#暑期產(chǎn)業(yè)實(shí)踐# 我芯永恒——中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)初探

發(fā)布時(shí)間2016-08-01文章來(lái)源教學(xué)事務(wù)處/信息學(xué)院作者責(zé)任編輯

“微電子器件與集成電路”產(chǎn)業(yè)實(shí)踐

指導(dǎo)老師：寇煦豐

供稿人：黃政嘉高鴻翔李家明焦東

科技之芯 · 背景介紹

是什么集合了人類(lèi)兩千年自然科學(xué)的智慧？是什么成為連接電氣化與信息化時(shí)代的橋梁？是什么作為國(guó)家信息安全基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)？是什么讓美國(guó)對(duì)我們實(shí)施高度技術(shù)封鎖?是什么被政府視為當(dāng)務(wù)之急，斥巨資大力發(fā)展？難以想象，這一系列沉重問(wèn)題的答案卻只有不到一個(gè)指甲蓋大小——芯片。

目前，中國(guó)芯片市場(chǎng)發(fā)展迅速，已經(jīng)占到了全球市場(chǎng)的42%，然而我國(guó)大陸的芯片制造行業(yè)尚處落后地位。一方面是制程工藝落后兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；另一方面是產(chǎn)能不足，中國(guó)80%的芯片需求還依賴(lài)進(jìn)口?？梢哉f(shuō)，我國(guó)電子信息行業(yè)的命脈還沒(méi)能完全掌握在自己手里。我們小隊(duì)的課題就是了解中國(guó)芯片設(shè)計(jì)和制造行業(yè)的現(xiàn)狀，分析中外芯片制造的差距，嘗試著為‘中國(guó)芯’實(shí)現(xiàn)超越提出解決方案。

芯硎初試 · 預(yù)調(diào)研

我們小隊(duì)先分成了三個(gè)小組，分別對(duì)一家中國(guó)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)（兆芯）、一家中國(guó)芯片制造企業(yè)（中芯國(guó)際）和一家國(guó)際芯片設(shè)計(jì)企業(yè)（AMD）進(jìn)行了預(yù)調(diào)研。

在小隊(duì)交流會(huì)上，各個(gè)小組利用在學(xué)校學(xué)到的各方面知識(shí)，大展所長(zhǎng)。AMD組的同學(xué)甚至拿出了公司歷年的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，并對(duì)AMD歷史上三次重大交易做了細(xì)致分析。中芯組的同學(xué)則結(jié)合物理知識(shí)，講解了芯片最基本的元素CMOS的工作原理。負(fù)責(zé)指導(dǎo)我們的寇煦豐助理教授看了我們的展示都覺(jué)得很激動(dòng)，當(dāng)即決定組會(huì)結(jié)束后請(qǐng)我們所有同學(xué)去便利店吃夜宵作為獎(jiǎng)勵(lì)。

同學(xué)們不僅在互相學(xué)習(xí)，寇老師的指導(dǎo)也尤為關(guān)鍵?？芾蠋熡哪?xì)胞極其發(fā)達(dá)，組會(huì)上妙語(yǔ)連珠，例如“熱愛(ài)什么就要為它額外付出，追妹子能不比別人多付出一些嗎?”“茍利國(guó)家生死以，豈因禍福避趨之!”他還鼓勵(lì)我們大膽想象，兩個(gè)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)要以超越因特爾（全球第一）為目標(biāo)，芯片制造企業(yè)則以超越臺(tái)積電（全球第一）為目標(biāo)，進(jìn)行背景研究并為企業(yè)制定戰(zhàn)略計(jì)劃。只一次組會(huì)，大家都已經(jīng)成為寇老師的鐵桿粉絲。三個(gè)小時(shí)多的組會(huì)，大家愈開(kāi)愈起勁?？芾蠋煹膫€(gè)人魅力加上我們被點(diǎn)燃的斗志，讓大家對(duì)這次產(chǎn)業(yè)實(shí)踐充滿(mǎn)期待。

