芯片是信息社會的核心基石，也是各國競相發展的重要新興技術和產業。在某種程度上，一個國家的芯片科技水平以及在全球分工位置，意味著該國在全球科技競爭中的地位。

芯片科技發展的基本特質

芯片科技與半導體產業的發展，具有明顯的知識經濟特征。

一是基礎科學為先導。從1833年法拉第在硫化銀的實驗中首次發現半導體現象，到1947年貝爾實驗室制造出第一個晶體管，再到1958年基爾比、諾伊斯等提出“微芯片”的想法并發明了硅基集成電路，科學發現與技術發明相映成輝。今天，這種科學先導作用依然顯著，從蔡少棠第四元件預言到憶阻器，從量子糾纏到量子計算，莫不如此。

二是社會應用為牽引。現代計算機在二戰前后被發明，與當時經濟統計、彈道計算、氫彈研制等社會需要密不可分。如馮·諾依曼主持的MANIAC計算機在1951年進行首次測試，其任務就是熱核爆炸，計算結果得到了1952年和1954年兩次核爆的驗證。今天這種應用牽引作用，更由于經濟發展的智能化被千百倍放大著。

三是知識資本雙密集。經過一個多世紀的發展，半導體相關科技已形成諸多細分學科和領域，每年培養大量專業技術人員。半導體產業還富含隱性知識，一個半導體領域的博士從畢業到成為獨當一面核心技術團隊負責人，常常要在研發一線經歷10—15年以上的打磨。同時，半導體行業擁有極高的資本準入門檻。據估計，最先進的3nm芯片，其設計費用約為5—15億美元，生產線投資規模則更是高達150—200億美元。

四是政府市場雙引擎。高昂的投入、快速的迭代，半導體產業“生而傲嬌”，盡管它在美國發源，但唯有全球化才能達成今天的高度。半導體產業既需要市場的巨量需求，更需要政府的戰略支撐。美國政府是早期半導體工業的首個大賣家，硅谷興盛的背后，是聯邦政府“有形之手”的傾力相助。日本為發展本國半導體產業，幾乎傾注全國之力，組織了著名VLSI聯盟。在發展極紫外光源（EUV）光刻機過程中，前臺是荷蘭ASML公司，后臺則是美國、日本、中國臺灣、韓國一眾頭部公司的大力支持。據估計，ASML只掌握了不到10%的核心技術，但它是8000個核心零部件的集成者。

今天，芯片已經形成多種多樣的系列規格。從處理信號的類型上，可分為數字芯片和模擬芯片（如射頻芯片、電源管理芯片等）；從功能上，可以分為微處理器芯片（如CPU，圖形處理器GPU）、存儲芯片（包括動態隨機存儲器DRAM、非易失閃存NANDFlash等）……芯片科技和半導體產業已經成為國民經濟的重要基石和主導產業之一，成為世界各國角逐的關鍵所在。

芯片科技的發展趨勢

芯片一直呈現出微型化、高速化、低功耗的趨勢，其背后是摩爾定律的作用發揮。近年來，隨著摩爾定律的放緩，芯片的發展將可能迎來新的拐點。

一是現有技術的極限。50多年來，人類已使得微觀器件加工面積縮小了一萬億倍！研究認為，半導體行業大約每隔20年，就會有新的危機出現，而今正處于危機循環節點。下一步是該“延續摩爾”還是“超越摩爾”，目前還莫衷一是。

二是新興技術的突破。新架構晶體管技術（如互補場效應晶體管、垂直納米線晶體管、負電容場效應晶體管、隧穿場效應晶體管等）、新材料晶體管技術（如第三代半導體材料、碳基納米材料、二維半導體材料等）、新型存儲芯片技術（如相變存儲器、磁性存儲器、阻性存儲器、鐵電存儲器、碳納米管存儲器等）、新架構芯片技術（如存內計算、神經形態、深度神經網絡、量子計算、光電集成等）快速崛起。替代的技術路線相互競爭。

三是產業組織的調適。隨著芯片技術發展到特大規模集成電路（ULSI）和芯片級系統（SystemonChip），產業組織也從系統廠商主導、到IDM（集成設備制造商）、Fabless（無工廠芯片供應商）+Foundry（代工）模式、Fab-lite（輕晶圓模式）、SIP（硅知識產權）設計，再到適應Chiplet（小芯片）和異構集成的集群虛擬垂直整合（CVVI）模式。新的商業模式將帶來新機遇。

四是市場格局的變動。芯片市場規模已近5000億美元，其中美國約占一半左右，遠超過其他國家和地區，為中國的15倍。但包括中國在內的亞太地區一直在快速增長。現在75%以上的芯片生產線都在亞洲。

可以預見，未來5—10年，將是芯片科技和半導體產業發生重要變動甚至是革命性變化的關鍵時段。技術創新、商業模式創新以及各種力量的博弈，將會帶來前所未有的機遇和挑戰。

促進我國芯片科技發展的建議

回顧半導體產業發展的歷程，不難看出，作為工業的頂尖領域，半導體產業需要長期耐心的投入，大量的基礎研究注入，眾多優秀人才的集聚，持續的市場反饋迭代。我國在促進芯片自主可控的發展過程中，亟待注重以下幾方面。

