4月1日，清华大学微纳电子学系主任、微电子所所长魏少军教授在清华五道口在线大讲堂进行了主题共享《芯片还将随同咱们一百年》。

魏少军教授以武侯祠中赵藩的一副对联开篇：“能攻心则反侧自消，从古知兵非好战；不审势即宽严皆误，后来治蜀要沉思”。他指出审时度势的重要性，关于时局的判别和挑选，会影响个人的开展。就其时的时局来看，信息技能推动了曩昔20年GDP的开展，但在信息技能的背后，是半导体在推动着这个工业的开展，如今集成电路工业已然成为一个重要的职业。

芯片的宿世今生

庄子有言：“一日之锤日取其半，万世不竭”。这句话的意思是指一尺的东西今日取其一半，明天取其一半的一半，后天再取其一半的一半的一半，总有一半留下，所以永久也取不尽，这体现了物质是无限可分的思维。魏少军教授讲到，半导体和芯片的开展，恰好便是依照这样一半一半的往下缩小，并且缩小的进程到现在为止还没有停止。

可是，缩小进程傍边有必要依照某种规则来进行，也便是要依照规则，没有规则，那就不能成方圆。这就印证了孟子在离娄章句上所说：“离娄之明、公输子之巧，不以规则，不能成方圆”。芯片缩小所沿袭的规则正是摩尔定律。

梁启超在莅山西票商欢迎会学说词傍边讲到：“夫旧而能守，斯亦已矣！然鄙人以为人之处世也，如精进不休，不进则退”。魏少军教授解释到，正如精进不休，不进则退，在芯片开展的进程傍边，有许多工业便是因为没有跟上技能开展，最终真的便是不进则退，乃至退出前史舞台。魏少军教授对此举了几个风趣的比如：

举例一：胶卷的消失。

三四十年前五颜六色胶卷是稀罕之物，国际闻名的柯达公司建立于年，但一个百年老店却在年1月申请了破产维护。那么打败胶卷的是什么呢？“杀死”胶卷的正是CIS和数码相机。

年，奥因斯坦因发现了光电效应而获得了诺贝尔物理学奖；48年之后，年有两位科学家boyle和Smith，创造了世界上首个电子成像技能—电荷耦合器材，也便是摄像头；年柯达创造了数码照相机，其时价格高达13,美元，分量5公斤，很少有人买得起，所以柯达觉得数码相机没有什么开展前途，故没有生产，可是半导体技能开展之快超乎想象，数码相机的分量和价格都得到了快速的开展，数码相机也渐渐地普及开来，遂而许多人都不再买胶卷。现在看来，其时的“杀死”胶卷的技能从根本上来说正是半导体技能。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

举例二：机械挂钟的消失。创造于15世纪的机械挂钟，从朴实的计时功用看，现已完全没有存在的价值。毫无疑问杀死机械挂钟的是电子表。年，当摩托罗拉推出第1款电子手表芯片的时分，大约他们也没有意识到，过了几十年以后，电子手表现已开端替代，乃至基本上把机械手表从计时功用范畴傍边赶曩昔。

举例三：磁存储被电存储逐渐替代。磁存储的代表产品如磁带、磁盘和核算机中的磁盘等。在年代，核算机存储单元的主流是磁芯存储器，并不是今日的半导体内存。如今磁芯存储器早已被半导体内存替代。

举例四：苹果公司的崛起。因为半导体技能的开展，电子产品得到了极大的开展，以苹果公司为例，其芯片和软件的开展完成了iPhone的价值。在同期曾经十分知名的商场占有率高达60%的诺基亚的手机“失宠”的原因就在于精进不休，不进则退。事物的开展都这样，咱们要跟上事物的开展，不然只能被世界的大潮所筛选。

曩昔四十年还有许多东西都消失了，如MP3、DVD、电子词典、随身听等等。由此来看，任何集成电路可以参与竞赛的技能，最终都不可避免地成为“失败者”。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

难以想象的芯片技能

《论语·学而》傍边有一句话叫“如切如磋、如琢如磨”。宋代的大学者朱熹有这样的注语：“严治骨角者，即切之而复蹉之；治玉石者，既琢之而复磨之，治之已精，而益求其精业”。这句话的意思也便是精雕细镂，这个词用在集成电路或许芯片上是最恰当不过的。

下图是年国际半导体技能路线图。图中纵轴指的是可以沿着摩尔定律一直不断的微缩下去，到今日为止，工艺技能节点现已来到了7nm，很快5nm也将随之而来。横轴是各种不同半导体技能和传感器等产品多样化的开展途径。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

（图源：魏少军讲演陈述截图）

技能行进的脚步永不停歇，当下咱们还在探究更进一步的技能。7nm和5nm乃至更低的工艺之后是什么？后CMOS时代，将有新型晶体管的问世。芯片尺度的微缩还远远没有走到止境。例如人们现已根据二维资料制备出了1nm晶体管。

