中国集成电路产业70年发展艰难历程回顾

2019-10-01 16:01:55 来源:芯思想 作者:朱贻玮

编者按:全文共16000余字,请大家认真阅读。朱贻玮老师以其在产业50多年的阅历,为读者回顾了我国集成电路发展的艰难历程。文章脉络清楚,资料详尽,是不可多得的史料文章。

前言
本文想谈谈中国集成电路产业发展的艰难历程,供大家回忆和思考。

中国集成电路产业发展艰难历程回顾

一、中国集成电路产业发展艰难历程
1、中国集成电路早期研发状况(中国科学院半导体所、13所等)
2、工业生产初步形成(878厂和上无19厂)
3、探索突破量产途径(爱卡、兴华和华科)
4、走上技术引进道路(742厂─华晶、华越)
5、转入中外合资阶段(贝岭、飞利浦─先进、首钢日电)
6、908工程和909工程(华晶和华虹)
7、从IDM转向代工(Foundry)(先进、华晶上华)
8、具有特色的典型企业(燕东、士兰、方正微电子)
9、国际化建设代工大厂(中芯国际和宏力)
10、台湾公司来大陆建厂(和舰、中纬、台积电松江、联芯、晶合、晋华、台积电南京)
11、外资独资来华建厂(海力士、英特尔和三星)
12、国家大基金注入国家团队大企业(中芯国际、华虹─宏力─华力、长江存储)

二、中国集成电路发展回顾


一、中国集成电路产业发展艰难历程

1、中国集成电路早期研发状况(中国科学院半导体所、13所等)

1947年美国贝尔实验室发明半导体点接触晶体管,1949年研制出锗合金晶体管。中国科学院应用物理所也于1956年研制出锗合金晶体管。1954年美国研制出硅合金晶体管。中国北京电子管厂也于1958年研制出硅合金晶体管。就在1958年,美国得克萨斯仪器公司和仙童公司分别研制成半导体单块集成电路。1959年美国发明平面光刻技术,研制成功平面型扩散晶体管(简称“平面管”)。1960年美国采用平面技术研制成集成电路,从此走上可以大量生产的道路。中国科学院半导体所也在1963年研制成平面管,同时有多家单位也在研制平面管。紧接着,中国多家研究单位于1965年分别研制出集成电路,有中国科学院半导体研究所、河北半导体研究所(简称13所)、北京市无线电技术研究所(简称沙河器件所)等,而在1965年12月份,13所首先在产品鉴定会上鉴定了一种采用介质隔离的DTL型数字电路。

在研究单位之后,工厂在生产平面型晶体管的基础上也自行研制集成电路。北方为北京电子管厂(774厂),南方为上海元件五厂,后者在1966年底召开了产品鉴定会,鉴定了一种采用国际上通用的PN结隔离技术的TTL型数字电路。

由此看出,在上世纪五、六十年代,在半导体晶体管和集成电路起步阶段,中国距美国只有4~7年时间差距,相差并不是很远。

2、工业生产初步形成(878厂和上无19厂)

为了加速发展集成电路,四机部决定建设3家集成电路专业化工厂,其中878厂建在北京,由774厂抽人筹建,在北京无线电工业学校内合作建厂。1968年开始建设,到1970年建成投产。878厂于1978年建成中国第一条2英寸线,滞后世界12年。

与此同时,上海仪表局决定将上海元件五厂五车间搬迁到漕河泾建上海无线电十九厂(简称上无19厂)。

不久,在北京市和上海市相继建起了一批集成电路工厂,有北京市半导体器件二厂、三厂、五厂和上无七厂、上无14厂等。而且各地也纷纷建厂,例如常州半导体厂、苏州半导体厂、天津半导体器件一厂、贵州873厂和4433厂、甘肃749厂和871厂、锦州777厂等。加上各部门一些单位也上集成电路,中国科学院成立了109厂、一机部机械自动化所、五机部214所、七机部771所和691厂等。

热潮最高时,全国有33个单位引进24条3英寸二手生产线设备。但是,当时处于低水平的重复引进,最后建成投产的只有6~7条线。

878厂于1980年建成中国第一条3英寸线,滞后世界8年。上世纪70年代,在计划经济环境下,北方878厂和南方上无19厂号称“南北两霸”,全国集成电路工业生产初步形成,自力更生地生产各种小规模集成电路(包括数字电路和线性电路)供应各工业部门和科学院各研究所研制和生产各种电子整机使用,包括工业应用和国防军工需求。

3、探索突破量产途径(爱卡、兴华和华科)

全国各地集成电路工厂和研究所的芯片线虽然不少,但所采用的硅圆片尺寸都较小,开始都是直径十几毫米不规则圆片。第一条2英寸和3英寸线在北京878厂建成后,相继有几条3英寸线投产。但月产量都很小,只有几百片,最多上千片。