一是加強前瞻性基礎研究。據不完全統計，今天的智能手機中，曾經有至少18位諾貝爾獎獲得者的工作與之相關。要注重變革性的科學選題，鼓勵科學家突破現有科學范式，去實施那些有可能引領未來一個世紀的前瞻性選題。在新架構方面，著力在量子計算、光電集成、全光計算、神經形態計算、存內計算等方向上進行探索。在新材料上，除第三代半導體、二維半導體材料之外，我國在碳基納米材料方面業已取得一定突破，可以考慮加大研發投入，鞏固碳基半導體技術優勢，并力爭實現市場化應用。利用稅收優惠政策，鼓勵和引導企業和社會資本加大對基礎研究的投入，通過創業企業開展應用基礎研究，在快速迭代中實現性能優化，進而率先形成新的先發優勢。在全社會營造尊崇STEM（科學、技術、工程與數學）的風尚，要讓曾經的口號“學會數理化，走遍天下都不怕”再次廣泛流傳起來。

二是注重戰略性需求牽引。幾十年的發展歷程表明了，芯片技術是在科研與市場高度互動過程中持續優化完善的。每一次產業技術的重大創新，都可能帶來價值鏈的變動、產業格局的調整。在新基建中，注重人工智能、5G、智能物聯網等快速發展對芯片的需求牽引。如在汽車領域，中國已經成為世界級汽車制造中心和最重要的市場之一，智能汽車被認為是“四個輪子上的手機”，未來對芯片的需求巨大。數據顯示，汽車半導體市場將在2022年突破600億美元，亞太地區以41%的增速領跑全球。與手機和電腦芯片相比，汽車芯片是相當不同的市場（如故障率和溫度范圍等），對于后來者而言，具有一定的戰略機遇。在強化研發和技術創新的同時，中國汽車芯片公司還需要加強質量管控、交付能力、產品全生命周期管理等，進而造就一批隱形冠軍。在需求牽引中，更要突出政府對首臺套、首批次、首版次等的采購，為新產品提供新市場。同時，政府采購中也應注重競爭機制，激勵不同技術路線在良性競賽中不斷優化、熟化。

三是推動全鏈條重點布局。半導體產業涉及從設計到應用一條相當長的鏈條，在諸多環節上，都或多或少存在“卡脖子”技術。這需要開展產業技術創新規律、態勢與布局的深度分析，繪制產業技術路線圖和技術創新地圖，形成對“卡脖子”技術攻關的優先次序，在此基礎上，通過重點突破，獲取在全球范圍內產業分工制衡的能力，實現整體突圍。在上游的設計環節，繼續提升基于開源架構RISC-V的芯片設計優勢，支持EDA設計軟件，提升在x86等架構上的跟隨能力。在中游晶圓制造和封裝測試環節，芯片制程決定了代工廠的先進程度，由于“瓦森納協議”等限制，國內制造企業難以得到先進的光刻機等關鍵裝備，與國際先進水平相差兩個世代。在這一環節要以超強的戰略意志，支持若干有一定基礎的企業實施攻關，鼓勵和引導應用和終端企業加大芯片訂單投放。封裝測試環節應鼓勵社會資本支持該環節企業擴大優勢，同時，應布局封測關鍵裝備和儀器的研發。

四是注重領軍型人才引育。實現芯片技術躍升，既需要一流的科學家，也需要卓越的工程師，更需要有遠見的企業家。高校是人才培養基地，要強化創新思維養成，強化應用導向，聯結產業市場，培養一流人才。在產業領域，因我國芯片企業大多較為年輕，優秀工程師往往會“研而優則管”，脫離技術前沿，從而使得整個行業極度缺乏“一萬小時工作經驗”的工程師。這需要弘揚“工程師文化”，使那些既會動手、也會動腦的技術人才始終居于企業的核心，潛心于技術。在全球范圍內引進諸如張汝京、梁孟松這樣的頂尖人才，以現代管理體制給予他們“開疆拓土”的空間。

五是實施最廣泛開放創新。半導體產業在全球轉移的歷程表明，產業技術創新要進行最為廣泛的協作。盡管當前出現了不利于全球化的一些情況，但在促進我國半導體產業發展，實現芯片技術自主可控的過程中，必須以更大魄力、更大胸懷進行開放創新。從設計到封測，從裝備到軟件，盡可能利用開源系統進行研發創新。要以產業創新生態系統的策略，在全球范圍內打造研發、創新和應用的“朋友圈”和“生態鏈”。

半導體產業作為當今工業“皇冠上的明珠”之一，幾十年來，眾多國家和地區競相“為之折腰”。蘇聯重視基礎研究，但忽視了應用牽引；日本受美國打壓失去了存儲芯片的全球優勢，但在材料及設備領域保持領先；韓國和我國臺灣用了15—20年的時間，成為內存和晶圓制造的全球領導者。面對新形勢，我國要充分把握芯片科技發展態勢，調動一切積極因素，努力實現技術躍升，為全球半導體產業發展作出更大貢獻。