軍工芯片發(fā)展現(xiàn)狀及展望

彭江

軍工芯片很大程度影響信息化裝備的作戰(zhàn)效能，已成為我軍信息化作戰(zhàn)能力發(fā)展瓶頸，將得到優(yōu)先和快速發(fā)展。當(dāng)前我軍的信息化建設(shè)以技術(shù)革命為主導(dǎo)，重點(diǎn)發(fā)展信息化武器裝備，核心在于裝備的電子化和計(jì)算機(jī)化。軍工芯片作為電子化的硬件基礎(chǔ)，被喻為信息化裝備的“神經(jīng)中樞”，很大程度上決定信息化武器裝備的作戰(zhàn)效能。鑒于在信息化裝備所處的核心地位，軍工芯片將得到優(yōu)先和快速發(fā)展。

軍工芯片國產(chǎn)化率不足，每年 200 億以上國產(chǎn)替代空間，在軍用重點(diǎn)領(lǐng)域正逐漸取得突破。由于軍工芯片的核心戰(zhàn)略地位和國防安全的考慮，采用自主研發(fā)的國產(chǎn)芯片已成各國共識。由于起步較晚，我國軍工芯片自給率不足，加之國外芯片封鎖，軍工芯片國產(chǎn)化刻不容緩。據(jù)估計(jì)，我國軍用芯片每年200 億以上國產(chǎn)替代空間，軍工科研院所等機(jī)構(gòu)正在通過逆向設(shè)計(jì)+自主研發(fā)等方式逐款逐型號實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代，在軍用 CPU（龍芯、飛騰等）、GPU（景嘉微國產(chǎn)GPU）、DSP（38 所魂芯、14 所華睿系列）等領(lǐng)域已取得一些突破。未來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和制造工藝的提升，軍工芯片國產(chǎn)化將得到較快的發(fā)展。

軍民兩用芯片，是軍民融合絕佳方向，軍用芯片或可成為自主可控的突破口。軍民融合已上升為國家戰(zhàn)略，作為軍民兩用技術(shù)，軍工芯片將迎來大發(fā)展。首先，芯片的核心技術(shù)軍民兩用，軍民領(lǐng)域可相互促進(jìn)。其次，民用半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展較快，一些 IC 設(shè)計(jì)公司在SoC 等領(lǐng)域上已接近世界一流水平，未來民技軍用漸成主流趨勢。最后，民用商用領(lǐng)域大多采用架構(gòu)授權(quán)等形式，由于軍用對計(jì)算性能要求略低于民用以及軍用采購特殊性等，軍用元器件或可成為實(shí)現(xiàn)自主可控的突破口，進(jìn)而帶動國內(nèi)整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。

軍工芯片的含義和現(xiàn)狀

芯片是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，是集成電路的載體，由晶圓分割而成。而集成電路，是集合多種電子元器件實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，承擔(dān)著運(yùn)算和存儲等多種功能。集成電路應(yīng)用涵蓋了軍工、民用的幾乎所有的電子設(shè)備。

軍工芯片現(xiàn)狀：軍工芯片國產(chǎn)化率不足

模塊層級基本具備集成能力，瓶頸在元器件層級的高端軍用芯片。

我國半導(dǎo)體芯片近 5 年來每年進(jìn)口高達(dá) 2000 億美元，我國每年進(jìn)口半導(dǎo)體芯片金額很大，自2013年起，每年用于進(jìn)口芯片的外匯高達(dá) 2000 多億美元。2017 年我國進(jìn)口集成電路 3770 億塊，同比增長 10.1%；進(jìn)口金額 2601 億美元，同比增長 14.6%。

軍工元器件芯片也面臨著國產(chǎn)化率不足的問題。我國軍用芯片的研究整體起步較晚、由于缺乏高端人才，在核心元器件設(shè)計(jì)、制造設(shè)備、制造工藝水平等方面較落后，在高端元器件領(lǐng)域大多仍依賴進(jìn)口。

逆向+自主雙管齊下，軍工芯片逐款逐系列替代

進(jìn)口芯片可得性不斷降低，模塊供應(yīng)商切入元器件核心領(lǐng)域。軍用模塊供應(yīng)商過去通常通過采購國外商用芯片或已淘汰軍用芯片的方式獲得核心元器件，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)和集成，設(shè)計(jì)完成實(shí)現(xiàn)特定功能的子模塊。由于國外芯片的可得性不斷降低以及軍方整機(jī)廠對于核心元器件國產(chǎn)化率要求的不斷提高，已有一些模塊供應(yīng)商切入元器件核心領(lǐng)域，投入到核心芯片的研發(fā)設(shè)計(jì)。

