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      1. 中國芯片往事

        硬件生態
        財經天下周刊
        王燦
        7小時前
        [ 億歐導讀 ] 當時間走到1959年,隨著一位學者學成歸國,集成電路的概念也隨之正式進入中國。
        3D芯片封裝,半導體,芯片,電子管 圖片來自“pexels”

        一切的一切,要從集成電路的誕生講起。 

        67年前,集成電路(Integrated Circuit)的概念初次在美國被提出:將晶體管、電阻、電容、電感等元器件集成在面積微小的平板上,便構成了集成電路。而芯片則是半導體元件產品的統稱,也是集成電路的載體。 

        在概念提出七年后,美國德州儀器公司的研究員基爾比將鍺晶體管芯片等元件焊在玻璃板上,并成功輸出了正弦波曲線,世界第一塊集成電路由此誕生。 

        從驪山腳下開啟的自主研發“芯”路 

        在集成電路概念進入中國前,國內研究人員一般將集成電路稱之為“固體電路”,由于資源有限,起初設計的固體電路只能從電子計算機布爾代數中最基本的電路做起。即便如此,第一代科研人員仍然開辟出一條自主研發的通路。 

        1957年,北京電子管廠半導體實驗室成功研發出鍺晶體管;在接下來的一年內,中國科學院微電子所又生產了中國第一批鍺合金高頻晶體管,這批晶體管后應用于“109乙機”上,也就是我國第一臺自行研制的晶體管大型通用數字電子計算機。  

        當時間走到1959年,隨著一位學者學成歸國,集成電路的概念也隨之正式進入中國。 

        那年春天,北京大學物理系迎來了這位名叫黃敞的歸國博士。出身于知識分子家庭的黃敞于40年代在清華大學獲得工學學士學位,后又前往哈佛大學讀博深造。畢業后,黃敞在美國雪兒凡尼亞半導體廠的先進工程部任職,研究晶體管制作工藝和抗輻射集成線路,并獲得了10項專利。

        彼時,中國“兩彈”事業正在緊鑼密鼓地籌備當中。受到錢學森等前輩歸國的鼓舞,黃敞毅然選擇以環球旅行的方式回鄉,并在歸國后在北京大學任教,迅速開始科研工作。此時,美國仙童半導體公司已成功開發出第一塊硅集成電路。 

        但中國的科技自主研發之路,從不甘居于人后。1961年初,國內提出“0515”微型電路研制項目;當年,項目組就已研制出了中國第一塊鍺集成電路,并于1962年開始硅集成電路的研究。 

        由于硅材料研發和器件工藝均不成熟,項目組采取分工協作的方式,將核心技術分為5個課題,由物理所負責研發硅外延技術、光刻及蒸發技術,而計算所則需要攻克硅氧化及擴散技術。 

        當年7月時,物理所已研制出國內第一塊硅外延片,經過在成都西南無線電器材廠的多次試驗,成功突破了硅集成電路的第一個門檻。三年后,該所又成功開發硅集成電路用的介質隔離新技術。 

        黃敞博士曾撰文回憶這段經歷,感慨于中國微電子技術的崛起,“對鍺集成電路和硅集成電路的研發,為國內微電子事業打下了先行基礎。”  

        1960年,中國仿制的第一枚近程導彈發射成功。但由于射程較短,技術上的限制將制約于未來原子彈、氫彈的發射。為了提升載體火箭的推力和速度,國家開始計劃研發安裝于火箭上的彈上微型計算機。 

        1965年,現中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所的前身,代號“156工程處”的中科院微電子研究所正式組建,有研發大規模集成電路經驗的黃敞便受命加入研制團隊。 

        團隊的研發成果令人興奮:工程處成立僅一年,中國第一臺自主設計、自主研究制造的集成電路空間計算器便于北京面世。 

        無線通信芯片開發公司展訊通信的創始人、曾經“156工程處”的學生武平轉述工程處科研人員的回憶:“在沒有高精密器件的情況下,工程師們只能用鋸子切下硅片;而這些精密的半導體元件,便是在這一片片手工打磨的硅片上制作而成。” 

        四年后,“156工程處”遷至陜西臨潼驪山腳下,繼續在航天微電子領域展開緊鑼密鼓的研究。驪山位于陜西省西安市臨潼區,容納千萬兵馬俑沉睡,也擔當中國“三線建設”生產力戰略轉移的根據地。“156工程處”作為當時頂尖的研發機構,則擁有國內一流的技術設備。 

        現擔任華潤半導體公司董事的蕭碩曾是711所的研究生,他回憶說,受國際因素限制,當時無法使用最先進的4英寸生產線;但在國內僅有的共3條3英寸生產線中,就有1條在“156工程處”。 

        在物資緊缺、材料設備進口受制的年代,生產線的匱乏卻擋不住工程師們的探索。在驪山,黃敞博士及其帶領的團隊推進國內首次硅集成電路工藝研究,并研制了國內首臺圖形發生器和CMOS集成電路系列產品,由此開啟存儲器的研發熱潮。 

        而驪山還只是萬千自主研發的縮影。1965年,河北半導體研究所成為國內第一家鑒定固體電路產品的單位,并開始負責為第三代電子計算機供應電路。1968年,由當時第四機械工業部籌建的東光電工廠開始生產晶體管邏輯型“與非門電路”,為中國第一臺100萬次大型電子計算機打下堅實基礎。 

