中国的芯片产业现状如何?

发现一个现象,大家只要提及中国的芯片产业,必提CPU和SoC,必提龙芯,必提华为麒麟。好像只要有一天龙芯吊打Intel中国的芯片产业就完成超越了。我想用自己非常短的硬件经历讨论一下这个问题的另一个方面:集成电路分为数字、模拟和数模混合。CPU和SoC只能算是数字芯片下面的一个门类,在CPU上我们国家已经有后起之秀在奋起直追;而更广阔的模拟、数模混合芯片领域,我们国家的基础几乎为零,而且差距在越来越大。

为什么想起来答这个题?除了最近中兴的事,也因为今天收到一封来自http://linear.com的邮件,提醒我迁移账户到http://analog.com。我突然想起来我五六年前还有一段在军工相关实验室的硬件工程经历。

当时本科的时候在一个军工实验室做一个非军工非保密项目,石油钻井中的测井设备。钻井测井设备有个特点,就是工作温度高,全设备要求耐高温至少150度。当时就发现电源芯片(就是最普通的LDO)根本买不到能耐150度高温的,因为150度是军用级以上的标准(工业级85度,汽车级和一般军用级能到125度,航天级?不太清楚),而各大芯片厂商军品级和以上芯片是不出口中国的。

这里给大家介绍一个背景知识,就是采购不到军用级芯片是国内各大军工企业每天都要面对的问题。这个问题有两个解决方案:1. 特别渠道。这个就不展开说了,总有渠道能显神通,但是能获取的芯片数量稀少,常年供不应求,价格翻三五倍是常事;2. 从民品里面筛。比如现在需要耐150度高温的芯片,第一步是大批采购能耐125度的汽车级芯片,第二步是全部送到烤炉里面,150度烤上几个小时,第三步是逐个测还有几个好的芯片,第四步是通电工作状态下进烤炉再次筛选。几个回合下来,总有几个异常强壮能够幸存的芯片,这几个芯片就是(在特定条件下)能够到达军用级标准的替用品。虽然有的军用级产品也是厂家通过第二种线路筛选供应的,但是更多的军用级产品是根据恶劣工作环境单独设计的。此时通过第二种线路筛选出的芯片就是“假”的军用级芯片,最多就是替用品。但是我国军工企业一直依赖这种“替用品”,这就是现实。

回到我的项目,当时就是个不涉密的小本科生,不可能动用以上任何一种渠道。偶然在Linear Technology的网站上发现有一款工业级LDO电源芯片能达到150度高温范围,就直接从Linear美国官网申请了两个样片(正规渠道没货),算是解决的项目的难题。于是我就有了一个http://linear.com的账号。五年后Linear Technology被Analog Device收购,网站账户合并,于是我就收到开篇提到的邮件。

这就是我国芯片产业的现实,连最基础的LDO电源芯片(熟悉电路设计的同学应该知道这东西多常用)都无法生产军用级的产品,军工企业依赖上面提到的两种特殊渠道获取零件。事实上,我国电子元器件产业的现实就是高端模拟、数模混合芯片为零。这里的高端元器件包括高精度运放、高速ADC这样的基础芯片(此次中兴被卡脖子的就包括TI的高速ADC),高精度IMU这样的特定用途芯片,也包括LDO电源芯片、甚至高精度电阻、贴片电容这样非常普通无源元件的军用级产品。

当然LDO电源芯片、贴片电阻电容,或者ADC这样元件并不是完全不能国产,质量怎么样就很难讲了。国产LDO基本仅限于7805、1117这样低端走量的产品:附加值低,企业不盈利,没动力搞研发,产品质量差卖不出去,然后更不盈利,恶性循环。结果就是国产芯片仅能占领玩具级市场,高质量+高附加值产品还是国外大厂Linear、AD等垄断,甚至贴片电容这种小到不能小的无源元件都被村田、京瓷、TDK这样的国外大厂垄断。

请问各位做硬件的,你们的电路板上除了PCB板外有几个国产原件???是不是贴片电阻电容都是进口村田或TDK的???真的,大学生做大作业去买7805都知道要进口的,都嫌弃国产的质量差容易坏。。。

再举一个我熟悉的原件类别,MEMS IMU。商用级市场被ST、Analog Device这样的国际大厂垄断,战术级元件对中国禁运。国内需要高精度IMU的市场主要有两个,一是民用高端无人机市场,二是军用。民用无人机市场我就不细说了,做过高端无人机自驾仪的人都有从特殊渠道倒腾ADI MEMS IMU的经历吧。军用战术级IMU有部分自研能力,但是仅限于MEMS表头(也就是微机械部分),后端信号放大采样电路所用的低噪音电源芯片、高精度运放、高速ADC,完完全全被Linear、TI和Analog Device等大厂垄断。打开国产军用IMU,除了表头之外看不见国产元件的。

这就是中国芯片产业的现状。不是说有了龙芯CPU、麒麟SoC我们的芯片产业就翻身了。CPU这样的芯片和广大群众生活直接相关,关注度很高,但是在大家日常关注不到的地方,差距甚至在一天天默默的拉大。TI、Analog Device等芯片巨头在模拟、数模混合芯片领域的领先地位是惊人的,远远比CPU这样大家能看到的数字芯片大的多。我国整个电子工业,从军用到民用,在模拟、数模混合芯片上完完全全依赖国际芯片巨头。以前少量的军用需求可以通过老鼠搬家、炉子硬筛获得,民用需求可以通过国际贸易,一片其乐融融。但是这次中兴事件暴露的还不够彻底么?

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怎么办?原因已经分析过了,很多国产模拟、数模混合芯片企业走进了附加值低,企业不盈利,没动力搞研发,产品质量差卖不出去,然后更不盈利的恶性循环。从某个环节打破这个恶性循环就有看到改善的希望。国家如果能加大这方面的投入最好(也希望国家首先能看到我们芯片产业在这方面的不足,而不是单纯的支持高端大气的CPU、AI、高制程),这次中兴事件也是个契机,因为开始有企业“被迫”采购国产芯片,而打破这一恶性循环。

模拟芯片的设计和CPU这样的数字芯片设计有很大区别,更多的是直接版图设计,而不是verilog代码化。这样手动设计环节更多,自动化的成分少,对设计者的经验要求高。所以模拟芯片设计水平的提高比数字芯片要慢得多,现在的国际大厂比如TI和AD单纯在经验上领先很多。希望国家加大投入的同时,也希望大家给国产模拟芯片更多的耐心

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