魏少军教授：“守正出奇”，应对中国集成电路未来发展挑战

在当前中国集成电路发展遭受外界越来越多的干扰和供应链限制的大背景下，如何不断发展中国集成电路产业是中国需要积极应对与探索的问题。在2023中国IC领袖峰会上，中国半导体行业协会IC设计分会理事长，清华大学集成电路学院教授魏少军以“集成电路发展中的‘正’与‘奇’”为主题，分享了自己的观点。

魏少军教授以毛主席所作的著名诗词——《七律·人民解放军占领南京》中的“人间正道是沧桑”和成都武侯祠的一副对联“能攻心则反侧自消，从古知兵非好战；不审势即宽严皆误，后来治蜀要深思”解释了中国集成电路发展以“正”和“奇”来应对未来产业挑战的看法和建议，即：坚持产业发展客观规律的同时，要审时度势地技术创新。

产业发展要遵循客观规律

魏少军教授从移动通信标准、摩尔定律、技术创新、以产品为中心四大方面阐述了遵循客观规律的重要性。

在移动通信标准上，目前移动通信技术已经发展到第五代，自第一代移动通信技术出现新的技术标准之后，陆续出现了多种标准，直到第三代移动通信以后才被世界所关注。目前，第五代移动通信实现了全面统一，而第六代也将实现标准的统一。

魏少军教授表示，“如果移动通信的标准不能统一，我们就不能实现全球的通信。正是因为移动通信的标准统一，事实上促进了互联网走向了移动互联网。”而随着移动通信标准统一，事实上也使得互联网在全球无论是固网还是移动通信上都实现了全球性的产品技术的统一。而产品技术统一进一步促进了全球供应链产业化。比如，美国设计的芯片，可以在中国台湾地区加工，然后在马来西亚封装，中国组装的iPhone又送到全世界。这样一种供应链全球化和产业链全球化带来的是全球经济的繁荣。

如今，每个人的智能手机在全世界任何地方都能感受到服务一致性。他认为，“从互联网角度来看，这种规律就是标准统一。如果谁想违背这样的规律，想让大家的移动通信标准不统一，就是违背事物发展规律的一种逆潮流的行动。”

1965年，戈登·摩尔提出了著名的摩尔定律，后来进一步细化且完善了该定律，即：在价格不变的前提下，芯片单位面积上的晶体管数量每18个月翻一番。过去几十年，这一定律一直促进半导体产业的发展，而且更多功能都集成在芯片上。

魏少军教授表示，“以智能手机为例，手机芯片加上运行的软件就可以实现众多各种各样的功能。这也代表在当今电子信息技术当中，如果想不采用芯片那恐怕是不行的。电子信息技术一定要采用集成电路，一定要采用芯片，如果谁违背这样的规律，那么产品就没有竞争力。”

同时，集成电路是需要持续创新的，也是集成电路的发展的客观规律。实际上，在如今芯片晶体管数量增加到几百亿、千亿级别的发展过程中，浸没式光刻、新材料、新器件等技术的发展起到了关键作用。魏少军教授介绍，集成电路其实主要有三大挑战，除了光刻技术之外，还有新材料和新工艺，“在过去几十年中，很多新的材料和新的工艺出现促进了技术不断进步，因此成套工艺研发的主旋律是新材料和新工艺。当然，终极挑战是提升良率，但良率的提升也仍然需要大量的工程创新才能够实现。因此，持续创新在集成电路的发展过程中是一个重要的规律，不能够离开创新。” 

为了印证创新的重要性，魏少军教授对比了中美两国的创新研发投入以及产业发展成果。以22家在科创板上市的芯片设计企业为例，根据其年报数据，2021年这些芯片设计企业的平均毛利率大概47%，比起美国芯片设计企业的62%的平均毛利率要低15%。虽然这些企业平均研发投入达到了25.5%，比起美国半导体企业的平均17%的研发投入，高了8.5%，但这22家科创板上市的芯片设计企业总的研发投入额度只有10.8亿美元。

魏少军教授表示，“反观美国的企业情况，美国企业因在研发费用上高额投入，就可以不断进行创新，研发出最好的技术，然后用这些技术去占领全球市场，获得更高的毛利润，反过来又能支持研发的投入，形成了一种良性循环。这也是美国企业能占据全球近50%的市场份额的重要原因。”

