经过改革开放后40余年发展，按照联合国标准，中国已成为唯一拥有完整工业体系的国家，取得的非凡成就值得国人骄傲。然而，直至中美贸易摩擦频发，一些在全球化基础上鲜为大众注意的领域，开始被推上了风口浪尖。

以半导体相关领域为例，这一当前全球科技产业兵家必争的关键领域，却正在成为困扰国人的“卡脖子”难题，国人如何突破重围，最终走出属于自己的自主发展之路，仍面临诸多难题。

始于1994“柳倪之争”

时间倒回1994年，彼时中国在芯片设计、制造领域还处于一片空白，只有一家较为出色的芯片应用企业——联想。

1984年，中科院计算所成立计算所公司，仅用了5年时间，这家公司就凭借联想汉卡的成功和它带来的非凡利润（20世纪80年代的1200万）成立了集团，并改名联想。又过了5年，1994年的联想集团已具备上市条件，并于当年在香港上市。

这是中国芯片最具希望的时刻，但在这关键时刻爆发了后世著名的“柳倪之争”。

当时，倪光南院士还没有全产业链自主的想法，从自主设计联想286到联想486再到联想586，在产品的不断迭代中，他开始逐步尝试坚持自主设计进而从主板向CPU和操作系统迈进的路子。1994年前后，倪光南奔波于上海、香港等地，广揽人才，成立“联海微电子设计中心”，准备向CPU设计攻坚。他对这项被称为“中国芯”的工程倾注了极大的热情。

图源：中国工程院

不过，当时公司的常务副总裁李勤却让一腔热情的倪光南碰了个钉子，并不认可倪光南选择芯片为主攻的技术自研路线。认为应该发挥中国制造的成本优势，加大自主品牌产品的打造。彼时，听惯了“是”的倪光南并不甘心就此罢手，于是他直接找上了柳传志。但让他怎么也没有想到的是，这一次柳传志的回答虽然委婉，但也驳回了他走技术自研路线的想法。

这件事情之后，两人的关系迅速恶化，联想的每一次工作会议都成了两人的争吵会。柳传志认为倪光南是在“胡搅蛮缠”，而倪光南则说，“我永远和你没完。”这场争吵一直持续到了1995年。1995年6月30日，联想董事会同意免去倪光南同志联想集团公司总工程师职务。就在那次会议上，柳传志看着眼前的这份发言稿几度落泪。

伴随着倪光南院士出走，联想的自主芯片计划破产了。虽然后来国内也出现了大量自研芯片的企业，但这些与联想均再无太多关联。

布局2001“龙芯起源”

2001年5月，在中科院计算所知识创新工程的支持下，龙芯课题组正式成立，接棒联想。同年，“集成电路”一词首次出现在中国政府工作报告中。而此时距离Intel研制出全球首款通用微处理器已有30年。

龙芯课题组选择从芯片设计入手，课题组负责人、时年32岁的胡伟武立下军令状：“两年之内不把通用操作系统boot（启动）起来，提头来见。”然后毅然决然地投入到了CPU项目当中。

经过夜以继日地辛勤工作，2002年8月19日，龙芯课题组自己写的FPGA芯片在Linux系统上跑起来了，龙芯1号问世，同时也是中国本土首款32位通用CPU。2004年，江苏省纺织企业梦兰集团与中科院计算所联合组建“梦兰龙芯产业化基地”。一年后，搭载龙芯2号的个人笔记本电脑随之问世。

但当时间进入2006年，炸出惊天一颗雷，汉芯造假事件被曝光。这颗雷也影响到了龙芯，网上骂声一片，大有草木皆兵的架势，造芯者们纷纷受到了质疑。

“好巧不巧”，同一时间，美国半导体设计公司MIPS开始就专利等问题给龙芯施压，称龙芯的指令集95%与MIPS相似，属于抄袭。此时龙芯虽已经开发出自己的EDA研发设计平台，但为了能运行Linux系统，还必须兼容MIPS等指令集，龙芯有口难辩。

