中國芯：錯過的60年

來自專欄 韭菜投資學

1947年，美國貝爾實驗室的威廉.肖克利和他的兩位助手布拉頓、巴丁，研製出了世界上第一隻晶體管。如今看來，怎麼讚譽這項發明也不為過，相比於像燈泡一樣巨大而易損的電子管，晶體管的出現為電子器件的微型化創造了可能。它就像是組成晶元的細胞，在今後的幾十年里催生了整個集成電路產業。

同一年，在福建協和大學教授物理和數學的林蘭英女士，剛剛被學校剝奪了領取獎學金出國進修的機會。出生在福建莆田的林蘭英，從小就表現出自立的性格。在那個年代，福建地區重男輕女的觀念嚴重，女孩子通常沒有機會接受教育，但林蘭英一心堅持求學，終於獲得父母的同意。而這一次開明的同意，在多年以後，讓中國半導體行業有了一次趕上世界的機會。

福建協和大學是一所創辦於1915年的教會學校，雖然林蘭英學術水平得到認可，但她從來不參加教會活動，因而被剝奪了獎學金資格。直到1948年，在該校一名教授的推薦下，林蘭英才有機會到美國進修，並於1949年進入賓夕法尼亞大學修習固體物理。

彼時，美國科技界正在為半導體物理領域取得的突破而振奮，林蘭英敏銳的意識到這一行業在未來必將有巨大的發展前景，毅然選擇投身其中。1955年，林蘭英畢業取得博士學位，進入美國索菲尼亞公司擔任高級工程師。那時候，索菲尼亞公司正在嘗試拉制單晶硅，但屢屢不能成功，林蘭英參與改進技術，終於拉制了公司第一根單晶硅棒，並將相關技術申請了專利。

這時，國內家人的來信告訴了林蘭英一件事，國家正在號召行業專家回國，支援祖國半導體科學的發展。在一次不經意的對話中，林蘭英又聽到同事說，「中國半導體發展怕是要等到六十年代了」，這讓林蘭英堅定了回國支援的決心。

1957年春天，放棄了國外一萬美金的年薪，林蘭英衝破層層阻礙，回國來到了中科院應用物理所，在那兒遇到了王守武、王守覺兄弟。

王守武1945年赴普渡大學留學，取得博士學位後留校任教，並於1950年回國，加入中科院應用物理所。1953年，在了解到前蘇聯半導體科學的巨大進步後，王守武意識到半導體科學的重要性，開始與同期歸國的黃昆、洪朝生、湯定元等專家一同翻譯專著，在北京大學開設專題課程，共同開展半導體科學技術的拓展工作。

等到林蘭英回國的時候，王守武已在中國科院應用物理所組建了中國第一個半導體研究室，並成功研製了我國第一批鍺合金晶體管。

彼時，國內半導體研究環境正好，周總理主持的「全國十二年科學技術發展遠景規劃」上，剛剛把發展半導體科學技術列為四大緊急措施之一。王守武親自到林蘭英下榻的賓館邀請林蘭英加入半導體研究室，擔任材料研究組組長。在那間14平米的小屋裡，王守武和林蘭英合作，於1958年拉制出我國第一根硅單晶。這一進度雖然在當時落後於美國，但在全世界範圍來看，起步並不算太晚。

但是，中美半導體產業發展的環境和思路存在著天然差別，美國正處於戰後振興、商業氛圍濃郁的製造業黃金時代，而中國剛剛解放，百廢待興。

1955年，晶體管的發明者肖克利就已經意識到了半導體產業化的巨大商機，離開了貝爾實驗室，回到老家加州的聖克拉拉谷，也就是之後的矽谷，創辦了肖克利半導體實驗室有限公司。不過肖克利雖然擅長科研，但卻不擅長經營公司，奇葩的管理風格導致公司人員不斷離職。其中諾依斯等8名不滿30歲的年輕科學家，人稱「八叛徒」，離職之後拿了筆風險投資，創立了仙童半導體公司，並於1959年發明了人類歷史上首塊適合於工業生產的集成電路，更在60年代實現了肖克利當年開創半導體商業版圖的夢想，後來諾伊斯和摩爾又離開仙童，創立了英特爾。美國的半導體產業，從來都是以市場產業化為導向。

