芯片制造难度大点沙成金无捷径

光刻机

4月16日，太平洋彼岸的一则“禁令”，让国人感受到了一颗芯片的“分量”。美国商务部发布声明称，因中兴通讯公司违反与美国政府去年达成的和解协议，将对该公司执行为期7年的出口禁令。一颗“芯”难倒英雄汉，芯片制造的难点在何处？

排错成本高难度大

互联网我们有BAT可以和Facebook/Google过过招，电子整机有华为中兴可以对抗思科爱立信，IT行业里面为什么独独集成电路，没有能跟美国抗衡的能力？这还要从IC（集成电路）设计产业的特点来说起。IC设计相对于互联网和整机设备，有两个重要特点，试错成本高和排错难度大。互联网做一个App，可以一天出一个版本，有些问题没关系，第2天就可以修复，试错和修改的成本几乎为零。整机硬件的电路板设计周期在1天到1个月之间，生产周期在3天到2周之间，出了错重新投板费用在几百到几千之间，最多数万块钱。而IC设计，不算架构设计，从电路设计开始到投片，最少要半年时间。投片送到工厂加工生产，一般要2个月到3个月。最重要的是一次投片的费用最少也要数十万元，先进工艺高达千万到数千万。如此高的试错和时间成本对一次成功率的要求极高，不得不把流程拖长，反复验证，需要多个工种密切配合，团队中一个人出错，3个月后回来的芯片可能就是一块儿石头。修改一轮，又要3个月。

与试错成本高并存的是排错难度大。互联网编个软件，调试起来几乎可以在程序任意地方设断点，查看变数当时的状态或者打出商标。硬件电路板上，几乎任何一根信号线可以拉到示波器上看波形。而一颗手指甲盖大小的芯片，里面有上亿个晶体管，而最终能在电路板上测量到的信号线却只有十几根到几百根。如何根据这少得可怜的信息，推理出哪个晶体管设计错误，难度不言而喻。

上述两大特点导致对IC从业人员的素质要求极高，试错周期长需要逻辑严谨细致的工作态度，排错难度大需要一套科学的实验方法。而这两方面，恰恰是国内教育的软肋。过分重视知识的记忆，而忽略逻辑和方法。所以当软件工程师们靠自己的聪明和勤奋，不断快速迭代的时候却还是一次次的延后，上市时间依然落后。更有很多bug无法找到原因，反复投片实验也无结果，最后只能以项目失败收场。

高难度的产业背后蕴藏的是巨大的商业价值。集成电路被誉为电子工业的粮食，除了对国家和行业安全有着巨大的意义，利润率也随着技术含量水涨船高。芯片本身的材料是二氧化硅，成本极低，上面凝聚的技术就决定了利润。消费类芯片产品一般毛利率在30%～40%，工业用产品一般能在50%—60%以上。

芯片生产设备研发难

制造芯片的基本原理是：在金属表面覆盖一层光刻胶，然后用光先把光刻胶侵蚀掉，下一步再用化学物质浸泡，这样有光刻胶的那部分金属就不会被侵蚀、没有光刻胶的地方会被侵蚀掉，之后金属表面就形成了设计的形状。

这两个过程就是所谓的光刻和蚀刻，对应的设备就是光刻机和蚀刻机。光刻机的复杂程度远远高于蚀刻机，目前最先进的光刻机制造商是荷兰的ASML，可以说是仅此一家、别无分号（占有80%的市场份额），长江科技斥巨资购入的“喜提”ASML光刻机正是出自这一厂商。现在，ASML使用的光线已经到了极紫外光（EUV），所以可以光刻7nm以下的大规模集成电路。

相比之下，中国的光刻机水平差距较大，还有很长的路要走。相对而言，中国在蚀刻机方面做的相对较好，现在中国最先进的等离子蚀刻机已经制造到了5nm的制程，并且7nm制程的蚀刻机量产并向台积电等厂商供货，这方面中国已经是世界顶尖水平。

根据工业和信息化部软件与集成电路促进中心（CSIP）2017年5月发布的《中国集成电路产业人才白皮书（2016—2017）》（以下简称白皮书），目前我国集成电路从业人员总数不足30万人，但是按总产值计算，需要70万人，人才培养总量严重不足。

“高校的芯片产业人才储备堪忧。几乎所有人都在做计算机应用的东西，而不是基础的东西。”北京交通大学副教授李浥东很理解计算机基础领域和应用领域之间客观存在的人才差异，“高校讲就业率，学生看市场预期”，但他认为，无论是薪资待遇还是人才总量，目前都相差太大了。

“本质上都是在教学生怎么用计算机，而不是教学生怎么造计算机。就像汽车专业教了一堆驾驶员一样。”谈起芯片人才话题，中国科学院计算技术研究所研究员、“龙芯”处理器负责人胡伟武有很多话说。在他看来，我国的芯片产业人才培养极不平衡，大多数人才都集中在技术应用层面，但研究算法、芯片等底层系统的人才太少。

他随手就举了一个现实的例子：绝大多数互联网公司都在用Java编程，相应的人才储备有数十万甚至上百万，但研究Java虚拟机（在实际的计算机上模拟模拟各种计算机功能的抽象化计算机）的人才非常少，“我2010年办企业的时候连10个人都不到”，而今天全国可能仍不超过100个。

对于这一问题，中国工程院院士、中国计算机学会名誉理事长李国杰归纳为四个字——“头重脚轻”。他谈到，人才储备与培养比较薄弱，是我国芯片半导体产业与国际顶尖水平相比仍有明显差距的一个关键因素。

白皮书指出，1999年到2016年，中国集成电路设计复合年均增长率为44.91%，蓬勃发展。但我国集成电路产业的自主创新能力弱，关键核心技术对外依存度高、人才缺乏等问题依然十分突出。根据《国家集成电路产业推进纲要》，产业规模到2030年将扩大5倍以上，对人才需求将成倍增长。而产业人才的供给与产业发展的增速不匹配，依托高校培养IC人才不能满足产业发展的要求。

白皮书指出，集成电路企业的研发岗专业人才年薪近30万元，生产制造专业人才近20万元。而本科学历的应届生在芯片设计中的平均年薪近15万元，博士学历近30万元。调查表明，80%的企业每年调薪一次，每次调薪比例大都在5%到10%之间。

但这一薪资水平与互联网企业的热门岗位，尤其是大数据、人工智能等岗位的薪资相比，明显逊色不少。拉勾网等互联网人才招聘网站的招聘信息显示，计算机专业本科毕业，且拥有4～5年工作经验的人工智能人才，月薪最高可以拿到4万元，考虑到许多互联网公司都会发12个月以上薪酬，最终年薪可能超过50万元。