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芯片研發究竟有多難？它體積微小，貌不驚人，卻集高精尖技術于一體。它作用非凡，應用廣泛，是信息產業的核心和基石。它事關國計民生與信息安全，牽動著億萬國人的心。小小的它這般神奇簡單說來，芯片就是一種集成電路，它是通過微細加工技術，把半導體器件聚集在硅晶圓表面上而獲得的一種電子產品。芯片的奧秘之處，在于它可將多達幾億個微小的晶體管連在一起，以類似用底片洗照片的方式翻印到硅片上，從而制造出體積微小、功能強大的“集成電路”。芯片上的晶體管有多小呢？一根頭發絲直徑長度能并排放下1000個，且相互之間能協同工作、完成指定的任務。制造出來的芯片雖然只有指甲般大小，能耐卻大得驚人。它具有信息采集、處理、存儲、控制、導航、通信、顯示等諸多功能，是一切電子設備最核心的元器件。在當今信息社會，芯片無處不在，生活中凡是帶“電”的產品，幾乎都嵌有芯片。我們每天都離不開的手機，里面的芯片就多達30個。如果沒有芯片，世界上所有與電相關的設備幾乎無法工作。芯片不僅事關國計民生，而且涉及信息安全。一些西方國家出于自身利益考慮，將其視為一種貿易或戰爭的“武器”，輕則通過禁運、限售等措施，制約相關國家信息產業發展，重則通過接入互聯網芯片的“后門”，進行情報收集或實施網絡攻擊。如前幾年發生的“棱鏡門”事件、某大國通過互聯網攻擊伊朗的核電站等，都與芯片有著千絲萬縷的聯系。因此，芯片不僅是信息產業的核心，更是信息處理與安全的基石。信息社會不可或缺隨著信息技術的迅猛發展，芯片應用已延伸到社會的每個角落，融入生活的方方面面。從人們日常生活使用的手機、電腦、洗衣機，到工業領域的機床、發動機，再到航空航天領域的導航及星載設備等，哪樣都少不了芯片。在軍事領域，先進武器裝備、指揮信息系統，芯片更是不可或缺。如采集芯片可以使武器裝備擁有“千里眼”“順風耳”，信息處理芯片能給武器裝備裝上“智能大腦”，通信芯片能將各種裝備與作戰單元連接起來進行體系對抗，存儲芯片則能保存各種戰場數據而進行作戰效能和毀傷評估，等等。芯片已成為影響戰爭勝負的重要因素。廣泛的應用需求，推動著芯片技術的迅速發展。隨著更好工藝的采用以及片上系統、微機電集成系統等技術的進步，芯片開始進入“自組裝”的納米電路時代，競爭日趨激烈。應用廣，市場就大。據美國半導體產業協會統計，2017年1月至2月，中國和美國的芯片市場規模份額分別為33．10％和19．73％。中國雖然是全球最大、增長最快的芯片市場，但許多高端芯片要進口。設計制造難在何處芯片的設計制造是一個集高精尖于一體的復雜系統工程，難度之高不言而喻。那么，究竟難在何處？架構設計難。設計一款芯片，科研人員先要明確需求，確定芯片“規范”，定義諸如指令集、功能、輸入輸出管腳、性能與功耗等關鍵信息，將電路劃分成多個小模塊，清晰地描述出對每個模塊的要求。然后由“前端”設計人員根據每個模塊功能設計出“電路”，運用計算機語言建立模型并驗證其功能準確無誤。“后端”設計人員則要根據電路設計出“版圖”，將數以億計的電路按其連接關系，有規律地翻印到一個硅片上。至此，芯片設計才算完成。如此復雜的設計，不能有任何缺陷，否則無法修補，必須從頭再來。如果重新設計加工，一般至少需要一年時間，再投入成百萬甚至上千萬元的經費。制造工藝復雜。一條芯片制造生產線大約涉及50多個行業，一般要經過2000至5000道工藝流程，制造過程相當復雜。制造芯片的基礎材料就是普通沙子，它如何變成制造芯片的材料呢？沙子經脫氧處理后，通過多步凈化熔煉成“單晶硅錠”，再橫向切割成圓形的單個硅片，即“晶圓”。這一過程相當復雜，而在晶圓上制造出芯片則更難。首先要將設計出來的集成電路“版圖”，通過光刻、注入等復雜工序，重復轉移到晶圓的一個個管芯上，再將管芯切割后，經過封裝、測試、篩選等工序，最終完成芯片的制造。值得一提的是，制造過程中還需要使用大量高精尖設備，其中高性能的光刻機又是一大技術瓶頸。如最先進的7納米極紫外光刻機，目前只有荷蘭一家公司能制造，價格上億美元不說，一年僅能生產20臺左右。投入大、研制周期長。一款復雜芯片，從研發到量產，要投入大量人力、物力和財力，時間至少要3至5年，甚至更長。處理器類芯片還需要配套復雜的軟件系統，同樣需要大量人力物力來研制。美國英特爾公司每年研發費用超過百億美元，有超過5萬名工程師。發展迅速、追趕難度大。自20世紀50年代末發明集成電路以來，芯片的集成度一直遵循摩爾定律迅猛發展，即每隔18個月提高一倍。半個多世紀以來，芯片的性能和復雜度提高了5000萬倍，特征尺寸則縮減到一根頭發絲直徑的萬分之一。芯片領域競爭十分激烈，美、歐等發達國家處于技術領先地位，芯片研發相對落后的國家，短時間內追趕有難度。“中國芯”正加速追趕目前，全球高端芯片市場幾乎被美、歐等先進企業占領。但加速研發國產自主芯片一直是政府、企業、科研院所的重點發展方向。近年來，我國在集成電路領域已取得了長足進步，芯片自給率不斷提升，高端芯片受制于人的局面正在逐步打破。我國自主研發的北斗導航系統終端芯片，已實現規模化應用。在超級計算機領域，多次排名世界第一的“神威太湖之光”和“天河二號”，全部和部分采用了國產高性能處理器。國產手機、藍牙音箱、機頂盒等消費類電子產品，也開始大量使用國產芯片。11月9日，“2018中國集成電路產業促進大會”在重慶舉辦，102家企業的154款產品參加本屆優秀“中國芯”評選，“飛騰2000＋高性能通用微處理器”等24款產品獲獎，涵蓋從數字交換芯片到模擬射頻電路、人工智能芯片到指紋識別傳感器、工業控制到消費類電子等各個領域。這一系列進步的背后，是國家高度重視和大力投入。2006年，國務院頒布《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006－2020年）》，2014年6月，國務院批準實施《國家集成電路產業發展推進綱要》，都對這一領域發展提出了部署要求。隨著國家的大力扶持和一系列關鍵核心技術的突破，“中國芯”正逐步縮短與發達國家的差距，“中國創造”終將占領信息系統技術制高點，真正把競爭和發展的主動權掌握在自己手中。（來源：解放軍報）

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