防走失，电梯直达安全岛报人刘亚东A
史无前例的全球性芯片短缺已波及手机、汽车、游戏等各个产业，业界有观点称，缺芯持续的时间已从此前预估的持续至2021年下半年，延长到2-3年。中国在这场缺芯潮中也面临着不少的机会与挑战。
中国海关数据显示，2020年芯片进口量激增 20%（984 亿个），达到创纪录的5435亿个，进口总额 3500 亿美元，创历史最高水准。今年以来，中国芯片进口量仍大幅增长，第一季、上半年和 1-9 月的芯片进口年增率分别达 33.6%、29% 和 23.7%。
芯片需求长期处于增长状态，中国本土的芯片产业短板在全球缺芯的背景下暴露愈加明显。受短期的市场供需失衡和长期的技术卡脖子双重制约，加剧了芯片荒的现状，尤其对于中国产业链主体而言。
“不要指望短期内能够解决技术‘卡脖子’的问题。以为我们国家重视了，大家的爱国热情空前高涨，我们很快就能把‘卡脖子’的问题解决，这样的想法是非常荒谬愚蠢的。它是一个寂寞的长跑，在科学领域是这样，在技术领域也是这样。”
南开大学新闻与传播学院院长、《科技日报》原总编辑刘亚东对网易科技说。2018年，刘亚东任总编辑的《科技日报》开设“亟待攻克的核心技术”栏目，报道了35项卡脖子技术而引发业界热议。华为创始人任正非2021年9月将《刘亚东：我提出卡脖子问题三年了，许多人还不明白，除了那些核心技术，我们还缺什么》一文转发给华为内部论坛传阅。
刘亚东对网易科技说，芯片制造之难，难过造原子弹，这中间有诸多问题需要引起重视和解决。在本次访谈中，他对此进行了详细解答。
刘亚东：目前全球性的芯片短缺，我觉得是暂时的供需失调。有比较重要的有几个因素导致，一个是疫情影响到材料来源、生产供应等，不仅是中国，国外也受到影响，可能国外受到的影响更大一些。第二个原因，我想是由于美国制裁华为等中国企业引起的这种恐慌，造成一些企业囤积芯片。第三个就是一些新兴领域发展比较迅速，比如像5G、人工智能居家产品等产业增长比较快，也在客观上造成了芯片需求的增加。但我认为现在的芯片供应链上不存在结构性矛盾。在整个供应链上，它是一时的失调，也可以说是市场经济中的一种供需常态，在产能增加以后，供需关系会缓解。目前全球芯片短缺也是一样，它不会持续太久，估计半年一年的时间就会得到解决。网易科技：当前全球芯片产业发展的现状是什么样的？怎么看我们国家芯片产业上的短板？ 刘亚东：一枚小小的芯片，是迄今为止人类工业文明的集大成者。它不是大家理解的一个产品或者一项技术，而是一个有众多产品的产品群或含有众多技术的技术群。芯片的产业链很长，大致可以分成芯片的设计、制造以及封装测试这三大块。 从事芯片设计的企业有很多，我们国内做得最好是华为海思。他们现在可以设计5纳米制程的芯片，跟国际先进水平相比差距不大，粗略估计也就是三五年的差距。
但是大家要搞清楚，华为海思仅仅是做芯片设计，他们也不完全是国产化、本地化的设计，比如说他还要用到英国阿姆公司的ARM架构，另外所用的开发平台也是美国的EDA。总的来讲我们虽然取得一些进展，这也是一个全球合作、国际分工的产物。在芯片整个产业链中，现在中国做得最好的是中低端的封测环节。芯片封测相对来说属于劳动密集型产业，由于我国布局早（从上个世纪80年代开始），我们现在封测产业发展比较好。全球整个封测的市场规模大概是五六百亿美元，我们中国大陆加上台湾，可能要占到一半左右市场份额（50%），但是最高端的封测技术，依然在美国。困难最大的是制造环节，我想也是我们差距最大的一个环节。这方面我们要追赶起来，可不是短期能做到的。网易科技：封测和制造相比，可能技术含量比较低，所以我们发展很好，可以这么理解吗？刘亚东：是这样，半导体芯片的封测，相对来说是一个劳动力密集型的产业，相对更容易做，而且我们国家布局比较早。虽说最尖端的最高级的封测技术我们还没有掌握，但是大量的一般应用的这种中低端技术完全能够做，而且做得很好，这是在半导体产业链里面，我们做得最好的一块。网易科技：您说到华为海思在做的芯片设计，与国外相比还有3、5年的差距，怎么理解？刘亚东：设计领域像华为海思应该说这些年做得不错。但从设计的角度讲，几大块，比如在随机存储器这种芯片领域里，我们的差距是比较大的。