我國集成電路行業(yè)現(xiàn)狀分析與前景展望

王駿銨

摘 要：隨著信息化、電子化的不斷發(fā)展，以集成電路為核心的數(shù)碼電子產(chǎn)品逐漸走進人們的生活。作為國家的高精尖科技領域，集成電路在軍用、商用、民用領域均有著重要作用。我國集成電路的產(chǎn)業(yè)起步較晚，目前還處于發(fā)展階段，并且高端產(chǎn)業(yè)距離國際先進水平差距較大，這些都是需要探討和解決的問題。本文從集成電路的整體發(fā)展歷程及現(xiàn)狀對上述問題進行研究，希望對行業(yè)的發(fā)展做出貢獻。

關鍵詞：集成電路;行業(yè)現(xiàn)狀;前景展望

中圖分類號：F426.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0009-02

0 引言

集成電路是國家科技水平發(fā)展的標志，應用領域也極其廣泛，許多國家都將集成電路作為國家的重要產(chǎn)業(yè)。而我國在集成電路上起步較晚，行業(yè)也存在著許多問題，因此有必要對集成電路行業(yè)進行分析和論述，并對我國集成電路產(chǎn)業(yè)的問題給出一些建議，使其更加高效、穩(wěn)定地發(fā)展，從而更好地服務人們的生活。

1 集成電路概述

1.1 集成電路概念

集成電路是一種微型電子器件，采用特定的工藝，把電路中所需的各元件及布線連接在一起，集成在一塊半導體基片（晶圓）上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，使其具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。

集成電路在很多行業(yè)市場內(nèi)都有著重要應用，比如基于半導體制造技術的傳感器市場，還有基于VR技術的可穿戴設備領域等等。常用的集成電路有：CPU、GPU、Bios芯片、充放電芯片及南北橋芯片等。

1.2 集成電路特征[1]

（1）可靠性：相比普通電子元件，由于集成電路已經(jīng)封裝一體，除意外高電流或電壓外不會輕易損壞。

（2）微小性：一般的集成電路尺寸很小，集成度高，使用方便。

（3）低功耗性：集成電路的功耗比普通電路低很多，由于制造工藝的逐步改良，日常生活中的各種集成電路發(fā)熱不高，采用集成電路比采用分離電路元件的功耗小許多。

1.3 集成電路的發(fā)展歷程

集成電路于十九世紀五十年代末出現(xiàn)。1971年，Intel公司發(fā)布了世界第一塊微處理器4004，是一款使集成電路從理論到多功能應用的元件。經(jīng)過近七十年的發(fā)展，從10μm工藝發(fā)展到現(xiàn)今的7nm、10nm。遵循著“摩爾定律”，集成電路在消費級上逐漸由內(nèi)置2300顆晶體管的4004發(fā)展到今天29億顆晶體管的i9-9900k，在服務器級別甚至有單顆96億晶體管的EPYC。其成長歷程基本是一條指數(shù)發(fā)展規(guī)律，十分迅速，并逐漸應用到各行各業(yè)的產(chǎn)品中，給人們的生活帶來了極大的便利。

2 我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

2.1 我國集成電路的發(fā)展

我國集成電路產(chǎn)業(yè)起步較晚，整體落后美國20年。以中央處理器（CPU）為例，生產(chǎn)消費類產(chǎn)品的兩大公司為Intel和AMD，都來自美國，而中國在2001年才開始研發(fā)CPU，且研發(fā)速度也不及AMD和Intel[2]，中美在CPU這一高精尖集成電路的發(fā)展上差距不是在減小，而是在增大?，F(xiàn)在，中國雖然已能量產(chǎn)22-28nm工藝CPU，并能制造14nm制程的CPU，但自主的研發(fā)和設計技術處于完全落后狀態(tài)。