逆向+自主雙管齊下，軍工芯片逐款逐系列替代。過去較長的一段時(shí)間里，我國軍用芯片的研制，往往只能在參照國外產(chǎn)品功能及接口的基礎(chǔ)上，采取逆向設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)功能仿制，產(chǎn)品的各種性能參數(shù)等技術(shù)指標(biāo)基本不可能完全一致。對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)選用了進(jìn)口器件，因停產(chǎn)禁運(yùn)等原因需用國產(chǎn)器件替代的，往往由于存在差異或未有使用經(jīng)歷，導(dǎo)致很多國產(chǎn)軍用芯片替代較為困難。《電子元器件國產(chǎn)化替代工作探討》一文曾就電子元器件國產(chǎn)化替代采納情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，僅有 35%可采納國產(chǎn)替代，其余的國產(chǎn)件由于封裝體積差異、關(guān)鍵性能指標(biāo)差異、沒有使用經(jīng)歷、質(zhì)量可靠性達(dá)不到等原因未能替代使用。與此同時(shí)，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)在一些重點(diǎn)領(lǐng)域取得一些突破，如軍用 CPU、自主可控 DSP、軍用 GPU 等。

軍工芯片產(chǎn)業(yè)鏈：設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，先發(fā)優(yōu)勢明顯

軍工芯片產(chǎn)業(yè)鏈三環(huán)節(jié)垂直分工，IC設(shè)計(jì)為主導(dǎo)

芯片作為一項(xiàng)相對來說軍民通用的電子器件，產(chǎn)業(yè)鏈在軍用和民用領(lǐng)域沒有顯著的差異。軍工芯片產(chǎn)業(yè)鏈也分為芯片設(shè)計(jì)、芯片制造和封裝測試三個(gè)環(huán)節(jié)，上游的設(shè)計(jì)公司按照客戶要求設(shè)計(jì)出電路和版圖，然后由中游的加工制造廠將其建造在硅片上，硅片再送往下游的后工序廠進(jìn)行封裝測試，最后制成客戶所需要的產(chǎn)品。

市場化程度低，先發(fā)優(yōu)勢明顯

軍工芯片產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌龌潭炔桓?，先發(fā)優(yōu)勢明顯。軍工電子產(chǎn)業(yè)鏈大致可分為整機(jī)廠、分系統(tǒng)商、核心模塊和元器件供應(yīng)商，相互之間的業(yè)務(wù)層級明確，從上而下依次傳遞產(chǎn)品需求，從下至上依次交付合格產(chǎn)品。軍工電子產(chǎn)品，尤其是應(yīng)用于現(xiàn)代化武器作戰(zhàn)平臺上的核心電子組件和小型系統(tǒng)級產(chǎn)品，一般為定制化產(chǎn)品，客戶明確且高度集中。整個(gè)軍工電子產(chǎn)業(yè)鏈中，各大軍工集團(tuán)及下屬單位過去通常采用“元器件-模塊-子系統(tǒng)-整機(jī)”全包式的研制生產(chǎn)體系。隨著軍民融合的深入，一些民營企業(yè)逐漸參與到軍工元器件和模塊的研發(fā)和生產(chǎn)，為軍工集團(tuán)和下屬單位進(jìn)行配套生產(chǎn)。

長期驅(qū)動力：信息化是我軍軍隊(duì)裝備建設(shè)的重點(diǎn)

信息化建設(shè)是軍隊(duì)裝備建設(shè)大勢所趨

在人類戰(zhàn)爭的形態(tài)不斷演進(jìn)。信息技術(shù)使得多軍種聯(lián)合一體化作戰(zhàn)、武器裝備的精確性和攻防能力倍增、內(nèi)部信息互聯(lián)互通更加快速，對戰(zhàn)爭形態(tài)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。戰(zhàn)爭形態(tài)逐漸從機(jī)械化向信息化轉(zhuǎn)變，作戰(zhàn)雙方從爭奪制空權(quán)和制海權(quán)到爭奪“制信息權(quán)”，信息化進(jìn)程從單項(xiàng)武器裝備信息化向一體化作戰(zhàn)系統(tǒng)信息化滲透。戰(zhàn)爭逐漸表現(xiàn)出多維度一體化特征，武器裝備的信息化程度以及信息化指揮系統(tǒng)能否發(fā)揮部隊(duì)間的協(xié)同效應(yīng)將成為能否打勝仗的關(guān)鍵。

