中国半导体行业水平离世界先进还有多远？（篇一）

近几年，半导体这门专业性极强的产业逐渐进入了大众视野，大家开始广泛地探讨集成电路、芯片、晶圆代工等半导体产业类目，也意识到进一步发展中国半导体的重要性。

我们欣喜地能够看到中国5G的技术在2G、3G追赶，4G同步之后终于进入了世界发展的第一梯队；也惊喜地看到华为海思的芯片如今能够与高通、英伟达、联发科等一较高下，并且市场占有率还在不断提升中；

但在发展和进步的同时，我们却也有捉襟见肘的时候：被誉为半导体工业皇冠上明珠的光刻机，我们的技术至今还未能拿下5nm，和世界发展同步；我们也缺乏一家的堪比台积电的晶圆代工厂……种种迹象都表明中国半导体目前的现状是重点正逐步被攻克，但还未实现以点带面的全面突破。

作为集成电路产业的核心装备，光刻机被称为“人类最精密复杂的机器”。

光刻，是芯片制造的核心，也是半导体芯片生产的难点和关键点，更是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。简单而言，光刻就是指用光来制作一个图形（工艺），在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移到光刻胶上，将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。光刻的工艺水平直接决定了芯片的制程水平和性能水平。

高端光刻机堪称现代光学工业之花，其制造难度非常大。当前，全球能制造高端光刻机的只有荷兰的ASML、日本的尼康和佳能，三者的市场份额加起来超过八成。现在最先进的EUV光刻机已经能够制造5nm制程的芯片了，而中国完全自主生产的光刻机才刚刚突破22nm，而且还未投入商用。

光刻机的研制到底难在哪？并非光刻机技术原理难懂，而是光刻机的制造工艺复杂。一台先进的光刻机，其内部有着超过10万个零件，4万个螺栓，3000根电线，2公里短软管以及其他一系列的电子零件。要设计和生产一台这么复杂的机器，已经不易，更何况里面的每一步都要求是最先进的工艺和零件，制造和维护都需要高度的光学和电子工业基础，世界上只有少数厂家掌握。因此，光刻机的价格也十分昂贵，通常在 3 千万至 5 亿美元。

传感器被称为工业的艺术品，它与计算机、通信并称为信息系统的三大支柱，传感器技术优劣是衡量一个国家科技水平和是否处在国际战略竞争制高点的重要标志，是发达国家高度重视和争相发展的核心基础技术。触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器。按功能可分为接触觉传感器、力－力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。

目前，我国触觉传感器的发展缓慢，基本上还在依赖进口、内生乏力的处境之中。而从事传感器生产的企业中，大多都是从事气体、温度等类型传感器的生产，涉及触觉传感器的寥寥无几。即便有，工艺不过关、不精确、无法稳定，也是国产触觉传感器的诟病。除了生产工艺，材料纯度也是国产触觉传感器从实验室到工业生产的“扼咽之处”。导电橡胶、导电塑料、碳纳米管、石墨烯等都是可用作触觉传感器的材料，但以此为材料的触觉传感器制作技术，我们还尚未成熟。

不仅如此，由于国内触觉传感器起步晚，专利问题也是我们绕不过的坎。如何在不违反他国专利保护的前提下，以高性价比的成本解决技术难题，这些对于触觉触感器的国产化而言都是难关。

DSP芯片是指能够实现数字信号处理技术的芯片，在信号处理、通信、雷达、图像、军事、仪器、自动化等众多领域应用广泛。

目前，全球DSP芯片市场仍是巨头垄断，德州仪器、ADI、飞思卡尔、Motorola公司等都是这个行业的佼佼者。哪怕是能研发出麒麟系列的华为海思，也只有基带和NPU是中国自主产权的，其余的CPU，GPU，DSP，ISP都来自于进口，其中DSP是德州仪器提供的。

相比于国外二十世纪七八十年代就开始研究DSP的脚步，国产DSP芯片足足延迟了三十年。直到2006年，中电十四所与龙芯公司合作，才开始开发国产DSP芯片，之后2012年 “华睿1号”发布，2017年 “华睿二号”走向市场。这比1980 年，日本 NEC 公司推出的真正意义上的第一块单片 DSP 器件MPD7720晚了32年。

CPU（Central Processing Unit）），也叫中央处理器，它是计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。

但是这么重要的器件，中国的研发水平却总是离世界先进水准差一截。美国的英特尔、AMD，在CPU领域占据了一半以上的市场。目前，虽然国产CPU的应用领域能够涵盖嵌入式设备、服务器设备等专业领域，也同时面对消费级民用市场，但是其算力和功耗却还远未达到国际水平。

