【国庆献礼】回顾新中国以来的半导体产业发展历程

来源: 芯闻路1号 作者:未来星蜥蜴姐 2022-10-01 00:00:00
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#盘点新中国以来的国产半导体发展历程

  历经73年的砥砺奋进、风雨兼程,新中国谱写了一部波澜壮阔的奋斗史诗,祖国大地上发生了翻天覆地的变化。从百废待兴走向繁荣富强,从温饱不足迈向全面小康,国家的综合实力与日俱增,经济持续快速发展,人民生活水平极大改善。中华民族实现了从站起来、富起来到强起来的伟大飞跃。

  2022年10月1日,是祖国母亲的第73个生日。此时此刻的中国,数字经济在祖国遍地开花,数字大屏祝福语、庆典节目中的VR特效、影院观影的科幻视听体验……都通过每个置身其中的中国人感受着科技的魅力,传递着祖国日益强盛的声音。

  然而,73年前的祖国科技发展饱经风霜,凭借祖辈父辈们的艰辛努力,才一步步取得今日的丰硕成果。我们不能忘记那段岁月,更应在思甜时去知晓祖国的科技演进历史。

  作为半导体人,我们理所当然要认清,祖国的半导体行业发展如何在峥嵘岁月中坚持不懈、顽强发展,如何在困难重重中披荆斩棘、砥砺前行。

  在这个普天同庆的日子里,我们来一起回顾下,中国半导体70多年的风雨历程。

  图片来源:摄图网

   

起步顺利:专家主导下自主创新的奇迹

  如今,几乎所有的新兴技术,人工智能、云计算、物联网、区块链、5G、自动驾驶、可穿戴设备等,都由其中的关键半导体组件驱动。一部智能手机的计算能力已远远超过美国宇航局1969年将人类送上月球所使用的计算机,这正得益于高性能芯片的快速推广。

  然而,时间回到上世纪的50年代,我国的半导体产业才刚刚兴起,并得以发展……

  半导体技术是第二次世界大战后涌现出来的新技术。在仙童半导体公司成立之前,美国的大多数半导体技术仍然留在实验室和大学里面。这期间,很多华人留学生逐渐学习和接触到了半导体技术,并把这些技术带回国内。比如中国半导体技术的奠基者:谢希德、黄坤、高鼎三、林兰英、王守武和黄昌等。随着新中国成立,他们回归祖国,并将半导体技术带回了中国。

  1956年,我国“向科学进军”的口号提出,随后制定了“1956—1967科技发展远景规划”,该规划把半导体、无线电、自动化和计算技术列入了4项紧急措施,半导体产业的发展摆在了突出的位置。面对人才急缺的现状,1956—1958两年期间,教育部集中国内以北京大学、复旦大学为首的5所大学,开办了第一届半导体专业培训班。经过国内一批海归先驱的努力,300多名科技工作者成长起来,不少人成了半导体领域的中坚力量。中国科学院院士王阳元、中国工程院院士徐居炎等人才出现了,这为中国半导体产业和技术早期的赶超奠定了人才基础。

  钱学森参加《1956-1967年科学技术发展远景规划》会议 图片来源:中国网

   

  早期大陆的半导体产业主要是以国防应用为主。上世纪50年代末期,我国成立了电信工业管理局,主管国防电子通信。下属企业包括北京电子管厂、北京汽车总厂、华北无线电设备联合厂、上海原五厂和华北光电研究所等企业和研究机构。这些企业的产品主要用于航空、航天、导弹、雷达、国防通讯和国防计算等领域。此时,中国半导体产业用于民用的非常少,只有少量的用于制造半导体收音机。尽管中国半导体产业技术与先进国家存在一定差距,但在此时差距并没有拉大。

  在此期间,中国半导体技术的发展主要依靠自主创新,是在“消化吸收、融会贯通、推陈创新、举一反三”的技术路线下取得的。除了在上世纪50年代部分引进的苏联技术,以及70年代通过特殊渠道购买的少量设备和技术,中国在半导体技术方面都依赖于自主研发。在中国成立的国有半导体企业规模普遍较小,资金和技术严重短缺。生产的产品基本上是为了满足国防和军工需要,市场化程度低,民用市场尚未打开。

   