为了突破4英寸硅片和提高月产片量,通过不同渠道利用香港国际贸易自由港的优势,在香港大埔成立了3家公司:爱卡、兴华和华科,各自建成了4英寸芯片生产线。首先由华科公司生产消费类电路产品时突破月产20000片的水平,另两家公司月产量也在10000片以上。为此,当时全国半导体行业协会在南京召开会员大会时,邀请华科公司到会上作了典型发言介绍经验,以此推进各厂提高自己的产片量。

4、走上技术引进道路(742厂-华晶、华越)

在国家于1978年末转入改革开放时代之后,我国集成电路产业由自力更生阶段转向技术引进阶段。

742厂-华晶

第一个全面引进项目是无锡742厂(江南无线电器材厂)为电视机配套专用双极型模拟电路,从日本东芝公司引进完整的3英寸芯片生产线,从拉单晶开始,包括制版、3英寸硅圆片加工和封装测试。1984年达产,月投10000片3英寸片,成品年产量达3000万块,成为当时中国技术最先进、规模最大、配套最全、IDM(集成器件制造)模式的专业化工厂。

这是中国集成电路业内第一次从国外全面引进技术的项目,前工序为5微米双极型模拟电路工艺,后工序为DIP型(双列直插式)塑料封装线。

到20世纪80年代末、742厂改为华晶公司后,又从德国西门子公司和日本东芝公司引进2~3微米CMOS型数字电路工艺4英寸和5英寸芯片生产线,合计月投片能力11500片,以及包括DIP型、QFP型、SOP型和PLCC型塑料封装线。

华越

甘肃871厂在浙江绍兴设立窗口后,成立871分厂,后又改名为华越。先后自行建设3英寸和4英寸二手设备芯片生产线后,后来又从日本富士通公司引进一条完整的5英寸芯片生产线,为5微米双极型数字电路工艺技术。

5、转入中外合资阶段(贝岭、飞利浦、首钢日电)

贝岭

在国家改革开放的浪潮下,上海集成电路企业开始探索中外合资的模式。首先是搞CMOS工艺的上无14厂在漕河泾建设新厂过程中,与比利时洽谈合资。当时国家正在上程控交换机扩大有线电话领域。为在上海成立的合资的上海贝尔电话设备公司配套程控交换机专用集成电路,上海贝岭公司就应运而生。贝岭公司在1988年建成中国大陆第一条4英寸芯片生产线,滞后世界13年,采用 2~3微米MOS电路工艺,首先生产程控交换机所用9种LSI(大规模集成)电路,后来又引进1.2微米CMOS电路工艺。它曾创造中国半导体工厂中最好的经济效益,又是国内头一家上市的微电子制造企业。

飞利浦

上海元件五厂、上无七厂和上无19厂与荷兰飞利浦公司洽谈合资,成立了上海飞利浦半导体公司。也在漕河泾于1992年建成中国第一条5英寸芯片生产线,滞后世界10年,采用3微米双极型模拟电路工艺。它本身没有产品,建成后初期主要为国际性的飞利浦公司加工,可以说是中国第一条Foundry线,只是为其他设计公司和产品公司代工是后来逐渐形成的。后来改名为上海先进半导体公司。

首钢日电

北京首都钢铁公司(简称首钢)为了拓展业务领域,在北京地区4家集成电路单位(两厂一所一公司)的帮助下与日本电气公司经过谈判决定合资成立首钢日电公司,结果于1994年10月在北京建成中国第一条6英寸芯片生产线,滞后世界8年,1995年3月正式投产,采用1.2微米CMOS工艺。1995年销售额达9.1亿元,利润2.7亿元,创中国境内微电子产业最高年营业额的记录。原计划70%内销,但结果主要生产日本电气公司的产品。

6、908工程和909工程(华晶和华虹)

908工程:

1989年8月8日成立中国华晶电子集团公司(简称华晶公司),它是由无锡742厂和24所无锡分所(由四川永川24所MOS部搬迁而来)合并而成。当时中国电子报辟出专栏讨论:中国集成电路何处去?

在专家、教授和政府主管官员广泛发表文章讨论之后,机械电子工业部于1990年2月从各单位抽调人员集中编写1微米集成电路项目建议材料,于当年8月份立项,命名为“908工程”。江苏、浙江、山东、上海各地都积极争取,最后部里决定1微米6英寸芯片生产线建设还是放在江苏无锡,由刚成立不久的华晶集团公司承担建设。但是由于项目审批和资金到位原因,直到1997年底才建成,前后历时8年之久。

华晶公司从美国朗讯公司引进一条6英寸芯片生产线,流通0.9微米CMOS工艺2个产品,到1998年1月才通过对外合同验收。本来是起步最早的6英寸线,结果在北京首钢日电和上海飞利浦之后,成为第三条6英寸线。

909工程:

