http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2017-08-1
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模拟集成电路艺术图（昵图网）
中国超算“神威·太湖之光”装配国产芯片，多次蝉联世界冠军。（资料图片）
工作速度是英特尔最先进的14纳米商用硅材料晶体管速度的3倍，而能耗只是其四分之一。这是北京大学教授彭练矛带领团队前不久研制出的碳纳米晶体管优异的性能指标，意味着中国科学家有可能研制出以此类晶体管为元器件的商用碳基芯片，有望在芯片研制技术上赶超国外同行。
研制出碳纳米晶体管无疑是我国科学家奋力追赶世界先进水平的征途中取得的一个重大胜利，是中国信息科技发展的一座新里程碑。从进入新世纪以来，特别是2008年以来，中国致力于打造自己的高端芯片产业链。经过持之以恒的努力，中国芯片的研发不仅取得了阶段性成果，而且在国际芯片最前沿的碳纳米晶体管研制领域取得了重大成果，为向世界一流水平迈进奠定了坚实基础。
现代信息社会的根基
“芯片”是我们耳熟能详的现代信息科技热词之一，但它究竟是什么呢？在没有回答这些问题之前，让我们先熟悉一下“集成电路”。“集成电路”是一种微型电子器件或部件。人们采用一定工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连在一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进一大步。“芯片”一般是指集成电路的载体，是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果。可以说，“集成电路”和“芯片”所指的内容本质上是一致的，只是描述的重点和角度不同，前者强调的是电路的设计和布局布线，后者则强调电路的集成、生产和封装。因此也可以说，中国芯片的发展历程和水平就是中国集成电路的发展历程和水平。
“芯片强则产业强，芯片兴则经济兴，没有高端芯片就没有真正的产业安全和国家安全。”这是中国科学院微电子研究所所长叶甜春对芯片重要性的清晰认知和高度概括。他说，在当今信息时代，集成电路技术是最重要、最基础的技术，可以说是信息时代的基石。无论是计算机、手机、家电，还是汽车、高铁、电网、医疗仪器、机器人、工业控制等，产品核心和知识产权的载体都是集成电路。没有集成电路产业支撑，信息社会就失去了根基。这也是集成电路被喻为现代工业的“粮食”的原因所在。
自主创新，自强自立
正是深刻认识到芯片技术和集成电路技术在现代信息技术革命中的战略价值，中国发起了依靠自主创新，打破西方发达国家技术限制封锁，实现芯片“突围”的自强运动。叶甜春介绍说，长期以来，在集成电路发展方面，西方发达国家对我们严格封锁限制。
为打破困局，从根本上实现信息科技产业自主创新发展，2000年，国务院印发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，这标志着中国集成电路产业进入真正起步阶段。根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》，2008年，我国将“核高基”（核心电子器件、高端通用芯片、基础软件产品）和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”分别列入国家科技重大专项并开始实施。2014年，《国家集成电路产业发展推进纲要》颁布，并成立了首期规模为1200亿元的国家集成电路产业投资基金。这些举措旨在充分发挥社会主义制度集中力量办大事的优势和市场机制的作用，力图实现战略性突破。经过多年卧薪尝胆，“中国芯”取得了一批骄人成果，基本实现了自强自立。
今年6月发布的国际超级计算机排名中，中国“神威·太湖之光”再次夺冠，而铸就其冠军之尊的是地道的“中国芯”，在其小小薄块上，集成了260个运算中心，数十亿晶体管。其单芯片计算能力相当于3台2000年世界顶级超算。除了神威之外，中国还拥有了龙芯、海思、展讯等一批知名芯片公司和其性能优秀的产品。这些成就得益于我国集成电路技术的大发展。叶甜春总结说，通过实施相关专项，集成电路高端装备和材料从无到有，填补了产业链空白，形成良性发展的产业生态；制造工艺与封装集成由弱渐强，技术水平实现跨越，国际竞争力大幅提升，制造的智能手机、通讯设备、智能卡等芯片产品大批量进入市场；创新发明不断涌现，形成了自主知识产权体系。
瞄准最前沿
据海关数据统计，2016年，中国集成电路进口逾3425亿块，金额超2270亿美元，接近于同期原油进口额的两倍，而集成电路出口额约为614亿美元，存在很大逆差。这说明，中国作为全球信息产业基地，虽然已在一定程度上满足了自身对集成电路的需求，并开始参与国际市场竞争，但是总体而言，依然缺乏高端芯片产品。
正如叶甜春所指出的那样，今天虽然已经站在新的起点上，但是“中国芯”依然处在艰苦的“爬坡”阶段。一方面，集成电路科技和产业仍然与发达国家存在较大差距，整体产业规模仍然很小，创新能力和水平有待进一步提高。另一方面，国外加大了技术封锁力度，设置更多障碍。2015年，美国以超算芯片出口审核为名，事实上下达了对华出口禁令。2016年，美国打着维护“国家安全”的幌子，全然不顾自由贸易原则，不仅导致清华紫光收购美国镁光失利，而且“扼杀”了中国投资基金对德国芯片企业的收购。
中国将继续是全球最有活力的经济体，中国市场将继续是世界信息产业最大市场，这些必将赋予“中国芯”和集成电路科技和产业更多爬坡过坎的能量。而在实施国家科技重大专项过程中积累了“创新链、产业链、金融链”协同发展的经验，摸索出“下游考核上游，整机考核部件，应用考核技术，市场考核产品”的考核机制，为进一步发展奠定了坚实基础。
作为“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家科技重大专项技术总师，叶甜春透露说，专项已经在14纳米装备、工艺、封装、材料等方面进行了系统部署，预计2018年将全面进入产业化阶段。“十三五”时期，专项将重点支持7-5纳米工艺以及三维存储器等大宗战略性产品和国际先进技术的研发。
根据相关规划，中国集成电路产业链主要环节到2030年将达到国际先进水平，一批企业将进入国际第一梯队，实现最终跨越。集成电路制造技术代表当今世界微细制造的最高水平，可谓集人类超精细加工技术之大成。可以期待的是，随着科研人员和信息产业界的努力，中国在集成电路超精细加工领域将向着更高水平挺进，强劲的“中国芯”将有望造福全世界。
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