即使是令国人骄傲的自主CPU龙芯，性能也在英特尔之后，芯片电路密集程度和电路模块数量都不是一个量级的，价格还更贵，像飞腾、申威等，知名度也不高。但是我们也可以看近几年，国产CPU进步明显，海光单核性能最强，华为多核最强，龙芯潜力很大，国产CPU的未来，值得期待。

GPU（Graphics Processing Unit），也叫图形处理器，或者显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。 用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，也是“人机对话”的重要设备之一。

提到GPU，我们最先想到的是英伟达，它占据了全球GPU一半以上的市场份额，AMD的GPU也占有一席之地。而中国的GPU企业尚未形成巨大规模，相关技术也在积极研制之中，目前国内在研究GPU的企业有上海兆芯、华为、图芯、天数智芯，华夏芯、芯视图、中船重工709所、中航631所等。

2018年，由中国船舶重工集团公司第709研究所研发的凌久GP101一次流片成功，刷新了我国在国产显卡领域的空白。凌久GP101是一款具备完全知识产权的、高性能低功耗的图形处理芯片。不过即便如此，我们的GPU要和欧美先进厂商相比，还有很大的距离。

MPU  (Microprocessor Unit)，叫微处理器或内存保护单元。MPU是单一的一颗芯片，而芯片组则由一组芯片所构成，早期甚至多达7、8颗，但目前大多合并成2颗，一般称作北桥（North Bridge）芯片和南桥（South Bridge)芯片。MPU是计算机的计算、判断或控制中心，有人称它为“计算机的心脏”。

在MPU市场，一向是英特尔、高通、三星、联发科的天下，相比而言，国产MPU的市场占有率非常小，几乎为零。目前，华大、华为、紫光国芯等企业在加大研发相关技术。

DRAM（Dynamic Random Access Memory）是一种半导体存储器，名叫动态随机存取存储器，最为常见的系统内存。DRAM拥有非常高的密度，单位体积的容量较高因此成本较低。与大部分的随机存取存储器（RAM）一样，由于存在DRAM中的数据会在电力切断以后很快消失，因此DRAM的数据只能保持很短的时间。

Nand Flash存储器则是flash存储器的一种，Nand Flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，在嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等具备广泛的应用。

在DRAM市场，英特尔、德州仪器、IBM、韩国三星和海力士占据了绝对垄断地位，而国内是长江存储、合肥长鑫、福建晋华的天下。2019年，长江存储正式对外宣布64层3D NAND闪存已经量产，这标志着中国存储正在朝着高端存储芯片设计制造的创新之路进发。

FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

进入FPGA这个行业的门槛很高，过去十多年时间里，Intel、IBM、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星等60多家公司曾试图涉足该领域，除Intel以167亿美元收购阿尔特拉成功进军该领域之外，其余公司纷纷折戟沉沙。目前的FPGA市场， Xilinx（赛灵思）和Altera（阿尔特拉）两家公司占据了90%的市场份额，专利达6000余项之多，而且这种垄断仍在加强。

除了市场份额低之外，在技术水平方面，国内厂商的差距也显而易见。虽然国内FPGA厂商有百家争鸣之势，但基本分布在中低端市场，大多是一些1000万门级左右的FPGA，少数达到2000万门级的大多是逆向工程的产物或商业收购的结果。近几年，我们出现了中国电科3500万门级和中国电子7000万门级的FPGA，这是一次重大技术突破，但是在性能上，和赛灵思、阿尔特拉的FPGA差距还是非常大的。

伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

德国企业是伺服电机的领航者，伦茨、博世力士乐、路斯特、倍福等全球知名企业众多，市场份额巨大。国产伺服电机目前的现状是未形成巨头级企业。小功率、小型化伺服电机居多，高端伺服电机较少。在一些高档的应用上，尤其是在轻载6kg左右的桌面型机器人上，高端的国产化产品稀少。

射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。对于现有的GSM和TD-SCDMA模式而言，终端增加支持一个频段，则其射频芯片相应地增加一条接收通道，但是否需要新增一条发射通道则视新增频段与原有频段间隔关系而定。

iphone5的基带和射频芯片  ▲ 

中国是世界最大的手机生产国，但造不了高端的手机射频器件，这需要材料、工艺和设计经验的踏实积累。国内从事中低端射频芯片的企业众多，也占据了相当一部分市场，但在高端射频芯片领域，仍有较大上升空间。