長期以來，中國芯片產業呈現“積弱”現狀，而芯片自研的缺失已經嚴重限制了中國科技發展，也毀掉很多具備優秀基因的科技企業，我們正面臨著空前的壓力。

越來越多的民族企業逐漸意識芯片核心技術缺失的后果，并試圖改變這一現狀，張汝京就成立中芯國際，開創了芯片國產化的先河;華為成立海思，自主研發芯片……盡管中國在芯片產業上奮起直追，但一個殘酷的現實是，中國最先進的芯片技術依舊遠遠落后，其原因既涉及技術瓶頸，又與核心產業環節的缺失有關。

積弱的“芯片”產業

國家海關數據統計顯示，2018年，中國芯片進口總量為3120億美元，占全球集成電路5000億美元市場規模的近60%，進口額度超過石油，位列國內進口商品第一位。

實際上，中國芯片關鍵核心技術對外依賴度高，80%的高端芯片都靠進口。一旦臺積電斷供，中國芯片將落后西方5-10年，甚至更多。

芯片生產主要由設計、制造、封測三個環節構成。

從設計上看，中國最領先的芯片設計公司是華為海思，當了十幾年“備胎”的海思也是近幾年剛走上發展的快車道，逐漸擺脫美國影響。

從制造上看，全球最大的芯片制造巨頭是臺積電，已經能夠實現5納米制備工藝的量產，與此相對的是中國最好的芯片制造公司中芯國際，剛剛能夠完成14納米制備工藝量產，與世界頂尖的制備工藝相差甚遠。

從芯片生產的核心設備光刻機上看，荷蘭ASML公司是全球唯一能夠達到7納米精度的光刻機供應商，其在45納米高端光刻機市場的市占率達到80%，而中國最好的光刻機生產商上海微電子才剛剛能生產90納米的低精度光刻機。

中國芯片產業為何落后至此?

首先，芯片行業是個極耗時間與金錢的行業，可能幾十年都不一定有成績出現，數百億的投入打水漂更是常見，無形中提升了芯片行業的準入門檻。

其次，由于《瓦森納協定》，中國難以接觸最新的芯片技術，也買不到近兩代的芯片設備。

《瓦森納協定》又稱瓦森納安排機制，目前共有包括美國、日本、英國、俄羅斯等40個成員國，“瓦森納安排”規定成員國自行決定是否發放敏感產品和技術的出口許可證，但實際上出口安排完全受美國控制，“瓦森納安排”已經成為對華高科技出口管制的主要“指導性文件”。

當然，除了美國的限制，摩爾定律本身面臨停滯的挑戰，使得中國芯片產業的發展難上加難。

摩爾定律之難

所謂摩爾定律指的是集成電路特征尺寸隨時間按照指數規律縮小的法則，簡單來說就是集成電路芯片上所集成的電路的數目，每隔18個月就翻一番。

摩爾定律是由英特爾創始人之一Gordon Moore提出的，在此前的50年間，半導體制備進程一直遵循著這一定律。但摩爾定律并非數學、物理定律，而是對發展趨勢的一種分析預測。摩爾定律的本質是經濟規律，隨著制程的升級，同樣的芯片制造成本會越低，因為單位面積晶體管數量的增加使得相同芯片所需的面積減小，因此一旦制程升級過慢，芯片成本將會居高不下。

然而，經過這么多年的發展，隨著半導體制程特征尺寸縮小越來越困難，即將達到一個瓶頸，且研發成本越來越高，投資風險加大，越來越多的人士認為摩爾定律達到了極限瀕臨失效。

據了解，當特征尺寸縮小到10nm的時候，會產生諸多量子效應，使晶體管的特性難以控制，如量子隧穿效應會非常嚴重，導致晶體管漏電嚴重;另外，隨著光刻精度的提升，特別是5nm后，勢必需要波長更小的紫外光以及對紫外光敏感的光刻膠，使成本更高。

針對“摩爾定律達到極限”這一課題，業界給出了三大演進發展方向，分別是“More Moore”、“More than Moore”、“Beyond CMOS”。

More Moore指的是沿著摩爾定律繼續發展，每兩到三年左右晶體管數量翻倍，當然對于特征尺寸縮小至10nm之后的出現的漏電問題，屆時對于晶體管的優化將從性能提升轉變為漏電優化。

