制造業(yè)強(qiáng)國的三大基礎(chǔ)要素

制造業(yè)強(qiáng)國的三大基礎(chǔ)要素是新型信息技術(shù)、新材料和技術(shù)創(chuàng)新體系。中國堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化搶占重要領(lǐng)域的先機(jī)。需要重點(diǎn)補(bǔ)短板的材料

集成電路包括設(shè)計(jì)、制造、封裝，但是受到重大裝備和關(guān)鍵材料的限制。PC行業(yè)雖然早實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，但是一些高端技術(shù)元器件，包括高端電容、電感國產(chǎn)化率很低。內(nèi)存顆粒和硬盤行業(yè)也被國外壟斷。集成電路材料和器件，所有的半絕緣碳化硅襯底、導(dǎo)電襯底及外延片主要從國外進(jìn)口。MEMS器件玻璃粉封裝、電子信息功能陶瓷材料、高性能氮化物陶瓷粉底及基板自給率都是零，光刻膠自給率僅5%，高純石英玻璃及制品、探測(cè)用的人工晶體主要來自國外。

新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)需要重點(diǎn)補(bǔ)充短板的材料一大堆，特別是193納米光刻膠完全空白。我們制定了硅及硅基半導(dǎo)體材料發(fā)展重點(diǎn)目標(biāo)，包括300毫米硅片產(chǎn)品由14nm提升到7nm水平等，這是2025年的目標(biāo)，特別是在新型半導(dǎo)體材料上，我們希望換道超車，比如開發(fā)三維RRAM器件材料體系與結(jié)構(gòu)單元，或包括1G到5G更高容量的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)芯片等。

還有光電子器件。主要面向?qū)拵Ч饫w通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、無人駕駛等，硅基光電子集成芯片技術(shù)、混合光電子的集成技術(shù)，包括微波與光波的技術(shù)非常重要，成為當(dāng)前的掣肘技術(shù)。在10GP以上，速率光電子器件國產(chǎn)化幾乎為零，光電子器件研發(fā)中心技術(shù)高、更迭迭代快，需要長期積累。

光電子器件和集成是通信5G發(fā)展的關(guān)鍵。建立標(biāo)準(zhǔn)化的集成工藝標(biāo)準(zhǔn)，光交換和光互連的核心芯片集成技術(shù)已進(jìn)行重點(diǎn)突破。必須要在超100G光傳輸技術(shù)上，大踏步前進(jìn)，光電子和微電子的融合支撐產(chǎn)業(yè)升級(jí)和高質(zhì)量的發(fā)展是要選擇的道路。比如氮化物半導(dǎo)體是唯一覆蓋紅外到紫外波場(chǎng)范圍的半導(dǎo)的體系，包括Micro-LED新型顯示技術(shù)，另外還要發(fā)展寬帶通信和新型網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)。中國的移動(dòng)通信、新一代網(wǎng)絡(luò)，特別是五代通訊網(wǎng)絡(luò)在超高速、大容量、智能光傳輸和光交換方面一定要達(dá)到國際高端水平。其中光帶通信和信息網(wǎng)絡(luò)要超低延伸無線聯(lián)通設(shè)計(jì)技術(shù)、大規(guī)模的天線配置等，在網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，去蜂窩化、個(gè)性化和云化方面也取得了突破。

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)方面中國發(fā)展很快，但是還應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、智能化、平臺(tái)通用化方面，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架、基礎(chǔ)芯片、軟件方面取得突破。自主可控的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)非常重要。要保證中國網(wǎng)絡(luò)安全，特別是利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智慧城市、人工智能的優(yōu)勢(shì)，大力研究自主可控的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)真實(shí)可信、信息安全、訪問授權(quán)、攻擊預(yù)防、事后追溯、容器網(wǎng)絡(luò)、分級(jí)控制。所以，要加強(qiáng)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，這是重要的中心任務(wù)。

發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)及智慧城市是中國的優(yōu)勢(shì)，數(shù)百個(gè)城市已開展智慧城市的建設(shè)，包括大規(guī)模的視頻監(jiān)控和智能傳感。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造，新一代人工智能中大數(shù)據(jù)智能整體框架，三元空間的大數(shù)據(jù)，包括信息空間人類社會(huì)，物理空間人工智能的基礎(chǔ)架構(gòu)和平臺(tái)、人工智能的理論與模型等，大數(shù)據(jù)智能的計(jì)算范式，從數(shù)據(jù)到知識(shí)的決策，都要開始進(jìn)行。

要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展需要強(qiáng)大的新材料支撐，到2030年，中國大尺寸的硅片每年需求要達(dá)到40億平方英寸，第三代半導(dǎo)體先進(jìn)半導(dǎo)體拋光光片要達(dá)到7.5億片，第三代半導(dǎo)體材料外延芯片需要6億平方英寸，特別是顯示面板每年需要3.5億平方米?，F(xiàn)在中國擁有14條8.5代一級(jí)面板和10代最高級(jí)的面板，但是還是需要大量新型的顯示技術(shù)。

另外，發(fā)展航空大飛機(jī)需要高溫的合金材料，中國的燃煤技術(shù)將近8億千瓦的裝機(jī)容量，現(xiàn)在600度超臨界的改造只有2億千瓦，還有大量的改造任務(wù)，需要幾千萬的耐熱合金和耐熱鋼，包括高端軸承、齒輪、液壓、模具，包括海洋的各種耐蝕合金、深海開采，包括海水淡化的膜材料，特種塑料在現(xiàn)代制造業(yè)核心元器件的應(yīng)用，都非常重要。

