从“芯”开始 道阻且长

原标题：从“芯”开始 道阻且长

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。

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