从0到龙芯1号只用了一年，1到2只用了两年；而受到指令集的影响，到3号，龙芯经历了一路坎坷。和多年后的情景一样，一旦有一条自主建设芯片产业链的威胁存在，国内企业面临的即是欧美的联合绞杀。

为了摆脱外国的专利大棒，龙芯课题组被迫走上了转型道路。发展可以掩盖很多问题，但遭遇发展困境，龙芯内部的问题也暴露出来。要想将项目做下去，必须对内改革。

首先整个课题组向公司转型，这就意味着要丢掉学院派思维，转向市场化、公司化，然而做了这么多年的学院派，哪有那么容易转型。龙芯3B就是在这样的转型路上诞生的，市场对它的评价并不乐观：过度追求多核以及浮点峰值性能的单一指标，通用处理性能不足。

一方面要建立自主可控的生态，另一方面，公司也要生存要发展，在这样的艰难困境下，中科院给了龙芯团队一笔资金。2013年5月，龙芯也对CPU的研发路线进行了调整。调整的方向就是将CPU结合特定应用来展开，包括宇航、石油、流量表等研制专用芯片。

同时，融资行动也逐渐展开，2014年龙芯拿到了鼎晖资本的投资。从2014年下半年开始，龙芯研发和市场结合的作用开始显现，2014年龙芯公司销售收入比2013年增长51%；2015年在2014年基础上再增长57%，销售收入突破亿元，获得盈利。

有了资金加持，龙芯3A3000顺利问世。虽然其CPU性能只是供得起办公用，但相比龙芯2F，龙芯3A3000的性能有了很大的进步。工艺上，从龙芯2F的90nm，提高到了龙芯3A3000处理器的28nm；主频从龙芯2F的800MHZ提高到了1.5GHz。在用户实际应用上，基本可以达到流畅程度。

图源：龙芯中科官网

2021年，采用自主LoongArch指令集的龙芯3A5000问世，同样基于LoongArch指令集打造的龙芯3C5000L的服务器专用芯片也被推出，单片16核，支持2路-16路互连，达到国际主流服务器水平。

LoongArch指令集放弃了以往的MIPS授权，拥有2500多条自主指令，还可以翻译MIPS、ARM及x86指令。另外，龙芯3A5000是新一代桌面处理器，采用12nm工艺，每芯片包含4核，主频2.5GHz。有了自主生态的LoongArch指令集和龙芯3A5000做平台，龙芯中科从商用领域向民用领域逐渐迈步。

时至今日，龙芯虽取得了一定成功，但其在消费级产品道路上还要爬长长的坡，龙芯发力于芯片自主架构（设计），但这只是芯片全产业链中的一小环。同样不可否认的是，龙芯代表国产自主芯片架构的高度。另一个维度，各个环节的自主派故事也正在进行……

自主2018“脱钩大战”

2018年起，随着中兴、华为等事件的不断发酵，中国芯片产业受到了强烈的外部冲击，开始意识到自身产业基础的薄弱且受制于人，于是开始转换思想，被动且最终主动地走上了国产芯片自主发展之路。

中兴首当其冲。2016年3月，美国商务部对中兴通讯实施出口限制措施，中兴公司一直以来严重依赖从美国进口芯片等元器件，此举导致中兴暂时停牌交易。中兴通讯在2017年3月认罪并签署的和解协议，向美国政府交纳8.92亿美元。

2018年4月16日，美国商务部宣布立即重启对中兴通讯的制裁禁令，中兴通讯将被禁止以任何形式从美国进口商品。经过近3个月时间多次交涉后，到2018年7月基本达成和解。最终，以中兴向美国政府交纳10亿美元罚款和4亿美元保证金结束，美国商务部解除对中兴禁令，两次制裁令中兴元气大伤。

