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中国芯片的真实情况 中国芯片产业60年发展历程回顾

从落后5年到落后20年

日期:2018年10月03日 07:44 来源:正和岛故事 作者:陈芳 董瑞丰
今年以来,一场关于中国缺“芯”的争论一直未停止。
    问题的背后必然隐藏着深层次的原因,让我们突然意识到被“卡脖子”的芯片技术是如何陷入困境当中的?未来又有无完善的应对方法呢?
    就此,本文对中国芯片产业从无到有的60年发展历程进行了全方位的回顾,透过集成电路的世纪变迁并与美、日、韩等国的崛起之路进行对比,为您多维度的解读中国芯片的困境所在及未来的破解之道。
    一、从落后5年到落后20年
    新中国成立时,全中国只有几个比较像样的有线电和无线电工厂,日式机床不到1000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。
    结果,援建电子管厂和交换机厂的动议顺利通过,但电子元件厂却被苏方拒绝,理由说来倒也简单:“援助电子管厂是可以的。至于无线电元件,连我们的工厂都是民主德国帮着建起来的,你们去请他们帮忙吧”
    1952年,民主德国方面尽最大的努力,给中国提供了种类和规格繁多的产品,最终确定引进18家单位的80多项产品,初步核算需要1.4亿元。
    随后,中方在北京酒仙桥筹建北京电子管厂(即现在的北京京东方公司)、由民主德国提供技术援助。该厂总投资1亿元,年产1220万只,是亚洲最大的电子管厂。除此之外,酒仙桥还建起了规模庞大的北京电机总厂、华北无线电器材联合厂、北京有线电厂及华北光电技术研究所等单位。
    响应“向科学进军”的号召,中国的知识分子、技术人员克服外界封锁的困难,在海外回国的一批半导体学者的带领下,开始建立起自己的半导体产业。
    1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管,从而开创了人类的硅文明时代。在地球的另一边,1959年,在林兰英的带领下,我国冲破西方禁运,仅比美国晚一年拉出了硅单晶。
    同年,李志坚在清华大学拉出了高纯度多晶硅。1960年,中科院半导体所和河北半导体研究所正式成立,我国的半导体工业体系初步建成。1965年,我国第一块集成电路诞生。
    1966年,十年动荡开始,但我国的半导体工业建设并未止步。1972年,美国总统尼克松访华后,中国开始从欧美引进技术。这一年,我国自主研制的PMOS大规模集成电路在永川半导体研究所诞生,实现了从中小集成电路发展到大规模集成电路的跨越。
    1.追赶乏力
    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。
    从国际上看,由于集成电路是先进技术,而且与国防军事密切相关,“巴统”对中国长年实行禁运,无论制造设备还是工艺技术,在一个很关键的时期内断绝了中国交流引进的路径。
    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;上海组建无线电十九厂。至1970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。
    20世纪70年代初,随着中美关系的缓和,中国开始恢复与西方国家的经济技术交流。事情并不是一帆风顺。1973年,中方一个考察团赴美考察彩色电视机生产线,美方热情接待后赠送考察团代表每人一份工艺精致的玻璃蜗牛小礼品。不曾想“蜗牛”引起始料不及的政治风波,彩电生产线的引进被迫停止。
    受此影响,中方此前与日本电气股份有限公司谈判引进的一条集成电路生产线也宣告流产,失去了一次引进全套技术的机会。
    与之形成鮮明对比的是,中国台湾地区的“工研院”1975年向美国购买3英寸晶圆生产线,1977年即建成投产。1978年,韩国电子技术研究所(KIET)从美国购买3英寸晶圆生产线,次年投产。1980年,台湾地区的联华电子建立4英寸晶圆厂。
    而中国大陆直至1988年オ由上海无线电十四厂与美国贝尔电话合资成立贝岭微电子公司,建设中国大陆第一条4英寸晶圆生产线。那时,在欧美联手封锁压制下中国大陆只能买到二手淘汰设备。
    值得一提的是,1975年,中国大陆已经完成了动态随机存储器核心技术的研发工作。北京大学物理系半导体教研室由王阳元领导的课题组,完成了三种技术方案,在当时的中科院109厂生产出中国第一块1024位动态随机存储器。这一成果尽管比美国、日本晚了四五年,但是比韩国要早四五年。
    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。
    2.一己之力难以追赶
    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。尤其是那时十年动乱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。
    技术进步是颠覆式的,每落下一步,很快就会被甩下一大截。研究芯片发展史的专家给出了比较客观的评判:这一时期的中国“芯”,在科研、技术水平上与世界水平有15年左右的差距,在工业生产上则有20年以上的差距。
    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。
    1977年8月,30位科技界代表受邀参加在人民大会堂召开的科教工作者座谈会。王守武发言说:“全国共有600多家半导体生产工厂,其一年生产的集成电路总量,只等于日本一家大型工厂月产量的十分之ー。”这句话,把改革开放之前中国半导体行业的成就和家底概括得八九不离十。
    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?”
    二、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。
    1.中国芯片的“531战略”
    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。
    江南无线电器材厂又叫“742厂”,1960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)。
    1969年的江南无线电器材厂
    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,从这条生产线上出来的芯片用在了40%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。
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