信息化建設(shè)是我軍軍隊(duì)裝備建設(shè)的重中之重

發(fā)布新版國防軍事發(fā)展戰(zhàn)略，將信息化軍隊(duì)建設(shè)作為軍事力量建設(shè)的重中之重。中國政府 2015 年5 月 26 日發(fā)表《中國的軍事戰(zhàn)略》白皮書，強(qiáng)調(diào)貫徹新形勢下積極防御軍事戰(zhàn)略方針，加快推進(jìn)國防和軍隊(duì)現(xiàn)代化。在武器裝備建設(shè)層面，把軍事斗爭準(zhǔn)備的基點(diǎn)放在打贏信息化局部戰(zhàn)爭上，把制信息權(quán)放在奪取戰(zhàn)場綜合控制權(quán)的核心地位，著眼破敵作戰(zhàn)體系進(jìn)行精確打擊，并強(qiáng)調(diào)運(yùn)用諸軍兵種一體化作戰(zhàn)力量，實(shí)施信息主導(dǎo)、精打要害、聯(lián)合制勝的體系作戰(zhàn)。

長期驅(qū)動力：信息化建設(shè)初期，軍工芯片率先突圍

信息化建設(shè)初期，以技術(shù)革命為主導(dǎo)、電子化為先鋒

我國的軍隊(duì)信息化程度較低，正處于從機(jī)械化向信息化邁進(jìn)的階段，與美國等西方國家相比差距較大。按照國防和軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)“三步走”戰(zhàn)略構(gòu)想，我軍正在加緊完成機(jī)械化和信息化建設(shè)的雙重歷史任務(wù)，力爭到 2020 年基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，信息化建設(shè)取得重大進(jìn)展， 2050 年基本實(shí)現(xiàn)信息化建設(shè)。

電子化為核心，軍工芯片率先突圍

我國現(xiàn)階段信息化建設(shè)，以平臺和武器裝備的計(jì)算機(jī)化為核心，軍工芯片至關(guān)重要。正如前文所述，在軍隊(duì)信息化發(fā)展的初級階段，以計(jì)算機(jī)控制的探測器材、單個(gè)作戰(zhàn)平臺和武器裝備的計(jì)算機(jī)化為主要目標(biāo)，而計(jì)算機(jī)化、信息化的硬件基礎(chǔ)和核心器件為軍工芯片。軍用芯片是應(yīng)用在軍事領(lǐng)域的專業(yè)集成電路，廣泛應(yīng)用在軍用計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航、航空、航天、雷達(dá)、導(dǎo)彈等多個(gè)領(lǐng)域。

芯片是信息化設(shè)備的核心元器件，被喻為信息化裝備的“神經(jīng)中樞”，軍工芯片的性能和質(zhì)量對于信息化裝備的作戰(zhàn)能力起著十分關(guān)鍵的作用。

基于現(xiàn)狀：核心元器件國產(chǎn)化刻不容緩

國產(chǎn)化需求是現(xiàn)階段主要驅(qū)動力，軍工芯片正逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代。由于軍工芯片的核心戰(zhàn)略地位和國防安全的考慮，采用自主研發(fā)的國產(chǎn)芯片已成各國共識。受限于半導(dǎo)體技術(shù)和工藝，我國軍工芯片自給率較低，加之國外芯片封鎖和在役在研芯片停產(chǎn)斷檔，軍工芯片國產(chǎn)化刻不容緩。

國防安全需要+國外封鎖，核心元器件國產(chǎn)化刻不容緩

保障國防安全，軍工芯片自主可控志在必得

從軟件到硬件，保障信息安全逐漸切入到核心-芯片國產(chǎn)化。近年來，國家對于信息安全問題重視程度空前，軟件層面“去 ioe”的浪潮此起彼伏。同時(shí)，隨著各種信息源互聯(lián)滲透和融合，我國以往采取的限制、隔離等簡單安全策略已經(jīng)難以保障信息安全，硬件層面的芯片國產(chǎn)化等治本性措施將成為主流。芯片作為信息技術(shù)的硬件基礎(chǔ)，保障芯片的自主可控是我國信息安全的必經(jīng)之路。芯片的國產(chǎn)化將徹底扼住美國挖掘我國情報(bào)的最重要渠道，無論從國家信息安全還是市場空間角度，集成電路的國產(chǎn)化都將是國家重點(diǎn)投入推廣的方向。檢驗(yàn)是否自主可控，有一條基本的標(biāo)準(zhǔn)——信息安全不受制于人，產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受制于人。這就必須做到知識產(chǎn)權(quán)自主可控、能力水平自主可控、發(fā)展自主可控、供應(yīng)鏈自主可控、具備“國產(chǎn)”資質(zhì)、利潤不受制于人。