另外，产业发展需要坚持以产品为中心。魏少军教授介绍，从全球范围来看，美国、日本、欧盟、韩国主要以IDM为主，而中国大陆、中国台湾地区、新加坡等东亚国家和地区则以代工和设计为主，“从产业模式上来看，中国大陆、中国台湾地区、新加坡等国家和地区并不是以产品为中心的产业，而是以加工为产业。这个做法与我们真正追求的目标是有距离的。”

“实际上，在全球范围内，市场是以产品作为基本的计算单位，尽管可以在加工能力方面做相应的发展，也可以让自己技术排到世界前十，但是我们的产品所占的比重是非常低的。除了中国大陆之外，中国台湾地区和新加坡其实在产品上对全球产业贡献是不大的。因此，以产品为中心，也是我们产业发展中非常重要的一个理念，也是规律性的东西。”魏少军教授认为，中国应该从以加工制造为中心转向以产品为中心的产业发展模式。

魏少军教授还特别提到以互联网模式发展集成电路的做法，“尽管过去十年很多人做了更为有趣的尝试，比如尝试把互联网模式引入到集成电路领域，但没有成功的案例。而且，半导体其实也成不了风口上的猪。至少从现在看来，风口上的猪下场都比较惨。这也说明任何一个产业发展都有内在的客观发展规律，而且不可违背。”

半导体产业发展规律正被打破

“当然，如今我们也看到一些违背客观规律的现象在发生，那就是全球半导体供应链在被打破。”魏少军教授表示，一些国家矢志不移地打压中国半导体产业的发展，同时鉴于过去几十年去工业化造成内部空心化，又不断施压全球重要半导体厂商到这些国家去投资建厂，“如果仅为加强自身供应链本身没有问题，但不应该通过损人来利己，甚至想把中国排除在全球半导体供应链之外。实际上，无论是四方芯片联盟，还是三方合作达成的某些协议，其实都是在违背全球供应链发展的规律。”

其实，影响全球供应链有很多因素。魏少军教授总结了影响全球供应链的十大主要因素，包括成本、交货期、能力、技术、标准、市场、经济、文化、社会、政治，“各种因素都会对全球供应链产生作用，但形成全球供应链的根本原因是利润。全球供应链可以实现利润的最大化，而追求利润最大化又是企业的天性。如果一个全球供应链不能够给企业或产业带来利润或者不能利润最大化，那这样的全球供应链一定是没有人参与的，也不会引起别人的重视。之所以能够形成半导体全球供应链，就是因为实现了产业链各环节的利润最大化。这是过去几十年产业发展的必然结果。”

他表示，十大主要因素都会决定最终是否能够把产业链放到这个国家或者地区，“所在国家或地区的治理水平、开放包容程度、生活质量、教育水平等都是非常重要的因素。而地缘政治、意识形态、外交关系、国家安全等也会对产业链发展造成很多影响。”

从单个国家和地区来看，某个国家或者地区成为全球供应链非常重要一环，其发展也是经历从学习、起步、成长、规模、成熟，最终发生转移各个阶段。“几十年来，全球产业链从美国转到欧洲、日本，再从欧洲、日本转到中国台湾地区，现在转到中国大陆。这都是有客观规律。”魏少军教授表示，“从人力成本、生产质量、生产能力、技术水平、标准化、劳动者素质、市场等因素来分析，可以看到当一个地方成为生产供应链转移地时，其人力成本往往都是比较低，但是随着产业不断发展，劳动力成本也在上升；随着生产管理转移，生产能力提升，标准化也不断提升，劳动者素质经过训练成为很好的劳动者。这个发展过程需要很长时间。因此，从单个国家和地区来看，供应链全球化必然带来这些变化，也是不可避免的。”

从全球角度来看，追求利润最大化是能够形成供应链全球化最重要的根本动力。魏少军教授认为，政府的支持和市场的驱动是全球供应链形成的非常重要的两个因素，但是根本原因是产业的自发行为，完全靠人为做不到，而且需要漫长和艰难的过程。

因此，经过几十年不断发展，半导体产业链必然推动产业从成本高的国家和地区向成本低的国家和地区迁移，必然会带来技术从发起国家地区向目的地国家和地区转移，必然促进目的地国家和地区知识和能力的提升，也必然促进目的地国家和地区竞争力的提升。当然，最终也会导致目的地国家和地区对发起国家和地区产生一些反噬。这是不可避免的。

