如果IC不行，AI怎麼玩？

現在AI（人工智慧）甚囂塵上，似乎我們主宰了AI，就能主宰未來的世界。事實真是如此嗎？回答是，NO！

—— 題記

1.

眾所周知，在工業時代，鋼鐵是整個工業的基石，我們所熟知的上世紀全民「大鍊鋼鐵」，就是基於對工業發展的準確判斷，因為鋼鐵主宰了工業時代。那麼，在信息化時代，在即將到來的人工智慧時代，「接棒」鋼鐵的是什麼呢？勿用置疑，肯定是集成電路，就是我們通常所說的晶元。

集成電路（Integrated Circuit，簡稱為IC）是一種微型電子器件或部件，也就是我們通常所說的晶元。採用一定的工藝，把一個電路中所的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，製作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然後封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用字母「IC」表示。集成電路發明者為傑克?基爾比（基於鍺Ge的集成電路）和羅伯特?諾伊思（基於硅Si的集成電路）。當今我們所說的半導體工業，大多數應用指的是就基於硅的集成電路（晶元）產業。

我們生活中的幾乎全部電子產品，如手機、電腦、電視、洗衣機、冰箱、攝像機、微波爐，我們出行的汽車、高鐵、飛機，我們生病到醫院檢查用的各種醫療設備，甚至各種智能兒童玩具，都離不開它。關乎國防安全的艦船、衛星、戰鬥機、各類信息化軍事裝備，更是對它不可或缺。未來，它在無人駕駛、智能機器人、工程勘察、精準農業、航海導航、可穿戴設備等方面更會大顯身手。

因此，IC是信息技術的基礎，可以認為是信息時代的「糧食和原材料」，是AI時代絕對的主宰。有人甚至認為，一個國家的IC技術發展水平代表了其現代科技發展的水平，一個國家的IC行業的發達程度決定了其社會經濟的發達程度。

2.

談起IC，我們看到的只是一塊小小的晶元。但是要生產出來，真的很難！

首先，IC產業的產業鏈非常長，流程十分複雜。

要經過製取工業硅、製取電子硅、製取晶圓、光刻、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試等步驟；其次，在生產和封測中需要光刻機、刻蝕機、減薄機、劃片機、裝片機、引線鍵合機、倒裝機等製造設備的輔助。一塊小小的晶元，囊括自動化裝備、製造裝備、精密儀器、微細加工等40多個工程技術門類。

其次，集成電路產業素有「吞金」行業之稱，稍微不慎，巨額投資就會「打了水漂」。集成電路產業有個特點叫「贏者通吃」。集成電路強國有足夠的錢、技術和人力，可以不斷投放新產品並控制產品價格。後來者的產品進入市場時，其產品價格已經被大幅度降低。沒有足夠的盈利，後來者就得不到足夠的資金以支撐下一代研發，走進「死胡同」。

第三，歐美日等「先行者」早就在集成電路產業的每一個環節布滿了密集的「專利網」。後來者即使有錢、有技術、有人才，也會隨時掉入這些精心布下的「專利陷阱」，只能被動繳納高昂的專利許可費。如果硬闖「專利禁區」，還會被起訴，面臨著巨額罰款。

由此可知，集成電路領域的後來者真的是「舉步維艱」——即使在一個點上取得突破，也可能在下一個點就遭到來自四面八方的攻擊，無法完整的連成一條線。如果難以形成產業規模，前期的一切投入都變得毫無意義。

3.

全球IC行業市場規模大約4000億 。其中，中國的產業規模約400億美元，市場需求約2000億美元。IC行業主要由三種業態組成：設計、製造、封裝及測試。這三種業態大約各占產業規模的三分之一。

設計行業的代表廠商有ARM、高通、AMD、聯發科、海思、展訊、志高等；製造行業的代表有台積電、台聯電、中芯國際等；封裝及測試有日月光等。還有些是綜合性廠商，如英特爾、三星。

IC產品主要分處理器、存儲器、其他三類。處理器有CPU、ARM、GPU、DSP、FPGA、ASIC等；存儲器有DRAM、SDRAM、Nand Flash、Non Flash、EPROM等；其他產品有射頻IC、電源IC、介面IC、模數轉換 IC、數模轉換 IC，以及各種專用IC。

