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【树人论坛】第27期《核“芯”技术》
发布时间:2019/10/8 9:14:02 浏览次数:6676次 【

史旭鑫,毕业于西南大学物理科学与技术学院,多次获得“优秀班主任”“优秀教师”荣誉称号,同时获得航天知识大赛优秀指导奖,运城市航模优秀辅导员。


运城盐化中学青年教师“树人论坛”,秉承我校“人文立校,为成功人生奠基”的办学理念,尊崇“秉德·尚智·博识·笃行”的校训,突出文化和专业特色,为我校青年教师提供一个展示自我风采的平台,旨在不断提高青年教师的专业水平和综合能力。


树人论坛讲稿

1、芯片话题

提到芯片这个话题不知道大家能想起哪些事情,2018年zx被美国制裁事件,罚款14亿美元,相当于整个zx集团整整两年的利润,几乎导致zx破产倒闭,到现在也是一蹶不振;2019年华为事件,在面对美国制裁时,华为不仅有经验更重要的是有底气,因为它有自己开发研究的芯片,将之前一直作为备份的自主产芯片提前转正,很大程度上扰乱美国人再次勒索的想法,赢得“中华有为,国之荣耀”的美名。

那为什么芯片这么重要,我用明码标价的电脑配件举例,看PPT上电脑主要部分,这是我在京东上截取华硕主板的照片,华硕和技嘉在制作主板上全球知名,任何电脑主机重要包括主板、显卡、内存、cpu。一台中配的I5 8代电脑大概4000左右,就单芯片i5 8代的价格,大家可以在京东、淘宝上看,1000到1500(因为频率不一样),基本占一台电脑价值的三分之一,大家可以类比手机也是相似的价格。国内从事芯片研究和制作的工作,本科生年薪15万起,研究生20万起,当然这也导致西安电子科技大学录取分600往上。目前的电脑芯片基本被这两个公司垄断,英特尔和超威(AMD),英特尔知名度高,同等配置下价格更高。

2、zx事件始末

接下来大家看一下2018年zx事件,2018年4月16日,美国商务部公布了对zx通讯的制裁。禁止美国公司7年内与zx开展任何业务,包括软件、技术、芯片等,理由是zx违反了美国限制向伊朗出售美国技术的制裁条款。

zx作为无线通信基站的供应商,其应用的基带芯片和射频芯片都采购自美国公司;而在手机业务上,zx高端智能手机的处理器芯片也来自高通。断掉芯片供应,zx库存芯片数量只能维持2个月的订单量,而之后,zx的业务将陷入停滞状态。为了复牌,zx共向美支付了14亿美元民事罚款,并暂缓支付4亿美元罚款;更换上市公司和zx康讯的的全部董事会成员;并接受BIS为期十年的新拒绝令。7月12日,zx在缴纳4亿美元的保证金后,正式恢复运营,长达4个月之久的贸易制裁终于结束了,但回顾zx事件,会发现这不仅仅是中美间贸易摩擦中一个“运气不太好”的企业的问题,更是一代中国“缺芯”企业的求生缩影。

3、zx发展史

其实zx的发展的初衷是做芯片的,给大家普及一下zx以及zx的创始人侯为贵。早在80年代、改革开放初期,作为691厂的骨干,zx创始人侯为贵就曾被派往美国学习。彼时美国正向信息大国迈进,“芯片热”持续燃烧。从美国回来后,侯为贵决定创业,1985年,他成立zx半导体,开始走上微电子产业之路。只是芯片研发需要时间,也需要钱。刚刚成立的zx和侯为贵担负不起这个压力。而当时,国内的电信领域还一直被国际巨头垄断,电信网建设受制于人。于是,侯为贵转向通信设备制造领域,开创了另一番事业。

2000年,zx与国家开发投资公司创立了zx集成电路设计,侯为贵又开始进行3G手机基带芯片研发。只是这次,zx对芯片的研发,更多是基于原有经验的探索,而不是大胆试错,最终芯片的高难度让侯为贵选择了放弃,他开始全力押注小灵通。2002年,小灵通的成功直接奠定了中兴在手机行业的领先地位。同年,中兴又抓住了智能手机的机遇,再加上此前中标联通CDMA无线通信技术,中兴在通讯行业越做越大,只是它与芯片研发却渐行渐远。这也为日后的中兴芯片事件埋下了伏笔。

4、同时代夭折的中国芯片梦

而此时,夭折的不只是中兴的芯片梦,还有中国的芯片梦。参与了2000-2002年间,方舟CPU、永中Office、NC瘦客户机和Linux操作系统的“中国芯”发展历程的梁宁回忆道,90年代,方舟科技创始人李德磊和院士倪光南,曾想为中国磨练出一支能自己做CPU完整技术的队伍。当时,中国IT产业界,以及倪光南本人一直为没有自主知识产权的操作系统和芯片耿耿于怀。

