我國(guó)集成電路供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)策研究

肖廣娣 葉潤(rùn)國(guó)

摘? ?要：文章以集成電路供應(yīng)鏈安全為研究對(duì)象，分析了目前我國(guó)集成電路供應(yīng)鏈在設(shè)計(jì)、制造、封裝、設(shè)備、材料等各部分的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題，提出加強(qiáng)集成電路全生命周期中供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的安全保障措施和建議，以實(shí)現(xiàn)提高我國(guó)集成電路供應(yīng)鏈安全的目的。

關(guān)鍵詞：集成電路;供應(yīng)鏈;安全;風(fēng)險(xiǎn);生命周期

1 引言

集成電路供應(yīng)鏈已經(jīng)延伸至全球范圍，目前微軟的Windows操作系統(tǒng)和Intel的處理器構(gòu)成Wintel架構(gòu)的計(jì)算機(jī)技術(shù)體系，長(zhǎng)期以來(lái)一直壟斷著世界桌面計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，產(chǎn)品供應(yīng)鏈非常成熟，并發(fā)展出了完善的生態(tài)體系。在物流術(shù)語(yǔ)中，供應(yīng)鏈的定義為“供應(yīng)鏈?zhǔn)巧a(chǎn)及流通過(guò)程中，涉及將產(chǎn)品或服務(wù)提供給最終用戶活動(dòng)上游與下游組織所形成的網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)”，而集成電路供應(yīng)鏈從傳統(tǒng)的物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)上升到集成電路的采購(gòu)、設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售、維護(hù)等全生命周期中的各個(gè)環(huán)節(jié)。

集成電路供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)一般有三種來(lái)源，第一種是假冒偽劣，集成商為降低成本，使用劣質(zhì)元器件或芯片代替完好的，或者把不正規(guī)渠道獲得的產(chǎn)品包裝成正規(guī)產(chǎn)品投入使用，引發(fā)相應(yīng)的安全問(wèn)題。第二種是惡意更改，集成電路產(chǎn)品由正規(guī)渠道獲得，但是在供應(yīng)鏈生命周期中被人為將電路原來(lái)的設(shè)計(jì)邏輯篡改、植入某種特殊功能的邏輯部分或者存在某種未知指令，在某種條件下被觸發(fā)，可能會(huì)造成非法竊取重要信息、改變電路功能、控制系統(tǒng)權(quán)限、直接造成物理?yè)p壞等嚴(yán)重后果。第三種是中斷供應(yīng)，因?yàn)檎我蛩?、自然或者人為因素、不正?dāng)競(jìng)爭(zhēng)、關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障等中斷對(duì)集成電路產(chǎn)品或服務(wù)的供應(yīng)。

2 我國(guó)集成電路供應(yīng)鏈現(xiàn)狀

我國(guó)是世界上最大的芯片進(jìn)口國(guó)，也是全世界芯片需求增長(zhǎng)最快的國(guó)家，但是由于缺乏核心技術(shù)，在電子元器件上嚴(yán)重依賴進(jìn)口，特別是集成電路進(jìn)口比例最高，根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)提供數(shù)據(jù)顯示，2018年我國(guó)集成電路的進(jìn)口總額達(dá)到3120.6億美元，出口額只有846.4億美元，進(jìn)出口逆差達(dá)到了2274.2億美元，并且近幾年我國(guó)集成電路貿(mào)易逆差逐年擴(kuò)大，特別是高端芯片大部分依賴進(jìn)口。

集成電路供應(yīng)鏈有著顯著的全球化特點(diǎn)，帶動(dòng)了芯片制造各個(gè)環(huán)節(jié)的外包，芯片在一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)，另一個(gè)國(guó)家流片生產(chǎn)，再在其它國(guó)家進(jìn)行測(cè)試和封裝已經(jīng)成為普遍采用的模式。由于工藝能力的限制，我國(guó)許多芯片都是在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)國(guó)外流片，如果芯片被植入某些惡意的邏輯，當(dāng)前的硬件安全分析技術(shù)很難檢測(cè)出來(lái)。集成電路是國(guó)家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，一旦供應(yīng)鏈出現(xiàn)了安全問(wèn)題，將會(huì)嚴(yán)重影響到相關(guān)系統(tǒng)的安全。