华为海思也难逃制裁，但华为选择硬扛。经过多年研发投入，华为海思终于在麒麟系列芯片上取得成功，打入消费级市场。以麒麟9000为例，这是一款采用5nm工艺的5G高端芯片。制裁精准切中华为海思软肋，设计芯片所用EDA被禁，同时禁止如台积电这样的顶尖芯片代工企业为海思提供代工业务。这所造成的结果是，到2021年末，海思出货量在2021年Q3下滑了96%，华为自身消费级业务所需芯片都无法满足。

贸易战之外，穷尽手段干扰他国，中芯国际中招。全球顶尖的光刻机制造企业ASML（荷兰企业）一直受到美国干扰，阻止其对华出口极紫外光刻机（EUV）。EUV是顶尖光刻机，可以制造7nm以下芯片，这正是中芯国际所急缺的高端设备。为了不让EUV出口到中国，美国多次向荷兰政府施压，2018年5月中芯国际花1.5亿美元向ASML订购了一台EUV，计划2019年交付。经过美荷之间多次交涉，最终荷兰政府禁止了ASML对华交易，而这也影响了中芯国际的战略布局。

时至今日，受制裁企业虽影响不小，但都还活跃于市场之上，且相关布局也进一步加快。以华为为例，除在2021年营收受损情况下还坚持分红500亿外，华为还分出余力进入汽车领域。2021年华为新品发布会上终端BG CEO余承东还大胆喊出了华为将于2023年回归原本的芯片事业。

这一切都是对中国芯片企业的巨大考验，同时明确了一个道理：“命运要掌握在自己手上”。至于发起制裁者，不久的将来也会明白一个中国古老的道理：“堵不如疏”，合作共赢才是全球化的出路。

2022：顶端还有多远？

回顾中国芯片产业链走过的历史和自主者们所遇到的困境，中国完全依靠自己能造出的芯片是什么等级呢？距离世界顶端5nm有哪些需要补足的呢？这要从各个环节展开讲起。

芯片大的环节可以分为原材料、设计、制造、测试和封装。

在设计上如龙芯、华为海思、中兴甚至部分手机企业都通过消费级产品展现了非凡的芯片设计能力，如麒麟9000等等。唯一短板在于芯片设计要用到的EDA软件，在这方面国内的华大九天具有代表性，其凭借最早的“熊猫”EDA设计平台而成名，目前已发展成为我国规模最大、技术最强的EDA龙头企业。

值得一提的是，部分后起之秀获得市场认可，以工业MES领域新锐头部企业赛美特为例，因其EDA方案进入12寸晶圆厂且在国内独具一格，近期获得了5.5亿融资。

另一家比较著名的EDA企业是山东济南概伦电子科技有限公司，这家公司已经上市，下一步产品方向包括新一代大规模高精度仿真及设计验证平台、针对纳米级制造技术的半导体器件建模平台及测试验证系统等。这两家公司是中国目前最有能力解决国产芯片EDA平台的公司，也期待他们尽快补齐这块短板。

原材料方面，可以分为基体材料、制造材料和封装材料三大类。半导体材料技术壁垒高，国内自给率低，与其他环节不同，原材料方面除解决有没有的问题外，还需解决产量问题。

芯片制造原材料主要为14种，基体材料中的单晶硅和三大化合物材料砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）；制造材料（制造环节要用的材料）中的抛光材料、掩膜板、湿电子化学品、电子特种气体、光刻胶、溅射靶材；封装材料中的芯片粘结材料、陶瓷封装材料、封装基板、键合丝、引线框架和切割材料。

目前，半导体材料高端产品大多集中在美国、日本、德国、韩国、中国台湾等国家和地区生产上由于起步晚，技术积累不足，整体处于相对落后的状态。目前，国内半导体材料主要集中在中低端领域，高端产品基本被国外生产商垄断。如硅片，2017 年全球五大硅片厂商占据了全球94%的市场份额。