开始落后:海外技术引进与赶超陷阱

  改革开放后,中国不仅与美国等半导体强国的技术距离在拉大,还落后于后起之秀日本。此时集成电路已经出现,并开始进行技术的快速迭代,集成电路技术变成了半导体技术的主导方向。上世纪50年代和60年代成立的国营电子厂和无线电厂等在经营上面临巨大的困难。在体制转型的大背景下,这些国营企业的业务类型也开始由国防服务转移到民用为主。江南无线电设备厂、无锡微电子联合公司和华晶电子集团都进行了艰苦的转型工作。80年代初,它们在电子企业要自己找出路的大背景下,开始大规模地引进国外技术和生产线,自主研发的思路开始被引进替代。

  天津国营无线电厂生产的国产电视机 图片来源:新华社

   

  1982年10月,国务院成立了由万里副总理领导的电子计算机和大规模集成电路领导小组,制定了中国的集成电路发展规划,并在“六五”期间提出了半导体产业的技术改造。在“六五”期间和“七五”期间,全国33个单位不同程度地引进了各种集成电路生产设备,但其中大部分都是三英寸的线路,在国外已经被淘汰,其中大部分都是二手生产线。由于各单位资金不足,大部分生产线由于投资不足,设备不合理,缺乏相应的制造技术和产品开发技术等问题,实际上只有少数生产线投入生产。这些项目建成后,月产量小,无助于提高经济效益。但这些生产线的引入,对改变中国集成电路的落后面貌,改进生产方式,提高技术水平起到了积极的作用。例如,江苏省无锡市江南无线电设备厂引进日本东芝公司的彩色和黑白电视集成电路生产线,不仅引入了设备、净化设备和动力设备的硬件,还引入了制造工艺技术软件。

  1986年,在“七五”期间,提出在北部和南部建立两个IC基地。南部基地主要分布在江苏、上海和浙江,北部基地主要在北京。11月,IC产业发展战略研讨会在厦门召开,提出了“七五”发展重点工作和531发展战略。1989年2月,在无锡召开了另一次集成电路产业发展战略研讨会,并提出加快基地建设,早日形成规模经济,专注于ASIC的发展,加强对技术研发的支持,振兴中国的IC产业。会议之后,重点建设了5个骨干企业。它们是位于江苏无锡的华晶集团有限公司、浙江绍兴的华岳微电子有限公司、上海贝岭微电子制造有限公司、上海飞利浦半导体和首钢日本电子有限公司。经过“七五”和“八五”五年计划,南北基地五大重点企业建设完成。

  1990年9月,电子工业部决定推出“908项目”,并希望在VLSI上取得突破。目标是建立一个6英寸0.8~1.2μm的芯片生产线。该项目由无锡华晶承接,芯片技术从朗讯购买,但最终行政审查用了2年时间,技术引进耗时3年,工厂建设用了2年时间。

  1995年12月,“909”项目成为中国电子行业历史上最大的投资项目,建设一条8英寸、0.5μm技术启动的大规模集成电路生产线,每月加工20000件芯片。“909”项目是20世纪90年代“九五”国家发展微电子产业重点项目的缩写。后来为了配套华虹集团的8寸线制造,充分发挥其“蝴蝶效应”,带动了相关上下游产业的发展,精心选择深圳市国威电子有限公司、熊猫电子集团电子设计公司等8家半导体生产设计公司进行重点培育。“909”项目于1997年7月开工,1999年2月完工,完成试生产花了不到两年的时间。2000年,它实现了30亿销售额和5.16亿美元的利润。然而到了2001年,重点培育企业遭受了芯片行业的寒冬,中国半导体产业发展重大挫折。

  本阶段是中国半导体产业不断追赶却不断被拉开差距的阶段。集成电路产业技术迭代速度非常快,中国半导体企业引进的技术很快就落伍了,于是又开始重新引进新技术,就这样陷入了“引进-落后-再引进-再落后”的怪圈。此外,中国在巴黎统筹委员会的技术限制下,引进的技术都是发达国家淘汰的二手设备,根本无法形成核心技术优势。

  在本阶段,日本、韩国和中国台湾地区的半导体技术不断更新迭代,技术越来越先进,它们先后完成了技术赶超。

   