億兆一心 · 兆芯公司調(diào)研

兆芯集成電路有限公司成立于2013年4月，是一家兼具CPU、GPU和芯片組設(shè)計(jì)能力的公司，其自主研發(fā)的CPU能力已經(jīng)能達(dá)到因特爾的80%。是全球屈指可數(shù)的幾家能設(shè)計(jì)x86架構(gòu)芯片的企業(yè)之一，代表了中國(guó)芯片設(shè)計(jì)的最高水平。

7月26日，我們小隊(duì)到兆芯進(jìn)行了為期一天的調(diào)研。我們了解了兆芯的發(fā)展歷程，也與公司分享了我們自己對(duì)兆芯的預(yù)調(diào)研報(bào)告。先占領(lǐng)專(zhuān)微市場(chǎng)，滿(mǎn)足政府部門(mén)設(shè)備的芯片需求，避免與因特爾正面競(jìng)爭(zhēng)；一步一腳印，踏實(shí)地做好積累，厚積薄發(fā)，最后實(shí)現(xiàn)超越，兆芯市場(chǎng)部總監(jiān)如是介紹兆芯的戰(zhàn)略規(guī)劃。從中我們看到了民族企業(yè)的夢(mèng)想，但更可貴的是能認(rèn)清現(xiàn)實(shí)。中國(guó)芯還有很長(zhǎng)的路要走，在技術(shù)封鎖的環(huán)境下，發(fā)展路上一定會(huì)有會(huì)許多坎坷，趕超絕非一朝一夕之功。

在與兆芯各個(gè)部門(mén)交流的過(guò)程中，我們特別感謝工程師們的熱情解答和寇老師的耐心講解。因?yàn)榇蠹疫€沒(méi)有上相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程，所以對(duì)技術(shù)問(wèn)題理解起來(lái)并不輕松，但是兆芯工程師們的熱情超越了我們的想象。記得有同學(xué)問(wèn)到了虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的問(wèn)題，在座的工程師紛紛分享了他們的知識(shí)：“硬件的挑戰(zhàn)是要又小又強(qiáng)”，“軟件上有許多補(bǔ)償算法，比如時(shí)空扭曲”……為了給我們一個(gè)全面的回答，每工程師都根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)方向給我們講解了他們的看法，互補(bǔ)所短，氣氛熱鬧的甚至還有點(diǎn)搶答的感覺(jué)呢！

一天下來(lái)，兆芯的工作氛圍給我們留下了深刻的印象。原本以為芯片設(shè)計(jì)企業(yè)壓力很大，同事之間競(jìng)爭(zhēng)激烈，然而在兆芯看到許多充滿(mǎn)活力的年輕面孔后，我們的觀(guān)念被顛覆了。就在辦公樓內(nèi)，設(shè)有瑜伽墊、乒乓球桌、跑步機(jī)等文娛體育設(shè)施。我們參觀(guān)時(shí)還有兩個(gè)員工在玩桌上足球，很好奇他們被領(lǐng)導(dǎo)發(fā)現(xiàn)會(huì)不會(huì)挨批評(píng)？在與工程師們的交流當(dāng)中，我們觀(guān)察到兆芯的工程師們都彼此十分熟悉，他們的交流完全是合作與互助性質(zhì)，大家臉上都掛著微笑。這是我們來(lái)到兆芯實(shí)地考察的重要收獲之一，雖然看上去沒(méi)有那么高大上，但是它展現(xiàn)了在芯片行業(yè)工作快樂(lè)的一面，堅(jiān)定了不少同學(xué)在這樣一個(gè)集成電路企業(yè)里實(shí)現(xiàn)理想的決心。如果不來(lái)兆芯實(shí)地參觀(guān)，我們永遠(yuǎn)無(wú)法真正了解這里的工作氛圍。

中流擊楫 · 中芯國(guó)際公司調(diào)研

中芯國(guó)際集成電路制造有限公司是世界領(lǐng)先的積體電路晶圓代工企業(yè)之一，也是中國(guó)內(nèi)地規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的積體電路晶圓代工企業(yè)，能夠向全球客戶(hù)提供0.35微米到28納米晶圓代工與技術(shù)服務(wù)。