在中國，半導體科學從最開始就沒有向著商業化的目標發展，而是瞄準追趕世界先進水平、支持軍品和兩彈一星來做準備的。1958年開始的大躍進運動更讓科學界陷入了尷尬，全國掀起了一場知識分子向工農學習的風潮。既然農民通過生產實踐，解決了畝產幾萬斤糧食的問題，實驗室里的科學家卻什麼也沒做出來，那還要科學家有什麼用呢？於是北大的老師帶著學生們把14畝地的水稻插到1畝地里，想驗證一下畝產幾萬斤的理論，結果稻子全都死了顆粒無收；拿蛇和柞蠶雜交，想複製報道中農民養出的蛇那麼大的蠶寶寶，結果完全不能受孕。好在科學界畢竟有自己的良心和底線，試驗之後，他們羞愧地承認，我們沒學好思想理論，不如農民兄弟，真的做不出來。

三年困難時期之後，半導體學科開始出現新的分支。1963年，林英蘭研究成功砷化鎵單晶材料，正是1年之前美國用於半導體激光器的核心材料。王守武組建激光研究室，開始從事砷化鎵激光器的研究。於此同時，王守武的小弟弟王守覺，受美國同行啟發，完成了硅平面型晶體管和硅平面器件的研究。至此，中國已經初步掌握了晶體、晶體管、設備製造的基本工藝，到了1965年，中科院上海中國科學院上海冶金所研製成功我國第一塊集成電路，相比美國僅僅晚了6年。而如今在國際半導體行業中佔據重要地位的韓國和台灣地區，那時候還沒有開始起步。

但是，1966年開始的十年里，我們再次錯過了趕上的機會。運動之中，王氏兄弟被雙雙停職，不允許再從事研究工作，林蘭英受到的衝擊相對較小，但父親因做過國民黨的官，在被「造反者」從北京揪回老家莆田的列車上毆打致死。在最初的幾年裡，半導體科學研究的工作基本停滯。

於此同時，世界半導體行業仍然在發生翻天覆地的變化。1970年代初，英特爾依靠生產DRAM大獲成功。DRAM即我們電腦里用的內存條，在晶元領域，屬於一種設計相對簡單，但是可以依靠製造工藝改進而大幅提高性能、降低成本的產品，又擁有極其巨大的市場，是切入半導體行業非常好的選擇。

在七十年代，日本開始投身DRAM產業，於1978年成功研製出64K的DRAM，並於80年代逐漸實現對美國的趕超，通過低價策略將美國企業打得毫無還手之力。同是1978年，王守武接受任務，研製出我國首塊4K的DRAM，雖然較美日落後，但較韓國和台灣仍然領先。

看到日本生產的DRAM在美國大紅大紫，韓國認識到通過DRAM進軍半導體行業的優勢，重金投入DRAM的研發。三星創始人李秉喆宣布，三星將進軍半導體行業，並要把三星打造成全球DRAM晶元的大企業。同時，韓國政府也配合實行金融寬鬆，為半導體行業發展創造良好的融資環境。

彼時，三星希望從日本購買64K的DRAM生產技術，但日本企業正在美國市場殺得所向披靡，根本不理睬三星的要求。但是被日本企業打得毫無招架能力的美國鎂光，這時候只能依靠出讓技術來度過危機，於是先後向三星轉讓了64K和256K的DRAM技術。喜從天降，依靠資金和技術支持，三星在短時間內就縮短了與美日的差距。

集成電路是一個和經濟周期高度相關的強周期行業，經濟好的時候需求就多，經濟差的時候需求就少，但產能並不會跟據周期變化，因此像DRAM這樣的產品，價格就具有極強的周期波動性。

1985年，由於日本廠商的激烈競爭，DRAM價格一度跌去75%，陷入低谷，市場售價已經低於各廠商的生產成本。這一年來，三星半導體虧損高達3億美元。3億美元是什麼概念呢？5年之後，我國上馬的國家級908半導體工程，總投資只有20億元人民幣，尚不及三星一年的虧損。

