[图文]寻找芯片版图上的中国坐标——中国芯片产业链全景透视

——— 编者按 ———

    近些年来，没有哪个产品能像“中国芯”那样深深地牵动着每一颗中国心。为此，本报记者深入中国芯产业链的上、中、下游各端，勾勒出了“中国芯”在世界芯片产业版图上的坐标，共同感受“中国芯”的跳动。

   不知是有意还是巧合，就在英特尔宣布将在大连投资25亿美元，建一个生产300毫米（12英寸）晶圆工厂后的两天，“中国芯”的代表——龙芯宣布“联姻”意、法半导体。
    一边是国际芯片巨头英特尔高调进军中国，将亚洲的第一个芯片生产厂 (英特尔Fab68号厂)落户大连。据悉，这也是英特尔继1992年在爱尔兰建立Fab10号晶圆厂后，15年来第一次在全新的地点兴建晶圆厂。到2010年落成之时，大连晶圆厂将成为英特尔全球8个300毫米晶圆工厂网络中的一员。另一边则是“中国芯”的世界突围之举。签约后，意、法半导体取得了在全球制造和销售龙芯的授权，而龙芯则获得了MIPS64架构全部许可使用权。分析人士指出，此次龙芯获得国际订单，标志着“中国芯”开始融入全球产业链。

芯光大道：质量赛跑没有终点

    指甲大的面积，上千万个电路。
    芯片——这个让无数电子信息产品跳动的“心脏”，被当成了现代高科技的代表，成为一个国家科技水平的象征。在世界经济的大舞台上，芯片制造技术被喻为“现代经济的心脏”，是信息产业中集成电路的关键核心技术。
    那么，小小的芯片是如何诞生的呢？
    “芯片诞生需要研发设计、制造封装等不同阶段。每一阶段都有很多道工序和流程，涉及很多核心技术和尖端的工艺水平。”有研半导体材料股份有限公司（下简称有研硅股）研发部工程师朱悟新说。
   不同的产业分工，不同的核心技术，不同的科技含量，相同的质量要求。如果将全世界的芯片产业竞争比喻成一场百米赛跑的话，在产业链的不同阶段，“中国芯”与“世界芯”这两个选手站在了跑道的不同位置上。可以肯定的是，这场质量的赛跑永远都不会有终点。

芯片原材料：猛练中途跑

    芯片的最原始材料是大自然中最为普遍的石英砂、硅石等（主要化学成分为二氧化硅）。“从原始的二氧化硅变成最后的芯片，需要多道程序的制造和加工。”朱悟新说。
    据悉，在自然界获得丰富的二氧化硅资源以后，需要将其高温加热，还原成工业硅（主要成分是单一的硅，一般纯度为两个9，即99.99%），将工业硅加工后变成多晶硅（纯度能达到10个9以上），然后再将多晶硅拉成单晶硅。生产出单晶硅以后，芯片的原材料已经初具模型了。在单晶硅的基础上，进行切片、打磨等工艺，一个被称为抛光片的芯片原材料就诞生了。
   将抛光片送到负责芯片制造加工的器件厂，就可以在上面根据不同的需要做成不同的芯片，如电脑芯片、手机芯片、电视芯片等，主要处理方式是在抛光片上加集成电路。所谓晶圆，就是在抛光片上加入了集成电路硅原片，将晶圆划开以后，一个个具有“智慧”的芯片就诞生了，然后采用封装技术，将芯片封装起来，能广泛应用于各个电子信息产品的集成电路块就正式宣布出炉了。
    朱悟新介绍说，从技术角度看，将原始的二氧化硅加工成工业硅，我国技术水平和产品质量与世界先进水平相差无几。但在工业硅提炼成多晶硅这个环节上，中国远远落后于世界。
    “这一技术基本上控制在国外少数几个大公司手中。目前，国际流行采用西门子法提炼多晶硅，它需要经过氯化、提成和还原三大步骤。工艺流程虽然不是很复杂，且整个工艺在世界已经发展几十年了，但无论哪个步骤，都涉及一些核心和制造诀窍。如还原炉技术，它需要降低能耗、控制成本、保证质量。在这些方面，我国目前与国际先进水平都有差距。
    “目前我国已经能量产8英寸产品，但整个芯片原材料的质量，与世界还有一定的差距。主要表现在稳定性、均匀性、导电性差，加工后芯片成品率较低。6英寸及以下产品在质量上与世界相差无几，但在将二氧化硅还原成多晶硅技术上，目前世界上只有少数几个企业能做到。”赛迪顾问分析师、中国半导体行业协会信息交流部主任李珂说。
   这种差距也在芯片制造商那里得到了印证。世界两大著名晶圆代工厂台湾积体电路制造股份有限公司（下简称台积电）和中芯国际集成电路制造有限公司（下简称中芯国际）接受本报记者采访时均表示，他们的原材料目前都是从国外进口的。
   “用于生产芯片的原材料要求硅的纯度为‘11个9’（99.999999999%）。目前，中国内地尚无厂家能生产同样规格的8英寸或12英寸高纯度硅原片。”台积电公关部负责人说：“全球硅原片原材料生产技术，眼下仍掌握在少数几个海外供货商手上，希望有朝一日内地也能生产这样高纯度的8英寸及12英寸产品。”