        國家隊帶頭沖向市場化 

        即使工程師在制造集成電路的過程中,能夠將“復雜問題簡單化”。但集成電路仍是一個綜合材料、化工、裝備、冶金等多學科的產業。如何成就全產業鏈的勃興,對于上世紀的中國,仍是個不小的難題。 

        上世紀60年代,國內的半導體加工生產甚至可以說處于“石器時代”:所用的光刻機、擴散爐、外延爐等設備均需要學生手工繪圖后,再轉至機械加工車間生產。不僅缺失核心設備,完整生產線和精加工更是無從提及。 

        對此,國內曾采取技術引進的方式救急。上世紀70年代,中國開始從歐美引進設備,并陸續建設40余家集成電路廠。但這仍解不了生產線不完備的“近火”。 

        1973年,中國曾派集成電路考察團考察日本日立、三菱等企業的生產線。但由于政治和資金因素,再加上對技術引進和設備引進的意見不統一,最終未能完成對電氣生產線的全線引進。 

        四年后,從日本引進彩色顯像管生產線再次被提上日程。對生產標準的爭議讓這次引進頗具代表性:市場化思路開始對傳統集成電路生產模式產生沖擊。 

        在放棄了“照搬”日本原產品標準后,引進該生產線的江南無線電器材廠最終選擇以用戶標準為生產方向,而這在未來被證明是一個正確的決定:1985年時,該廠的年生產能力已達到2648萬塊,占據大部分市場。  

        除了技術引進,國家也在持續加碼集成電路產業發展。1986年,電子工業部提出“七五”(1986年-1990年)國家科技攻關計劃的布局,除了開發3微米技術、攻關1微米技術等技術關卡外,國內微電子產業市場化的大幕也開始拉開。 

        彼時,由電子工業部牽頭的永川半導體研究所無錫分所成立。1987年,該所首加入市場化大軍,成立無錫微電子聯合公司。 

        四年后,由該公司改制而成的華晶電子集團公司成立,并建設了首條6英寸生產線,后又從日本和德國引進了4英寸和5英寸芯片生產線;隨后的“908”工程,則讓華晶在技術上擔負起新的挑戰,目標1微米。 

        但華晶的量產之路歷經波折,由于技術水平仍落后,雖然銷售收入以每年15%~20%的速度增長,但華晶的年度虧損凈額超億元。 

        資本市場給了華晶集團第二次生機:1998年,華晶同上華半導體公司合作量產后才開始盈利,并成為中國第一家純晶圓代工企業;直至2002年,同上華整合后的華晶上華半導體被華潤集團收入囊中。 

        比起“908”華晶曾經歷的技術難關和量產難關,“909”工程更進一步,但依然讓時任電子工業部部長的胡啟立捏了一把汗。 

        為了縮短建廠周期,盡快組建華虹NEC合資司,“909”工程縮短了審批流程,這便意味著項目的40億人民幣即刻到位;但胡啟立曾回憶道,“如果‘909工程’再翻車,電子工業部將無法向國務院和全國人民交代。”幸而,該工程的主要承擔企業上海華虹未負眾望,凈利潤在千禧年時達到了5.16億元。 

        對此,胡啟立曾在日后總結稱,以市場為導向是引進高科技項目必須注意的一點,“如果與市場不合拍,就會被淘汰出局。”因此,在“908”、“909”兩次工程之后,執行市場化策略,并以需求為導向進行產品研發,對于國內芯片產業的“國家產業投資—助力企業市場化”路徑有著重要作用。

         “909”工程推行19年后,中國芯片產業又迎來一重磅消息——國家集成電路產業投資基金的成立。這一“大基金”的總額為1259億元,目前已投項目包括IC設計、制造、封測和設備等四大領域的龍頭公司,如紫光集團、中芯國際、長電科技和中微半導體等。 

        其中,出身于清華大學的紫光集團堪稱玩轉資本運作的“頭號玩家”。2013年,紫光集團分別以18.7億美元和9.07億美元的價格收購展訊通信、銳迪科微電子,成為世界第三大手機芯片設計公司;后又控股多家芯片封裝測試企業和存儲芯片制造廠商,嘗試走通全產業鏈的道路。 

        經歷了數個“芯”年,通過上游的芯片制造,和下游應用市場的疊加,中國的半導體全產業鏈布局正在逐漸崛起。根據西南證券的研報,國內的芯片制造企業目前已擁有一定的代工優勢。 

        當時空轉回驪山腳下,曾跟隨黃敞等中國第一代集成電路人的武平或許沒有想到,自己未來將一直在芯片產業中“浮沉”:從“156工程處”的研究生,后出國深造,到創立展訊通信,再到現在立足于半導體投資。 

        同成長于“156工程處”,在1982年來到驪山的陳南翔亦如是,在被分配到雙極集成電路研究室后,他輾轉美國、德國等地的研究所工作,后于2002年加入華潤微電子,現擔任常務副董事長。 

        無論是華晶、華虹、展訊、華潤,還是其他伴隨中國“芯”路成長的企業;中國芯片產業始終起于點點星火一般的研發之心,終究燎原——在市場化和構建全產業鏈的道路上不斷前行。

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