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芯片发展到20世纪90年代

来源:http://www.dfs-hk.com 责任编辑:人生就是博旧版 2019-02-24 09:04

  新中国成立时,全中国只有几个比较像样的有线电和无线台,生产能力和技术水平几乎为零。1951年10月底,中苏第二届商务谈判在莫斯科举行。中方代表团成员向当时与中国关系密切的苏方探寻援建电子管、无线电元件和交换机生产厂的可行性。

  从小规模集成电路起步,经过中规模集成电路,发展到大规模集成电路,就在美国的芯片技术飞速发展之时,中国的追赶开始乏力。在20世纪六七十年代,以中国的精英科学家和军事化研发体制,足以保证“两弹一星”这样的国家级工程顺利完成,但要让芯片产业实现超微细加工技术的不断升级,应对瞬息万变的市场变化,以及达到每年上亿甚至数十亿的产量,遇到了越来越多的障碍。

  从国内看,20世纪60年代后期,中国一度采用群众运动的方式全民大搞半导体。当时,报纸上长篇累牍地宣传:街道老太太在弄堂里拉一台扩散炉也能做出半导体。这种违背基本规律的鼓吹,严重冲击了正规工厂的半导体生产研发流程。1968年,北京组建东光电工厂;上海组建无线年建成投产,形成中国集成电路产业中的“南北两霸”。但所谓的“打破尖端迷信”,让造反派对东光电工厂建厂时铺设的水磨石地板进行了大肆批判,导致工厂不敢对产品质量提出起码的要求,甚至把其负责研制的百万次大型电子计算机电路推倒重来。

  1975年,北京大学物理系王阳元领导的课题组研制成功第一块三种类型的1024位MOS动态随机存储器

  由于国家经济与财政的原因,在20世纪六七十年代,我国的五年计划对集成电路的总投资还不及国际上一个大公司一年的投资。例如,1973年中国与日本电气股份有限公司谈判引进集成电路生产线时,预备的资金仅为日方报价的一半。在欧美技术封锁以及1980年后中国大陆减少电子产业投资的情况下,中国大陆的DRAM产业开始领先韩国,然后迅速被韩国反超。

  当中兴事件发生后,中国的互联网上出现一种声音,认为中国芯片“梦幻开局”,起步不算晚,假如一直埋头搞建设,是否能发展出不逊于美、日、韩的技术能力和产业水平?事实上,在日新月异的技术和庞大的工业体系面前,中国的芯片产业发展很难靠“技术英雄”的一己之力实现赶超。尤其是那时已经让企业的生产条件和设施受到严重破坏,产业发展违背科学规律,加之国际上的技术封锁与禁运,我国的芯片产业基本处于分散的、手工式的生产状态,与国际先进水平的差距不仅难以弥合,而且正在呈现出成倍扩大的趋势。

  不可否认,中国在过去10年里咬着牙取得了一批值得大书特书的科技突破,但无论芯片的技术还是产量,此时都已经远远落后于世界先进水平。不仅世界第一的美国将中国抛在了身后,连昔日落后的日本、韩国也正在迅速赶超。发展芯片产业的重要性和紧追性,已经为決策者所认可。

  在中国的其他高科技领域,情况相差无几。著名的“863计划”启动之前,中国科技界对这种差距洞若观火,一位资深科学家曾痛心疾首地说道:“如果再这样下去,中国的年轻科学家将丧失与国际科学界对话的能力。”

  在这样的劣势下试图赶超,无疑需要对芯片产业甚至社会经济的发展规律有极其精准的洞悉和运用。只有改革开放的春风才能为芯片产业的发展注入新的生机与活力。回想1977年,除了专业领域的少数领军入物,上至中央高层,下至普通专家,国人对这种差距和追赶的难度普遍认识不足。例如,有领导同志当年就曾问芯片产业的老一辈科学家王守武:“你们一定要把大规模集成电路搞上去,一年行吗?”

  造得出“两弹一星”,造不出芯片?如果说中国的芯片产业在前30年里做到了独立自主,但严重缺乏产业化和持续更新“造血”的能力,那么在接下来的30年里,中国又进入了以市场化和运动式集中攻关井行、换取技术进步和产业跨越的阶段。至少两代科学家、工程师和企业家付出了高昂的学费,试图换来理想中“引进、消化、吸收、创新”的技术发展道路。

  1980年,坐落在大湖边的江南无线电器材厂迎来了一批西装革履、行事有板有眼的日本工程师。国门初开,这批日本人引来厂里不少好奇又略带怀疑的目光。很快,厂里贴出告示,宣布从日本东芝公司引进彩色和黑白电视机集成电路5微米全套生产线年成立时只是江苏无锡一家身处小巷的地方国营小厂,以生产二极管为主;后经几次划转、合井,承担起新型半导体工艺设备的研究和生产任务,此时隶属于四机部(电子工业部)。