随机存储器世界上主要的几大厂商，美国、韩国和日本都占了，我们也在做，但在市场上非常边缘化。比如紫光集团旗下的长江存储，据说有望打破国外的垄断，究竟能不能实现还得看。第二个微处理器，我们通常讲的像 CPU、 GPU，还有像FPGA这种可编程的逻辑处理器等方面我们也是很落后。这些通用的芯片都是被美国和其他西方发达国家长期垄断，这方面的厂商我们也有，比如紫光展锐也是做微处理器，已经成功地作为手机芯片被应用，但是总的来讲，我们国产的处理器芯片还是属于中低端的一些产品，技术含量不高、利润不大。我们有的时候做一个芯片利润只有几毛钱，跟卖白菜差不多。我们的芯片主要集中在各种小家电产品的控制器方面。在中低端的应用中，比如龙芯三号处理器也用在北斗导航卫星上，但是跟国外产品比起来，缺点就在于功耗大、块头大。这些东西如果用在军事用途或者一些特殊的领域，可能问题不大，只要性能保持稳定就可以，但是在民用商业领域不可以，因为你没有市场竞争力，一定是物美价廉的东西才能赢得市场，赢得消费者。网易科技：也就是短期的芯片荒可能容易解决，但是技术短板导致的供需不平衡，就不是短期能够解决的？刘亚东：当然了，不要指望短期内能够解决技术卡脖子的问题。以为我们国家重视了，大家的爱国热情空前高涨，我们很快就能把卡脖子的问题解决，这样的想法是非常荒谬愚蠢的。它是一个寂寞的长跑，在科学领域是这样，在技术领域也是这样。我曾经讲过，不存在弯道超车的可能，它是一个持续的、一步一个脚印的、踏踏实实不断积累的过程，这样才能保证产业和技术的持续发展。网易科技：除了前面讲的芯片设计和封测，在芯片制造这一块，核心的难点在哪里？刘亚东：光刻机毫无疑问是最难的，但除了光刻机，在制造环节还有很多难点，比如说做半导体晶圆，也是非常难的。半导体芯片实际上它的材料很简单，二氧化硅，其实就是沙子。但在实际生产中要使用硅矿石，因为它的纯度更高。做硅晶圆首先要把硅矿做脱氧提纯，之后要纯化。然后拉晶，再进入拉伸、切割等环节。
就纯化而言，硅纯度至少要到99.9999999%。这里一共是9个9，我们把这种纯度称作9N。一般电子级的硅材料的纯度要达到9N，而做半导体芯片要达到11N。11N意味着，它的杂质含量要低于10的9次方分之一。这是一个匪夷所思的天文数字，我来翻译一下：如果有250辆载重4吨的大卡车满载着经过纯化的硅材料，那么这些硅材料中的杂质加起来不能超过1克！我这么一说，你就明白了这样的纯度要求有多高，有多难。
刘亚东：实际上光刻机的原理很简单，做起来也并不难，难点在于精度，尤其是顶级的光刻机的精度。现在光刻机市场中，主流产品是DUV，就是深紫外光刻机。顶级的光刻机是EUV极紫外光刻机。
在光刻机市场上，荷兰的ASML公司占了89%的份额，日本的佳能占了8%，尼康占了3%，整个市场基本被他们三家瓜分。而在极紫外光刻机市场上，就只有荷兰的ASML一家，市场占有率100%。这种极紫外光刻机可能制造大家所说的7nm和5nm制程的芯片。这种顶级的光刻机，一个机器上大概有10万个零部件，由世界各国2000多家厂商来提供。这2000多家厂商全都是行业翘楚，或者叫隐型冠军。比如说光源用的是美国的，镜片用的是德国的、阀件用的是法国的，轴承用的是瑞典的等等，都是世界各国最优秀的企业。极紫外线光刻机，难度之一在于它的光源，因为极紫外线光的一个特点就是非常容易被吸收，不容易被收集。它连空气都穿不透，更不用说玻璃了，所以对极紫外线光源一个要求是功率非常大，第二是要非常稳定，只有这样，它才能通过各种反射镜片，让光最后反射到硅衬底上。
再比如说，由于极紫外光不能通过透镜，只能通过反射镜面。这种镜面上有硅和钼制造的特殊反射镀膜，每反射一次，光的能量损失30%。经过多次反射，从光源引导到硅衬底上的光线最终剩下不到2%，其它都损失了。由此可见，这种光刻机对于光源的强度和稳定性要求有多高。另外，对反射镜面的平整度要求也极高，在皮米级。皮米是纳米的1/1000，这种光洁度的平整度意味着什么？巴掌大小的一个镜片，如果把它放大成整个德国国土的面积，大概相当于我们的山东省加河南省两个省的面积，中间凸起的部分不能高于一个厘米。