建国70年半导体技术发展史：芯片制造篇

在中国半导体发展史上，制造与设计占有同等重要的地位。从技术发展脉络上讲，制造要早于设计，在其发展过程中，曾一度几乎追上国际先进水平。

图说：中国太空材料之母林兰英

上篇文章 《建国70年半导体技术发展史：芯片设计篇》中曾提到的谢希德，投身于中国的半导体人才教育。与谢希德同时期，被誉为中国太空材料之母的林兰英以其材料技术专业，为中国半导体制造带来曙光。她在婉拒美国高薪待遇回国之后，在遭受西方禁运的重重阻力下，自主研发不断前进，仅比美国晚一年就成功拉出了硅单晶，基本上与最先进技术站到了同一梯位。

1960年，中科院半导体所和河北半导体研究所（现中电13所）正式成立。我国的半导体工业体系初步建成。同年，黄昆、王守武、王守觉、林兰英开始研究平面光刻技术，并在1963年研发出5种硅平面器件。

而在这些制造的基础下，随后中国在逻辑电路的发展也迈入快速前进时期，甚至在1970年代就成功发展出每秒计算1000万次以上的大型计算机，丝毫不逊色于国际市场。

当然，中国半导体产业并不是因为一两人之功就能成功推动，而是集众人之力才能够持续在相关技术领域有所突破。

接下来我们就从各时期的关键进展来看中国半导体制造的发展史。

1970年代的中国半导体制造

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北京878厂(国营东光电工厂)，航天部陕西骊山771所和贵州都匀4433厂是中国最早的晶圆厂，各自背负著不同的技术发展使命。

878厂，也就是国营东光电工厂，最早在北京无线电工业学校内合作建厂。1968年开始建设，到1970年建成投产并于1978年建成中国第一条2英寸线，于1980年建成中国第一条3英寸线。

图说：IDM模式

当时878厂采用IDM模式，即集成器件制造模式，自行设计电路、制版、加工晶片，直至封装测试，最后打印包装，连特种材料和外壳都由自己生产。整体走的也是国外半导体产业当时最流行的路线，而因为策略定位正确，在当时市况极为火热，订单满手，供不应求。

然而因为资金的缘故，以及其3寸晶圆制造一直未能形成足够的经济规模，加上在技术发展方面太慢，赶不上主流市场需求，因此就逐渐退出市场。

而航天部陕西骊山771所与878厂同样走IDM模式，但应用目的更清晰，而因为航天研发背景，所以在星用集成电路的设计与发展拥有深厚的技术基础，在获得国家订单的支持之下，也逐步发展包括混合集成电路以及系统微组装领域。同时，为了应用不同的市场需求，陕西骊山771所采用软硬件综合设计、单片集成设计等概念，开发出支持X86、MIPS、SPARC、PowerPC等多种指令集的应用设备，并自研出星用SPARC体系处理器、多通道串行控制器、总线控制器、SRAM等器件，对于早期实现架构国产化发挥相当重要的作用。

有趣的是，当初771所打破了国外封锁禁运，但771所后来创办的中兴通讯却成为禁运的受害者。

贵州都匀4433厂主要是军工背景，座落于贵州省都匀原083基地，以发展军工电子为主要产品。

那时的都匀，与重庆，成都比肩成为西南三大机械电子工业基地之一，上世纪70年代后有“西南电子工业城”之称。不过随著政策的调整，虽然相关机构都因为”军转民”而逐渐为人所知，但因为其他技术开发与生产基地也逐渐赶上，在市场转移，以及资金人才流动的影响下，083基地也随之没落，都匀4433厂也就走入历史。

在这段期间，中国半导体行业基本上与美国齐头并进，虽有落后，但并不明显，当时中国制造与设计的半导体器件甚至销往欧美日等市场。然而1980年代的几个重大事件，使得中国的半导体产业光彩逐渐被掩埋、消失。

1980～1990年代的中国半导体制造

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1970年代中国半导体产业可以说领衔全球，在全球市场扮演极为重要的角色，但1980年代却面临严苛挑战。

首先，中国在1970年代就已经掌握DRAM的核心技术研发，并且开始自有量产，这要比周边台日韩的相关技术发展脚步都要更快。

但进入1980年代之后，美国扶植台日韩半导体技术的发展，通过技术和专利的授权与转移，在短短数年间就大幅反超中国。但美国的技术转移是一回事，当时中国对半导体产业的投资大幅减少也是被反超的主因之一。

但危机就是转机，这段期间中国逐步走向开放，引入了相当多技术和科技产品，虽然影响不一定都是好的，比如说国际品牌个人PC的引进，就把中国的长城、浪潮、联想的相关电脑产品打到溃不成军。

在这段期间，由上海华虹集团与日本NEC公司合资组建的上海华虹NEC电子有限公司组建，总投资为12亿美元，注册资金7亿美元，华虹NEC主要承担“909”工程超大规模集成电路芯片生产线项目建设。

后来上海华虹NEC电子有限公司和上海宏力半导体制造有限公司新设合并华虹宏力半导体制造公司，提供专业的半导体制造代工服务。 

在1990年代，与制造相关的封装测试、晶圆抛光服务等也是蓬勃发展，而中国的”九零工程”计划，也让中国建立了自己的6寸、8寸硅片与晶圆产线，逐步实现制造自主的计划。