1993年3月国家决定将原机械电子工业部分开,成立新的电子工业部,任命胡启立为部长。鉴于我国集成电路产业严重滞后的状况,1995年电子工业部向国务院提出了《关于“九五”期间加快集成电路产业发展的报告》, 当年12月中央经济工作会议分组会上,胡部长作了关于《发展我国集成电路产业是重中之重》的专题发言。由此,909工程应运而生,决定实施909工程──在上海浦东建设一条8英寸0.5微米集成电路芯片生产线。

国务院决定由胡启立部长直接兼任董事长。由电子工业部、上海市人民政府共同成立“909工程项目推进委员会”。1996年11月27日上海华虹微电子有限公司超大规模集成电路芯片生产线奠基仪式在浦东新区金桥隆重举行。

909工程是中国电子工业投资最大的工程,准备投资100亿元建设一条8英寸0.5微米的芯片大生产线。经过多方谈判,最后还是与日本电气公司(NEC)合作谈判成功,合资成立华虹NEC公司。初期注册7亿美元,中方出资5亿美元,日方出资2亿美元。1999年2月23日909工程超大规模集成电路芯片生产线建成正式投片。这是中国第一条8英寸芯片生产线,滞后世界11年。

到2000年11月,月投8英寸硅圆片20000片,达到国际上规模经济水平,工艺为0.24微米的CMOS工艺技术。909工程胜利完成建设任务。

7、从IDM转向代工(Foundry)(先进、华晶上华)

以前中国集成电路企业和国外公司一样,采用IDM模式,即集成制造模式,从电路设计、芯片制造到封装测试都由自己完成。1987年台湾成立台湾积体电路公司(简称台积电),提出Foundry(代工)模式,自己不搞设计,只做晶圆制造加工,接受设计公司或产品公司委托加工,另有封装测试公司。这样就形成设计业、芯片制造业和封装测试业三业并举的局面。

中国大陆最早采用代工模式的是上海飞利浦公司,如前所述,开始主要为飞利浦公司加工,后来改名为上海先进公司后,加大为其他公司加工的比例,并逐渐增加为国内设计公司加工的比例。

纯粹的加工模式是在无锡首先实现的。华晶公司通过908工程引进一条1微米6英寸CMOS工艺线,之前还引进一条2~3微米5英寸MOS线,由于缺乏有市场的产品生产,MOS事业部多年亏损造成企业亏损负债运行。在大陆半导体界人士于1997年5月底赴台参加海峡两岸半导体交流会后,台湾半导体界代表回访大陆时赴无锡考察了华晶公司。然后双方经过近半年多次谈判,最终达成合作协议,由海外华人半导体人士组成香港上华半导体公司,以“来料加工,委托管理”的模式来经营华晶公司MOS事业部5英寸和6英寸线,从而由IDM模式转变成为国内外设计公司和产品公司服务的中性、纯粹的Foundry线,从1998年2月开始执行。从此真正开始了中国大陆的Foundry时代。双方经过合作、“软”合资,最后组成无锡华晶上华合资公司,产量逐年提升。最初时,全国只有68家搞IC设计单位,包括公司、大学、研究所和整机单位的设计部门。经过两年时间,国内客户的比例就已上升到70%以上。

由于代工企业出现并不断提高产量,带动愈来愈多的设计公司成立,设计公司像雨后春笋般地出现在全国各地,主要集中在北京、上海和深圳三个城市。

8、具有特色的典型企业(燕东、士兰、方正微电子)

燕东公司

电子部关于集成电路“七五”行业规划(1986~1990年)建设南北两个微电子基地,要在上海和北京重点发展集成电路。进一步明确南方在上海要建贝岭公司,北方在北京要建燕东公司。贝岭为中外合资公司,新建4英寸厂;燕东则是在北京器件二厂内利用未建完的净化厂房和878厂引进的一部分4英寸工艺设备进行技术改造建4英寸线。前面已述,贝岭公司在1988年建成中国第一条4英寸线。而燕东公司则因资金原因历经进出首钢曲折道路,一直到1996年6月才完成验收。这时国内集成电路5大骨干企业:无锡华晶、绍兴华越、上海贝岭、上海飞利浦、北京首钢日电,都已建成投产。燕东公司采用“回马枪”策略,利用4英寸线的有利条件,回过头来主攻半导体分立器件,首先使企业在激烈的国内外竞争中立住脚。然后,在“退一步”之后“进两步”,逐渐提高集成电路投片比例,并在2007年3月建成一条6英寸线,到2013年底月产量达到30000片。现在正在亦庄经济技术开发区新建8英寸厂,2018年建成投产。