目前，IC技術分為設計技術、製造技術、封裝技術，IC產品發展則是三種技術綜合應用的結果。

設計技術在向專業化、專用化、單晶元集成（SOC）、IP化方向發展。例如目前手機上的CPU基本採用ARM架構（以前有x86手機，現在極少），具體是設計處理器方案提供商（高通、聯發科、三星、蘋果、華為等）購買ARM授權，然後進行二次開發，再將各種專用IP（如通信、射頻、音視頻等，一般也是買授權）集成在一起，最後形成手機處理器，如高通驍龍835、蘋果A10、華為麒麟960等。

製造技術應該是最能體現IC行業的技術，主要是半導體製造工藝技術，目前最先進的技術是以英特爾、台積電、三星為代表的10nm技術。

封裝技術目前主要朝3D方向發展，最具代表性的是目前主流的Nand Flash採用3D封裝，叫堆疊式快閃記憶體，已達到96層，固態硬碟（SSD）、手機存儲器等主要採用這種封裝技術製造。

IC行業本身是一個龐大的產業鏈。此外，還有相關的上游產業鏈、下游產業鏈、外圍產業鏈。上游及外圍產業鏈有晶元製造、半導體製造設備等。晶元製造有6英寸、8英寸、12英寸製造技術，主流的先進位造技術為12英寸製造技術。半導體製造設備主要有光刻機等。下游產業有手機、電腦等IT及消費電子電氣產品行業，象金字塔的底層一樣十分龐大。

4.

從需求上講，中國是世界最大的IC需求國，約佔全球總需求的一半，是中國進口產品中最大的一類，比進口石油的金額還多。其中，台商、外商又占需求的重要部分。

從產出上看，中國IC產能約佔全球的10%不到。設計、製造、封裝測試各有100多億美元的規模，其中台商外商佔40%左右。

中國目前的IC產業及相關外圍產業鏈不完善、不配套，IC技術也相對落後，大致與國際先進水平相差2代。目前各方正在大力投資IC行業，呈現加速發展態勢。從今年到2019年，中國(大陸)境內處在建設當中的半導體工廠就達到了15家，比韓國(3)、日本(4)、台灣地區(7)加起來都要多。在投資規模方面，中國2015年在半導體設備的投資額就已經位居世界第四；到今年，中國的投資額將佔全球投資額的21%，僅次於韓國。據官方預計，在2020年要將集成電路的自給率提高到40%，到了2025年則提高到70%。

5.

IC是科技及經濟發展的引擎，這種作用今後會越來越明顯，以後AI的發展更依賴先進的IC產品及技術。

IC行業基本遵循摩爾定律（18~30月內，集成度提高1倍，單位電路成本下降1倍，光刻技術升級一代），在未來10~20內摩爾定律依然有效。主要將在以下技術帶動下繼續發展：採用深紫外光刻技術（EUV）使半導體製造線寬尺寸向7nm、5nm、3nm、2nm發展；採用450mm（18英寸）晶元製造技術；繼續發展3D堆疊封裝製造技術。

目前是以硅為基礎的半導體製造代表了IC製造技術。今後可能的更先進的IC製造技術還有量子技術、光子技術、納米技術、生物技術、非硅材料技術等。不過根據半導體機理，可以作為半導體的材料是很少的。象鍺等可以作為半導體材料製造電子元器件，但要達到硅半導體那樣的集成度、經濟性、功能性等要求是比較難的，以目前的情況看不大可能超越硅半導體。因此，有人認為，在可以預見的將來，這些技術不會成為IC行業主流技術。

中國的IC技術雖然取得了一些發展，但離國際先進水平還是有一定差距。中國發展IC，市場和資金不是問題，但同時需要產業鏈、市場環境、基礎技術的支撐。從技術的角度，可以分成基礎、工程、應用三個層次。應用方面不是問題，工程實現也相對不難，但基礎理論及相關知識水平要上去沒有捷徑可走。只有擁有了齊全的IC產業鏈，擁有產業自主發展、升級的能力，我們的AI發展才不會受制於人。

（本文由千華視界整理，感謝何楚平先生的貢獻，如轉載請註明出處。）

（本文圖片出自網路）