  多年以后,无锡仍是中国集成电路产业布局中的一个重要基地,这与742厂时期打下的底子不无关系。与东芝公司的这次合作,是我国第一次从国外引进集成电路技术,短短起几年时间,厂里的芯片产量达到3000万块,一度蜚声国内的名牌电视机一一熊猫、金星、孔值——心脏部位统统装有这家工厂的产品;甚至有人统计,从这条生产线%的国产电视机、音响和电源上。742厂也一跃成为当时我国产能最大、工序最全、首家具有现代工业大生产特点的集成电路生产厂。

  回过头来看,出现这种情况有着特殊的时代背景:国家缩减了对电子工业的直接投入,希望广大电子厂能够到市场上自己寻找出路。为了在短期内获得效益,大量工厂购买国外的技术和生产线,自主研发的电子工业思路逐渐被购买引进所替代。这也是中兴创始人侯为贵在1980年被派往美国考察生产线年又到深圳创办中兴半导体公司的原因。

  在改革开放仍处于起步阶段的中国,“探素”是出现在经济生活各个领域的一个高频词。1982年10月,国务院为了加强对全国计算机和大规模集成电路行业的领导,成立了以时任副总理万里为组长的“电子计算机和大规模集成电路领导小组”,制定中国芯片发展规划,提出“六五”(1981-1985年)期间要对半导体工业进行技术改造。一年后,针对当时多头引进、重复布点的情况,领导小组提出“治散治乱”,集成电路要“建立南北两个基地和一个点”的发展战略。南方基地主要指上海、江苏和浙江,北方基地主要指北京、天津和沈阳;“一个点”指西安,主要为航天配套。

  1.各种整机引进是“万国牌”"的,整机厂要的品种,电路厂做不出来;电路厂生产的,整机厂又不要,电路厂没有做到市场导向。

  2.在引进工作中,大量引进硬件——设备和仪器,而不注重引进软件——技术和管理,这是引进未能发挥应有作用的教训。

  3.科研与生产结合不紧密,厂、所内部运行机制不顺畅。

  经费也是一个重要原因。计划中要建立的南北三个微电子基地,投资预计无锡6亿元、上海5亿元、北京4亿元。由于资金没有着落,北方基地规划组工作一年多,写成报告汇报后就宣布解散。上海也仅投不到5亿元。

  在多种原因的作用下,原本提倡的“引进、消化、吸收、创新”八字方针没有得到全面贯彻,导致一而再、再而三地引进。即便是先行者742厂,此后相继从东芝和西门子引进2-3微米数字电路全线设备和技术,后来又从美国朗讯公司引进0.9微米数字电路设备和技术。

  到1988年,我国的集成电路年产量终于达到1亿块。按照当时的通用标准,一个国家的集成电路年产量达到1亿块标志着开始进入工业化大生产。美国在1966年率先达到,日本随后在1968年达到。中国从1965年造出自己的第一块集成电路以来,经过漫长的23年,才达到了这一标准线厂的辉煌还将延续一段时间。由于引进技术的成功,电子工业部决定从隶属于该部的主力研究所、位于四川的24所调出500人,与724厂共同组建无锡微电子科研生产联合体,以争取形成自主研发能力。

  “七五”期间我国微电子产业的头号工程——无锡微电子工程,由此拉开序幕。该工程含2-3微米大生产线,以及制版,引导线年开工建设。次年,在工程建设期间成立了中国华晶电子集团公司,后者被誉为“中国微电子产业的黄埔军校”,从这里“走出去”、在其他公司或政府部门担任过主要领导、骨干的人数,据统计不下500人。

  1987年,江南无线所无锡分所合并,成立无锡微电子联合公司,即中国华晶电子集团公司的前身

  有了华晶的基础,1990年8月,国家计委和电子工业部在北京联合召开了有关领导和专家参加的座谈会;中央随即决定实施“908工程”,目标是在“八五”(1991-1995年)期间半导体技术达到1微米。

  “908工程”规划总投资20亿元,其中15亿元用在无锡华晶电子,建设月产能1.2万片的晶圆厂,由建设银行货款;另外5亿元投给9家集成电路企业设立设计中心。

  时值美日两国在芯片领域龙争虎斗,韩国则一路高歌猛追,这个经过科研人员与企业家精心设计、反复论证的方案,被寄予厚望,要让中国拉近与世界先进水平的距离。

  但实际结果相差基远。“908工程”光是经费审批就花了足足2年时间,从美国朗讯引进0.9微米生产线年时间,中间经历了数次反复论证,加上建厂的2年时间,工程从开始立项到线年建成投产时,华晶的技术水平已大大落后于国际主流技术达4-5代,月产仅800片左右,投产当年亏损2.4亿元,成为“投产即落后”的经典反面案例。