芯片制造与封装：加速冲刺

   如果说芯片原材料我们已经开始中途跑了的话，那么以中国制造闻名世界的中国企业，在芯片制造和封装测试方面，已经开始加速冲刺跑。
   芯片领域有两个数字大家非常熟悉：12英寸、90纳米。前者指晶圆直径，后者是芯片的蚀刻尺寸。晶圆直径越大越好，这样每块晶圆能生产更多的芯片。但是，硅晶圆有一个特性来限制制造商随意增加其尺寸，那就是在晶圆生产过程中，离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此，从硅晶圆中心向外扩展，坏点数呈上升趋势。半导体生产商们也总是致力于在尽量大的晶圆上控制坏点的数量。 
   反过来，蚀刻尺寸越小越好。蚀刻尺寸和晶体管尺寸这两个术语可以交换使用，因为在一块集成电路上的最重要的特性就是晶体管。蚀刻尺寸越小，单个晶体管通道(也称晶体管间的物理门长)就越小，这也意味着在相同空间情况下，可以容纳更多的晶体管。
   据悉，目前，在直径尺寸方面，世界主流大小是8英寸，最先进的为12英寸。在蚀刻尺寸方面，国内最先进的技术是90纳米，但英特尔主流处理器已采用65纳米生产工艺，2007年第三季度它将发布基于45纳米的产品。英特尔投资大连的工厂，采用的就是12英寸晶圆、90纳米技术。
    目前，中芯国际已经能量产90纳米，正在研发65纳米生产工艺，与世界最先进的产品只有一步之遥。而目前世界最大的晶圆代工厂台积电则基本上保持与世界同步。“台积电已有12英寸晶圆厂，并已用65/55纳米工艺进行量产，45纳米亦将于今年第三季开始量产，目前正开发下一代32纳米制程，与全球集成电路技术领先的同行们可说是并驾齐驱。”台积电公关部负责人说。
   相对而言，在技术门槛最低的封装测试方面，国内厂商与世界已经没有任何差距。“相对来讲，封装相当于芯片产业链的劳动密集型产业，其质量主要体现在封装形式的轻薄小巧，英特尔、AMD的封装厂也都在国内，国内厂商与他们在同一水平线上。”李珂说。

芯片研发设计：开辟第二起跑线

    有舆论认为，芯片巨头相继来华设厂将给本土芯片企业带来生存压力。“英特尔等外国芯片巨头来华建厂，并不威胁龙芯产业的生存。”在中科院计算所与意、法半导体举行龙芯处理器技术合作签约仪式时，中科院计算所所长李国杰院士在发布会上表示。
    李国杰认为，在CPU（中央处理器）多核时代来临之际，起步较晚的中国芯迎来了一次新的追赶世界的希望。在多核时代，很多技术要重新来过，这给了中国芯片产业从起跑线上就开始与世界一起赛跑的机会。
   据悉，龙芯三号将采用65纳米工艺，具有16个核心，计划在2010年验收。“争取成为业内第一个16核处理器，并引导一条节约型新道路。”中科院计算所研究员、龙芯项目组负责人胡伟武接受媒体采访时表示。
   作为芯片产业链的最上游，研发设计是芯片产业的“芯”，具有最高的技术含量。我国由于起步晚等多方面的原因，目前与世界顶尖芯片设计的差距还比较明显。但以龙芯为代表的中国芯，近些年已经取得了长足的进步。通过努力，众多的中国芯已经开辟出了同世界赛跑的第二起跑线。
   北京中星微电子有限公司的多媒体芯片占据全球60%以上的市场份额；炬力集成电路设计有限公司的便携多媒体音视频处理器、福州瑞芯微电子有限公司的数字音视频处理芯片，瞄准的全球MP3播放器市场2010年预计将达2.86亿部；北京中电华大电子设计有限责任公司的电信卡芯片市场前景广阔；硅谷数模半导体(北京)有限公司的单端口HDMI接收芯片在数字家庭市场也大有可为……
    在应用市场广阔的同时，这些芯片也体现了很高的技术水平。像中科亿芯的异构多核SoC达到了较高的设计水准，锐迪科的射频芯片也是全球首批采用CMOS工艺的产品之一。与此同时，芯片设计研发人才队伍正在迅速形成，他们既有以中星微、六合万通等为代表的以海归人才为主的企业，也有以中科院计算为代表的本土力量。
   “他们是中国芯同世界竞争的希望，也让这场芯片质量的赛跑，永远都不会有终点。”一位业内人士说。