特种技术——芯片改变我们的生活

2021-10-19 11:20:00
  • 好不容易,我们看到了一个有关中美半导体产业的“利好”新闻。新闻公布之后,中芯国际(SMIC)当日在香港股市飙升10%,在上海股市上涨5.5%,华虹(NEC)港股上涨12%。

好不容易,我们看到了一个有关中美半导体产业的“利好”新闻。新闻公布之后,中芯国际(SMIC)当日在香港股市飙升10%,在上海股市上涨5.5%,华虹(NEC)港股上涨12%。

3月11日,中国半导体行业协会(CSIA)发布了官方通告:“中美两国半导体行业协会经过多轮讨论磋商,宣布共同成立‘中美半导体产业技术和贸易限制工作组’”,双方就“出口管制、供应链安全、加密等技术和贸易限制”等政策进行及时沟通,促进中美半导体产业之间的“了解和信任”,力争通过“对话与合作”解决问题,建立“稳健、有弹性的全球半导体价值链“。从今年开始,双方将各自派遣10名来自企业界的成员,每6个月举行一次会议。

对这样一个有些突兀的“好消息”,产业中人的反应大多是乐见其成,但少有过分乐观。原因在于,第一,如今中美关系的大背景下,恰逢对华技术管控的重点领域,美国政府的产业政策不存在“大转折”的可能;第二,这个工作组的命名和议题,都是美方关注的敏感问题,双方显示了对话的意愿,但对话成果如何,尚无实质性“利好”先兆。

事实上,从奥马巴任期尾声开始,两国就已经互视对方为“对手“。这一趋势经过特朗普的四年任期,得以进一步凸显和尖锐化。到了拜登时代,两任总统虽然水火不融,两党争斗虽然从未间断,但在“遏制中国高科技进阶”的核心策略方面,参众两院异口同声,举国上下大多赞同。

然而,拜“经济全球化”所赐,两个价值观不同、利益也存在冲突的对手,即便处于政客们宣扬的“竞争大于合作”的状态,两国的经济运转早已你中有我,难说再见。如果,双方重新建立规则、约定不可逾越的底线,那么你追我赶之际,也完全可以相机互助。例如,携手对付共同的敌人,一起解决世界的危机——在过去的经济、政治和外交领域,两国都有不少成功案例;但如双方都揪住难以解决的根本分歧不放,而非搭建双方都可接受的合作框架、制定重大问题磋商机制,中美两国越在经济上高度交融,政治上就越容易陷入“左右不得”、“上下不得”的窘迫之境。过去的四年中,历经关税战、贸易战、技术封锁和病毒“甩锅”,从政府到民间,两国彼此的认同率和印象分都降到谷底。

产业切割和贸易禁运,对谁都不是长久之计。对于美国而言,强行设障,不仅影响美国半导体公司的在华营收,也不利其中国制造基地的产能向全球输送。60年来,半导体产业在美国从初具雏形开始,许多企业引以为傲的,是其远超世界发达国家平均水准的研发投入比,是美国产业学界联手在基础科学、材料科学领域的大举投入。但是,所有这些先进体制的底部,都是一个充裕的资金池——除了政府投入,更需要企业自己造血。因此,一个体量庞大的全球市场、一个高效益、低成本的产业链,才能帮助美国企业将研究成果转化为巨额营收、保证高额的研发资金得以“回血”。中国,不光是美国企业卖货收钱的巨大海外市场,还是他们生产制造、组装转运去其他国家挣钱的制造基地。可以说,鲜有完全能够脱离“中国制造”的美国企业;而对于中国来说,至少在未来几十年内,“缺芯“是我们无法摆脱的痛。在本土芯片替代政策已取得明显成效的今天,我们的芯片自给率也只有30%,而制程工艺落后台积电将近10年。我们在最需要学习先进、埋头追赶、广开财源、积累实力的时候,会因为中美之间的技术封锁被拿住“七寸”,无法施展“世界制造中心”的伟力;又因为复杂的地缘政治影响,我们还会被美国的“盟友国家”堵在国门之外。姑且不论是非曲直,中国半导体产业及其关联产业遭受的负面影响,确实会更加深重。

此时,企业能做的有限,而政府就成为重启中美对话的决定性力量。2015年以来,国家已在产业政策、基金扶持、本土产品采购和人才培养等多个层面,给予了大手笔的倾情投入;现在,我们又从这条简单却富有想象空间的“产业头条”里,体会到政府在多个层面、不同角度的不懈努力。重任在肩,我们只能放开心胸,摒弃前嫌,用富有诚意的态度铺设信任,争取重要的企业界支持,争得一片更加宽广的发展空间。

明眼人已经看到,这次中美半导体行业工作组的消息发布颇有内涵。中国半导体协会CSIA要高调很多;然而美国半导体行业协会SIA至今没有发表任何声明。这一在美国政界举足轻重的协会组织,核心成员常可直接影响美国半导体乃至整个科技产业政策。和这样一批人重启对话并非易事,但是,这却是直入核心的切入点。
这些在半导体江湖跌打滚爬多年的“商界领袖”、“产业智囊”和“总统顾问”,对于中国产业动态有常年的深入追踪和研究,很多都有中国市场的亲身体验。不少人担任过历届总统“科技顾问咨询委员会”的座上宾。奥马巴任期, SIA就多次提出建议书,要求“审视和重塑美国半导体已丢失的产能”、“大举加速基础科学的研究投入“、“利用税收政策鼓励半导体企业的研发投入”、“严重关注中国半导体产业政策和大集金支持下的企业并购”等一揽子建议;今年2月11日,经历严重的芯片供应链短缺之后,英特尔、高通、美光、AMD等一批理事成员又向拜登总统致函,要求政府提供资金、资助半导体产业、尤其是芯片制造业的发展。拜登迅速在2月24日发表特别行政令以示支持,表示“美国决不会在核心产品与服务上,依赖价值观和利益点都不同的国家”。这份行政令上,“半导体”首当其冲(其他是“关键矿产”、“医药”、和“大容量电池”),美国政府将对四大产业进行为期100天的供应链调查,最终报告将成为后续新政的主要依据。他还特别提及,要实现“重振半导体制造业”的目标,大约需要“370亿美金”,拜登承诺将在其中大力协助。

