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科幻星系

科普的态度 科幻的视角 解读科技百事

是谁造成了中国的“无芯”之失?

中美贸易战爆发不久,美国就祭出杀招,他们的商务部向全世界宣布对中兴通讯采取出口管制措施,瞬间把这场大战推向了最高潮。美国大肆宣扬中兴的违规之处,备注管制是合理的,符合流程的,而中国再次强调不惧怕贸易战,认为特朗普的贸易战是“特没谱”的行为,同时,中国民间又掀起对“芯片”的广泛讨论,有些人第一次知道了芯片、集成电路、晶体管之间的关系,也知道了生产小小的芯片竟需要5000道以上的工序。社会舆论也分为两个派别,悲观派认为中国崛起的成色不足,更缺少核心的科技竞争力,乐观派则认为,中国有强大的规模优势,集中资源办大事同样适用于芯片制造,何况,我们在智能手机和区块链芯片等领域已经取得一些成绩,加以时日,必定会有所突破。

爱因斯坦曾说过:把简单的事情看复杂,可以发现新领域,把复杂的事情看简单,可以发现新规律。长期以来,中国都擅长“把复杂的事情看简单”,于是总结出琳琅满目的至理名言,比如女子无才便是德、父母之仇不共戴天、夏虫不可以语冰等等,这些规律造就了中国五千年的灿烂文化,但厚古薄今,让中国离现代文明越来越远,更缺乏“把简单的事情看复杂“之勇气。事实上,中国的“无芯”之失,不只是科学技术的问题,它更关乎制度、文化和人性。

造芯难,难于上青天?

中国的文化不太擅长把“简单的事情看复杂”,事实上,在普通人眼里,芯片只是一块小小的,好像指甲盖一样的东西,却不喜欢追问:它们究竟是怎么样运行的呢?这种“好奇心缺失”几乎是一种普遍存在的现象,也造成了“中国无芯”的基础性缺陷。其实,芯片是一种非常复杂精妙的微型元器件组合,最底层模块是密密麻麻的晶体管、电阻、电容和电感等基础元器件,它们连线之后组成集成电路,再集中制作于极小面积的硅基半导体上,而后封装在腔壳内,最终形成我们所见的“芯片”形态。

整个芯片的工艺,技术密集度非常高,一条生产线要涉及50多个行业,5000道工序,类似画板子、晶圆、流片、封装、光刻之类的行业术语,很多企业员工连同CEO在内,基本上是闻所未闻,更不要说清楚其制程复杂度或者决心Copy一条生产线了。拿晶圆制作来说,这几乎是芯片制造最外围的工作了,但依旧需要非常高的技术含量,首先需要将“砂子”提纯成硅,再切成晶元、接着进行光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入,最后是互联、打线、密封。其中,光刻是连接设计和制造的纽带,这个制程的优劣直接决定了芯片的集成程度和运算能力,现代芯片要求光刻的分辨率要达到纳米级的,我们通常所说的12nm、7nm工艺指就是芯片集成线路的间距。按照摩尔定律的说法,每隔18个月,相同面积芯片上可容纳的电路就要增加一倍,也就意味着光刻技术要持续进步,目前中国芯片企业只能做到14nm,而欧美日韩企业则能达到10nm,甚至是7nm,正是源于此工艺的精进,世界顶级的芯片商能够把几公里长的导线和上亿的晶体管元件,集中在指甲盖大小的空间里。整个制程都是高精度操作,要求设备运行稳定、环境的参数恒定,加之,完善的线路运行测试,淘汰不合格品,最终得到数量有限的芯片。经历如此复杂的工艺,成本自然也水涨船高,再考虑芯片制程的稀有性,说三星、台积电、联发科等企业赚得盆满钵满,一点都不夸张。

笔者认为,芯片制造的最大难度在于“小而精”,一面要按照摩尔定律持续加料,以达到更高更全面的运算,一面要迎合市场需求,把手机、电脑变得越来越小、越来越薄,如果要找一个最能代表人类欲望的东西,非芯片莫属了。

短视思维,中国芯稀缺的是基础研究

中兴事件算是给高速发展的中国敲响了警钟,国人需要再深层次地理解科技界的运行规律,以明确中国的“无芯”之失,从而制定出可持续发展战略。在刚刚过去的十年,智能手机是人类最伟大的发明,消费者之所以能把越来越多的工作、生活内容塞到这块小屏幕中,正是得益于手机芯片的长足进步,尤其是CPU和WIFI这两块最重要的芯片,体积变小、电路又增加。新的十年中,人工智能和物联网都将成为大热,到了那个时候,现在的手机形态将会消失,取而代之的则是处处嵌入芯片的物体,汽车、桌子、茶杯、垃圾桶、建筑物都会嵌入大量芯片,随时随地收集、分析、运行数据,从而形成一个智慧世界。除此之外,人体有望同芯片结合,随着光刻技术和材料科学的突破,未来的生物芯片可以嵌入到大脑之中,帮助人类记忆信息、运算数据、最终决策等等。

芯片业前途一片光明,但却和中国无关,50年前的选择决定了今日之窘境,而今日的毫无作为,又注定了未来50年的惨淡光景。事实上,相比于制作芯片这种细活,国人更崇尚“逢山开路、遇水架桥”的大活,于是,我们的高架桥、高楼、高铁全球第一,而圆珠笔芯、电子芯这种小物件却常常干不好。

事实上,中国要想在芯片领域赶超欧美日韩等国家,首先要做的就是改变思维,搭建完善的芯片生态系统,切不可再犯“大跃进”的错误。现在,中国芯片行业有投资混乱、研发不足和人才匮乏等问题,说到底是“不知晓芯片行业最本质的发展规律,缺乏健康的生态系统”所导致的:中国投资者总希望能快速见到回报,但芯片业的投资者常常连有生之年都不能见到回报,只能把这笔财富留给儿子和孙子,加之,芯片业的投资又远不是几座大楼能比拟的,又进一步加剧了中国芯片投资体量之尴尬。相信随着有关部门重视芯片业的发展,投资不仅会慢慢规范化,更不会存在体量金额等问题,毕竟,中国资本还是非常有竞争力。“中国芯”更大的挑战则来自于人才的培养,现在的大学生越来越讨厌做基础性学科研究了,特别是基础物理、数学等课程,需要耐得住寂寞,远离镁光灯,孤零零地做研究,在产出成果之前,更是要忍受相对贫穷生活,远不如做个小鲜肉赚钱快。事实上,任谁也不能告诫这些人才要安贫乐道,只能慢慢修正制度,逐步营造出“热爱学问、做学问”的气氛,切记莫操之过急。

或许,我们不用太过悲观中国的“无芯”之失,毕竟,贸易战是个会导致两败俱伤的事儿,不应该太长久,但至少我们不能再盲从于现有取得的成就,应该找到更具挑战性的目标,从而衍生出更好的科技生态环境和行动力。(科技新发现 康斯坦丁/文)

浏览数: 次 星期日, 05月 6th, 2018 IT那点事

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