对这种产业发展规律和现象，魏少军教授引用了几百年前亚当·斯密在其《国富论》中的论述作了相关的解释，即：分工通过提高劳动者技能、促进技术进步，能够提高劳动生产率，并实现经济的快速增长和民众的普遍富裕。这是市场经济不同于自给自足的传统自然经济的重要特征。如果违背这个产业规律，就必然会带来市场碎片化、技术分裂、标准多样化、产品碎片化和成本上升，最终导致全产业链利润下降。

魏少军教授认为，“至少目前来看，全球供应链被打破是罔顾半导体产业发展规律的恶招。”他也引用了王阳元先生在科技导报发表的《掌握规律、创新驱动，扎实推进中国集成电路产业发展》一文“循规者兴，罔规者怠，违规者诫，逆规者亡”的论述。

“守正出奇”应对未来挑战

那么，面对人为刻意打破全球供应链和产业发展规律，中国集成电路应该怎么办呢？魏少军教授总结道：守正出奇。所谓“守正”即守住正确的东西，“人间正道是沧桑”，要遵循产业规律；“出奇”就是要出奇兵，要有创新。两者是相辅相成的关系，“守正才能出奇，不守正出奇早晚会被淘汰掉。”

他特别举了几个例子。以浸没式光刻为例，193nm光刻技术已经支撑了从130nm到5nm共10代芯片工艺，其均遵循了浸没式光刻公式，实际上也就说明不能随随便便“出奇“，还是要“守正”才能“出奇”。

另外一个例子是软件定义芯片技术。2018年美国电子复兴计划（ERI）计划中有一个类似的关键技术叫SDH，即软件定义硬件。而在软件定义芯片上，魏少军教授团队则比该计划早10年，成果性能也更高。

他还列举了异质堆叠集成技术。该技术是把逻辑电路晶圆和存储器晶圆面对面键合在一起，其“出奇”的应用案例为3D NAND。2021年，三星电子CEO金奇南曾在IEDM2021上表示，“3D NAND Flash可以做到100层。”这种方法带来的好处在未来当存储大到一定程度时更有优势。这就是出奇兵的做法。

而随着全球数据量超过100ZB（10²¹），对Z级计算能力的需求愈发迫切，但即使美国超算依托3nm芯片工艺，也面临着投资巨大、占地面积过大、功耗过大的问题。当然，美国一定会有其他办法去创新，不断推进技术向前发展。但魏少军教授指出，中国也必然要追求高性能计算，但先进芯片工艺受到国外制约，则需要“出奇”来实现，比如用软件定义芯片技术和集成芯片结合，也将会带来技术的突破。

尽管当前中国面临国外技术封堵，但魏少军教授仍然认为，中国正走在自立自强的正确道路上。因为多年来中国一直在做产业升级，技术和附加值从低到高，从劳动密集型转向智力密集型，产业链从低端走向高端，重要性从边缘走向核心，竞争力不断提升。然而，西方国家因此前产业空心化程度比较高，目前在推动产业重建，与中国的发展完全相反，但是否能实现还是一个大大的问号？“以美国为例，人均GDP为6万美元的国家做人均GDP为1万多美元国家做的事情，可能没有那么容易。”

在本次峰会上，魏少军教授还对最近热议的产业链从中国外溢的话题作了深度分析和探讨，且认为中国“世界工厂”的地位短期内不会发生变化，而且这个过程或许在20年或更长时间。有专家分析，目前中国之所以能成为“世界工厂”主要在于两点：一是新中国成立以后，在重工业领域大手笔投入，建立全球最完整的工业体系；二是中国有广阔的消费市场。实际上，2019年李克强总理在接受塔斯社书面采访时也表示，中国既是“世界工厂”，也是“世界市场”。这可以说给中国“世界工厂”地位的形成作了充分的说明。

魏少军教授表示，实际上，“世界市场”这一优势，将进一步夯实中国“世界工厂”的地位，即庞大中国内需市场不会因为外部变化产生忽高忽低的现象。同时，东西部产业转移也给中国留下了非常大的战略空间。

魏少军教授总结道，“违背产业发展规律，不断打压中国，这个想法恐怕是不合适的。当然，对中国来讲，我们应该不断思考，怎么样才能够守正出奇在发展中形成自身强大的竞争力。”