國外封鎖，軍工芯片國產(chǎn)問題迫切

美日韓等發(fā)達(dá)國家半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先，全球前 20 大半導(dǎo)體公司中，美國 8 家，日本 3 家，韓國 2 家。以美國為首的西方國家，一直對我國實(shí)行嚴(yán)格的軍用級芯片材料禁運(yùn)措施。2015 年 4 月 9 日，美國商務(wù)部決定對以中國超級計(jì)算機(jī)“天河”為業(yè)務(wù)主機(jī)的三家超級計(jì)算中心和“天河”的研制者國防科大采取限售措施，限售的產(chǎn)品則直指已在“天河二號”上裝配近 10萬的英特爾“至強(qiáng)”CPU。

從上世紀(jì) 90 年代末至今，美國國會通過了一系列法案，禁止對華出口航天技術(shù)以及用于航天等軍事用途的元器件，美國商務(wù)部列出了控制對華出口清單，同時(shí)，通過施加壓力等多種手段，干預(yù)其它國家對華軍事及配套出口。歐洲對華出口限制也已長達(dá)半個(gè)多世紀(jì)，先后有“巴黎統(tǒng)籌委員會議案”和“瓦森納協(xié)議”，多種元器件物資被納入華戰(zhàn)略禁運(yùn)的特別清單上。另外已用軍用芯片停產(chǎn)斷檔，也使得軍工芯片國產(chǎn)化問題更為迫切。

政策引導(dǎo)，資金推進(jìn)，助力芯片國產(chǎn)化進(jìn)程

扶持集成電路政策力度空前，軍工芯片將獲益。我國一直很重視核心電子器件和芯片的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，曾在 2006 年將“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”列為 16 個(gè)重大科技專項(xiàng)。近年來，我國對集成電路產(chǎn)業(yè)政策支持力度空前，力圖增強(qiáng)集成電路的技術(shù)實(shí)力、縮小與國際先進(jìn)水平的差距、培育一批富有創(chuàng)新活力、具備一定國際競爭力的骨干企業(yè)。整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)工藝的進(jìn)步，將對高端軍工芯片帶來強(qiáng)有力的促進(jìn)作用。

新變化：軍民兩用，軍民融合助力芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展

軍民融合上升為國家戰(zhàn)略

民用市場發(fā)展較快，“民技軍用”成為可能

軍民兩用技術(shù)：芯片

半導(dǎo)體芯片，作為實(shí)現(xiàn)某特定功能的模塊，軍用芯片和民用芯片本質(zhì)上沒有不同，由于軍用芯片應(yīng)用在武器裝備上，應(yīng)用環(huán)境比較特殊和復(fù)雜，對于芯片的可靠性、安全性、低功耗和特殊性能（如：抗震、抗輻射、耐腐蝕、耐高溫）有著更高的要求，對計(jì)算性能要求相對低一些。

軍工芯片或可成為自主可控芯片突破口

盡管我國民用集成電路設(shè)計(jì)業(yè)經(jīng)過發(fā)展已取得了不俗的成績，但在微處理器（MPU）、半導(dǎo)體存儲器、可編程邏輯陣列器件（FPGA）和數(shù)字信號處理器（DSP）等大宗戰(zhàn)略產(chǎn)品上，產(chǎn)品尚未進(jìn)入主流市場，產(chǎn)品性能和國際先進(jìn)水平的差距依然十分巨大。

在核心元器件層面，軍工芯片或可成為芯片國產(chǎn)化的突破口?，F(xiàn)階段，不論軍用民用在元器件層面都處于吸收和模仿階段，逐漸實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代。由于軍工芯片技術(shù)開發(fā)難度較低、看重自主可控對價(jià)格相對不敏感等特點(diǎn)，認(rèn)為芯片國產(chǎn)化將從軍工領(lǐng)域率先突破。