刘亚东：有一次一个领导打电话问我，说造原子弹难还是造芯片难，为什么在上个世纪五六十年代，我们国家在那么困难的情况下，还能造出原子弹来，现在我们经济体量已经是世界第二，国家发展得这么好，为什么造不出一个小小的芯片？我给他打了一个并不精确的比方，如果造原子弹的难度系数是1的话，那么载人航天难度系数可以说是10，航空发动机可以说是50，造半导体芯片难度系数就是100。这只是一个很粗略的比方，事实上没有方法做精确的定量比较。大致上大家就可以知道，从难度上来讲，造原子弹和造芯片完全不可同日而语。朝鲜、巴基斯坦、伊朗这些国家都可以有原子弹，不管是自己做的还是别人帮他做的，总之是可以造出来的。原子弹的技术门槛并不是很高，造原子弹拼的是资源、资金和意志，不是拼技术，跟半导体芯片完全是两回事。网易科技：那为什么这么难的技术，国外能做到，而我们却做不到？刘亚东：说来话长，这是整个国家的工业基础的问题，它绝不是我们凭着一腔热情、凭着有爱国情怀，或赌一口气，就能做出来的。外行人总喜欢说，今天我们一定能用举国体制来造出芯片。讲这种话说明他对相关产业和技术缺乏了解。我们的工业制造能力短板，不仅体现在高端领军人才，还体现在底层产业工人的结构上。大家现在都关注的是高端人才，高端人才、领军人物当然需要，但与高端人才同样重要的是，我们也缺乏熟练的产业工人大军。我们的产业工人很多干三年两年就转岗了，产业工人队伍很不稳定。而国外的很多产业工人都是世世代代去做一件事情，祖传父、父传子。不仅是做半导体芯片，其他很多领域都是这样。你到欧洲的工厂里看看，很多都是家族式的传承，把技术或诀窍世世代代传下去，这种情况很普遍。
我们中国这种情形比较罕见。普通老百姓不了解这些，不知道造芯片为什么这么难，所以我讲，芯片的制造能力是由整个国家的工业基础决定的。网易科技：怎样才能建立起您说的这种熟练的产业工人大军？刘亚东：建立一支稳定的产业工人大军，培养千千万万个熟练工人，涉及到国家政策的方方面面，不是短期内能解决的。但是，我希望这个问题提出，能够引起决策层和普通公众的高度关注，引起企业的高度关注。不要只把眼睛盯在那种高精尖的人才上，也要关注操作层面的普通工人，他们是一个国家工业基础的最重要的组成部分。说到工匠精神，不仅日本人德国人可以有，中国人也可以有。关键是我们要认识到这个事情的重要性。工匠精神意味着不仅仅把所从事的劳动当作赚钱的手段，而是以对职业敬畏、对工作执着、对产品负责的态度，极度注重细节，不断追求完美，从而给客户带来无可挑剔的体验。任何国家都不能完全垄断芯片产业链，一定要靠全世界分工合作
网易科技：华为一度是靠和台积电合作实现芯片获得，为什么只有台积电具有给华为供应芯片的能力？ 刘亚东：术业有专攻，他提早布局，在这方面招揽人才，所以做的比较成功。
另外要说明一点，台积电代工做得好，但不是所有代工的设备和技术材料都是台湾本土的。比如最重要的光刻机，就是用荷兰ASML的，台积电也是集成世界各国的最先进的东西来生产，不是说他自己一个企业就什么都能做出来。任何一个国家都不可能建立起一个完全本地化的半导体产业链。芯片制造分几种，一种是叫IDM模式，就是从半导体的设计到制造到封测以及到投向消费市场一条龙服务，一个企业全都包了。这样企业也是有的，美国英特尔公司、韩国的三星，是全球仅有的两家。但即使这样，它生产线上很多设备材料也都来源于世界各地。还有一种叫Fabless，只做设计，没有制造。越来越多的企业，比如说像摩托罗拉、德州仪器等都是以前有制造环节的，但后来舍弃该环节专注于设计。另外还有一种只做制造代工的生产模式叫Foundry，台积电就是这样的一个企业。网易科技：也就是说制造半导体芯片不是说你拥有一台光刻机就完事了，也不是你光大笔投钱进去就可以的？刘亚东：半导体芯片制造中，在硬件方面光刻机是我们国家半导体技术的最短板。我们现在是处在什么发展水平？中国现在市场上的光刻机，上海微电子装备有限公司做的光刻机能做90纳米制程的芯片。这是一个什么概念？在2004年2月1日，美国英特尔公司就已经发布当时最先进的90纳米光刻机支撑的微处理器Prescott。你要说芯片产品完全做到本地化，所有东西都是我们中国自己造的话，那么跟国外的差距我想还不止3代，可能4代、5代都有了。你从90纳米到45纳米，然后到28纳米，到14纳米再到7纳米、5纳米、2纳米，这个差距是非常之大的。