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，再加上國(guó)外引進(jìn)和國(guó)內(nèi)培育，我國(guó)培養(yǎng)出了一批芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、芯片封裝以及測(cè)試的典型企業(yè)，初步形成了集成電路從設(shè)計(jì)、流片、封裝、測(cè)試等全生命周期各環(huán)節(jié)的生態(tài)鏈。近年來(lái)，我國(guó)的集成電路中低端產(chǎn)品市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化比例逐漸增加，在專用芯片的設(shè)計(jì)方面進(jìn)步較快，核心路由器芯片等部分企業(yè)產(chǎn)品達(dá)到世界先進(jìn)水平。但是，在嵌入式芯片和高端通用芯片的設(shè)計(jì)和制造方面，我國(guó)與世界先進(jìn)水平相比還有很大的差距。每年進(jìn)口的集成電路產(chǎn)品中，有百分之七十以上是CPU和存儲(chǔ)器芯片，而國(guó)內(nèi)從事計(jì)算機(jī)CPU設(shè)計(jì)的企業(yè)在民用領(lǐng)域占比非常小，對(duì)科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)和政府補(bǔ)貼的依賴性較強(qiáng)，掌握核心技術(shù)的能力薄弱，高端芯片長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，加大了我國(guó)集成電路安全的風(fēng)險(xiǎn)。

2019年初，美國(guó)政府以供應(yīng)鏈安全為名對(duì)華為公司展開(kāi)了新一輪調(diào)查，并在同年的5月份將華為列入“實(shí)體清單”，要求所有的美國(guó)公司向華為出售產(chǎn)品時(shí)都必須事前獲得許可特批。近兩年的中美貿(mào)易戰(zhàn)使我國(guó)核心技術(shù)受制于人的局勢(shì)更加嚴(yán)峻，要改變這種被動(dòng)局勢(shì)，確保供應(yīng)鏈安全是應(yīng)對(duì)集成電路安全挑戰(zhàn)的必然選擇。目前，我國(guó)的集成電路核心技術(shù)尚未掌握，信息類產(chǎn)品關(guān)鍵部件高度依賴于進(jìn)口，在材料和設(shè)備受制于人的情況較為嚴(yán)重的形勢(shì)下，提高我國(guó)的集成電路供應(yīng)鏈安全勢(shì)在必行。

3 我國(guó)集成電路供應(yīng)鏈面臨的主要問(wèn)題

目前，我國(guó)集成電路的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平還有一定差距，由于工藝技術(shù)水平的短板，我國(guó)僅能夠生產(chǎn)中低端的芯片，高端精密的芯片研發(fā)制造能力薄弱，并且我國(guó)集成電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要把設(shè)計(jì)放在國(guó)外進(jìn)行流片，或者直接使用第三方提供的IP核，增加了集成電路產(chǎn)品的安全風(fēng)險(xiǎn)。本文對(duì)我國(guó)集成電路供應(yīng)鏈中目前存在的安全問(wèn)題從設(shè)計(jì)、制造、封裝、設(shè)備、材料等方面進(jìn)行介紹。

（1）集成電路設(shè)計(jì)安全問(wèn)題

目前，我國(guó)的集成電路的設(shè)計(jì)研發(fā)隊(duì)伍規(guī)模相對(duì)較小、人才缺乏，設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)規(guī)范和流程等都有待提高。集成電路的開(kāi)發(fā)環(huán)境，如EDA等和國(guó)外存在較大的差距。

（2）集成電路制造安全問(wèn)題

集成電路制造是我國(guó)的薄弱環(huán)節(jié)，世界范圍內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)從14到28納米的工藝技術(shù)相對(duì)成熟，10到14納米的工藝技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)，國(guó)際上一些龍頭企業(yè)正在投資建設(shè)5到7納米的工藝技術(shù)生產(chǎn)線。目前，我國(guó)集成電路制造企業(yè)技術(shù)工藝水平主要集中在28納米以上，僅部分企業(yè)達(dá)到了28納米。