可以想见,这样一个组织,将以审慎和保守的态度,对待“中美半导体工作组”的设立。正因为是这样一群务实的产业中人,我们有理由相信,工作组即便无法改变两国产业政策的大方向,但它让双方核心产业界直接对话,是打开僵局的聪明的一步。虽然两边代表都有无须讳言的政府背景,但他们也是一群精通对方游戏规则、对大商机、大格局抱有浓厚兴趣的商人。复杂的权衡,还是让聪明的专业人士去趟路吧。

常言道,没有危机,就没有机会——现在,正是考验双方的时候。祝工作组披荆斩棘。
硅技术助力多领域创新发展

材料创新驱动了人类文明的重大进步,作为一名材料工程师,我对这一点感到非常自豪。石器时代、青铜时代和铁器时代都是人类发展至今的重要阶段。

创新并非没有缺点,但的确推动了农业、医药、交通和通讯等领域的进步。因此,如果说“我们现在生活在硅时代”,我相信大多数人都会表示赞同,而且我认为这是泛林集团的每个人都应该引以为傲的事情。

特种技术实现新功能

我们大多数人非常熟悉存储器和微处理器等硅芯片技术,但对手机等现代生活中非常重要的产品所使用的硅芯片,有些人就没有那么熟悉。实际上随着技术的进步,这些用于照相机、传感系统、电源管理系统和射频连接方案的芯片正在逐个切实地改变我们的生活。

如今,一部手机同时也是高清数码相机、摄像机、数码相册、剪贴簿、迷你电视、导航系统、健康追踪器、私人助理、即时通讯软件,此外我们还用它来打电话。所有这些功能既归功于手机的应用处理器和存储器,也归功于装在里面的特种技术设备。有趣的是,在iPhone 12中,按面积计算,73%的硅芯片由28nm及以上节点的技术制造的特种技术方案组成。

应用广泛

无需过多考虑手机在短短几年内发生的变化,即可感受到这些技术对我们生活的影响之大。CMOS图像传感器技术的进步使几年前专业照相机才具备的高清摄影和视频捕捉水平在手机上成为可能,它释放了我们的创造力,正在以前所未有的方式记录着我们的生活。借助三维成像,如今我们可以用面部识别来解锁手机。随着手机的功能变得越来越强大,屏幕清晰度越来越高,电源管理IC技术的进步让电池寿命和充电速度持续得到改善。同时,在日益互联的世界中,先进5G技术的发展保证了超快速、低延迟的有效连接。

而且这种创新的步伐还在加快。2020年初到现在这段时间因为新冠疫情会被历史铭记。但由于需要寻找并适应新的工作方式、购物以及与亲人保持联系的方式,这段时间也见证了前所未有的人类创新和技术加速发展。电商、远程办公、视频通信和线上娱乐等技术在过去18个月中取得的进步比未来五年可能取得的都要多。

包括特种技术在内的硅芯片造就了这些进步,技术的发展速度得到提升,对这类方案的需求也大幅增加。这也是半导体行业商业前景如此广阔的原因之一。甚至在应对新冠疫情的时候,特种技术如MEMS(微机电系统)传感器在温度监测、PCR检测乃至供重症患者使用的呼吸机的发展中发挥了重要作用。现在,我们不仅有好几支WHO批准的新冠疫苗,而且还有很多新冠候选疫苗处于开发或者临床试验阶段。在如此短的时间内,取得这样的成绩实属惊人。在此之前,疫苗开发的最快纪录是四年。如果没有现代计算和传感系统这些用于测序和跟踪病毒遗传密码以及设计和模拟疫苗药物的强大技术,这一切都不可能实现。你看,硅技术不是独立发展的,它还加快了医学、科学和工程等各个领域的创新。

解决方案的核心

如果半导体方案、尤其是特种技术可以帮助人类应对新冠疫情等挑战,那么全球变暖等其他紧迫问题也可以吗?基本上可以确认,是的。特种技术是发展电动和混合动力汽车、电动火车、运载工具、甚至未来电动飞机和电动船舶的关键。所有这些都依赖先进的功率半导体来管理电机驱动以及进行电池充电。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等新型半导体材料的进步将对这些应用中的硅技术进行补充。这些设备可以实现风能和太阳能等可再生能源的能源转换。

但是,当我们消除温室气体排放的传统来源时,我们要小心不要创造新的来源。正如开篇所提到的,无论技术进步总体上能给人类带来多大收益,它们都有自己的缺点,硅时代也面临着挑战。随着我们越来越依赖数据,我们需要构建消耗大量电力的庞大服务器场,这将成为一个非常现实的问题,整个行业必须控制好这个问题。借助降低芯片能耗方面的创新、可再生能源的使用、先进的电源管理技术和集成硅光子方案,我们可以有颇多建树,而特种技术仍将成为这些解决方案的核心。
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