盡管起步較晚，但是在集成電路領域的經(jīng)濟和市場發(fā)展上，我國有著極高的增長率，市場銷售額從世紀初的975億元發(fā)展到2017年的5600億元。在巨大規(guī)模集成電路的發(fā)展上，我國走在前列，比如采用國產(chǎn)申威1600處理器的神威太湖之光超算在IBM發(fā)布Summit前就已占據(jù)世界超算排行榜榜首2年。不僅如此，在集成電路的封裝和制造上，中國已逐漸脫離純依賴國外設備的狀況，有望在將來成為集成電路封裝制造的新中心。

2.2 我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

現(xiàn)今，我國已初步建成了集成電路/半導體行業(yè)的產(chǎn)、研、銷售一體化體系。清華紫光的微處理器架構(gòu)和內(nèi)存顆粒、海思麒麟的手機SOC、兆芯海光的X86架構(gòu)民用CPU和龍芯申威的軍用CPU都已經(jīng)很成熟，而其中海思麒麟利用開源ARM架構(gòu)的手機SOC更是走在了世界前列。并且，在基礎的集成電路（整流橋、Bios芯片、充放電芯片、USB控制芯片等）領域，中國已經(jīng)發(fā)展到了國際主流水平，許多跨國公司都使用中國的基礎芯片，并讓中國的工廠代工。

但是，表面上的“Developed”并不是真正的發(fā)達。我國集成電路產(chǎn)業(yè)仍有許多亟待解決的問題，而且問題表現(xiàn)在許多方面。比如日常應用最廣泛的民用電腦的CPU和手機的SOC這些核心產(chǎn)品，中國沒有自己的架構(gòu)，完全依靠國外的X86指令集和ARM開源架構(gòu)，自主程度不足。從性能上看，無論是海光、兆芯還是龍芯、申威，都有著不同的短板，雖然由申威1600處理器搭建成的神威太湖之光計算性能很強，但在單位性能上完全不及美國的中小規(guī)模超算;從研發(fā)上看，我國的研發(fā)機構(gòu)比較分散，而且在人力、物力、財力上我國的研發(fā)單位也根本無法與像英特爾這樣的公司相比。

2.3 我國集成電路產(chǎn)業(yè)主要問題[3]

（1）架構(gòu)：我國現(xiàn)在的主要集成電路架構(gòu)質(zhì)量并不高，在微處理器上這點尤為重要，Intel和AMD兩大公司都已經(jīng)把架構(gòu)推向極限，使微處理器的性能基本只與頻率、規(guī)模有關，而我國的架構(gòu)相比則遜色很多，在架構(gòu)上仍然有很大的提升空間。

（2）性能：前不久AMD發(fā)布了基于Zen2架構(gòu)的7nm服務器用處理器，是現(xiàn)今單顆性能最強的處理器，而我國為了達到這一顆處理器的性能需要多路眾核處理器，在規(guī)模、占地和經(jīng)濟性上有很大的劣勢;不僅如此，在DRAM設計和生產(chǎn)上我國也基本沒有優(yōu)勢，唯一拿得出手的是清華紫光的DDR3顆粒，與此對比的是三星、海力士、鎂光的高頻、優(yōu)制程的DDR4顆粒。不止這些例子，還有Nand、GPU、主控以及顯示芯片等，我國技術都與國際相差許多。

3 中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策

3.1 架構(gòu)和性能問題的解決方法

（1）架構(gòu)：架構(gòu)并不是一朝一夕能開發(fā)出來的，但中國要能在集成電路產(chǎn)業(yè)趕上世界的主流，就必須有自己的架構(gòu)、有自己的指令集。但這又是一個極其艱難的過程，就以我們發(fā)展集成電路的時間來看，短時間自主建立架構(gòu)并不現(xiàn)實，但并不代表不應該發(fā)展。以AMD為例子，世紀初的AMD，架構(gòu)落后，雖有高頻率卻完全無法與Intel的Core相比，而2017年Zen架構(gòu)的研發(fā)成功，RYZEN處理器的出世，AMD翻身了。架構(gòu)的進步有極限，而且現(xiàn)在世界主流正在推進至極限，但中國的架構(gòu)仍完全不及世界主流，在架構(gòu)上進行推進是中國高精尖集成電路發(fā)展的必經(jīng)之路，而且是能一直走下去，對以后的研發(fā)打基礎的一條路。而架構(gòu)的研發(fā)，不可能靠單個研究單位或企業(yè)，對于架構(gòu)，全國各企業(yè)和單位應集中設計研發(fā)架構(gòu)，因為它需要大量的人力物力財力。