所以我说不可能追求完全本地化的生产，是要集合世界各国的优势资源才能做成。网易科技：我们常说要自主创新，是否意味着实际上不能太过于情绪化？刘亚东：自主创新绝不是闭门造车。自主创新是要体现自己的意图和意志，但同时也要积极地参与国际分工与合作，融入全球价值链。以前国际环境好的时候，我们那种造不如买、买不如租的想法是不对的。现在国际环境不好了，我们走到另一个极端，什么东西都要自己造，同样不行，同样是死路一条。这两个极端都不可取。
对于企业来讲，事实上半导体芯片它是寂寞的长跑，不是那种赚快钱的产业，它需要长时间的积累、人才的培养。2020年，据说国内有1万多家新成立的公司或者转型的公司搞半导体芯片，用这种运动式的突击方法来搞芯片是非常不可取的，半导体芯片根本不是这样一个造法。我劝那些投资者，如果你没有足够的耐心，没有忍耐力，就不要搞这个产业。就像我们常说的：没有金刚钻，不揽瓷器活。你要是想赚快钱，想2年3年收回成本，我劝你不要碰半导体产业，否则肯定会让你失望。网易科技：2018年中兴事件发生时您讲到我们的基础科学不行，就容易被卡脖子。时至今日，这个情况是好转了还是更加恶化了？ 刘亚东：我们也有进步，但这里面还有好多问题，特别是思想认识上的一些问题可能还没有解决。根本之道在于加强我们的基础科学研究。另外我们科研体制改革还不到位，在科技资源分配、科技成果奖励等方面，恐怕还有很多的问题亟待解决，这里也有更深层的原因。
另外我特别想强调的一点，就是说能造得出来和能卖得出去，是两回事。很多情况下，人们只是说那个东西能造出来，但你能不能卖得出去，才是问题的核心。造，反映的是技术；卖，反映的是市场。很多东西，技术上解决，能造出来，但没有市场前景，那基本上它就是一个废物。所以，对于一些技术进展，网上一片叫好声。其实，听到这些消息的时候，你要多问几个问题：成本是多少？能不能规模化生产？生产周期是多长？和同类产品相比，是否有市场竞争力？如果这几个问题回答不好，你造出来的东西没有用。道理很简单，因为卡脖子的技术对我们国家来说太多了。要想生存，不可能都靠国家扶持。所以，如果没有市场竞争力，就没有生命力，你依然还是会被卡脖子。离开了市场来谈论解决卡脖子问题，都是胡说八道。网易科技：要攻克芯片领域的难题，怎么样做才是科学的？刘亚东：我觉得在芯片领域，包括其他领域的卡脖子技术，正确的做法应该是把有限的资源集中用于实现有限的目标，在局部领域取得突破，做到世界最好。我说的世界最好包括两方面，一是从技术上来讲做到最好，二是要有市场前景。当我们在局部领域取得这些突破以后，可以拿这些东西和别人平等地交换，并形成有效的制衡能力。只有这样，我们芯片产业包括其他方面的产业才能健康发展。这样很难，但是再难也得做，因为这是唯一的出路，其他都是此路不通。刘亚东：在整个半导体产业链上，中国现在虽然整体上落后，但在个别的领域我们也有做得不错的地方。
比如说在半导体芯片的制造环节，最重要的是光刻机。但除了光刻机以外，还有一种设备叫刻蚀机。光刻机和刻蚀机，简单的讲就相当于一个是画匠，一个是雕工，光刻机负责画，刻蚀机负责雕。当然从半导体芯片的制造来讲，画像要比雕工技术含量高得多、难得多。
但刻蚀机也是一种重要的设备，我们国家在刻蚀机上做的还是不错的。比如上海中微半导体尹志尧教授的团队，他们这方面的工作在国际上属于第一梯队。现在的问题是说在绝大多数的领域，我们对国外是一种单方面的技术依赖，没有任何反制能力，所以才造成今天这样的被动局面。把有限的力量集中用于实现有限的目标，在局部领域取得突破。永远不要追求搞一个完全本地化的半导体产业链，那样的话到最后一定是以失败告终。我现在提出一个问题。如果我们投入了大量的人力物力财力，把半导体芯片搞出一些初步成果，这个时候美国或者其他西方国家突然对中国开放市场，我们怎么办？经常出现这样的情况，我们国内的某个产品和某种技术取得突破，致使国外同类产品大幅降价。大家齐声欢呼，认为是一件好事，为国家节约了外汇。但这是只知其一不知其二。国外同类产品降价是一把双刃剑。国外产品降价以后，国内生产同类产品的企业就没有利润空间了，这意味着这些企业会被搞死。这个问题是非常现实，而且极有可能发生，我们应该防范。