5纳米芯片时代，中国还有机会吗？
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近日，IBM宣布其与三星、GlobalFoundries组成的联盟成功开发出业界第一个全新硅纳米片(nanosheet)晶体管，将芯片制造带入了5纳米时代！中国的芯片制造是否已经被越拉越远？中国芯片制造业是否还有机会？是值得我们思考的问题。
芯片犹如心脏，是很多电子设备最关键的零部件。
近日，IBM宣布其与三星、GlobalFoundries组成的联盟成功开发出业界第一个全新硅纳米片(nanosheet)晶体管。该技术采用了与7纳米工艺相同的EUV极紫外光刻技术，但抛弃了标准的FinFET架构，全新的四层堆叠纳米材料的使用可帮助制造商研发出业内第一款采用5纳米技术的芯片。
与之前很多研究提出的采用新材料来代替现有材料的方法不同，IBM提出的5纳米工艺解决方案，从技术上讲这是一种真正可行的，能够在几年内实现大规模量产的新工艺。预计这个技术能够实现大约40%的性能提升，或者是在保持相同性能的基础上实现75%的功率降低。随着5纳米工艺的问世，高端芯片的晶体管数量将因此从几十亿个增加到300亿个以上。对于那些即将出现的技术，例如自动驾驶汽车、人工智能、5G等等，5纳米工艺的出现非常及时并有助于推动这些技术的发展。
几十年来，全球的半导体产业一直痴迷于晶体管的小型化。上一次提出新的方法是在2009年，也就是我们所熟知的FinFET。2012年，FinFET工艺的第一次量产，在之后的数年之内推动了22纳米、14纳米和10纳米工艺的出现。
技术的进步直接改变着各大集成电路制造企业的竞争格局。半导体芯片龙头英特尔技术上还在坚守14纳米工艺，英特尔在其上半年召开的“技术与制造日”表示，其14纳米技术具有高功能密度，要优于竞争对手，制造成本要比对手低30%，且将采取措施确保在性能和成本方面远远领先于三星等。公开资料显示，半导体芯片龙头英特尔占据PC市场处理器约八成的市场份额，在服务器芯片市场占据超过九成的市场份额，其在PC和服务器芯片市场依然拥有不可撼动的市场地位。
而作为后起之秀的三星，在闪存市场、手机芯片等战场上不断寻求突破。三星研发的第一代10纳米芯片已应用于其今年发布的GalaxyS8中，高通骁龙835芯片也由三星现有的10纳米工厂制造。近几年PC市场的发展出现了停滞迹象，这种停滞给英特尔带来了打击，与此同时受到市场不断增加的对手机芯片和闪存需求的提振，三星在2017年一季度的芯片销量首次超过英特尔。
总体来说，英特尔依然坚持14纳米工艺，在传统PC和服务器芯片领域依然强势，但随着三星、IBM等在14纳米以下工艺的进展，英特尔在手机芯片市场已经逐渐失势。随着IBM与三星、GlobalFoundries在5纳米工艺方面所取得的进展，英特尔如果不能在技术上有所突破，移动芯片领域的劣势将更加明显。
在中国制造已经走向全球的今天，小小的芯片却是中国制造缺失的一环。据工信部发布的数据显示，2016年中国集成电路进口3425.5亿块，同比增长9.1%，进口额高达2271亿美元，连续4年超过2000亿美元，而出口金额仅为613.8亿美元，贸易逆差达1657亿美元。集成电路市场需求接近全球1/3，集成电路产值不足全球7%。这种情况的形成与我国在集成电路制造领域的落后现状直接相关。
中芯国际是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路晶圆代工企业。中芯国际无疑代表了中国半导体芯片制造技术的最高水平，但是其最先进工艺仅为28纳米，面对英特尔成熟的14纳米工艺和三星、GlobalFoundries已经投产的10纳米工艺存在明显的技术差距，即使与台积电的16纳米工艺比较也有不小的差距。在5纳米新技术发布的今天，技术水平差距依然在拉大，中国的集成电路制造水平亟待提高。
中国集成电路制造企业与国外乃至台湾企业的差距确实存在，但也有一些有利因素。其一，中国政府开始关注并积极支持中国集成电路制造产业的发展，已发布了多项相关政策和指引，《中国制造2025》政策文件明确了中国目标将集成电路自给自足率在2020年提高到40%，并在2025年提升至70%。这一目标的实现直接需要半导体制造企业的技术水平的提升。
其二，技术发展速度放缓，为中国企业提供了追赶时间。无疑IBM与三星、GlobalFoundries联盟所发布的全新硅纳米片晶体管新技术为研发5纳米芯片奠定了基础，但随着晶体管尺寸的缩小，源极和栅极间的沟道也在不断缩短，当沟道缩短到一定程度的时候，量子隧穿效应就会变得极为容易，换言之，就算是没有加电压，源极和漏极都可以认为是互通的，那么晶体管就失去了本身开关的作用，因此也没法实现逻辑电路。从现在来看，10纳米工艺已经实现，5纳米也是能够实现，而5纳米以下则接近现有半导体工艺的物理极限，如不能发展出新的材料体系，技术发展必然放缓。技术发展的放缓将给中国企业提供一定的追赶时间。
其三，世界集成电路产业转移趋势为中国企业提供了机会。1970年代末第一次转移产业转移，从美国转移到了日本，造就了富士通、日立、东芝、NEC等世界顶级的集成电路制造商；第二次在1980年代末，韩国与台湾成为这一次转移过程中的受益者，崛起了三星和台积电这样的制造业巨头；目前，凭借巨大的市场需求，较低的人工成本，中国有可能接力韩国、台湾，成为未来5年产业转移的重点区域。
虽然中国集成电路制造业整体落后，但在产业结构上有优势，政府重视相关产业的扶持，新技术发展将放缓，中国的集成电路制造产业依然有机会改变不利与落后的局面。
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