士兰公司

上世纪80年代,在改革开放的浪潮中,7位年轻人从国有企业绍兴871分厂出来下海,与一位台湾老板结合,成立友旺合资公司,这是一个产品公司,先后承包了辽宁丹东半导体总厂和福建福州一家新建的4英寸厂,经营半导体分立器件和双极型集成电路。几年后,到1997年9月,这7人组成的团队单独成立杭州士兰电子有限公司,主要从事MOS型集成电路产品经营。正赶上无锡华晶MOS事业部于1998年2月开始由香港上华公司经营代工模式。这样,两者相互支持,一起快速成长。到2000年10月,整体改制为杭州士兰微电子股份有限公司,并于2003年3月在上海上市。就在上市前1月份,士兰公司在杭州下沙地区自己建立的5英寸芯片生产线开始投入生产,这标志着从一个产品公司转变为IDM模式的集成电路生产企业。并在宁波中纬公司之后不久也建成1条6英寸线。而且, 产品还拓展至LED半导体照明发光二极管领域。前几年又新盖了8英寸厂房,买了8英寸设备投入运行。发展到2017年底,士兰与厦门市海沧区人民政府签订合作协议,士兰与厦门半导体投资集团公司共同投资170亿元在厦门建设2条90~65纳米特色工艺12英寸线,并且共同投资50亿元建设4/6英寸兼容先进化合物半导体器件生产线。士兰公司不仅是中国第一个民营集成电路制造企业,而且它是一个成功的IDM企业,从5英寸线、6英寸线到8英寸线,并将朝12英寸线前进。

方正微电子公司

深圳方正微电子有限公司6英寸集成电路芯片加工厂是我国头一家由整机单位建成、投产的芯片厂,这在我国半导体芯片业界里是一件很罕见、恰又很新鲜的事情。方正集团因何原因决心投身加入芯片加工行列呢?众所周知,方正集团是由研发、生产激光照排印刷机起家,逐渐发展为多门类、多领域的IT系统整机企业,它生产的产品包括电子出版系统、电脑、显示器、扫描仪、手机、印刷电路板等。方正集团领导层最后认识到,IC芯片是各种电子整机的核心, IC芯片制造是所有IT整体的核心技术。为此,方正集团下决心进军这一至高的技术领域。2003年12月7日方正集团公司派出旗下一个公司的女总裁,第一次前往深圳,探索要在深圳筹建一座集成电路芯片厂的项目。这位女总裁是财务出身的企业经营者,在集团内曾在几家公司工作过,有创办新公司的经验。但在这次想象不到会遇到这么多的新问题、会碰到这么多的难题。对于什么是集成电路、它的芯片制造厂是什么样子、芯片是怎样制造出来的等众问题都很不了解的她,却勇敢地接受了这一艰巨任务。在2003年12月26日成立了方正微电子公司。深圳是改革开放的前沿城市,这时改革开放已经25年了,却从来没有一家集成电路制造厂建成过。上世纪80年代中期,就有电子口贵州083基地集成电路厂和航天口西安691厂派人到深圳成立公司筹建半导体厂,但遇到困难后都改搞电子整机装配了。进到90年代,又有多家海外公司来深圳企图筹建8英寸芯片厂,都相继失败了,其首次是由深圳赛格集团与意法ST公司共同提出的,最后只是建成规模宏大的集成电路封装测试厂。深圳始终是我国芯片制造业的一块处女地。但是,就是北大方正集团来到深圳“第一个吃螃蟹”,在当初一无人才、二无技术的条件下,克服前所未有的重重困难,建起了净化厂房,购买安装调试了6英寸线设备,进行了工艺试验,于2006年10月14日举行建成投产仪式,到2009年12月,经过三年多时间“爬坡”,达到月产20000片水平。后来又购买一条月产能为30000片的6英寸设备,再次进行“爬坡”,最后达到两条线月产出50000片的预定目标,在近几年来一直保持着满负荷地运行。这是因为公司领导长期坚持勤奋学习、知难而进、广收人才、同甘共苦,才取得骄人的业绩,成为中国集成电路行业中一颗新星。

九、国际化建设代工大厂(中芯国际和宏力)

为了加速发展集成电路和软件产业,国家于2000年6月底公布了18号文件,在此文件鼓励下,在上海浦东张江开发区先后建立了中芯国际和宏力两家公司,先是中芯国际建成3条8英寸芯片生产线,紧随其后,宏力公司也建成1条8英寸线。这两家公司都是在海外注册,吸引海外投资,都采用代工模式,招募具有台湾背景的海外华人经营管理和技术团队来经营,而且两公司的领军人物都在无锡上华公司工作过,具有和中国大陆管理和技术人员合作的经验。

在8英寸线建设上,北京落后于上海。但北京又吸引中芯国际来北京,结果用两年时间在亦庄经济技术开发区建成了中国第一条12英寸芯片生产线,它在2004年9月底投入生产。这时滞后世界只有5年,在建新一代芯片生产线的历史上拉近了与世界的差距。从此,中芯国际成为中国集成电路制造业的领跑者。