（3）集成電路封裝安全問(wèn)題

集成電路的封裝技術(shù)門檻相對(duì)較低，我國(guó)有一定的技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)規(guī)模，目前沒(méi)有明顯的技術(shù)劣勢(shì)，正在逐漸追趕世界先進(jìn)水平，部分企業(yè)有望達(dá)到世界領(lǐng)先水平。目前，封裝技術(shù)中的3D堆疊、晶圓級(jí)封裝和凸塊技術(shù)均被國(guó)內(nèi)廠商廣泛采用，但是存在封裝成本高和技術(shù)創(chuàng)新能力差的問(wèn)題。

（4）集成電路設(shè)備安全問(wèn)題

集成電路的制造設(shè)備比較復(fù)雜，目前我國(guó)集成電路制造設(shè)備整體發(fā)展速度較快，多種設(shè)備實(shí)現(xiàn)了零突破。例如等離子刻蝕機(jī)、清洗劑等實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)，但是硅片制造設(shè)備在技術(shù)和成品良率方面與國(guó)際先進(jìn)水平相比都有很大差距，晶圓制造設(shè)備核心技術(shù)還掌握在其它少數(shù)國(guó)家的手中，國(guó)內(nèi)企業(yè)整體還不具備面向先進(jìn)工藝的成套工藝能力。

（5）集成電路材料安全問(wèn)題

集成電路材料具有規(guī)模大、技術(shù)門檻高、細(xì)分領(lǐng)域多的特點(diǎn)，它是集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)集成電路制造的技術(shù)創(chuàng)新和安全可靠發(fā)展起著重要作用。集成電路的材料主要分為晶圓制造材料和封裝所用材料。晶圓制造材料包括硅片、特種氣體、高純度化學(xué)制劑、光刻膠等。封裝材料包括封裝基板、引線框架、芯片粘結(jié)材料、包裝材料等。其中硅片是芯片制作的基礎(chǔ)材料，它占芯片成本的30%左右，硅片直徑越大，在一塊硅片上集成的電路就越多，芯片生產(chǎn)成本相對(duì)應(yīng)越低。但是硅片尺寸越大，對(duì)材料、設(shè)備、技術(shù)的要求會(huì)更高。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)拉單晶技術(shù)、單晶氧碳含量、缺陷控制等都存在明顯不足，大硅片的生產(chǎn)技術(shù)急需提升。在2018年之前，我國(guó)從事半導(dǎo)體硅片技術(shù)的工作人員在六千人左右，雖然數(shù)量在繼續(xù)擴(kuò)充，但是目前這些人員的工作經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平、熟練程度等與國(guó)際上大型芯片制造企業(yè)的員工有一定差距，技術(shù)人才的缺乏成為芯片制造行業(yè)面臨的一大問(wèn)題。

由于全球?qū)杵氖袌?chǎng)需求持續(xù)加大，一些國(guó)際龍頭企業(yè)為保障自身技術(shù)和產(chǎn)量增加不受影響，與硅片制造企業(yè)簽訂了長(zhǎng)期協(xié)議，形成緊密合作研發(fā)關(guān)系，生產(chǎn)定制化的設(shè)備，導(dǎo)致全世界范圍內(nèi)的硅片供應(yīng)愈發(fā)緊張。國(guó)內(nèi)企業(yè)尚不具備大尺寸硅片的持續(xù)供應(yīng)能力，對(duì)于大尺寸硅片來(lái)說(shuō)，我國(guó)之前嚴(yán)重依賴進(jìn)口，并且只能購(gòu)買沒(méi)有優(yōu)化的產(chǎn)品，在這樣的大背景下使得我國(guó)的硅片企業(yè)只能重新獨(dú)立研發(fā)，由于技術(shù)進(jìn)度始終落后于世界先進(jìn)水平，導(dǎo)致我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)面臨被境外硅片企業(yè)斷供的風(fēng)險(xiǎn)。

總體來(lái)講，我國(guó)集成電路的材料各細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展速度較快，在小尺寸芯片、光刻膠、金屬靶材等方面取得了一定成績(jī)。但是，我國(guó)整體實(shí)力偏弱，產(chǎn)品主要集中在中低端，高端產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口，供給能力遠(yuǎn)未達(dá)到我國(guó)市場(chǎng)發(fā)展需求，是目前制約我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要一環(huán)。