但魏少军教授也提到，作为一个唯物主义者，任何一个单一的事物总要走到止境，特别是今日的线性技能，它事实上存在4个重要的极限：

物理极限：便是最小尺度，现在看起来假如咱们的资料上没有太大突破的话，咱们最小尺度可能在1nm左右，到年前后，晶体管的特征尺度可能会接近1.5nm；功耗极限：是指在物理极限下的器材功耗密度将到达上千瓦/cm；工艺极限：将CMOS推向极限需求革命性的资料和器材立异，在这进程中，必然遭受巨大的技能和工程妨碍；经济极限：要完成上述各类技能立异必将引起制作和开发费用极急剧上升，因而只有少量全球化的企业才可以支撑。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

年全球半导体商场陷入萎缩，而我国可圈可点

常常会有人问半导体工业是什么样的一种工业？魏少军教授用奥地利经济学家约瑟夫·熊彼得的一句话来引出，那便是“立异不是一个技能概念，而是一个经济概念”。半导体或许芯片工业，恰恰是一个立异驱动的工业，它的创造最终变成了钱，它是靠立异的方式来开展。所以它是个立异驱动的工业。

了解了半导体工业的形式之后，再来看下半导体工业的开展状况。以史为鉴，从年到年的这段时刻中，咱们不难发现半导体工业的开展并不是一路高歌猛进。以年为例，上一年半导体出售收入位亿美元，比上一年衰减了12.1%。这是年经历小幅阑珊后，时隔7年再次呈现的阑珊，也是年后最大的一次阑珊。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

从全球半导体商场散布来看，年全球的商场萎缩到了亿美元，美国商场为亿美元，欧洲商场亿美元，日本商场亿美元，我国商场是亿美元，其他的亚太区域是亿美元。整体而言，全球半导体商场都有所阑珊，但十分风趣的是，我国的占比添加到35.1%。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

上一年全球各类半导体产品也有所萎缩，其中存储器萎缩了34.2%，存储器阑珊之后与逻辑芯片的商场份额一致，大约占比25.8%。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

从全球半导体产品使用来看，年除了政府使用添加之外，其他使用都发作了萎缩。那么是不是因为我国政府买了许多芯片，魏少军教授解释道：“从数据上看还真不是，是因为美国政府的收购量添加才使得政府收购量的上升。所以其实半导体的使用，除了咱们惯例知道的消费类轿车、核算机、工业使用通讯，政府也扮演了十分重要的角色。”

（图源：魏少军讲演陈述截图）

是哪些企业的出售额阑珊才使得年全球半导体下滑如此严峻？这点咱们可以从全球前十大半导体厂商的出售收入中找到头绪。在全球前十大芯片厂商中，出售额下滑最严峻的四家企业有三星、海力士、美光以及东芝，他们分别下滑了37.3%、40.4%、36.9%、42.9%，因为这4家厂商的大幅萎缩，才使得全球的萎缩份额如此高。并且风趣的是，全球前十大企业在年的占比还占到了65.5%，上一年就萎缩到56%。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

而比较全球我国的半导体状况要好的多，我国半导体是全球很重要的部分，年，我国集成电路工业持续保持两位数生长，比较与年添加了16.2%，到达亿元人民币。从全球范围看，我国集成电路工业的添加仍是最高的。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

从我国集成电路工业链各个环节开展状况中看，年，在贸易环境发作动荡的大背景下，我国集成电路工业各个环节均保持了两位数的添加率。规划业添加率最高，为16.31%；封测业紧随其后，为16.26%；芯片制作业的添加率为16.07%。在曩昔几年中，第一次三个细分职业的增速都低于20%，但也是第一次三个职业的出售均超越了2亿元。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

年，我国芯片制作业全年出售达.4亿元，第一次超越2亿元，但增速却下降到16.1%。值得指出的是，这一核算中包含了在华外商独资企业的营收数据，所以，制作业的快速添加也包含这些企业的奉献，在我国集成电路制作业出售核算中，估计约50%是由外资在华企业奉献。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

同样，在封测业中，也有外商在华独资企业的奉献，但可以估计的是，这些企业在封测范畴要比在芯片制作业范畴所占的份额要低一些，外资在华企业的奉献约为30%。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

而芯片规划业作为我国的在半导体范畴的第一大工业，超越99%是由我国本地企业奉献的。芯片规划业是我国本乡企业奉献占比最大的一个细分职业，年规划业出售达亿元，比年添加16.3%。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

高端芯片进口依靠难摆脱

虽然咱们在集成电路范畴取得了一些成果，但我国的芯片占比还很低。按价值核算，占比仅在10.3%左右；依照本地商场核算，占比为29.5%；所以大部分仍是要进口。从年开端，我国进口集成电路超越2亿美元，年超越3亿美元，到年持续保持超越3亿美元，虽然降低了2.6%，但仍然十分高。魏教授还特意讲到，进口的3多亿美元，咱们本地只用1多亿美元，其中间的差值便是装到整机中出口到国外中去。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