選擇其中幾類重點(diǎn)突破

目前新材料用得很多，可以選擇其中幾類作為國家重大科技項(xiàng)目。比如高端裝備的特種合金，應(yīng)用在海洋裝備、高鐵、飛機(jī)和高檔汽車的重大裝備里。比如發(fā)電，如果蒸汽溫度到600度到700度，每度電的煤耗將從330個(gè)標(biāo)煤降到210克，我們每年40億噸煤一半以上在發(fā)電，每度電降1克標(biāo)煤，節(jié)能效果就非常好。必須把700度的耐蝕合金、耐熱合金攻下來。中國雖然起步晚了20年，但是現(xiàn)在我們?cè)谄啓C(jī)大型船只領(lǐng)域走在了全世界的前面，包括壓水碓核電站的核能材料和深海油氣的采鉆技術(shù)各種材料，但1400米以下我們有很多高端材料空白、低端材料不能用，甚至連標(biāo)準(zhǔn)都沒有。在非金材料上中國已經(jīng)有24條線，非晶合金每秒鐘可以冷卻100萬度，金屬玻璃，每公斤只有0.16瓦的鐵水，在配電變壓器里可以大量地降低損耗達(dá)到70%以上，是非常好的節(jié)能材料。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)代表一個(gè)國家的工業(yè)水平，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造難在材料和高溫合金上，新一代的渦輪盤制備技術(shù)使我們國家的高溫合金性能得到提高。先進(jìn)的鈦合金材料、鎂合金、鋁合金的應(yīng)用將大大的節(jié)能，獲得更高的性能。鈦合金是最好的海洋材料和航空航天材料，性能優(yōu)良。中國的鈦儲(chǔ)量全世界第一，我們也開發(fā)了很多鈦合金，但應(yīng)用沒有跟上去，全國只用了5萬噸，徘徊了近15年。其中鎂合金比重很輕，如果應(yīng)用在汽車上，可以大量的減重。特別是在飛機(jī)上，如果用鎂合金代替鋁合金可以使飛機(jī)的減重達(dá)到數(shù)噸以上，鎂合金有一個(gè)缺點(diǎn)是高溫自燃，但中國已經(jīng)解決了這個(gè)問題。

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的方向

這些年工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的方向，最早是蒸汽機(jī)，是動(dòng)力體系。第二是電氣化。第三是液壓體系。第四是光功能。下一個(gè)創(chuàng)新熱點(diǎn)將是磁。永磁科技，產(chǎn)業(yè)升級(jí)，永磁發(fā)動(dòng)機(jī)、永磁齒輪、永磁軸承、永磁懸浮將會(huì)成為新型節(jié)能磁動(dòng)力系統(tǒng)。這是一個(gè)新型的萬億產(chǎn)業(yè)。

永磁調(diào)速體系已經(jīng)變化了，不用傳統(tǒng)的減速體系，利用永磁自動(dòng)體系，可以永保安全。如果在30層樓高電梯出現(xiàn)故障掉到地面，電梯內(nèi)放一杯水，水都不會(huì)蕩出一滴，只要在導(dǎo)軌加上了永磁，可以非常穩(wěn)定。永磁齒輪，加上齒輪以后沒有磨損，不需要潤滑，壽命大大增加。這些技術(shù)可以形成巨大的產(chǎn)業(yè)集群，應(yīng)該列入國家重大專項(xiàng)，微電子、光電子材料，新型顯示第三代半導(dǎo)體，包括印刷與激光顯示是第三代現(xiàn)實(shí)技術(shù)，中國必須突破，印刷顯示材料已經(jīng)走在全世界前列。激光顯示和印刷顯示將是下一階段的重要顯示技術(shù)。

大功率激光材料與器件，包括新型激光材料與器件不斷問世。雖然在高端光電子和微電子方面中國和國外差距巨大，但是三代半導(dǎo)體，僅差三到五年的時(shí)間，特別是LED、光電器件上，有的地方領(lǐng)先國際。

大力發(fā)展三代半導(dǎo)體，特別是光電器件、功率器件和通信微波器件將起到巨大作用。部分發(fā)達(dá)國家計(jì)劃2040年到2050年實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)。中國工程院主席團(tuán)名譽(yù)主席徐匡迪10年前認(rèn)為，21世紀(jì)中國將進(jìn)入氫能時(shí)代。燃料電池，將是氫能時(shí)代的一個(gè)重要的代表，燃料電池全面啟動(dòng)，在車上的工程化應(yīng)用終極目標(biāo)是零污染?，F(xiàn)在整個(gè)技術(shù)在中國已經(jīng)啟動(dòng)，達(dá)到很高的水平。包括前沿的膜材料、智能仿生材料、石墨烯材料等等。3D打印金屬粉末的各種材料體系也正在完善。新一代生物醫(yī)藥材料包括材料基因組工程，主要是在智能化設(shè)計(jì)新材料，材料基因組工程。

（根據(jù)中國工程院院士干勇在第二十屆中國科協(xié)年會(huì)上作的報(bào)告整理而成，未經(jīng)本人確認(rèn)。）