指令的快递员,它们负责把信息交给晶体管,而晶体管由金属线连着,可以把电流传来传去,分析这些信息,然后它们很快就明白了,原来你是想拍照,于是赶紧通知相机打开,这样就可以拍照了。

当然,这只是非常简单的一个比喻,这实际的过程很复杂,为了让大家少死点脑细胞,简单了解个大概就行。(不正之处请各位大佬嘴下留情)

总的来说,硅片、简体管和金属线组合出了狂拽酷炫的芯片,让我们动动手指、动动嘴就能实现各种骚操作。

那么大家的问题可能就来了,既然芯片这么牛掰,肯定很难造吧?

大家可真是个小机灵鬼,不难造,咱们至于让米国这么趾高气昂的吗?

那我们看看造个芯片到底有多难呗?

上面说了,芯片的来源是硅,那么硅怎么来的呢?沙子,为什么是沙子呢?

敲黑板,朋友们,知识点来了。

选择沙子的主要原因是因为沙子的主要成分是二氧化硅(SiO2),而半导体的原材料就是硅(Si),所以直接从沙子里面提取就可以了;其次是因为沙子它便宜,它取之不尽用之不竭,沙子到处都有吧。而且硅在地球的元素含量仅次于氧,多的很呢。

但是呢,制作硅片,它只要硅,不要氧,那我们就要从中搞破坏了,通过高温加热的方法,一通化学反应之后,把氧带走,于是硅就变成了单身狗,这样很多个硅组合在一起就成为了一个硅柱子,最后我们用切黄瓜片的方式,把硅柱子切成薄片,就得到了我们想要的硅片。

硅的评判指标就是纯度,你想想如果硅里有一堆杂质,那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。

太阳能级高纯硅要求99.9999%,这玩意儿全世界超过一半是中国产的,早被玩成了白菜价。芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(别数了,11个9),几乎全赖进口,直到2018年江苏的鑫华公司才实现量产,目前年产0.5万吨,而中国一年进口15万吨。

而这仅仅只是提纯,离成为芯片还有十万八千里,九九八十一难。

说了这么多,造个芯片过程之复杂,运算之精妙,零件之多,但这玩意就只有那么一丢丢大,要在那么一丢丢大的东西里,弄几亿个晶体管,近万米的金属线,可不可怕。

也就是说,晶体管越小,性能越爆炸,另外根据摩尔定律,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

那中国为啥在这方面落后呢?

主要有三个原因:

  1. 输在起跑线上,高科技这种行业,每个国家从一开始就不一样;

1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管。直到1956年,中国才成功制成第一根硅单晶。鉴于早期的计算机是用分立元件(电子管、晶体管等)做的,彼时中国还可以跟随国外的计算机技术。

随着集成电路发展到大规模集成电路时代,中国由于没有集成电路产业的支撑,就明显追赶乏力了。而世界上的芯片技术却突飞猛进。到目前为止,虽然我们有华为海思、中芯国际等知名的芯片设计和芯片制造企业,但就整体产业发展而言,相较国际先进水平,我们可能需要一二十年才能追赶上。

  1. 研发成本高,动不动就是上百亿的投入;

事实上,芯片设计不光要烧钱,还需要时间沉淀,10年都算是少的,这属于“烧钱烧时间”的核心技术。拿英特尔来说,一年研发费用高达130亿美元,占其营收的21.2%。烧钱烧时间也就罢了,还要做好长期投入的规划,即使芯片研发出来了,回报也是比较慢的,因为只有大规模批量生产了,才能降低成本。

  1. 最重要的是,人才的稀缺

这几年戏子当道,天价片酬、营销炒作等这类的新闻铺天盖地,大家被乱象迷了眼,都热衷于挣快钱,幻想一夜暴富,但是有多少人真正的关注科技。

虽说市场很大,但是没有人才去挖掘,那就是看得见但是吃不着,在中国,AI芯片人才的储备也只有世界的1%。

因此,不要觉得有了华为,大家就不用了“芯”慌了,实际上,我们在很多高科技方面的技术跟发达国家相比还有很大的差距呢。

我们和世界的差距有多大?

芯片既然是核心技术,自然就会发展出独立的公司,早期的设计制造都是一块儿做的,最有名的:美国英特尔、韩国三星、日本东芝、意大利法国的意法半导体;中国的华润微电子、士兰微等,还有中国台湾省的旺宏电子等。

目前现在芯片公司大概有三类:设计制造都做、只做设计、只做制造。

后来随着芯片越来越复杂,设计与制造就分开了,有些公司只设计,成了纯粹的芯片设计公司。如,美国的高通、博通、AMD,中国台湾的联发科,中国大陆的华为海思、展讯等。

现在世界上一半手机装的是高通芯片;博通是苹果手机的芯片供应商,手机芯片排第二毫无悬念;AMD和英特尔基本把电脑芯片包圆了。这些全是美国公司,世界霸主真不是吹的。

在中国的芯片设计公司,中国台湾省顶住了大半边天!像联发科走的中低端路线,手机芯片的市场份额排第三,很多国产手机都用,比如小米、OPPO、魅族。

华为海思是最争气的,大家肯定看过很多故事了,那就不展开了。除了通信芯片,海思也做手机用的麒麟芯片,市场份额随着华为手机的增长排进了前五。

除了芯片设计,还有一类是只制造、不设计的晶圆代工厂,这个中国台湾的台积电必须有名,正是它的出现,才把芯片的设计和制造分开了,2017年台积电包下了全世界晶圆代工业务的56%,规模和技术均列全球第一,市值甚至超过了英特尔,成为全球第一半导体企业。