同时期上海贝岭也是标志性企业，贝岭在1988年成立，企业定位是针对特殊应用的IDM为主，同时具备产品设计以及特殊制程制造服务等，由上海仪电控股(集团)公司和上海贝尔（美国贝尔中国分公司）电话设备制造有限公司共同发起，由于得到贝尔公司的大量技术转让，初期发展非常快速，也推出许多可靠的集成电路技术与服务。

2000年后

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这个时期可以说是中国半导体制造发展最为快速，但也极为混乱的时代。由于改革开放，自有技术和外来技术逐渐合流、彼此竞争，许多专利和知识产权的争议也开始转为激烈，并产生了许多法律事件，甚至成为后来中美贸易争端的导火线之一。 

中芯是中国半导体制造的代表性厂商，其代表着中国正式进入先进制造制程的重要里程碑。中芯全名是中芯国际集成电路制造有限公司，于2000年4月在开曼群岛注册成立，总部位于上海，公司的创立者是曾在台积电任职过的张汝京，他也被尊称为中国半导体之父。

图说：张汝京

张汝京创立中芯，其实也是因缘际会。事实上，中芯是张汝京的第二次创业，第一次是在台湾创立的世大半导体，当初是台湾第三大的专业晶圆代工厂，与台积电、联电可说是互别苗头。不过台积电张忠谋与世大的股东秘密协商，对世大进行了恶意收购，张汝京后来也就屈就于张忠谋之下，但就如台积电逼走梁孟松，张汝京也被台积电一连串的排挤给赶出去，张汝京一怒之下，放弃台积电的股票与职位，到上海创立了中芯。

当初张汝京离开台积电时，带走了数百位技术专家，虽然为中芯建立的技术基础，但也埋下了后来台积电控告中芯的隐患。

最终中芯的成立过程极为艰辛，虽然有了日本东芝、富士通以及欧洲微电子研究所等机构的合作，解决技术问题，但是在张忠谋从中作梗之下，美国政府对中芯实施了设备禁运，同时也禁止银行对中芯放贷。

后来解决相关问题之后得以快速发展，再短短三年就在美国和香港上市，一跃成为全球第三大半导体代工厂商。

但随着成就而来的，就是狼群的虎视眈眈，台积电起诉中芯，后来虽达成和解，但技术发展和经营都被台积电死压着，最终台积电胜诉，中芯大失血，结果当然引起中芯股东的不满，便把这个中国半导体之父驱逐出中芯。

不过中芯没了张汝京之后，发展的并不是很顺利，尤其在制程追赶节奏上，一直远远落后于对手，尤其是28nm，早在2015年宣布量产，但实际投产大约要到2017年左右，且客户极少，而更先进的制程发展也迟迟难有进度。

图说：梁孟松

后来的故事其实大多数人都知道了，梁孟松离开三星之后，转投效中芯，并协助中芯突破14nm制程技术难关。而与28nm不同，14nm在宣布后不到一年，就已经进入客户风险量产，后续的12nm也进入客户导入阶段。

虽然一路走来波折，但中芯也逐渐步上正轨。当然，为了避免中芯在中国市场独大，台积电、联电、三星也都以各种方式在大陆市场设厂提供代工服务，对中芯造成压力。

2000年之后，中国也有武汉新芯、华润微电子等以IDM模式经营的芯片设计/制造业者成立，并加入市场竞争。而张汝京在中芯之后，成立了芯恩集成电路公司，主打的也是IDM服务模式。在理念上有所创新，引进了共享概念。而芯恩还取得了欧洲IDM大厂的技术转移协议，确保未来知识产权部份不会再重蹈中芯的覆辙。

共享的概念其实就是考虑到代工厂不太可能为一个中、小规模订单而开发新的工艺或增加产能，小型芯片设计公司可能会因此争取不到足够的生产资源，导致错失市场。由此业界就思考能否纠集一批fabless客户，建一条主要能为它们服务的代工生产线，构成共享IDM模式，这样代工生产线也能更有弹性的提供服务。

而这也是考虑到中国新创芯片行业火热，但不是所有芯片设计公司背后都有富爸爸或庞大订单可以提供，以及通过规模化降低单一芯片的成本。

目前芯恩作为中国新一代的IDM厂，预计在2019年底正式提供量产服务，目前芯恩也宣称手上订单已经足以让初期产能满载。

未来的风险

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中国半导体制造逐渐走出自己的路，而制程技术也逐渐追上主流市场的需求，随著相关产业的发展，相关订单也能够满足自有产线的生产合作需求。

图说：Jim Keller

然而制程的发展其实还看不到尽头，虽然有部份人士妄言摩尔定律已死，尤其在半导体制造方面，不应该投入太多资源，而是应该以未来的计算架构为主。然而硅基础的半导体芯片仍主导了目前科技行业的核心生态，未来的技术虽然需要投入，但既有的技术也远未达成熟的地步，台积电就宣称其半导体制造能前进至0.1nm，而英特尔大神Jim Keller也宣称摩尔定律仍离坟墓很远，看不起摩尔定律的才是会进坟墓。

制程技术的演进仍然是极为重要的部份，而掌握先进制程，等于掌握了科技的话语权，但维持制程的发展需要大笔的资金，也就是需要稳定的经济发展，而目前的经济发展存在著风险存在，若不能有效克服，恐怕未来半导体技术的发展可能会重蹈1980年代的状况。

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