7月27日下午，我們小隊(duì)來(lái)到了中芯國(guó)際公司總部。初到公司，便有熱情的工作人員帶領(lǐng)我們來(lái)到大廳，展示墻上那密密麻麻的文件吸引了我們的注意。在工作人員的介紹下，我們了解到這是中芯國(guó)際所擁有的部分專(zhuān)利文件。作為國(guó)內(nèi)集成電路行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，中芯國(guó)際擁有超過(guò)12000件專(zhuān)利。為什么中芯國(guó)際如此重視專(zhuān)利？專(zhuān)利對(duì)于一家科技型企業(yè)究竟有多大的重要性？這些疑問(wèn)埋在了我們的心里。

在展廳里，我們見(jiàn)到了一片片的成品晶圓。從工作人員口中我們了解到，將硅片做大可以有效降低加工成本，但是由于技術(shù)和設(shè)備等原因，我國(guó)目前無(wú)法自主生產(chǎn)大尺寸硅片，因此公司多數(shù)大尺寸高純度的硅片都是從日本進(jìn)口的。事實(shí)上，不僅中芯存在這樣的情況，我校實(shí)驗(yàn)室也同樣如此。據(jù)工作人員透露，中芯國(guó)際已斥資一億美元向荷蘭購(gòu)入目前世界技術(shù)最先進(jìn)的光刻機(jī)。雖然如此，由于《瓦森納協(xié)定》等對(duì)華設(shè)備管制的條約的限制，許多頂尖設(shè)備無(wú)法購(gòu)進(jìn)。此時(shí)，我們深切地感受到，專(zhuān)利對(duì)于一個(gè)靠技術(shù)吃飯的公司來(lái)說(shuō)是多么的重要。專(zhuān)利并不僅僅意味著能夠借此獲取財(cái)富，更意味著從技術(shù)上領(lǐng)先了一步。一步領(lǐng)先，便能步步領(lǐng)先！

隨后，工作人員向我們耐心地講解了芯片加工的詳細(xì)流程。她將每個(gè)加工步驟生動(dòng)地比喻成樂(lè)高積木，而加工過(guò)程則是將這些形狀各異的樂(lè)高積木通過(guò)特定的排列組合，一層一層往上搭，這個(gè)比喻有趣而又易于理解。她還讓我們親自動(dòng)腦“搭積木”，正當(dāng)我們還在為順利答出第一個(gè)問(wèn)題而沾沾自喜時(shí)，她又向我們展示了實(shí)際應(yīng)用中最簡(jiǎn)單的CMOS的制造流程。即使是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的元器件，其工藝的復(fù)雜程度依然讓我們感到震撼，明白了真正要把積木搭高搭好，并非一朝一夕便能做到。

在座談會(huì)上，專(zhuān)家們一一回答了我們?cè)诩夹g(shù)和公司未來(lái)等方面的問(wèn)題。市場(chǎng)部經(jīng)理向我們分析道，雖然目前在世界范圍內(nèi)仍然有臺(tái)積電（TSMC）、Global Foundries、聯(lián)華電子（UMC）三家代工企業(yè)領(lǐng)先于中芯國(guó)際，但是中芯有信心也有能力在2020年躋身世界前三。之后，一位來(lái)自臺(tái)灣的前輩與我們分享了他的人生經(jīng)驗(yàn)以及在中芯發(fā)展過(guò)程中所經(jīng)歷的種種困難和機(jī)遇。在十幾年前晶圓代工的龍頭企業(yè)臺(tái)積電發(fā)展的初始階段，臺(tái)灣擁有的大量技術(shù)型人才起到了至關(guān)重要的作用，而目前大陸正處于類(lèi)似的階段，這也是公司對(duì)我們的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐如此重視的原因之一。

經(jīng)過(guò)一天的實(shí)踐，同學(xué)們不僅對(duì)芯片制造的過(guò)程和前沿趨勢(shì)有了較為深入的了解，同時(shí)也感受到了肩上沉甸甸的責(zé)任和使命。