10、台湾公司来大陆建厂(和舰、中纬、台积电松江、联芯、晶合、晋华、台积电南京)台湾公司在21世纪初在大陆政府发布18号文件的鼓励下,也陆续到大陆建芯片厂。

最早台湾团队在江苏苏州工业园区于2001年11月注册成立和舰科技(苏州)有限公司,建设一条8英寸芯片生产线,于2003年5月正式投产。

然后,2002年2月在浙江宁波保税区注册成立中纬积体电路(宁波)有限公司,建设一条6英寸芯片生产线,从台湾台积电购买其一厂的二手设备,在2004年6月正式投产。

紧接着2003年8月,台积电(中国)有限公司在上海松江科技园区注册成立, 建设一条8英寸芯片生产线,于2004年12月投产。

发展到近几年,台湾公司经过与大陆地方政府多年沟通谈判,纷纷到大陆来建12英寸芯片生产厂。

先有联电于2014年10月到福建厦门合作建联芯公司,做代工。

再是力晶公司于2015年5月到安徽合肥合作建晶合公司,准备生产液晶面板LCD驱动电路。

然后,台积电公司于2016年5月到江苏南京成立台积电(南京)公司,独资建12英寸厂,技术为16纳米,于当年7月动土建厂,已于2018年4月建成投产出片。

11、外资独资来华建厂(海力士、英特尔和三星)
韩国海力士公司首先到中国江苏无锡来建芯片制造厂,这是为了与韩国三星公司竞争存储器产品市场。海力士公司于2004年11月与意法半导体公司签订在中国合资建厂协议,2005年4月海力士-意法半导体公司在无锡举行开工典礼。在当地银行贷款支持下,12英寸厂迅速建成并投入生产。不久其12英寸硅圆片月产量很快达到中国大陆地区最高水平。后来又进行二期扩充,生产DRAM和闪存(Flash)产品。

之后,世界上最有名的美国英特尔公司于2007年3月26日在北京宣布,将在大连建立亚洲首家工厂(英特尔Fab 68号厂)。之前以色列、印度,以及美国本土许多城市都争取该项目,最终大连脱颖而出。该厂投资25亿美元,建成12英寸芯片生产线后采用90纳米工艺技术,生产PC机上一部分芯片。近年世界市场上存储器需求量大增,价格上涨,英特尔大连工厂也转向生产NAND Flash 产品。

韩国三星电子公司见到海力士公司到中国设厂后产能大增,之后也来中国选址建厂,最后选中陕西西安,在2012年9月成立三星(中国)半导体公司,投资100亿美元,于2014年月5年建成12英寸芯片生产线,工艺技术水平达到10纳米。目前它的月投片量是中国大陆所有12英寸厂中最大的线, 主打NAND Flash 闪存产品。又于2018年3月二期工程开工,再投资70亿美元,扩大产能。

此外,美国万代半导体公司在重庆成立重庆万代半导体公司,已于2016年4月开工建设12英寸芯片生产厂,在2018年建成投产。

12、国家大基金注入国家团队大企业(中芯国际、华虹─宏力─华力、长江存储)

2014年6月工信部印发《国家集成电路产业发展推进纲要》,将集成电路产业发展上升为国家战略;9月国家集成电路产业投资基金设立,一期募资1387亿元,用于集成电路产业企业的股权投资,扶植产业链上的龙头企业。重点是加大对芯片制造业的投资力度,兼顾设计业和封测业。截至2017年9月,大基金累计投资1003亿元,其中芯片制造业投资为主,占比为65%,在芯片制造业中,重点投向三大企业:中芯国际、华虹─宏力─华力、长江存储,以组成国家团队。

中芯国际

成立于2000年,现在是中国规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业,是纯商业性的集成电路芯片代工厂,工艺技术为0.35微米到28纳米。它拥有5座8英寸厂(上海3座、天津1座、深圳1座)和3座12英寸厂(北京2座、上海1座)。此外,曾帮助武汉新芯公司建成一条12英寸厂,帮助成都建过1座8英寸厂。2016年下半年起其北京12英寸厂第二期扩产,投资15亿美元,月产能从20000片增加到45000片。2017年4月28纳米工艺放量成长,14纳米开始营收。最近又将新增2条12英寸线,使月产量提高到11万片。近来又要在浙江宁波和绍兴各建1座8英寸厂。

华虹─宏力─华力

华虹公司成立于1996年,它是909工程在上海浦东金桥所建,当时是华虹NEC合资公司,早期生产日本NEC公司产品,后来转为代工厂,这是中国第一条8英寸线,后来又建了第二条8英寸线。华虹集团公司控股上海华虹NEC电子有限公司和上海贝岭股份有限公司。

宏力公司成立于2000年,于2003年9月开业,它建成两座12英寸规格的厂房,其中一厂A线(8英寸线)建成投产。

2010年1月华虹与宏力联合投资,成立上海华力微电子公司,在宏力12英寸厂房内建设1条12英寸线,这称为“华力一期”。总投资规模为219亿元, 工艺水平可达到55-40-28纳米。