在半導體產業處於低谷的時候，韓國政府給予了三星巨大的支持，將後續4M DRAM研發項目列為了國家計劃，由政府投入6000多萬美元，與學界、業界共同開發。到1988年，韓國已經掌握4M DRAM的生產技術，只比日本落後6個月，幾近追平。這次追趕，也讓三星深切體會到了半導體行業逆周期投資的致勝法門。到1992年，三星已經領先日本，推出全球第一塊64M的DRAM。

在三星1983年依靠引進鎂光技術生產出64K的DRAM之後的一年多的時間裡，1985年，中國大陸和台灣也相繼生產出了64K DRAM，此時相比，三方技術差距仍不算太大，基本處於同一水平線上。

但是，中國再次錯失了機會。當時中國國內的集成電路產業，主要是1972年和美國恢復關係之後引進的一些陳舊產線，且零散分布在全國，沒有形成商業化的產業體系。在80年代，這些產線急需技術升級的時候，政府也沒有像韓國那樣給予巨大的投資支持，造成中國集成電路產業發展相較韓國慢得多，最終被韓方遙遙領先。

直到1990年，中國的908工程終於上馬。908工程是我國第一次對微電子產業制定國家規劃，投資20億元，目標是以無錫華晶為載體，建設一條月產1.2萬片、6英寸、0.8－1.2微米的晶元生產線。彼時，英特爾的CPU尚在1微米向0.8微米製程制的過度階段，按照韓國2-3年興建一座工廠的經驗，如果工程能及時完工，技術在全球應該具有競爭力。

但是，由於國內審批時間過長，這一舉國之力追趕國際半導體先進水平的項目，直到7年後的1997年才投產，成為中國第一條6英寸生產線，製程0.9微米。而早在1994年，台灣已經成功開發出0.5微米製程的DRAM，在1997年同年，英特爾已發布了基於0.25微米製程的奔騰2處理器。908工程未及投產，就已嚴重落後於時代。

半導體晶元的生產工藝，是先設計出晶元的電路，再通過拉晶體製作出硅單晶棒，並將硅單晶棒切割成一片片原型的基材，稱為晶圓。設計好的晶元電路，要蝕刻在晶圓上面，再將晶圓切割成一個個小塊，封裝成為可以直接使用的晶元。

在這個過程中，讓每一塊晶圓的面積更大，就能夠在一塊晶圓上放下更多的晶元，從而節約成本。而讓每一塊晶元上的電路尺寸更小（製程提高），也能增加一塊晶圓上的晶元數量，起到節約成本的作用，還能夠增加一塊晶元上晶體管的數量，從而提高性能。因此，對於晶元來講，製程提高，意味著生產成本下降和性能提高，就能夠全面碾壓對手。因此，落後於同業數代的908工程，在市場上幾無競爭力。

在中國大陸在908的泥潭中掙扎的同時，台灣半導體行業發生了翻天覆地的變化，這一變化最終改寫了全球半導體產業的格局。

1987年，剛剛從美國歸台2年，時任台灣工業技術研究院院長的張忠謀，創立了台積電。張忠謀在美國就職於德州儀器，位居資深副總裁，是德州儀器的三號人物，對集成電路行業具有深刻理解。

在台積電之前，所有的晶元公司都採用IDM的方式生產，即一家公司把晶元設計、晶元製造、晶元封裝從頭負責到尾。其中晶元製造環節需要興建晶圓廠，且過幾年就面臨換代升級，是資本投入非常重的領域，因此沒有巨量資本的支持，想進入晶元行業非常困難。

張忠謀則認為，未來晶元行業必然會走向分工，有人專門負責晶元設計，有人專門負責製造，有人專門負責封裝。如果能有一家公司專門負責接受委託製造各類晶元，將大幅降低晶元設計行業的進入門檻，讓更多的公司加入進來，訂單自然不愁。於是，台積電開創性的成為了一家晶元行業的代工廠。