（2）性能：在性能上，以CPU和GPU為例，CPU的性能與架構(gòu)、主頻率、核心規(guī)模有關，而GPU與架構(gòu)、流處理器的數(shù)量和頻率有關。除架構(gòu)外，頻率是最重要的參數(shù)，而頻率的高低與制程，即制造工藝有很大的關系，制程影響散熱和供電，進而影響頻率。即使我國由眾核多路處理器超算多次占據(jù)世界超算榜首，但單是靠多核多路來堆疊，不是一條長遠之路。對此，其一是應該提升制造工藝的質(zhì)量，在頻率和效能上下功夫;其二就是在線寬上下功夫，制程提高的同時將單核的性能盡可能拉高，進一步提高效能。

3.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對策[4]

（1）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上：現(xiàn)在的中國集成電路產(chǎn)業(yè)像一盤散沙，各單位和企業(yè)單干，無法很好地集中資金和人力進行高精尖項目的深入研發(fā)。僅是微處理器就有海光、兆芯、龍芯、申威等數(shù)家企業(yè)在研發(fā)，并且研發(fā)方向各不相同，很大程度制約了研發(fā)進度。所以一定要集中人力、物力進行深入水平的開發(fā)工作，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使各企業(yè)分布在各個環(huán)節(jié)上，做好分工。

（2）市場上：我國集成電路產(chǎn)業(yè)的份額大多是由技術水平不高的低端集成電路市場占有的，在高端產(chǎn)業(yè)上的份額很小。這說明了我國市場研發(fā)水平的不足，所以市場一定要做好資金的分配，要傾向于高端產(chǎn)品市場，淘汰一些低端企業(yè)。營造一個更利于研發(fā)的高端市場環(huán)境。

4 我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

4.1 國際趨勢

世界現(xiàn)已形成了基本的集成電路分產(chǎn)業(yè)秩序，我國主要承擔的是生產(chǎn)基礎元件的任務。而歐、美等國家是設計、搭建高精尖集成電路的主力軍;日本、韓國承擔設計、制作大部分DRAM及Nand等存儲芯片的任務;我國臺灣和越南主要是代工生產(chǎn)的部分。微處理器的趨勢是高頻、多核、優(yōu)制程，而存儲器的趨勢是高速（高頻）和大容量。

4.2 我國集成電路產(chǎn)業(yè)前景

我國現(xiàn)仍處于初級階段，仍有很長一段路需要走。國際社會正處在信息化時代，而信息化的基礎便是集成電路產(chǎn)業(yè)，無論是人工智能、虛擬現(xiàn)實還是大數(shù)據(jù)，都離不開高級集成電路的支持[5]。由此看來，只要我國穩(wěn)步發(fā)展、跟上高端產(chǎn)品研發(fā)的步伐，未來集成電路產(chǎn)業(yè)可以發(fā)展得更好。

5 結(jié)語

我國的集成電路產(chǎn)業(yè)正以極快的速度成長，雖正處于初級階段，但擁有十分廣闊的前景，在未來的各大領域都能發(fā)揮不小的作用，雖然現(xiàn)不能與已發(fā)展數(shù)十年的美國相比，但相信我國集成電路產(chǎn)業(yè)在未來會逐步減小差距，在國際高端集成電路領域會占有一席之地。

參考文獻

[1] 愈忠鈺.我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J].電子商務，1998（1）：2-5.

[2] 張本照，陳旭峰.我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J].價值工程，2007，26（11）：101-103.

[3] 萬天才.我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策初探[J].半導體雜志，1999（1）：14-18.

[4] 陳銀燕，朱樟明.我國集成電路設計產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策研究[J].科技進步與對策，2005，22（1）：78-80.

[5] 黃燦燦.試論我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景[J].科學技術創(chuàng)新，2010（21）：12-12.