性能弱于民用，發(fā)展軍工芯片技術(shù)難度降低。半導(dǎo)體電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，根據(jù)“摩爾定律“：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔 18-24 個(gè)月便會增加一倍，性能也將提升一倍。民用電子器件的發(fā)展迅猛，更新?lián)Q代的速度很快。與民用電子器件相比，軍用芯片在計(jì)算速度等指標(biāo)上相對較弱。

軍工芯片進(jìn)口替代百億空間，將快速發(fā)展

軍工芯片每年進(jìn)口替代空間200億以上

軍工芯片國產(chǎn)化率低，每年進(jìn)口額預(yù)計(jì) 300 億以上。2017 年，我國集成電路市場需求達(dá)到 2601億美元，增長率為 14.6%，是世界最大的集成電路需求市場。2015年我國計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和消費(fèi)電子仍然是集成電路產(chǎn)品最主要的應(yīng)用市場，三者銷售額合計(jì)共占集成電路市場 80.7%的份額。相比較而言，我國軍工芯片的市場較小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過去進(jìn)口的 2000 多億美元的芯片中，航天芯片約 1%，即 20 億美元左右。由于我國航天技術(shù)相對發(fā)達(dá)，國產(chǎn)化程度較高，相比軍工其他方面應(yīng)用，航天芯片的體量較小，考慮到相對空間較大的航空領(lǐng)域以及加速裝備信息化的陸海軍裝備，粗略估計(jì)我國軍工芯片的國產(chǎn)替代空間在每年 200 億以上。

受益于我軍信息化建設(shè)，國產(chǎn)軍工芯片將迎快速發(fā)展

基于軍工芯片低國產(chǎn)化率現(xiàn)狀，未來國產(chǎn)軍工芯片市場將迎20%左右的高速發(fā)展。隨著我軍信息化武器裝備率的提升，未來對軍工芯片的需求也將快速增長。特別是，鑒于軍工芯片在信息化武器裝備和核心作用和目前國產(chǎn)化率低的現(xiàn)狀，國產(chǎn)芯片需求非常強(qiáng)烈。隨著軍工芯片研發(fā)制造的進(jìn)一步突破，國產(chǎn)軍工芯片市場將以高于其他信息化建設(shè)裝備和器件的速度得以高速發(fā)展，預(yù)計(jì)未來 5年年復(fù)合增長率將在 20%左右。

軍工芯片技術(shù)趨勢和未來突破方向

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，軍工芯片也在不斷進(jìn)行發(fā)展和突破。在模塊層級，看好將完整系統(tǒng)集成在一塊芯片的 SoC 技術(shù)和將多個(gè)芯片及器件封裝在一起的 SIP技術(shù)；在元器件層級，應(yīng)用廣泛、國產(chǎn)化難度很大的 FPGA 是未來急需突破的主要方向。

高集成度的兩大主流技術(shù)：SoC和SIP

芯片未來將向集成度更高、功耗更低、運(yùn)算速度更快、存儲空間更大、更加智能等方向發(fā)展。對于軍工芯片這類用于航空航天、武器裝備上的特殊定制化芯片來說，對于芯片的集成度、功耗、靈活設(shè)計(jì)等更為看重。例如，由于高功耗需要更大、更重的電源組件，航天器中的散熱處理也需要龐大、沉重的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以在航空航天系統(tǒng)中能將功耗減至最少非常重要。因此，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，將完整系統(tǒng)集成在單芯片的 SoC 芯片為主要的技術(shù)方向；在封裝環(huán)節(jié)，更高密度集成的SIP 封裝為未來技術(shù)趨勢。

軍用芯片國產(chǎn)化，F(xiàn)PGA是重頭戲

國產(chǎn)CPU已逐漸替代，F(xiàn)PGA進(jìn)展緩慢，亟待突破。

國產(chǎn) CPU 等技術(shù)已逐漸替代國外芯片。在芯片國產(chǎn)化進(jìn)程中，國產(chǎn)芯片在 CPU 等領(lǐng)域已取得一定的突破。

FPGA功耗低、設(shè)計(jì)靈活、開發(fā)成本低。

由于可重復(fù)編程、功耗低、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)， FPGA 廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子設(shè)備、通信、雷達(dá)等領(lǐng)域，是軍用電子設(shè)備中普遍采用的重要核心數(shù)字芯片。（作者單位：陸裝某軍代室）