  巨额投入打了水源,华晶还要为此承担沉重的利息支出压力。走投无路之下,从1998年2月起,华晶将部分设备租给香港上华半导体公司。上华对外筹集了2800万美元,在引进美国的技术、中国台湾地区的团队后,5个月内就开始量产了。1999年8月,华晶和上华合作的工厂转制为合资公司——无锡华晶上华半导体公司,上华持股51%;新公司迅速扭亏为盈,成为中国大陆第一家“纯晶圆代工”企业。与华晶形成鲜明对比的是,1990年新加坡政府投资特许半导体,只用两年时间建成,第三年投产,到1998年收回全部投资。

  “砸锅卖铁”也要把芯片搞上去集成电路产业的发展并非一朝一タ之功。从“造不如买”,到准备“引进、消化、吸收、创新”,“908工程”迈出了关键一步。它的失败,也让中国芯片从业人员在挫折中汲取了教训和经验。这些经验将在后续的中国“芯”特大工程——“909工程”中起到宝贵的作用。1995年12月11日,时任电子工业部部长正在湖北武汉,准备第二天前往三峡工程考察。当晚,他突然接到国务院办公厅的电话,通知他隔天在北京出席总理办公会议。

  领导同志甚至发出了“就是‘砸锅卖铁’也要把半导体产业搞上去”的指示。在这次总理办公会议上,确定了中国电子工业有史以来投资规模最大、技术最先进的一个国家项目——“909工程”:投资100亿元,建设一条8英寸晶圆、从0.5微米工艺技术起步的集成电路生产线。

  1.“909工程”拿到“特殊政策”

  当时的情况确实触目惊心。从产业规模看,1994年我国大陆集成电路的产量和销售额分别只占世界市场份额的0.3%和0.2%,在大陆市场的占有率不足15%,只相当于我国台湾地区台积电一家公司的1/3。

  政府主管部门判断,芯片产业发展滞后已严重影响信息产业的进一步发展。在各类电子产品中,集成电路85%以上依赖进口,使得当时中国的电子产品虽有自己的品牌,但只能使用外国芯片。比如,1990年我国已经成为世界电视机生产大国,每年可以生产上亿台电视机,但电视机所用的关键芯片大多依靠进口。专用芯片中的专利技术转让费,是导致我国许多电子产品产量虽大但利润却很微薄的主要原因。

  电子工业部在20世纪90年代中期递交的报告中这样写道:我国没有多少能和外国公司平起平坐的进行交换、合作的关键性技术专利。这种状况如不改变,我国的电子工业有永远沦为“电子组装加工”的危险……如果能够抓住机遇,我国集成电路产业将可跃上一个新台阶,从而获得追赶世界发展步伐的机会。当时,“908项目”还正在进行之中,而且遇到了很大的困难。在总理办公会议上,申述了建设项目的困难:半导体产业是更新換代最快的一个产业,产品集成度每18个月增长一倍,相应的许多设备也要升级换代。

  如果‘909工程’再翻车,就会把这条路堵死,可以肯定若干年内国家很难再向半导体产业投资。电子工业部也无法向国务院和全国人民交代!”随后他又写到:“这些判断都没错,但现在想来,那时我对即将遇到的风浪和危难的估计都是远远不足的。”

  围绕“909工程”,上海虹日国际、上海华虹国际、北京华虹集成电路设计公司等相继成立。其中,华虹NEC没有重蹈华晶七年漫长建厂的覆撤,于1997年7月31日开工,1999年2月完工,2000年取得30.15亿元的销售额,利润达到5.16亿元。同时,其技术档次达到0.35~0.24微米,生产的64MB和128MBSDRAM存储器达到了当时的国际主流水准。

  不过,正如同志的回忆,“风浪和危难”远超过想象。工程开工建设了,恰逢全球半导体市场低迷时期,其他国家的半导体工厂纷纷缓建或者停工;要自力更生,却发现已经开工建设的超净厂房没有预见到未来的发展,比需要的面积小了ー半;还没有来得及为投产庆祝,就遭遇世界范围的半导体存储器市场价格一落千丈,刚刚上路的生产线必须转型为代工……

  芯片发展到20世纪90年代,技术已经过多次迭代,大的市场早被几家国际巨头瓜分完毕,这些巨头企业不仅技术成熟稳定,而且依靠极大的产量将成本摊至很低。是进入大市场“硬碰硬”,还是切入小市场的“空白点”?如何应对瞬息万变的市场需求和价格变化?这些对“909工程”的实操者都提出了巨大挑战。

  作为“909工程”的主要承担者,华虹公司的成功与否在一定程度上決定着“909工程”的成败。时任上海市市长的徐匡迪是“909工程”的重要支持者,他曾多次与华虹当时的董事长张文义一同参加与外商的谈判,每次他都问张文义:“华虹是赚了还是亏了?”