時至今日，晶元設計、製造、封裝分工已經成為了行業主流，台積電也發展成為了業內技術最為領先的專業代工廠，市場佔有率超過50%，市值超過英特爾，說張忠謀幫助台灣創造了一個行業，一點不為過。

1995年，江參觀了韓國三星集成電路生產線，回國後，在當年中央經濟工作會議上，他用了四個字來形容差距：觸目驚心，要求不惜代價也要將半導體產業搞上去。

於是，在908工程尚未竣工驗收之際，909工程立項上馬。909開始之初，即吸取了韓國發展半導體產業的經驗，擬以市場需求為導向，從DRAM入手，計劃投資100億，在上海建設一條8英寸、0.5微米起步的DRAM生產線。

這一投資規模，超過了建國以來國內半導體行業投資的總和，並且吸取了908工程的失敗經驗，由中央和上海市政府直接先把資金分步到位，打到公司賬戶中，由電子工業部部長鬍啟立親自挂帥，擔任新成立的華虹公司董事長，授權自由支配資金。時任副總理的朱鎔基囑咐道：啟立同志，這是國務院動用財政赤字給你辦企業，你可要還給我呀！

1998年，亞洲金融危機席捲全球，強周期的DRAM產品價格一落千丈。日本自90年代初泡沫破裂，本已陷入失落的十年，DRAM價格下跌更是令國內半導體企業雪上加霜。日本半導體產業公司紛紛敗退，不是剝離半導體產業，就是選擇退出DRAM行業。全球半導體產業陷入寒冬，在建的工廠紛紛停建，而與此同時，逆周期大肆加碼繼續建廠的有兩家，即韓國的三星和中國909的華虹。韓國的經驗是，建廠就要在低谷期，只要投錢扛過去，擠掉別人的產能，那就能在景氣復甦後獲得豐收。果不其然，1999年後半導體市場復甦，在這之後，日本在DRAM領域再不是韓國的對手。

2000年，華虹月產2萬片的8英寸、0.24微米工藝矽片生產線全面建成，工期較國家批准提前了5個月，製程也從0.5微米直接提升為了0.24微米。趕上DRAM價格復甦，華虹最初的日子過得不錯，當年投產即實現當年盈利。

可惜天有不測風雲，2001年，美國互聯網泡沫破裂，晶元需求突降，接近著9月份又遭到911恐怖襲擊，經濟陷入低谷，晶元價格暴跌，DRAM價格最多時跌去90%。2001年，華虹公司巨虧13.84億元，不得不謀求向台積電式的代工廠轉型。剛剛看到振興希望的中國半導體產業被迎頭潑了一盆冷水。

但是，909工程的意義不僅僅在一條生產線，更重要的是它吸引、培養了一批集成電路的產業從業人員，在國內搭建起了集成電路行業的產業結構，為之後中國晶元行業的奮起直追，打下了一個還算不錯的基礎。

遺憾的是，在此之後，國家並沒有對晶元產業繼續追加大額投資，而對於剛剛起步的中國晶元行業，研發實力和研發投入都還不足，難以跟上兩年一代的摩爾定律提升速度。同時，美國、韓國、台灣地區的領先企業通過先進位程壓制，不斷提高性能、降低生產成本，再用盈利大額投入研發費用，保持技術領先優勢，形成正向循環，逐漸拉開了與國內晶元行業的差距。

2003年，上海交通大學電子學院陳進教授宣布成功開發漢芯一號晶元，聲稱採用0.18微米工藝，接近國際先進水平。這一消息對一直處於缺芯困境中的中國半導體行業十分振奮，陳進也藉此獲取國家各項科研經費及款項上億元。但是，3年之後，一篇匿名發布的文章《漢芯黑幕》揭露了陳進的騙局，漢芯一號不過是陳進從美國拖人買來的摩托羅拉晶元，用砂紙打磨掉上面的商標，再印上漢芯兩字的仿冒品。中國晶元行業的信心再次破碎，行業幾乎淪為笑柄。就在陳進發布漢芯一號的同年，我國集成電路的奠基人之一，林英蘭女士與世長辭。