More than Moore指的超越摩爾定律，轉為應用需求驅動，即優化其他功能組件，開發新的應用功能。

Beyond CMOS指的是發明在硅基CMOS遇到物理極限時所能倚重的新型器件。

在筆者看來，摩爾定律三大演進發展方向的本質是摩爾定律在5nm后很難再延續。

事半功倍的升維打擊

以史為鏡，可知興替。

互聯網時代，無數次的紅海競爭最終被更高維度的新技術產業所覆蓋，正如曾經PC端市場競爭陷入紅海，無數PC廠家誰也無法征服誰，但智能手機的出現取代了部分PC應用場景，智能手機以一騎絕城態勢沖擊著PC產業，同時開啟了移動互聯時代。

半導體芯片產業同樣如此，追趕解決不了半導體產業的停滯問題，未來科技的制高點不是追趕就能到達的，另辟賽道或許才是破局的關鍵。在More Moore, More than Moore和beyond Moore之中將會孕育新的世界級半導體產業，我們不應止于追趕，更應該下定決心大膽變道超車。

值得擔憂的是，當下對新賽道的重視度依舊有限。大基金二期總規模超2000億，如果按照1:5的撬動比，大基金二期的資金總額將超過萬億元，然而大基金的主要目標依舊是繼續支持集成電路龍頭企業做大做強，對于新半導體產業賽道的支持，特別是新工藝的支持有多大還是一個問號。

據悉，“大基金”是在2014年9月由工信部、財政部的指導下設立，其成立目的是為了扶持中國本土芯片產業，減少對海外的依賴。從某種程度上講，大基金的扶持方向代表著半導體產業未來的發展方向。

三大演進方向，芯片產業破局可期

在筆者看來中國芯片產業在5年內以需求為導向的能夠商業化的三大新產業有機會改變當下中國芯片產業窘境。

首先，伴隨AI崛起，以憶阻器為代表的模擬計算芯片。

當下全球AI芯片市場，國內AI芯片廠商與國外巨頭基本處于同一起跑線，AI領域的應用目前處于技術和需求融合的高速發展階段，還沒有形成穩定模式。而隨著人工智能相關技術的革新，應用場景會向多元化進階，國內AI芯片市場將會愈發寬廣。

6月2日，寒武紀在科創板首發過會,成為A股AI芯片第一股。而國內資本也非常關注人工智能芯片的發展，大批企業獲投，如壁仞科技獲得11億元的A輪融資，AI芯片市場被激活，有望超越世界。

其次，以碳納米管，石墨烯等新材料為代表的10倍提升現有芯片能力的新材料體系有望成為新的產業，改變芯片行業格局。

很多國外廠商目前已經減少甚至停止投入研究新材料，面對高額的研發費用和遙遙無期的成果，很多國外企業不堪重負。

與此同時，國內新材料研發捷報頻傳，已經走在了世界第一梯隊。北京大學張志勇-彭練矛教授的科研團隊，通過獨創的制備工藝，在4英寸的基底上，制備出密度為120/μm、純度高達六個九，也就是99.9999%的碳納米管陣列。在密度和純度這兩個重要的指標上，比過去的類似的研究高出了1-2個量級。同時，研究人員還批量制作出了相應的晶體管和環形振蕩器來驗證這種新工藝的批量生產潛力。實驗發現，這些晶體管和環形震蕩器的性能，首次超過了同等尺寸下的傳統硅芯片里面的器件，證明了碳芯片確實有可能比硅芯片更強。

最后，以與人體結合的柔性半導體芯片為代表的柔性電子與印刷電子方向。

傳統的芯片加工采用減材制造技術，即通過等離子刻蝕或酸液腐蝕將不需要的材料去除，從而形成功能材料的圖形結構。而微電子打印的本質是增材制造技術，不依賴于基地材料性質，相比傳統芯片只能在硅基半導體晶圓上制備，微電子打印機可以在塑料、紙張、布料等低成本柔性材料表面制造電子器件與電路。

實際上，中國在印刷電子領域有了長足的發展，從印刷設備、到電子墨水再到基地材料都在逐步擴展，冪方科技等國內公司已研發出微電子打印機，可以打印出太陽能電池、電子元器件、顯示器件、傳感器等。

因此，柔性電子打破了傳統的制備工藝，隨著柔性電子的產業化，人與計算機將進一步融合，甚至這不是猜測，已經成為了現實，國內已經有公司研發出智能皮膚，通過柔性電子技術以及可全天佩戴的可穿戴系統，與身體同步收集信息。

這三大演進方向在不久的未來或許可以打破國產芯片的窘境，換道超車勢在必行。