（图源：魏少军讲演陈述截图）

我国是个芯片进口大国，那么咱们都进口了哪些芯片？魏少军教授进一步剖析指出，年咱们使用了亿美元的微处理器和微控制器，亿美元的存储器，亿美元的逻辑电路，以及亿的模拟集成电路，这4大类产品加起来大约占了咱们进口电路本地商场的百分之七八十。但进口的芯片并没有完全用到本地，咱们用只掉了三分之一，剩下的部分被装成整机再次出口。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

整体来看，我国对一些高端芯片产品对外依靠性还很高。在曩昔20年中，我国集成电路规划业的主要动力是靠智能卡芯片、通讯芯片以及移动智能终端芯片的开展。相关通讯、智能卡、核算机、导航和消费电子等五个范畴的企业数量有所添加。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

从我国商场主要芯片产品的出售状况中看，主要为微处理器和控制器、半导体存储器、逻辑集成电路以及模拟集成电路。这种状况说明，我国半导体产品还不行丰厚，竞赛力不行强，尤其是在传统范畴，咱们的技能能力还有欠缺。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

美国仍是半导体工业的领头羊，我国该怎么追逐？

毋庸置疑，半导体工业已是全球化最完全的工业，美国、欧洲、日韩以及我国均是全球半导体工业的聚集地，代表了全球95%的产能以及近乎%的产品和98%的商场。但咱们也要认清实际，在这个全球化的工业中，我国半导体与半导体强国之间还存在着必定的距离。从美国半导体开展状况中看，美国现在依旧是半导体范畴的领头羊，在许多使用范畴，依旧是美国企业占据着主导地位。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

美国半导体开展的优势在于，美国半导体企业出资的强度大、规划也足够大。据相关核算显示，美国的半导体企业会将其17%—20%的收入用于研制，而其他区域只有7%—14%。还需求指出的是，美国半导体企业的毛利可达62%。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

但我国半导体企业现已在奋力追逐，一个好消息是中芯国际在年的研制开销约占出售收入的22%，但总额仅为6.87亿美元，比较美国还有很大距离。这主要是因为我国半导体企业的规划偏小，并且毛利不高，这也影响了公司在研制上的投入，添加了向高端芯片开展的难度。

魏少军教授进一步指出，美国是经过高额的研制投入来获得最先进的技能和最先进的产品。再经过产品的竞赛力来获得更大的商场份额。因为有更好的商场份额就有更高的毛利，就可以拿出更多的钱来支撑研制，以此进入一个良性循环。而我国又将怎么打破怪圈完成良性循环的开展呢？

魏少军教授点明，唯有我国半导体出资不再缺位，不断的加大出资，尤其是加大研制投入，才可打破这种怪圈完成良性开展。好在我国开端呈现出这样一种态势，特别是大基金的投入，年10月22日，国家集成电路工业出资基金二期已建立，注册资本为.5亿元人民币。可是资本投入并不代表研制投入，咱们现在研制投入仍是不行的，这方面还需求注重起来。

（图源：魏少军讲演陈述截图）

集成电路再生长年

许多人都在质疑摩尔定律已走到止境，还有学芯片的必要吗？魏少军教授借用清代学者陈澹然的一句名言：“自古不谋万世者缺乏谋一时，不谋大局者缺乏谋一域”来主张，做一个决策的时分，必定要看大局，而不能看只看眼前的一点。半导体闻名学者胡正明教授曾在年的一次论坛中指出，集成电路工业可以再生长年。

“就现在而言，咱们还看不到有新的技能可以替代半导体，不但现在没有，咱们猜测在未来的二三十年傍边大约都很难呈现，并且也没有任何产品可以替代今日的CPU和存储器。假如呈现，则意味着要花数十亿美元和数十年时刻来替代止境的技能。因而，对集成电路工业来说，还有很长的前史要走。”魏少军教授以为。

未来几十年傍边，半导体会越来越重要。5G、全自动驾驭、类脑核算和深度学习、才智芯片将成为半导体工业下一阶段的推动力。其中，在物联网中，都会用到传感器，低功耗无线射频将会有较大的开展机会。

《礼记·中庸》中讲：“凡事预则立，不预则废”。魏少军教授再次强调，其实咱们做任何事情都不能头脑发热，不能想一出是一出，而是凡事都要做好预备，预则立，不预则废。

魏教授最终总结到，芯片是支撑数字经济开展的基础，在可以预见的未来，尚不会呈现可以替代集成电路的其他技能。同时芯片也不再是传统的电路小型化的技能，而是技能立异的高地。芯片现已成为电子信息技能的基础中心。芯片在新一代信息技能中扮演着决定性的赋能作用。新技能因芯片而生，老技能因芯片而亡，摩尔定律将长时间有效。

假如不注重芯片技能，咱们就失去了对未来开展的有效驱动力。芯片是大国间竞赛的制高点，芯片技能和工业的开展必然成为国家战略。方针制定者有必要抱有坚定的信仰和决心，具有正确的战略判别力、完成途径的预见力和长时间开展的战略定力。

本文由半导体职业观察整理自清华大学五道口视频直播，魏少军教授主题共享“芯片还将随同咱们一百年”。