2011年12月29日华虹和宏力联合宣布双方已完成了合并交易,然后到2013年1月24日成立了上海华虹宏力半导体制造有限公司。

2016年11月“华力二期”动工建设,由上海华力集成电路制造公司承担建设和运营。总投资387亿元,再建1条12英寸线,月产能40000片,技术水平将达到28-14纳米。

2018年3月2日华虹无锡集成电路研发和制造基地项目开工,一期投资25亿美元建1条12英寸线,月产能40000片,技术水平为90/65/55纳米。总投资将达100亿美元,要建几条12英寸线。

二、50多年发展回顾

严格来说中国集成电路产业发展应该时从1965年起步的,到现在有54年了。回顾50多年的艰难历程,更能体会到集成电路产业是一个高技术、高投资、高风险的产业。现在看来,这是一个超高技术(现已发展到5纳米)、超高投资(现建一座12英寸厂高达数十亿美元)、高度风险(搞不好就会亏损)、竞争激烈(跟不上就要出局)的行业;但是,要是搞好了,进到前列,乃至成为领跑者,那就有极高的回报。

看看集成度(规模)上中国和美国的差距:

从上看出,由小规模到大规模,中国与美国的差距在6~8年,但是到后来超大规模和特大规模,差距越来越大,拉大到10~13年。

再看看芯片生产线硅片直径上中国与美国的差距:

从上看出,一般差距10~13年,短则8年,最后到12英寸时缩短到5年。

中国与美国的差距更大的在于集成电路产业的规模上,也就是产量上。请看年产量的对比:

从上看出,美国从年产100万块增长到6亿块才用了8年,而中国则用了26年,差距从开始时6年,拉大了18年,增加到24年!这可是在“文化大革命”1976年结束后的20年啊!产量规模越来越大,而差距则越来越远啊!

纵观50多年的发展历程,从1965年多家研究所研制出集成电路样品,经过上世纪70年代初步形成工业生产,南北以上无19厂和878厂为代表,在北京、上海、天津、江苏、贵州、甘肃等省市建起一批集成电路厂,在计划经济年代自力更生地生产一大批小规模集成电路,供国内各部门整机单位使用。但是规模都较小,产量不大,在1978年国家进入改革开放年代之后,受到进口电路和走私电路的冲击,大多数企业前后纷纷退出历史舞台。

为了突破封锁和提高产量,在香港成立了爱卡、兴华和华科三家公司,三家都建立了4英寸芯片生产线,先于大陆把月产片量突破10000片,华科还达到20000片,主要生产消费类电子产品,当时起了引领作用。但是这三家公司没继续往前发展,尽管兴华公司还搞了一条小的5英寸线,最后在世界激烈竞争环境中也一一退出历史舞台。

在改革开放的条件下,无锡742厂及之后的华晶公司,还有绍兴871分厂之后的华越公司,有幸走上技术引进道路。这一措施使得1985年电子工业部下放绝大部分直属企业后仅留下的742厂(1989年转为华晶公司),以及后来又收回绍兴871分厂(后改为华越公司)成为“七五”“八五”期间5大企业中的2家国有企业。前者先后引进了3英寸、4英寸、5英寸和6英寸线,后者则引进了5英寸线。

742厂引进的3英寸线双极型电视机电路曾为我国电视机产业发展作出过很大贡献。而早在1973年,878厂在“文化大革命”中虽有技术引进3英寸线的机遇,恰未能实现。若有“假如”的话,则历史就会另写。但是,当华晶后来技术引进时,资金不再是国家全部投资,而部分资金要企业向银行贷款,加上那时候贷款利率很高,这导致华晶公司在执行908工程引进6英寸线之后,欠银行的债务累累,当时正处于“验收之日便是停线之时”的境界。这给予海外华人团队组建香港上华公司来管理的机遇。但是1998年2月上华接管华晶MOS线后,仅解决部分亏损。可惜华晶没有利用上当年国家实行的债转股政策,最后资不抵债,到2002年以低价被香港中资企业华润集团收购。在华润公司运营下,又在无锡新区在上华公司盖的8英寸厂房里建了8英寸线,公司整体一直运营顺利。而实行债转股的华越公司则维持较长时间,也曾转让股份,但最近消息,华越正式停产。这说明单靠技术引进,虽能风光一时,但最终也难免成为过去的历史。

