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中国芯片往事:扎根骊山靠手工打磨,清华系成资深玩家

[ 发布日期:2019-11-07 08:29:21] 浏览人数: 2781

王灿文艾金融新闻社

编辑|鹿鸣

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一切都始于集成电路的诞生。

六十七年前,集成电路的概念首次在美国提出:晶体管、电阻器、电容器、电感器和其他元件被集成在一个小平板上,形成一个集成电路。而芯片是半导体元件和集成电路载体的统称。

这个概念提出七年后,德州仪器公司(Texas Instruments)的研究员基尔比将锗晶体管芯片和其他元件焊接在一块玻璃板上,成功输出正弦波曲线,从而诞生了世界上第一个集成电路。

从历山脚下开辟自主研发“核心”道路

在集成电路概念进入中国之前,国内研究人员一般称集成电路为“固体电路”。由于资源有限,最初设计的固体电路只能从电子计算机布尔代数中最基本的电路开始。即便如此,第一代研究人员仍然为独立研究和开发开辟了道路。

1957年,北京电子管厂半导体实验室成功研制锗晶体管。次年,中国科学院微电子研究所在中国生产了第一批锗合金高频晶体管,后来应用于“109B机”,即第一台由中国自行开发晶体管的大型通用数字电子计算机。

到了1959年,集成电路的概念随着一位学者的回归正式进入中国。

那年春天,北京大学物理系迎来了这位名叫黄昌的归国医生。黄畅来自一个知识分子家庭,于20世纪40年代在清华大学获得工程学士学位,然后去哈佛大学深造。毕业后,黄畅在美国奇瓦尼亚半导体厂高级工程系工作,研究晶体管制造技术和抗辐射集成电路,获得10项专利。

当时,中国的“两弹”事业正在紧张准备之中。在钱学森和其他前辈的鼓励下,黄昌毅然选择了环球旅行的方式回国。回国后,他在北京大学教书,并很快开始了科研工作。此时,飞兆半导体已经成功开发出第一个硅集成电路。

然而,中国的自主科技研发从来都不愿意落后于他人。1961年初,中国提出了“0515”微电路研究项目。那一年,项目组已经开发出中国第一个锗集成电路,并于1962年开始硅集成电路的研究。

由于硅材料研发和器件技术的不成熟,项目团队采用分工合作的方法将核心技术分为五个主题。物理研究所负责硅外延技术、光刻和蒸发技术的研发,而计算需要攻克硅氧化和扩散技术。

同年7月,物理研究所在中国开发了第一个硅外延片。成都西南无线电设备厂经过多次测试,成功突破了硅集成电路的第一个门槛。三年后,该研究所成功开发了一种新的硅集成电路电介质隔离技术。

黄昌博士写了一篇文章来回忆这段经历,并为微电子技术在中国的兴起而感慨。“锗集成电路和硅集成电路的研发为国内微电子工业奠定了领先基础。”

1960年,中国成功发射了第一枚被中国模仿的短程导弹。然而,由于射程较短,技术限制将限制将来原子弹和氢弹的发射。为了提高运载火箭的推力和速度,该国开始计划开发安装在火箭上的机载微型计算机。

1965年,中国科学院微电子研究所正式成立,原名中国航天科技集团第九研究所771研究所,代号“156工程局”。黄昌,有开发大规模集成电路的经验,被任命加入研究小组。

该团队的研发成果令人振奋:该机构成立仅一年后,中国第一台自行设计、自行研究的集成电路空间计算器在北京上市。

无线通信芯片开发公司展讯通信的创始人、前“156工程系”学生吴平转述了该机构科研人员的记忆:“没有高精度设备,工程师只能用锯切割硅片。这些精密半导体元件是在这块手工抛光的硅片上制造的。”

四年后,“156机构”迁至陕西省临潼市历山脚下,继续在航空微电子领域进行深入研究。骊山位于陕西省Xi临潼区。这里有数千万兵马俑,也是中国“三线建设”生产力战略转移的基地。作为当时最高的研发机构,“156机构”拥有中国一流的技术设备。

肖硕,现任华润半导体董事,711届研究生。他回忆说,由于国际因素,当时无法使用最先进的4英寸生产线。然而,该国仅有的三条3英寸生产线之一位于“156工程办公室”。

在材料短缺、材料和设备进口受到限制的时候,生产线的缺乏无法阻止工程师们的探索。在历山,黄昌博士和他的团队推动了中国第一次硅集成电路工艺研究,开发了中国第一个图形发生器和cmos集成电路系列产品,从而开启了存储器的研发热潮。

而骊山只是无数独立研发的缩影。1965年,河北半导体研究所成为中国第一个识别固体电路产品的单位,并开始负责为第三代电子计算机提供电路。1968年,第四机械工业部当时建造的东方光电厂开始生产晶体管逻辑与非门电路,为中国首批100万台大型电子计算机奠定了坚实的基础。

