能百倍撬动GDP，却不受高校待见，这个领域有多难？历经10个月真相揭开……

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经由半个多世纪的成长，半导体已经长成为一个巨人，1美元半导体产物能够撬动100美元GDP。

上个月，美国两党参议院先后提出《为半导体生产竖立有效激励办法》《美国晶圆代工业法案》，呼吁投入370亿美元以维护本土半导体计谋竞争优势。

资源和研发投入对连结半导体行业的竞争力至关主要。而中国要想爬上这个巨人的肩膀，面前要迈过的坎不只是钱和研发这么简洁。

中科院半导体研究所研究员、半导体超晶格国度重点实验室副主任骆军委和中科院院士李树深曾花了10个月的时间进行调研，摸清了中国半导体科技成长的真实近况，以详实的数据和资料阐述了当下国内半导体科技面临的八大逆境。

本文转载自微信公家号“科学网” （ID：sciencenet-cas），原文首发于2020年7月7日，原题目为《比“两弹一星”更难？一文读懂中国半导体成长8大逆境》，不代表瞭望智库概念。

逆境1

汗青储蓄厚、手艺更新快

2015年，作为全球手机芯片霸主的高通公布进军办事器芯片市场，并正式对外展示了其首款办事器芯片，不到3年就遭遇重重挫折而退出；从2010年到2019年，英特尔在移动芯片起劲了十年，但始终未能撼动高通的地位，最终先后抛却了移动处理器和手机基带芯片两大买卖，告别了移动市场。

这两个例子敷陈我们，即使是财大气粗的高通和英特尔，想要在半导体范畴拓展新的市场，都是九死平生。半导体并不是有钱就能干的。

半导体产物的特点是机能为王、市场占有率为王。它一方面需要历久的汗青储蓄，另一方面还要应对手艺的快速更迭。

常有人把半导体研究与两弹一星作对照，认为中国人能做出两弹一星如许的尖端科技，半导体也理应如斯。但人们轻忽了，两弹一星手艺一旦把握，自我更新速度较慢。半导体是按照摩尔定律高速成长的，单元单子芯片晶体管数量每18个月增进一倍。

在半导体范畴，掉队一年都不成。一步慢，步步慢！

从沙子到芯片，总共有6000多道工序，前5000道工序是从沙子到硅晶片。今朝，中国12英寸硅晶片根基依靠进口，无法自立生产。

有了硅晶片之后，集成电路产线中的芯片制造又有300多道工序，个中100道与光刻机相关。光刻工艺是半导体系程中的焦点工艺，也是尖端制造水平的代表。一套最进步的阿斯麦nxe3350B EUV光刻机售价为1.2亿美元，而且是非卖品。

此外，半导体芯片制造涉及19种必需的材料，大多数材料具有极高的手艺壁垒。..在半导体材料范畴历久连结着绝对的优势，硅晶圆、化合物半导体晶圆、光罩、光刻胶、靶材料等14种主要材料占了全球50%以上的份额。像光刻胶如许的材料，有效期仅为三个月，中国企业想囤货都不成。

中国的化学很强，化工却很弱。今朝，国内芯片制造范畴所有的化学材料、化工产物几乎悉数依靠进口。

1986年，..超越美国成为世界第一泰半导体生产国，美国为了打压..，一方面出台各类政策鼓励其国内企业研发制造，另一方面在1986年签署了《美日半导体和谈》，限制..半导体对美国的出口，同时要求..必需进口20%的半导体产物，从而在1992年从新夺回世界第一泰半导体生产国的地位。

现在，美国面临竞争者同样是步步紧逼。

2017年，白宫出台《确保美国在半导体行业历久领先地位》的申报，包罗美国总统科技和政策办公室主任以及各泰半导体企业、投资机构、咨询公司CEO和科研机构顶级专家构成的工作组，提出了一系列建议和办法。

个中就包罗：竖立新的机制，让企业的专家介入半导体政策和挑战；成倍增加当局投入半导体相关范畴的研究经费；实施企业税收政策改造；实施包罗通用量子较量机、全球天色展望网、实时生化可骇袭击探测网等一些列“登月”挑战规划来促使半导体手艺的立异。

尤其值得注重的是，申报还提到，要动用国度平安对象应对中国的企业政策；增强全球出口掌握和内部投资平安（防止中国发生独有手艺）。

中国则恰恰相反，是自上而下。优先存眷应用层面，好比集成电路、人工智能，然后才起头局部往下延伸。它带来的基本问题是，投资和研发经费层层截留，越往底层的根蒂研究越拿不到经费，人才蓄水池很小，于是造成了严重的学科成长不屈衡。

我们经由中美高校专业设置对比便能够清楚地看到这一深层问题。

1997年，教育部作废了半导体物理专业。在美国，材料与器件专业是整个半导体范畴的焦点专业，而我国甚至没有设置该专业。今朝，国内只有少量研究组在从事半导体材料与器件相关研究。