近年来国内半导体材料生产商加大了研发投入，大力推进半导体材料的研发及生产，力争实现国产替代。目前在部分细分领域，已经突破国外垄断，实现规模化供货。如CMP抛光材料的龙头企业安集科技，其化学机械抛光液已在130-28nm技术节点实现规模化销售，主要应用于国内8英寸和12英寸主流晶圆产线；溅射靶材龙头江丰电子，已实现16纳米技术节点批量供货，同时还满足了国内厂商28纳米技术节点的量产需求。

芯片封装测试方面，在国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”的支持下，封装测试设备国产化也获得快速推进，部分企业在高端封装技术上已达到国际先进水平。可以说是最为乐观的一环。

以长电科技、通富微电、华天科技为代表的国内先进封装测试企业，在推动高端先进封装技术如金属凸点技术(Bumping)、倒装芯片技术(Flip-chip)、硅通孔(TSV)和堆叠芯片封装技术(3D/2.5D)发展更加成熟的基础上，继续提升BGA、PGA、WLP、CSP、MCM和SiP等高端先进封装形式的产能规模。

芯片制造是其中最复杂也最难的一环，涉及九大核心设备。首先要说的是九大核心设备中国均可国产，区别在于等级。这九大设备分别是氧化扩散机、薄膜沉积设备、光刻机、涂胶显影机、刻蚀机、离子注入机、CMP抛光设备、检测设备和清洗机。

国产芯片制造设备拥有如北方华创、上海微电子、中微半导体等龙头企业，除光刻机外，基本进入14至28nm区间。（数据如下图所示）

图源：远方青木

可以说中国在原材料充足的情况下，完全可以依靠自己的产业链生产制程90nm的产品，其中还是因为“短板之最”光刻机停留在90nm阶段，而2023年上海微电子很可能解决28nm制程光刻机问题，也就是说两年内中国可以完全依靠自有产业链生产制程28nm芯片，满足国内绝大部分芯片需求。

在全球芯片营收超5000亿美元的今天，中国占有的百分比只有个位数（不足十分之一），而芯片制造设备中市占率最高的国产测试设备也不过百分之十几。可以预见，解决28nm问题后，中国芯片产业链将爆发多大的活力，吃下市场所带来的资金正循环继续投入研发攻坚，全球市场养欧美科技集团的局面将被打破。

回顾中国20余年的芯片道路，虽然其中曾存在国内工业现代化道路等不得已，中国工业化现代化、制造智能化不可能停下来等待国产芯发展等问题，但仍有着一代自主斗士的热血奋斗和奔走疾呼，短期市场和长久布局近乎走出了两条平行线。

观察这两条线，幸运的是中国一批走自主道路的企业已经成长起来，距离技术顶端并非遥不可及。在逆全球化的浪潮下，这批企业反而获得了强大的动力，相信不日将会冲出困局。

参考文献：

《这些“细节”让中国难望顶级光刻机项背》——科技日报 卡脖子专题

《中兴的“芯”病，中国的心病》——科技日报 卡脖子专题

《中国半导体产业因光刻胶失色》——科技日报 卡脖子专题

《核心工业软件：智能制造的中国“无人区”》——科技日报 卡脖子专题

《20年龙芯路，国产三件套问世》——维科电子工程网

《倪光南：一位69岁计算机专家的30年亲历》——新浪科技

《倪光南：一生追求“中国芯”》——光明日报

《1994：联想的柳倪之争》——第一财经日报

《我国芯片行业要多久才可以赶上美国》——远方青木

《凭一国之力可以搞出光刻机吗？》——科工力量

《中美贸易战原因、影响、展望及应对》——任泽平

《美国参议院投票通过恢复中兴通讯销售禁令法案》——凤凰网

《十四个核心材料看懂芯片制造》——蒂姆新材料

《行业基石 一材难求——晶圆制造材料深度报告》——曹旭特

《2022-2027年中国集成电路封装行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》——前瞻产业研究院