国家队率先推动市场化。

甚至工程师也可以简化集成电路制造过程中的“复杂问题”。然而,集成电路仍然是一个多学科的产业,集成了材料、化工、设备、冶金等。如何实现整个产业链的繁荣仍然是中国上个世纪面临的一个大问题。

20世纪60年代,中国的半导体加工生产甚至还处于“石器时代”:使用的光刻机、扩散炉、外延炉等设备要求学生手工绘制,然后转移到机械加工车间进行生产。不仅缺少核心设备,而且无法提及完整的生产线和整饰。

对此,中国采取了技术引进的方法来拯救紧急情况。20世纪70年代,中国开始从欧洲和美国进口设备,并逐步建立了40多家集成电路工厂。然而,这仍然不能解决不完整生产线的“近火”。

1973年,中国派出一个集成电路代表团,视察日立和三菱等日本企业的生产线。然而,由于政治和财政因素,以及在引进技术和设备方面的分歧,整个电气生产线的引进无法完成。

四年后,从日本引进彩色显像管生产线再次提上日程。关于生产标准的争论使得这一介绍颇具代表性:市场化的理念已经开始对传统的集成电路生产模式产生影响。

在放弃“抄袭”日本原有产品标准后,引入生产线的江南无线电设备厂最终选择用户标准作为其生产方向,这在未来被证明是一个正确的决定:到1985年,该厂的年生产能力已经达到2648万件,占据了大部分市场。

除了引进技术,国家也在不断加大集成电路产业的发展。1986年,电子工业部提出了国家科技研究“七五”规划(1986 -1990年)。除了发展3微米技术和解决1微米技术之外,国内微电子工业也开始开放市场。

当时,由电子工业部牵头成立了永川半导体研究所无锡分院。1987年,研究所首次加入市场力量,成立无锡微电子联合公司。

四年后,从该公司重组而来的华晶电子集团公司(Huajing Electronics Group Company)成立并建造了第一条6英寸生产线,随后从日本和德国引进了4英寸和5英寸芯片生产线。随后的“908”项目将使华晶以1微米为目标,迎接新的技术挑战。

然而,华晶在大规模生产的道路上经历了曲折。由于技术落后,华晶虽然销售收入每年增长15%~20%,但年净亏损超过1亿元。

资本市场给华晶集团第二次机会:1998年,华晶与中国半导体公司合作进行大规模生产后才开始盈利,成为中国第一家纯晶圆铸造企业。直到2002年,与中国整合的华晶尚华半导体一直归华润集团所有。

与“908”华晶经历的技术困难和大规模生产困难相比,“909”项目走得更远,但仍让当时的电子工业部部长胡启立感到焦虑。

为了缩短工期,尽快组建华虹nec合资公司,“909”项目缩短了审批流程,这意味着40亿元的项目将立即到位。然而,胡启立曾回忆道,“如果909项目再次滚动,电子工业部将无法向国务院和全国解释。”幸运的是,该项目的主要承办公司上海华虹未能达到预期,其净利润在新千年达到5.16亿元。

对此,胡启立曾总结说,未来在引进高科技项目时,市场导向是必须注意的一点。"如果它与市场不同步,它将被淘汰."因此,在“908”和“909”项目之后,市场导向战略和需求导向产品研发的实施将在国内芯片产业“国家产业投资助推企业市场化”的道路上发挥重要作用。

“909”项目实施19年后,中国芯片产业又收到了一个大消息——国家集成电路产业投资基金的成立。这个“大基金”的总额为1259亿元。目前,投资项目包括集成电路设计、制造、密封测试等四大领域的领先公司,以及紫光集团、SMIC、长电科技、SMIC等设备。

其中,诞生于清华大学的紫光集团是资本运营的“头号玩家”。2013年,紫光集团分别以18.7亿美元和9.07亿美元收购展讯通信和雷迪科微电子,成为全球第三大手机芯片设计公司。此后,他控制了许多芯片封装和测试企业以及存储器芯片制造商,试图走上整个产业链的道路。

几个“核心”年后,通过上游芯片制造和下游应用市场的叠加,中国半导体产业链布局逐渐上升。根据西南证券的研究报告,目前国内芯片制造商具有一定的原始设备制造商优势。

那时,孔庆东回到了骊山脚下。跟随黄昌等中国第一代集成电路人的吴平,可能没有想到他将来会在芯片行业“沉浮”:从“156工程系”的研究生到出国深造,到展讯通信的建立,再到现在的半导体投资。

陈南翔在“156工程系”长大,1982年来到骊山,他也是这样做的。被分配到双极集成电路研究室后,他在美国、德国等地的研究机构工作。他于2002年加入华润微电子,现为执行副主席。

无论是华晶、华虹、展讯、华润还是其他企业,都在沿着中国的“核心”道路成长;中国的芯片产业始终从小火花研发的核心开始,最终在市场化和整个产业链建设的道路上开始燎原之势。

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