中外合资曾是一项较为不错的选择。上海成立的两家合资公司:贝岭和飞利浦(后改为先进),分别建立了国内第一条4英寸线和5英寸线。贝岭公司为配套程控交换机专用大规模集成电路立下了汗马功劳。它是邓小平视察过的唯一的集成电路工厂,又是国内第一家上市的集成电路制造企业。在4英寸线之后建了一条6英寸小线,但未能上量;后来虽然去浦东张江开发区盖了8英寸厂房,但未能走下去。最后卖掉4英寸线设备,净化厂房停产,变成一个没有生产线的设计公司(Fabless Design House)。而飞利浦公司后改为先进公司,在5英寸线之后很快建了6英寸线,在经济效益不错时上市后又在院内盖了一座8英寸厂,厂房虽然不大,但往前进取精神值得可嘉。现在又要筹资合作到临港盖12英寸厂。至于北京首钢日电公司,与日本电气公司合资建了中国第一条6英寸线,曾经创造可喜的营业额,成为“九五”期间领先企业。但是在合资期限20年期满又续了两年后,由于日本电气公司当年世界第一宝座让位给美国英特尔公司之后持续走下坡路,最后总部不再给北京首钢日电下订单,由于没转做代工而停产。仅保留后部封装和测试,成为一家封测企业。到后来连封测都运营不下去,关厂将设备卖给燕东公司。这样的结局说明合资企业中,中方不能主导企业经营方向,没有采取有力措施,在变化多端的世界集成电路市场面前,合资并不是一贴“万灵药”。

国家制定计划并实施的908工程和909工程,如前所述,908工程很不成功,由于立项审批和资金到位延迟,“抗战8年”才完成对外验收。1990年立项时,国外6英寸线才出现4年,如能两年建成,还是较不错的。本来是国内首先要建的6英寸线,到建成时变为第三条。更不好的结果是使得执行计划的华晶公司债台高筑,由于技术引进没有有市场的产品,造成“验收之日便是停线之时”的困境。最后迎来上华公司转向代工。

909工程情况好多了,吸取908工程的教训,国家重视,成为建国以来电子工业投资最大的工程,由电子工业部部长胡启立亲自挂帅出任董事长。但即使这样,工程完成后胡部长在所著《“芯”路历程》一书中追述说:“确实,当时并非不知道其中风险,只是风险之大,复杂程度之深,均远远超过我所预料。”实施结果,从1996年11月27日华虹公司超大规模集成电路芯片生产线奠基仪式举行,到1999年2月23日华虹NEC合资公司芯片生产线正式投片,用两年另三个月时间建成,这在中国集成电路产业发展历史上是前所未有的速度。投产后主要生产合资外方日本NEC公司的64兆位DRAM存储器产品,2000年正赶上国际半导体市场复苏,华虹NEC公司取得投产当年就盈利的良好业绩。但是好景不长,DRAM产品竞争最激烈,韩国三星公司后来居上,更大容量产品占据主流市场,连NEC公司本身都招架不住,更不容说缺乏自主开发能力的华虹NEC。这迫使企业决策考虑改往代工方向转变。一次在北京召开的首钢日电和华虹NEC的全国用户恳谈会上,连NEC都派人前来参加,宣布要朝代工方向转变。最后实施结果,上海的华虹NEC 8英寸厂转型成功,而北京的首钢日电6英寸厂没有转为代工,到NEC公司不再下订单时,只能停产关线了。之后华虹与宏力相结合,往前更上一层楼,建立12英寸线。

中国集成电路生产企业从原先IDM转向Foundry代工,是从上海飞利浦公司开始承接国际飞利浦的订单开始的,到无锡华晶MOS事业部交给香港上华公司委托管理后,正式成为纯粹的中性代工企业。之后新建的芯片生产线大多是采用代工模式,无论是6英寸线,8英寸线,还是12英寸线,如中芯国际和宏力代工大厂等。除非原企业仍然采用IDM模式者,如燕东、士兰,或国外IDM大厂。

中国台湾地区集成电路起步在大陆之后,在上世纪70年代中期,从美国RCA公司引进7微米铝栅CMOS工艺技术,并派一批人员赴美培训,同时建立集成电路示范厂,于1977年10月开始制造集成电路。示范工厂运作到1979年,电子工业研究发展中心改组为电子工业研究所,讨论后决定筹组公司,而电子所进行更尖端的研发。于是到1979年9月在民间成立联华电子公司(简称联电)筹备处,并于1980年5月正式成立联电公司,在1979~1981年间陆续从电子所移转技术,建立台湾第一条4英寸芯片生产线,于1982年4月投产,并于1984年成立开发部门,自己进行产品和工艺的开发,从而走上良性成长阶段。1985~1986年间,电子所在执行“超大型积体电路(超大规模集成电路)计划”中建了一座6英寸晶圆实验工厂之际,工研院院长张忠谋提出将实验工厂转为民营专业代工公司,这样,在1987年2月第一家专业积体电路制造厂──台湾积体电路公司(简称“台积电”)由此产生,与飞利浦公司合作,接受飞利浦公司2微米超大型积体电路技术移转。从此开始,世界集成电路产业进入代工时代,始终由台积电领跑。发展到今天,台积电不仅在代工营业额上遥遥领先,而且在技术水平上也已赶上美国,最近台积电宣布,5纳米技术2019年将投入试生产,并且全球首座5纳米芯片工厂开工建设,预计2020年将投入量产。继联电和台积电之后,台湾成立一批集成电路制造公司,有代工模式的,也有IDM模式,如华邦、华隆微、旺宏、德基、茂矽、合泰、华智等,之后还有世界先进、南亚、力晶、茂德、华亚等。从1980年成立联电公司之后10余年时间里,台湾集成电路产业迅速发展。当1997年5月底大陆29人到台湾参加“两岸半导体学术研究与产业发展研讨会”的时候,整个大陆集成电路营业额仅是台湾地区营业额的十分之一。