再看高校人才培育数量的对照。

我国微电子专业的本科生、硕士生、博士生与美国电子工程专业的学生数量完全不在一个量级。值得注重的是，2015年，美国电子工程专业有52940名硕士生入学，拿到硕士学位的只有15763名，也就是说它镌汰了大量“低水平”学生。而在中国，入学人数本就少，镌汰也少。

总体来看，高校培育半导体学科人才的中美对比是1比6。美国经由半个多世纪的成长，已经储蓄起了上百万的半导体人才，而我们能够说是人才落莫，仅有的人才大部门集中在集成电路设计范畴，真正可以从事半导体材料和器件研究的是稀缺品。

半导体研究还有一个隐蔽性。今朝国内工业界遍及认为，不需要根蒂研究也能成长半导体财富，这是因为以铜替代铝、高K绝缘层、绝缘衬底SOI、应变硅手艺、鳍式3D晶体管、围绕栅级晶体管等陆续摩尔定律的重大发现为代表的大量根蒂研究功效，悉数汇集在美国公司供应的EDA软件和工艺设计套件（PDK）里。然而，会设计基本不代表把握了焦点手艺。一旦受到设备、软件、材料等封闭，就马上陷入被动。

我们从来没有竖立起自力的半导体专业系统，现在却有好多新兴学科声称与半导体相关，实际上无法撑持半导体根蒂研究。

在新型热点材料范畴，研究论文能够在Science、Nature及其子刊、AM（IF>25）揭橥，但在传统半导体范畴，一台800万的必备研发设备MBE，一年的运行费用就高达150万，响应的论文产出或许只是每年一篇APL（IF=3.5）。

若是没有国度的指导、激励，任由科研人员做选择，究竟是显而易见的。

美国半导体企业协会（SIA）今朝仍在积极游说当局加泰半导体研发投入。它建议：联邦当局对半导体研发的帮助将在将来五年内增加2倍达到51亿美元，联邦当局对半导体相关研究的帮助将在将来五年内增加一倍达到86亿美元。如斯，便能够增加1610亿美元的GDP，缔造近50万个新就业岗位，增强美国半导体行业全球向导地位。

经由中美半导体研发投入的对照，差距十分显著。2015年，仅美国企业在半导体范畴的研发投入（554亿美元）就跨越了我国中央财务悉数的科技研发支出（2899.2亿元，个中根蒂研究经费670.6亿元）。

以中国天然基金委的帮助为例，其信息科学部2019年面上项目、青年科学基金项目、重点基金项目、优青基金项目中，半导体科学、光学和光电子学帮助占比在2~4.6%之间，半导体总计投入5亿元摆布，占整个基金委经费投入的2~3%。

因为国内半导体企业遍及对照弱小，是以研发支出也是左支右绌。

令人担忧的是，我国大型企业投入研发的意愿一向是非常微弱的。据欧盟统计，2014年世界2500强企业，研发投入总计5385亿欧元，美国占比是36%，欧盟是30.1%，..是15.9%，而我国企业只占3.7%。在2014年，中国有100家企业入围世界500强，研发投入占比应该达到20%。

今朝，我国半导体研发投入不及美国的5%，这一近况背后还要谨防一个陷阱。

美国当局在非国防研发的投入从上世纪60年月占GDP1.8%，下降到2008年的0.8%，2012年的0.7%。

一方面，美国当局的大量半导体研发投入不在这一比例之内，另一方面，美国已经完成了从高校和科研机构到企业的研发转移，前者以前沿根蒂索求研究为主。

是以，在我国企业研发还非常微弱的阶段，就不克对照美国当局的科技支出进行分派。

有些大企业注重研究所的研发手艺，就经由雇用卒业生的体式“获得”手艺。这种杀鸡取卵的做法，无法反哺根蒂研究，实际上也阻碍了真正的功效转化。

上世纪，美国半导体物理研究占凝聚态研究50%以上的课题，美国物理学会期刊PHYSICAL REVIEW B四个大类中一半是半导体偏向，到了2019年则作废了半导体偏向，半导体论文大幅削减，因为半导体研究已经十分成熟，该范畴论文很难再获得较高的引用。

若是中国照样模拟，认为半导体根蒂研究不再主要，那就大错特错了。

我们在2019年以前，数理学部几十个研究偏向中没有“半导体”三个字，2020年起头才把半导体根蒂物理纳入了聚凝态物理学部的14个偏向之一。

中国要成长半导体，没有捷径可走。必需把汗青的欠账还上，逆世界科技潮水，成长半导体根蒂研究。这需要各行各业的懂得和支撑，稀奇是学科设置、人才培育、经费投入和评价机制的改善。

可以撑持将来人工智能、量子较量、进步无线收集这些顶层应用的，是一个完整的半导体手艺层级系统。我们只有夯实根蒂，把握了半导施展有的手艺系统，并在有潜力的环节奋起攻关，形成本身的手艺冲破，获得必然的手艺话语权，才或者在国际竞争中有容身之地。

于此同时，我们能够投入必然比例为未来的手艺做贮备，但若是我们避重就轻，瞄准未来的手艺和应用簇拥而上，抛却成熟的手艺系统而掉臂，这其实是一种赌钱，因为未来的手艺平日要履历好多失败。

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