希望萌芽:海归潮与民企主导的追赶进程

  进入新千年后,世界半导体产业结束了高速发展的势头,进入产业萧条周期。而我国却依然供需两旺,吸引了全世界的关注。根据国际工业生命周期,如果一个行业开始结束高增长和高利润的时代,那么现在是按照国际分工法发展到发展中国家的时候了。自台积电建立代工模型以来,集成电路产业的纵向分工迅速发展。为了降低成本和提高竞争力,国际巨头已经采取了将芯片加工、封装和测试服务分包给专业芯片加工厂的战略,并保留了价值链的高端设计业务。早在1997年,美国就已经把芯片制造业放在传统产业目录中,并将生产基地大规模地离开了美国并转移到了国外。在这种背景下,台积电、NEC、英特尔和亿恒等一大批芯片厂商进入中国。截至2002年底,中国已在上海、北京和深圳建立了3个大型集成电路制造基地。根据中国半导体协会的统计,员工人数从几千人增加到15000人,增长速度非常快。

  2000年以后,西雁东飞为中国半导体产业注入了新的活力,并出现了大量机制灵活的民营半导体公司。这些公司主要以民营企业和海归创业企业为主,它们凭借灵活的运营机制和较强的创新意识,很快在各自的领域脱颖而出。

  2001年3月11日“星光一号”诞生   图片来源:中星微电子官网

   

  2010年“十二五”期间,启动了国家重点工程“909工程”的升级改造。该项目的目标是建立一个12英寸,90-65-45nm工艺等级的集成电路生产线,月产能为35000片晶圆,实际完成水平为55-40-28nm工艺水平。然而华虹半导体虽未实现承载的期望,但“909工程”系列工程却带来了“蝴蝶效应”,一大批配套企业和合作企业迅速发展,部分企业技术方面取得重大突破。

  在此期间,国家对半导体的支持主要体现在几个方面:鼓励软件和集成电路发展的18号文、诸多863以及973计划项目、核高基专项、01专项和02专项。但这些政策对于耗资巨大的半导体行业,尤其是芯片制造环节来说,无异于杯水车薪。

  值得一提的是,这时期新成立的一批民营企业不断发展壮大,它们克服内外重重困难,艰难地进行技术追赶,有的企业已经崭露头角。

   

整装重发:集成电路产业的爆发期

  2014年9月,国家集成电路产业基金规模达到1000亿元,由财政部和国家开发银行资助。它将对中国乃至世界半导体产业的生态产生重大影响。为了避免“909项目”等产生的问题,国家基金采用了不同于以往的投资方式。首先寻找行业中的优秀公司提供关键支持,尤其是前三位领导者,都有机会获得国家资金。此外,股权投资方一般不干扰生产经营,保证企业自主发展。

  2016年“十三五”期间,“909工程”二次升级改造建设启动,项目目标是建设一条28英寸生产线,生产能力为40-20-14nm,月产能为40000片芯片。作为“909工程”建设的承担主体上海华虹NEC技术水平也在不断提升。在政策方面,国家大力支持半导体产业的发展,创造了良好的政策环境,并建立国家集成电路产业投资基金,为中国半导体产业的发展提供强有力的资金支持。

  与集成电路相关的超100亿美元基金  图片来源:投中数据,毕马威分析

   

  目前,中国的集成电路产业已经形成了芯片设计、晶圆制造、封装和测试3个方面的技术,它们在各自相对独立地发展。2021年,中国半导体发展欣欣向荣,资本市场也斥重金砸向半导体领域,半导体企业千亿名单逐渐拉长。

  然而,我们也应该看到,我国芯片行业更侧重于后端工艺,对于上游基础原材料、半导体器件和核心部件,许多核心芯片技术,如RF、FPGA、高速数模转换和存储仍然掌握在外国制造商手中,产业需求基本来自进口。芯片领域特别是高端芯片严重依赖国外厂商对国家战略安全构成了严重威胁,芯片战略安全引起了国民的高度重视,半导体行业国产化势在必行。

   

结语

  祖国用了七十多年、颁布了数个五年计划专项工程、设立了数不清的高科技工业区,从政策、土地、招商引资等各方面来发展半导体产业。虽然在这个过程中,有说不清的挫折,但是依旧没有阻挡一代代工程师、领导的决心和意志。

  如今的时代面临着百年未有之大变革,祖国也在积极应对机遇与挑战,作为世界最大的半导体终端市场,全球芯片总产量的一半以上流向中国。在经历几十年风雨之后,我国半导体行业的黄金时代才刚刚开始,更多的战场等着我们去开辟,去超越,去战胜。

   

   

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