（6）集成電路供應(yīng)鏈其它方面的安全問(wèn)題

目前，我國(guó)集成電路的核心技術(shù)受制于人，技術(shù)架構(gòu)需要國(guó)外授權(quán)，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，材料、設(shè)備和國(guó)外技術(shù)水平相差較大，關(guān)鍵部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口，供應(yīng)商可替代性差，隨時(shí)還會(huì)受到政治或人為等因素影響，存在斷供風(fēng)險(xiǎn)，一些國(guó)家和政府嚴(yán)格管制本國(guó)集成電路技術(shù)的出口和合作，限制外國(guó)企業(yè)在本國(guó)進(jìn)行技術(shù)方面的收購(gòu)和投資，使中國(guó)企業(yè)在海外通過(guò)并購(gòu)提升技術(shù)水平的方式屢屢受阻，導(dǎo)致我國(guó)集成電路供應(yīng)鏈存在較高的風(fēng)險(xiǎn)。

4 提高集成電路供應(yīng)鏈安全的對(duì)策

提高集成電路供應(yīng)鏈安全，需要厘清芯片供應(yīng)商、制造商、系統(tǒng)集成商、服務(wù)提供商、經(jīng)銷商等多個(gè)合作方的角色和職責(zé)范圍內(nèi)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)學(xué)研相互結(jié)合共同努力，建立成熟的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，提出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)，在供應(yīng)鏈的全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)都要加強(qiáng)安全保障措施，嚴(yán)防后門植入，才能確保安全，建議集成電路供應(yīng)鏈的各環(huán)節(jié)提高安全性。

（1）集成電路采購(gòu)合同安全

保障產(chǎn)品供需雙方簽署合同內(nèi)容條款的充分完整性，應(yīng)包含必要的約束條款、懲罰機(jī)制條款等。

（2）知識(shí)產(chǎn)權(quán)安全

保障集成電路開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有合法的指令集架構(gòu)授權(quán)、專利授權(quán)或第三方IP使用授權(quán)，授權(quán)方式、授權(quán)內(nèi)容以及授權(quán)時(shí)間期限等均不存在糾紛，特有的技術(shù)特征申請(qǐng)專利。

（3）集成電路設(shè)計(jì)安全

保障集成電路設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的核心源代碼工程文件和文檔資料規(guī)范、全面、完整，并妥善存放于指定服務(wù)器中，內(nèi)容可以讀取并且可進(jìn)行更改調(diào)整。保障集成電路前端、后端設(shè)計(jì)滿足安全性的要求，有設(shè)計(jì)驗(yàn)證環(huán)境，可以核查產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證能力。如整體架構(gòu)、邏輯綜合、布線布局等均為自主設(shè)計(jì)。

（4）集成電路設(shè)備安全

保障集成電路在設(shè)計(jì)、制造、封裝過(guò)程中使用的各種工具和設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性和可替代性，如這些設(shè)備都有完整的功能、性能說(shuō)明，對(duì)其進(jìn)行安全性分析，明確有同類設(shè)備可以進(jìn)行替代等。

（5）集成電路制造安全

通過(guò)引進(jìn)加自主研究的方式，盡快提高我國(guó)集成電路的制造技術(shù)水平，確定集成電路流片過(guò)程的所在地。如在國(guó)外要保障工藝安全，相關(guān)文件材料完整無(wú)缺失，在條件允許的情況下盡快從國(guó)外轉(zhuǎn)移到國(guó)內(nèi)。

（6）集成電路封裝安全

保障集成電路封裝的技術(shù)工藝和封裝地點(diǎn)安全。如在國(guó)外要保障采用國(guó)內(nèi)要求的封裝工藝，封裝環(huán)節(jié)相關(guān)文件完整無(wú)缺失，在條件允許情況下，盡快從國(guó)外轉(zhuǎn)移到國(guó)內(nèi)。

（7）集成電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證安全

保障集成電路產(chǎn)品封裝完成后各項(xiàng)功能達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的要求指標(biāo)，確定測(cè)試地點(diǎn)。如在國(guó)外要保障測(cè)試向量滿足自主設(shè)計(jì)的要求，測(cè)試相關(guān)文件完整無(wú)缺失，在條件允許的情況下，盡快轉(zhuǎn)移到境內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。

