一文揭穿中国芯片产业真相
Pro会员2020-05-06 15:50

一文揭穿中国芯片产业真相

文章所属专栏 前沿技术情报所

目前中国并非没有自研国产芯片,只是,未来的 3-5 年,中国也几乎没有 100% 完全仅由中国人打造出来的芯片。


华为和中兴被美国列入实体名单而陷于经营困难之中,让不少人觉得中国需要有自己的芯片。同时,智能手机竞争愈来愈竞烈,不少国产手机品牌为了加强竞争力,纷纷投入资金研发自己的芯片。


然而无论是国产芯片也好、自研芯片也好,当中需要大量技术和资金的投入,而且也不是一朝一夕就能实现。


今天,Odin 在这里绕过过于复杂的技术概念,从芯片的结构入手,分析中国自研芯片此刻在哪儿,未来又在何处。


芯片是什么?


要看中国的芯片业发展,先看看“芯片”其实是什么。芯片 (Chips) 一个约定俗成的简称,它的全名为集成电路/积体电路(IC,Integrated circuit),是一种在半导体晶圆搭建的极小型电路。


图片修改自 The University of Colorado at Boulder via guitarstudionarodru


芯片核心元件由大量的电晶体组成。电晶体是一个由本来不导电的半导体所组成,但改变电压后,半导体就会突然能导电(上图。电晶体通过这种瞬间切换“不导电/导电”的特性,能在极短时间,写入和擦除二进制数据(不导电 (0)/导电 (1))。


上图是典型的“与”门 (AND Gate) 电路,只有两个开关同时被打开,才能输出数据。


工程师会使用电晶体的电子“开关”特性,设计出能用电路表达逻辑关系的逻辑闸 (Logic Gate), 然后再通过不同的表示与逻辑闸组合,结合成各种计算单元:例如电脑的加法,就是一个与门 (AND gate)(上图) 以及异非门(XOR gate) 组合而成。再把这单计算单元结合,构建各种的电脑指令,存储和记算任何数据,并构建今天的电脑化、数字化的科技世界:


但世界非常复杂,无法单凭几个数字来表达和计算,所以芯片里需要极大量的电晶体,组合成海量的芯片指令,才能满足现实我们日常编程的需要--根据资料显示,2019 年 iPhone 11 里像手指甲大小的 A13 芯片,藏有 85 亿个电晶体,2018 年,只有打火机大小的三星 128GB SD RARM 内存,里面藏有1,374 亿个电晶体。


研发芯片的难点,在于“设计”和“生产”两大关键程序,包括如何把数以亿计的电晶体,设计成能既准确计算、又有高度效率的芯片电路(芯片设计),以及如何把如如此大量的电晶体电路,塞入手指甲大小的芯片(芯片生产)。


这种能同时提供上述两种芯片的公司,业内称之为 IDM (Integrated Design and Manufacture,垂直整合),例如像英特尔。但由于今天的高科技生产工业,分工愈来愈细,有部份公司仅负责设计,称作无晶圆厂半导体公司 (Fabless),例如高通和华为。当无晶圆公司设计好芯片电路,就会专门生产芯片的公司代工生产,称作晶圆代工厂 (Fable Foundry)。

本文是虎嗅 《前沿技术情报所》 付费栏目文章