不過，2000年後，中國的一項優勢逐漸開始顯露，那就是潛在的巨大市場。任誰都能看出，中國的集成電路產業終將成為一樁大生意。在909工程營造的產業環境下，外資巨頭開始入華建廠，大批國外從業人員也開始歸國創業。得益於台積電開創的設計-製造分離的產業模式，大量的設計公司在國內湧現。同期，曾在德州儀器工作20年，擁有建晶圓工廠十餘家經驗的張汝京，從台灣來到大陸，創立了中芯國際，興建晶圓工廠。

雖然缺少國家資本的大力支持，但中國集成電路企業仍然浴血奮戰，在國際巨頭壓制的市場中殺出了一條血路。時至今日，雖然在眾多關鍵領域仍然有巨大差距，但中國晶元行業已經能夠在全球佔據一席之地。以專利數量計量來看，美國佔據了集成電路領域的23.56%，排名第一，日本佔據了22.31%，排名第二，中國大陸佔據22.25%，已經排至第三位。

在晶元設計領域，華為海思實力已經達到國際先進水平，其開發的麒麟系列處理器應用於移動設備，在部分性能上已經超越國際巨頭高通，展訊、中興通訊的通信晶元設計亦達到國際先進水平。

在製造領域，我國仍然落後較多，中芯國際量產28納米製程，而英特爾10納米、台積電7納米已經量產，仍然落後大約3代。

封測領域，長電科技收購新加坡星科金鵬後，已基本掌握全球最先進的封測技術，進入全球封測行業第一梯隊。

成績斐然，差距仍存。在全球製造領域進入高端製程競爭的時候，我國仍然缺席，因此，華為海思雖然能夠設計高品質的麒麟處理器，但大陸卻難以生產，不得不尋求台積電代工。

在晶元生產設備和原材料領域，我國的配套工業仍然不夠齊全，大量器材和原材料需要進口，設置連最基礎的電子級硫酸，依然需要從國外購買。

此外，在大家最關心的桌面處理器上，依然無法撼動英特爾和AMD的地位。英特爾和AMD共享專利的x86指令集，實際上已與windows操作系統綁定。在windows操作系統壟斷的天下，沒有x86專利的授權，幾乎不可能進入到桌面處理器的領域。我國龍芯基於MIPS指令集開發，性能又較英特爾落後較多，只能運行Linux系統，用于軍工、航天、北斗等領域尚可，卻難以實現商用。兆芯藉助台灣威盛獲得x86授權，開發出x86構架處理器，但目前產品性能尚不足英特爾低端系列i3。我們現在可以用上一顆中國芯的手機，要想用上一台中國芯的電腦，恐怕還要再多努力幾年。

2013年，在十餘名院士的聯名上書建議下，支持集成電路行業發展，重新成為我國重要的產業策略。次年，國家集成電路產業投資基金成立，募集規模近1400億。這一年，王守武老先生辭世。

至2017年末，一期基金已經基本完成投資。近日，規模1500億至2000億的二期基金開始募集，預計年內募集完成。集成電路產業基金將改變909工程的方式，以參股的形式投資國內重要集成電路企業，由企業自主經營，發揮市場活力，帶動我國集成電路產業衝擊國際先進水平。

這個過程不會順利，從近期中興通訊一事即可管中窺豹，在未來的日子裡，我們仍然將面臨來自國外的技術封鎖和產業打壓。但是，經過幾十年的發展，中國的集成電路產業的實力也早已今非昔比。

國際集成電路市場研究機構IC insights的一份報告，總結了中國集成電路發展史上的幾次衝擊，在表格的的最後一列，表頭寫著「Successful?」（成功了嗎？）嘛，下面的一列全寫著NO。在最後一行，最近的一次衝擊上，IC insights留下了四個問號。

幾十年努力，多少前輩心血。相信有一天，我們會把別人的問號掰直。

僅以此文向幾十年來中國晶元行業的從業者們致敬。財經每天路上聽，語音版請關注微信公眾號「韭菜投資學」。