和AMD談芯 · AMD公司調(diào)研

AMD公司，全稱(chēng)為Advanced Micro Devices，專(zhuān)門(mén)為計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子行業(yè)設(shè)計(jì)和制造各種創(chuàng)新的微處理器、閃存和低功率處理器，CPU市場(chǎng)占有率僅次于Intel，在GPU領(lǐng)域處于行業(yè)最前沿，是世界上唯一一家兼?zhèn)涓叨薈PU和GPU的公司。

7月29日下午，上海高溫未退，我們熱情依舊，在寇老師的帶領(lǐng)下，來(lái)到AMD上海研發(fā)中心調(diào)研。公司負(fù)責(zé)人熱情接待了我們，首先進(jìn)行了一場(chǎng)交流會(huì)。AMD負(fù)責(zé)人向我們介紹了公司發(fā)展史、理念和未來(lái)愿景。AMD成立于1969年，比Intel公司晚一年，似乎也為兩家巨頭“相愛(ài)相殺”的歷史埋下了伏筆。公司擁有數(shù)個(gè)“第一”，比如第一個(gè)將CPU主頻突破1GHz、第一個(gè)開(kāi)發(fā)出64位芯片、第一個(gè)開(kāi)發(fā)多核心處理器等。他提到，公司在VR行業(yè)核心市場(chǎng)占有率高達(dá)83%，世界三大游戲主機(jī)都選擇了AMD的產(chǎn)品。雖然我們?cè)陬A(yù)調(diào)研時(shí)對(duì)公司已經(jīng)有了一定了解，也依舊為其強(qiáng)大的實(shí)力和底蘊(yùn)驚嘆。令人感動(dòng)的是，為了滿(mǎn)足我們向軟硬件平臺(tái)工程師請(qǐng)教學(xué)習(xí)的需求，公司方面負(fù)責(zé)接待的工程師涵蓋了整個(gè)研發(fā)流程的多個(gè)重要環(huán)節(jié)，技術(shù)大牛們耐心解答我們提出的各種問(wèn)題，并舉一些精確而簡(jiǎn)單的例子來(lái)幫助理解。

隨后，我們進(jìn)入研發(fā)中心配備的VR實(shí)驗(yàn)室參觀(guān)，工作人員讓每位同學(xué)依次親身體驗(yàn)了這種前沿技術(shù)的魅力。大家在體驗(yàn)了之后都表示十分新奇有趣，并且沉浸式的感受很強(qiáng)烈。我們知道，用戶(hù)越來(lái)越希望能夠借助手勢(shì)、眼睛、身體，用自然表達(dá)的方式和機(jī)器交互，并且游戲機(jī)——索尼PS4和微軟Xbox One——用的都是AMD下一代的產(chǎn)品，從這可以看出公司的超前市場(chǎng)意識(shí)。

在調(diào)研過(guò)程中，我們感受到AMD員工具有的三大特質(zhì)：對(duì)于事業(yè)的熱情、面對(duì)困難的堅(jiān)持不懈以及活潑快樂(lè)的心態(tài)。公司負(fù)責(zé)人說(shuō)，年輕人的開(kāi)放思維、年輕心態(tài)是集成電路行業(yè)一直需要的，并且在交流會(huì)上多次表示，歡迎上科大學(xué)生將來(lái)加入AMD。加油吧，少年！

芯連心 · 產(chǎn)業(yè)實(shí)踐心得與小結(jié)

本次產(chǎn)業(yè)實(shí)踐的三次參觀(guān)調(diào)研完成后，我們對(duì)于我國(guó)和世界芯片設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀都有了鮮活的了解，也看到了中國(guó)與世界頂級(jí)水平之間仍存在的差距。我們深切地感受到，中國(guó)芯片公司的員工除了有對(duì)行業(yè)的熱情，還有對(duì)國(guó)家的高度使命感。三家公司的技術(shù)工程師們都向我們表示，這個(gè)行業(yè)需要年輕人新鮮血液的加入。本次調(diào)研在我們心中種下了一顆種子，促使大家更加認(rèn)真地學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)，繼續(xù)深入了解相關(guān)產(chǎn)業(yè)，立志未來(lái)在產(chǎn)業(yè)界/學(xué)術(shù)界去實(shí)現(xiàn)“報(bào)國(guó)裕民”的人生理想。