前不久，OPPO官方突然宣布旗下芯片公司ZEKU（哲库）解散，停止一切业务。ZEKU的解散引发了一场行业地震，关于其解散原因也是众说纷纭。有人猜测是近年来手机市场销量低迷，OPPO无法持续自研芯片的巨额投入；有人猜测是全球芯片供应链局势紧张，ZEKU的技术进展不佳。但不论背后真正原因如何，传递出的信号都证明了自研芯片这条道路无比艰难。在讨论自研芯片为什么这么难前，我们先了解一下芯片到底是什么。
未封装的芯片内部结构
图源：站酷海洛PLUS
芯片本质上是一块载有特定功能集成电路的半导体。简单来说，将晶体管和其他电阻、电容等元件互联，形成特定功能的集成电路，最终巧妙地微缩集成到一块半导体硅片上进行封装就是芯片。一块不到指甲盖大小的芯片内部通常承载了几千万甚至超百亿个晶体管，半导体硅片“晶圆”可以看作芯片的地基，上面层层叠堆复杂精密的电子元件结构，以实现强大算力。世界上第一台计算机ENIAC使用了17468根电子管“开关”元件，占地面积约170平方米。而如今的高端芯片可以将百亿根晶体管“开关”元件集成到约1平方厘米的硅片上，并拥有ENIAC快数万亿倍的运算速度。
ENIAC局部照片，图中密集的方形“开关”即电子管
图源：站酷海洛PLUS
芯片的技术壁垒非常高，尤其是高端芯片领域，中国对芯片核心技术掌握不足是一个长久以来的“芯病”。首先，芯片设计难以替代。芯片设计有一项核心技术为EDA电子设计自动化软件，一旦缺少EDA软件，全世界的芯片设计公司都得停摆。目前世界上能实现EDA全流程的公司仅3家，分别为美国新思Synopsys、美国楷登Cadence、德国西门子Siemens EDA。中国EDA虽有布局但目前无法实现芯片设计全流程的完整方案，仅可用于设计中低端芯片。其次，芯片制造难以突破。一块长宽仅几毫米的高端芯片能集成超百亿个晶体管，其所需的制造加工技术之精细已可见一斑。芯片制造所需的一系列技术中，属光刻机最为核心，光刻机精度决定了芯片的集成程度。芯片制造技术堪称是目前世界上最精细的加工技术，而中国目前还造不出高精度光刻机。芯片是一项全球化的产业，芯片产业链非常庞大，每一个环节背后又涉及千千万万个被不同公司掌握的技术专利，甚至呈垄断状态。以芯片制造技术的核心光刻机领域为例，荷兰ASML公司掌握多项光刻机技术专利，是全球EUV（极紫外线）光刻机的唯一供货商。世界上最大、最先进的芯片制造公司中国台湾台积电也只能借助ASML公司的EUV光刻机生产高端芯片。但即便是ASML公司这样的绝对巨头也无法独立生产光刻机。光刻机复杂的生产工艺已经形成了一条芯片的上游产业，强如ASML要生产光刻机也绕不开美国和德国的核心技术专利，一台光刻机涉及的10万零件中约90%需要进口。中国芯片行业较国外起步较晚并在80年代逐步停滞发展，大部分芯片核心技术早已被其他公司抢先发明并申请专利，要规避这些已经发展成熟的技术专利另辟蹊径，相当于每一步都是从0到1，难度之大可想而知。国际商业战略公司公布的数据显示，7纳米系统级芯片的设计成本约为21.6亿元，5纳米系统级芯片的设计成本约为39.3亿元。这还不算后期生产芯片所需的专利费、设备费和人工费等。2020年至2022年，华为三年投入超4000亿元研发经费，多数用于旗下海思自研芯片，如昇腾、麒麟等中高端系列芯片；OPPO三年豪掷500亿元用于旗下ZEKU自研芯片，仅单次“流片”（试生产芯片）成本就近亿元。自研芯片高昂的成本投入可以形象地称之为“烧钱”，金额动辄百亿、千亿元，一度成为“扼杀”芯片项目的重要导火索。1961年，美国仙童半导体公司市场营销人员拍桌狂吼：“这玩意儿（集成电路项目）浪费了公司整整100万美元，必须裁掉！”幸好该公司当时管理并没有那么严格，研发团队才得以继续“烧钱”并最终发明集成电路，立下芯片发展史中的一块里程碑。相反，同期手握大量芯片相关技术的美国贝尔实验室，因高层认为研发芯片成本过高而错失这一重大发明。虽然由于技术壁垒高、专利限制多、研发造价贵，芯片被誉为现代科技“皇冠上的明珠”，但事在人为，再难的问题也有“破局”的对策——以下几点，笔者认为对冲破“芯片困境”会有所帮助。
百花齐放，攻坚“中国芯”技术。现在，芯片产业链的顶尖企业中都开始慢慢地出现中国身影：世界芯片设计企业前十位中，有2家中国企业；世界晶圆制造代工企业前十位中，有2家中国企业；世界芯片封测代工企业前十位中，有3家中国企业。假以时日，中国必将实现突破。
厚积薄发，发力“中国芯”专利。公开数据显示，世界年度半导体专利申请数逐年飙升，各国竞争激烈。2022年度世界半导体专利申请数又创新高，达69194项。令人振奋的是2022年中国申请芯片半导体专利数位居第一，共计37865项，约占世界年度半导体专利申请数的55%。专利意味着创新力的勃发，也意味着竞争力的提升。
举国发力，投入“中国芯”资金。随着2014年国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，中国在造“芯”领域设立国家投资基金，中国芯片产业开始加速进入重要战略机遇期、突破的关键期、跨越的攻坚期。2022年中国半导体项目投资金额更是高达1.5万亿元，充分展示了中国对芯片产业强有力的支持和决心。
就像胡正明团队发明立体晶体管FinFET时那样，虽然创新发明后的11年间没有什么水花，但自2011年开始，全世界的半导体公司都开始引入FinFET进行技术变革，FinFET被广泛应用于iPhone 6s到iPhone 14的一系列产品和超级计算机中。
自研芯片很难，但中国一直在路上，让我们静待“中国芯”大放异彩之日。
作者：浙教社 石妍
《芯片简史》
汪波 著
浙江教育出版社
“芯片的发展史，就是一部创新史与叛逆史。”本书以芯片诞生和发展为主线，生动讲述一群叛逆者突破传统、不断创新的故事。这本综合性作品带我们深入了解那些散落在历史深处的芯片发明者的个人世界，体验他们在发明中所经历的种种困苦与喜悦、磨难与幸福，与他们一起重走芯片发明之路，看他们如何突破科学研究中的困难与现实世界的阻碍，做出一项项改变甚至颠覆世界面貌的发明和创新。
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