  能否盈利是判断华红取得成功的重要标志。

  无论如何,到2005年6月,华虹完成了当初立项的所有目标。

  第一,真正的核心技术很难通过市场交换得来,引进不是目的,目的是发展自己,为我所用,最终实现自主创新,走自己的路。企业必须从引进之日就要制定消化吸收的具体措施和今后创新的长期战略规划,并积极努力加以实施。

  第二,始终坚持以市场为导向,“引进某高科技项目,往往首先想到为填补国内该领域的空白,容易导致从技术出发,忽视市场导向”。“如果与市场不合拍,即使技术水平再高,也得不到市场的回报,就会被淘汰出局”。

  多年以后,张文义已经离开华虹,转任另一家芯片制造厂商——中芯国际的董事长。根据2017年的一份数据统计,在全球芯片代工厂的市场份额排名中,台积电稳居第一,占55.9%;中芯国际排在第五,占5.4%;而华虹排在第九,占1.4%。作为探索中国“芯”自主创新道路上一次难得的实践,客观来讲,“909工程”取得的成绩不仅是华虹完成了立项目标,也为中国集成电路产业的发展道路做了政策探索,为后来的大基金、“909工程”二次升级都积累了很多经验。

  中国“芯”的漫漫征程还未停歇,新世纪,征途迎来了新的曙光。如果说“909工程”的投入,对20世纪的中国“芯”来说是一笔史无前例的巨额投资,那么21世纪的中国“芯”得到的重视有过之而无不及。成立于2014年的国家集成电路产业投资基金,专为促进集成电路产业的发展而设立,外界称之为“大基金”。基金总额最初计划约为1200亿元,最后增至1250亿元,发起人包括国开金融、中国烟草、亦庄国投、中国移动、上海国盛、中国电科、紫光通信、华芯投资等实力雄厚的企业。这是中国集成电路产业有史以来的最大手笔,它的影响将在未来数年或数十年可逐渐显现出来。在“大基金”之前,中国“芯”还有“核高基”等国家专项扶持。“十五”计划(2001-2005年)初期,863信息技术领域专家组经过深入调研,设立了超大规模集成电路设计专项。专项先后确立了“国产高性能SOC芯片”“面向网络计算机的北大众志863CPU系统芯片及整机系统”“龙芯2号增强型处理器芯片设计”等课题,支持上海高性能集成电路设计中心、北大众志、中国科学院计算技术研究所等单位研发国产CPU。上海高性能集成电路设计中心后来做出了“申威”CPU芯片,用在我国首台全自主可控的十亿亿次超级计算机“神威·太湖之光”上。后者曾蝉联两年世界超算冠军,还为中国赢得了全球高性能计算应用领域的最高奖——戈登贝尔奖。

  北大众志1999年就研制出中国第一个完全自主研发的CPU架构,《人民日报》在这年的最后一天刊文,称这一成果是“献给新千年的礼物”。

  龙芯的芯片后来在北斗卫星等国防军工领域得到广泛应用,成为芯片民族品牌的代表。

  在此基础上,2006年,“核高基”重大专项正式上马。“核高基”是“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”的简称。当年,国务院颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,将“核高基”列为16个科技重大专项之首,与载人航天、探月工程等并列。

  根据计划,“核高基”重大专项将持续至2020年,中央财政安排预算328亿元,加上地方财政以及其他配套资金,预计总投入将超过1000亿元。

  这种情况在“核高基”重大专项上发生了改变。事实上,国家中长期规划的16个科技重大专项,一个共同特征就是以产业化为目的,而不是仅仅停留在实验室阶段。因此。“核高基”的一个重要特征就是“企业牵头主导”。而如何在高度市场化的条件下发挥“举国体制”的优势,成为“核高基”要解决的难题。根据2017年科技部会同工信部发布的“核高基”国家科技重大专项成果显示,经过近10年的专项实施,一批集成电路制造关键装备实现了从无到有的突破,先后有30多种高端装备和上百种关键材料产品研发成功并进入海内外市场,填补了产业链的空白。

  专项技术总师、清华大学教授魏少军当时对外表示:“我们在核心电子器件关键技术方面取得重大突破,技术水平全面提升,与国外的差距由专项启动前的15年以上缩短到5年,一批重大产品使我国核心电子器件长期依赖进口的‘卡脖子’问题得到缓解。”

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