1997年两岸芯片线数量状况如下:

10年之后,到2007年,两岸芯片线数量状况成为:

从以上10年变化看出,大陆和台湾地区都有很大变化,但台湾地区一直以大尺寸线为主,而大陆仍以中小尺寸线为主,可见技术水平和产量规模的差距了。当大陆改革开放政策在各行业带来巨大变化之后,大陆的优惠政策也开始吸引台商到大陆来投资建集成电路芯片厂。在本世纪头10年里陆续建成苏州和舰8英寸厂、宁波中纬6英寸厂、上海松江台积电8英寸等,还有珠海南科和福州福顺6英寸厂等。但是,即便是台商来建的厂,如中纬和南科也因各种原因不能坚持而退出历史舞台。就是国外集成电路大厂,如显赫一时的美国莫托罗拉公司,早在上海华虹之前,到天津兴建8英寸厂,厂房都盖好了,在国际半导体市场处于低谷时暂缓购置设备而错过了时机,最后无奈转入中芯国际旗下。在2000年国发18号文件鼓励下,台商和海外华人纷纷前来大陆到处要想建芯片制造厂,有的已盖了厂房框架,有的连厂房都未建,许多单位先后一一消失了。由此可见,半导体集成电路制造业,特别是在中国大陆,其发展历程是极为困难而艰苦的。也曾经有其他民营企业者涉足试验,像广东中山奥泰普公司6英寸厂投产不久就夭折了,又如湖南长沙创芯公司6英寸厂新建成功投了产,“爬坡”上不去也停线数年等待寻找新股东。

只是到了2014年,国家基于信息安全彻底认识到芯片的极端重要性,从而在6月公布了《国家集成电路发展推进纲要》,并于9月间设立了国家发展集成电路大基金,开始大力扶植集成电路产业,重点是集成电路制造业。截至2017年底大基金累计投资67个项目,累计项目承诺投资额1188亿元。近3~4年来,在国家大基金推动和引领下,以北京为首,各地地方政府也相继设立集成电路基金,这就带来一系列12英寸芯片厂的兴建,包括厦门联芯、合肥晶合、晋江晋华、台积电南京,以及中芯国际、华虹─宏力─华力、长江存储等等。

重点回顾一下中国大陆集成电路芯片线数量进展历史。

* 曾统计12英寸线为1条,指北京中芯国际(后为2条),共计为40条(后为41条)。

大家可能要问:芯片线建了这个多,现今已到2019年,线更多了,为什么芯片还要大量进口?看一看2000年全世界芯片线数量吧!

由此可见,2000年中国大陆25条线仅占世界2.6%,实际产出仅为1%,微乎其微。而美国和日本都有300多条线,各占世界总数的三分之一,日本每个县都有集成电路工厂。因此,期望国产电路自配率有较大幅度提高,还要大量建集成电路生产线。要知道长期国产电路自配率只有百分之十几,有人报道曾达27%,有这么高吗?即使这样,还有近四分之三要依赖进口。我们过去做五年规划,几次提自产率目标为30%,有一次甚至提50%,都未能达到。当然,计划经济年代我国只要配国产整机,现在中国已成为世界电子整机装配大国,电视机、台式和平板电脑、手机,乃至洗衣机、电冰箱、空调、电饭煲等等,中国产量都在世界之首,它们里面的心脏都是“芯片”啊!整机生产规模发展太快了!

集成电路从美国开始,后来往日本移,这些年又往韩国和中国台湾地区移,有人预测下一波要往中国大陆移了,能实现否?何时能实现啊?!

我们老一辈中国集成电路产业闯路者们都指望如今奋斗在我国集成电路产业第一线的工程技术人员、工人和企业管理者们一如既往、不忘初心、前赴后继地担起这一历史重任来!我呼吁当今热衷于出国深造的清华、北大等名校小师弟小师妹们学成早日回来报效祖国,像上世纪五、六十年代的大学生们那样,勇敢跳进国家集成电路制造产业行业中来,不要追求名利,埋头苦干10年、20年,以致30年!为振兴中国芯片制造业奋斗终身!期望你们取得辉煌业绩!

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