但当时国内和国际的环境都并不乐观,方舟团队一路过五关、斩六将,最终还是败了。方舟团队研究出CPU与SOC技术,却遇见了Intel的专利保护;绕开了专利保护、却发现没有完整的CPU开发生态系统;开发出CPU和产品原型,却又少了配套软件;全国招标、开发出软件系统,却因侵占了微软在我国的市场,被国际市场施压,最终流产。

5、联想和华为战略区别

联想成立与1984年,创始人柳传志,建立联想时为40岁,下一任接班人为杨元庆,从1996年开始,联想的电脑销量在国内一直都是领先,直到2013年联想的销量升级为世界第一,2014年联想收购了摩托罗拉,同年联想成立了4个独立集团,PC业务集团、移动业务集团、企业级业务集团、云服务业务集团。

华为的成立时间为1987年,创始人是任正非出生于1944年,建立华为的时候刚好43岁,下一代接班人还不明朗,2001年,华为在美国建立了4个研发中心,并加入国际电信联盟。

中国芯片的缺失联想集团有着很大的责任。早在二十年前,当时的倪光南还是联想的总工程师,当时英特尔在芯片领域实力很强,但并非没有机会。倪光南提出建立自己的芯片、系统,并在后来的几年里研发出了联想式汉卡,这与国际先进国家的差距基本没有太大,如果当时坚持做下去,国内不仅可以有自己的芯片,还可能有自己的系统,

然而,柳传志掌控下的联想更多的是希望上市、占领市场,完全忽视了技术的重要性,白白错过了国内半导体市场发展最佳的二十年,后来倪光南院士被免职后,联想更多的是买买买,通过并购来扩大市场份额,现在的联想空留一个空壳,生产的电脑也是组装机、没有什么技术含量。二十年前的联想本可以有着光辉的前途,当时的华为还是一个外包公司,远不能和联想相比,而现在华为凭借任正非的努力成为国内外屈指可数的通信行业巨头,而联想却逐渐没落。特别是在杨元庆的领导下,联想发展更是面临着诸多的困难,他没有能跟上华为的步伐,在移动硬件市场落后太多,现在就算是有摩托罗拉的加持,也仅仅是在国外市场有着些许市场份额,与华为、小米等已经不是一个档次的选手了。

联想由中科院计算机创办,背靠的是国家,早期发展的非常快,同期的华为就是草根。联想的研发占比营收自2009年以来维持在3%左右,而华为这一比例基本高于10%。华为在华为从事研究与开发的人员约8万名,约占公司总人数45%。

华为、联想销售及利润对比,华为2017年的净利润是475亿,而联想在2017年净利润约35亿,相差12倍以上。另外要知道华为的净利润每年都在稳步增长,而上一年联想亏近8亿元人民币。

6、为什么集成电路贵比黄金?

两个原因:原料和生产设备。原料硅获得的成本因素,从沙子到芯片,价值翻倍到上万,不仅全在利润大,更在材料生产耗能巨大太多钱。高中学过利用活性炭,要在特别高的温下,还原硅的氧化物SiO2可以得到硅单质。需要消耗太大的热能,很不容易,纯度也只能达到90%左右。要精加工成集成电路,就必须越纯越好。把得到的相对纯度不高的单质硅,利用高温高热合成氢和氯的化合物HSiCl3,然后依旧高温到1200度,在多晶硅棒上“结晶”出6个9纯度的多晶硅(99.9999%)。现在工艺从四十纳米已经到了7纳米工艺技术,些许的不纯,就可能让成百上千的微米晶体管报废或性能受影响。在近1500摄氏度的温度下,利用6个9的多晶纯硅,在单晶棒上,“结晶”获得99(99.9999999%)的单晶硅。纯度越高,生产的芯片性能越优异,能够生产单晶的企业也是寥寥无几

加工集成电路的设备本身和其它成本能耗巨大。现在工艺已经到了7纳米,这就要求进的光刻机,而光刻机制造更要工艺更复杂,精度要更高,各项指标都是,也是能耗,试想单单就是雕刻光刀紫外光,如果利用激发整个光谱获得紫外光,那么紫外光在整个光谱里的能量不足百分之一,耗能巨大,利用率极低…再有就是维护造就生产环境的各种机器。集成电路产业,耗能是巨大的。一旦做的足够好,受益也是的!

7、国产芯片的真实实力和前景

国产芯片真像大家认为烂泥扶不上墙吗?目前国产元器件不能替代的进口元器件只占5-10%,属于高端芯片,而在低端芯片上国产品牌和美国品牌的性能差异不大,价格和交付期甚至更好。电脑芯片国产水平离进口芯片尚有3-5年的距离,但手机和服务器上使用的芯片部分已与进口芯片旗鼓相当。不过,芯片产业主要分为设计和制造,中国的短板在于制造上,在制造方面赶上美国,至少还需要8-10年。


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