中国的中芯国际具备28nm工艺,14nm的生产线也在路上,可惜还没盈利。大家还是愿意把这活交给台积电,台积电几乎拿下了全球70%的28nm以下代工业务。最近台积电又上线了7nm工艺,稳稳压过三星,而台积电的首批客户就是华为的麒麟980芯片。

说了芯片设计、制造,当然与之对应的就是制造芯片的关键制造设备,这就多了,大约有200多种关键制造装备,包括光刻机、刻蚀机、清洗机、切割减薄设备、分选机以及其他工序所需的扩散、氧化、清洗设备等。每种装备的制造技术要求都很高,制造难度极大且造价十分高昂。

而这其中最重要的设备,也是决定芯片良品率的就是“光刻机”,荷兰阿斯麦公司是全球唯一的高端光刻机生产商,每台售价至少1亿美金,2017年只生产了12台,2018年预计能产24台,这些都已经被台积电三星英特尔抢完了,2019年预测有40台,其中一台是给咱们的中芯国际。

既然这么重要,咱不能多出点钱吗?

第一:英特尔有阿斯麦15%的股份,台积电有5%,三星有3%,有些时候吧,钱不是万能的。第二,米国整了个《瓦森纳协定》,敏感技术不能卖。

所以,论半导体设备,中国任重道远。

AI芯片能否实现“弯道超车”?

大家经常听到的高通、英特尔、IBM、谷歌这些公司它们到底是在哪些领域领先于我国呢?我们还能从哪些领域突破呢?

首先我们要知道计算类芯片是半导体产业的核心,目前世界范围内主流标准化逻辑电路有四种:CPU、GPU、ASIC、FPGA。

可以说西方国家对这四类产品形成了一个革命性的垄断,从图中我们可以清晰的看到,这四个主流领域多被欧美发达国家的电子巨头所垄断。

但是,机会来了!

AI的复兴颠覆了以往由英特尔、AMD、高通等顶级芯片公司carry全产业的稳定局面,可以说,中国的芯片可以迟到,但是绝不会缺席。

AI 是 ASIC 的主要应用领域,随着人工智能时代到来,传统的神经网络算法在通用芯片(CPU 、GPU)上效率不高,功耗比较大,因此从芯片的设计角度来说,通用型往往意味着更高的成本。

而这就让中国的初创企业看到了机会,通过针对AI操作进行优化,希望通过这样的方法,它能够在速度、功耗,甚至可能在芯片的实际尺寸方面超越GPU,能够真正的实现“弯道超车”。

目前从全球范围来看,基于人工智能方向的ASIC 领域并未出现“一家独大”的局面,反而呈现出国内外电子科技巨头、科研院所和国内初创型公司互相竞争的格局。

不仅仅有英伟达、赛灵思、英特尔、高通等传统的芯片巨头,还有谷歌微软、Facebook、国内BAT等互联网巨头,以及国内一批AI初创企业,如寒武纪、燧原科技等等,大家都在AI芯片这一赛道拼命发力,试图在这一领域独占鳌头。

而国内更是掀起了造芯的热潮,各行各业的巨头都义无反顾的投身其中。雷军之前号称小米芯片研发已投资40多亿,并且表示在2019年还会继续加大投入,但出来的成果是,小米自主研发的芯片,澎湃1只是当时市场上一款中低端芯片,且并不稳定,短暂在小米手机使用后,随即被弃用,而小米立项的澎湃二芯片项目,立项多年,不断的注入资金,但到目前为止依然没有成果,且被传方案失败率太高,需从头开始做起。

另外 ,董明珠在去年也宣布要做芯片,每年投入100亿,三年以后投入500亿,乍听起来真的不少,但是,真的够吗?

这是准备造“芯”,一些独角兽已经研发出了芯片。今年5月,四大独角兽四大独角兽之一的依图科技推出首款视觉推理AI芯片产品QuestCore(求索),但是依图科技并不单独出售该款芯片,而是与依图的智能软件相结合,作为软硬件一体化解决方案提供给客户。

可见大家都还处在一个比较初级的阶段,而且上文也说到了芯片的研发是一个长期的过程,不可能一蹴而就,最重要的是,如果无法实现落地,那根本没有意义。

但是,个人认为,只要去发展,国产芯片还是非常有希望的,虽然目前还处于阵痛期,不过未来实现弯道超车之日可待。


版权声明
本文仅代表作者观点,不代表银猪在线立场。本文系作者授权银猪在线专栏发表,未经许可,不得转载。
  • 银猪在线网

    银猪在线网是银猪在线集团旗下新经济门户网站,为用户提供互联网数据资讯聚合平台。

  • 银猪官网


  • 官方微信

    新浪微博
    邮件订阅
    第一时间获取最新行业数据、研究成果、产业报告、活动峰会等信息。