（8）集成電路材料安全

保障集成電路制造過(guò)程中所需要的各類原材料可連續(xù)、穩(wěn)定、保質(zhì)、保量供應(yīng)，并且有可靠的替代源，加大技術(shù)引進(jìn)和自主研發(fā)，培養(yǎng)專業(yè)人才隊(duì)伍。

（9）集成電路售后服務(wù)安全

保障集成電路在交付、維護(hù)過(guò)程中的安全，供應(yīng)商應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行售后服務(wù)相關(guān)規(guī)范和承諾。如及時(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能升級(jí)、發(fā)布漏洞補(bǔ)丁等。

（10）集成電路突發(fā)事件應(yīng)急安全

保障在出現(xiàn)人為或自然突發(fā)事件導(dǎo)致集成電路供應(yīng)鏈中斷后，能夠快速恢復(fù)到正常狀態(tài)。如有完善的應(yīng)急響應(yīng)制度、有專業(yè)的應(yīng)急響應(yīng)團(tuán)隊(duì)、應(yīng)急響應(yīng)流程規(guī)范等。

（11）集成電路研發(fā)團(tuán)隊(duì)人員安全

保障集成電路研發(fā)團(tuán)隊(duì)人員的國(guó)籍、辦公場(chǎng)所、核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)的穩(wěn)定性等均需要滿足安全性要求。如核心研發(fā)人員均為中國(guó)國(guó)籍、辦公場(chǎng)所均在中國(guó)境內(nèi)、核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)人員在項(xiàng)目結(jié)束前沒(méi)有人員流動(dòng)現(xiàn)象等。

（12）集成電路供應(yīng)鏈管理策略安全

支持集成電路供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的產(chǎn)品和服務(wù)供應(yīng)商之間進(jìn)行互相認(rèn)證，通過(guò)合作提高安全性，對(duì)元器件供應(yīng)商的認(rèn)證和考核加強(qiáng)管理，對(duì)技術(shù)和管理方面的要求有切實(shí)可行的條款，嚴(yán)格把關(guān)采購(gòu)準(zhǔn)入門檻，根據(jù)情況對(duì)供應(yīng)商建立可信名錄并且按期進(jìn)行考核和調(diào)整，集成商采購(gòu)的元器件，對(duì)方必須是可信的或者是許可的供應(yīng)商，保障了集成電路生命周期各環(huán)節(jié)的供應(yīng)商有備選的供應(yīng)方案。如果在產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)元器件或者存在安全漏洞時(shí)，集成商必須負(fù)責(zé)更改或重新調(diào)整所造成的一切后果。建議政府通過(guò)加大專項(xiàng)研發(fā)資金的投入，支持我國(guó)集成電路供應(yīng)鏈薄弱環(huán)節(jié)的發(fā)展，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，合理的引導(dǎo)技術(shù)推廣，促進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，提高企業(yè)供貨能力，提升國(guó)產(chǎn)化比例。以基金的形式通過(guò)多渠道，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)外進(jìn)行技術(shù)收購(gòu)，同時(shí)鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)進(jìn)行優(yōu)化組合，建立良好的生態(tài)體系。集成電路供應(yīng)鏈安全問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略如表1所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

近些年我國(guó)在5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動(dòng)支付、電商等新興技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面都取得了較大的進(jìn)步，隨著這些新興技術(shù)的大范圍推廣應(yīng)用，我國(guó)集成電路的需求市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)快速增長(zhǎng)。由于對(duì)集成電路進(jìn)行安全檢查的技術(shù)和設(shè)備不足，大量安全性未知的芯片會(huì)進(jìn)入國(guó)內(nèi)，這是我國(guó)近期所面臨的一個(gè)重要安全問(wèn)題。

我國(guó)在集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中不斷受到各種挑戰(zhàn)，即是困難又是機(jī)遇，促使我國(guó)必須全力發(fā)展集成電路技術(shù)，保障了供應(yīng)鏈的安全，為此研究人員應(yīng)該對(duì)集成電路供應(yīng)鏈的安全開(kāi)展進(jìn)一步的研究，對(duì)集成電路的攻擊、檢測(cè)和防御等多個(gè)方面進(jìn)行切入，完善系統(tǒng)性研究。

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