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芯片"四大件"國產自主,扛大旗不靠北上深

日期:2021/1/8 10:18:48
摘要:亮眼的北上深后面的長沙,擁有國產自主計算機體系核心CPU、GPU能力的公司聚集于此。作為一座內陸城市,長沙是如何扛起國產芯片設計大旗,成為國產芯片聚集地?

如果按半導體行業的繁榮程度劃分中國各區域,北京、上海、深圳當屬核心城市,談及“國產芯片”,能聯想到長沙的應該不多。

北京在1956年就擁有了第一批從北大半導體物理專業畢業的學生,并于1968年建成國內第一家IC專業化工廠。上海經過60多年的發展,已經形成從設計、制造到封測的完整的集成電路產業鏈,其中內地晶圓代工龍頭中芯國際就坐落于上海。而深圳,單一家華為海思就足成為這座城市芯片產業的標簽。

亮眼的北上深后面的長沙,擁有國產自主計算機體系核心CPU、GPU能力的公司聚集于此。作為一座內陸城市,長沙是如何扛起國產芯片設計大旗,成為國產芯片聚集地?

從電視機到集成電路的產業轉移

長沙的半導體產業起步晚、時間短?!堕L沙通史》記載,長沙的電子工業始于1933年湖南電器制造公司裝配的省內第一臺電子管收音機。此后的短暫幾年里,長沙便以收音機為中心發展電子工業,1936年建成湖南制造廠用于生產無線電通訊設備及收音機。

新中國成立后,以廣播電視設備產品及相關元器件制造起步的長沙,順理成章地成為計劃經濟時代全國最早的電視機專業定點地區之一。改革開放后,隨著消費電子產品需求的爆發,長沙大規模引進先進生產線,收音機和電視機等消費類電子產品產量成倍增長,微型計算機、彩色圖形終端、軟磁盤驅動盤等新產品也開始批量生產,電視機成為當時全省電子工業支柱產業。

直到1988年底,長沙乃至整個湖南的彩電產量達到歷史最高水平,彩色顯像管發展最繁榮的時候其產值占據全省電子信息產業的半壁江山。同年,我國的集成電路總產量達到1億塊并進入大工業化時代,這與距離我國造出第一塊集成電路的時間相隔23年。

直到液晶顯示技術的興起, 生產彩色顯像管的LG曙光公司被市場淘汰,從長沙經濟技術開發區出走,龍頭企業的落幕給長沙電子信息產業一記重錘,這時長沙才意識到,其電子信息產業單純依靠電視機和某一家龍頭企業行不通,建立產業集群勢在必行。

因此,在“十一五”期間(2006年至2010年),湖南省在其9個市州建設了11個省級電子信息產業園,并引進大企業、大項目,以龍頭企業帶動配套企業的方式加速形成產業集群。其中,省會長沙負責承接智能終端、電力電子和集成電路等優勢產業。

這是自2001年長沙被科技部劃分為首批國家集成電路設計產業化基地之后,在集成電路領域的再次發力。

“長征路上”的景嘉微和國科微

如今長沙最負盛名的兩家芯片設計公司,是景嘉微和國科微。景嘉微專注于研發在圖形處理芯片(GPU),從成功應用于國家重點項目向商用版本演進,如今已經能夠支持國產CPU和國產操作系統。國科微業務廣泛,涉及智能機頂盒、存儲和物聯網等領域。

這兩家公司有許多共同點,都創立于“十一五”期間,都獲得了國家大基金一期投資,其創始團隊成員均畢業于湖南長沙的大學,但都沒有海外留學經歷,且在公司成立之前均無核心技術和專利做支撐,明顯區別于當下許多AI芯片初創公司的初創團隊。這兩家公司的發展,更像是一次跨界與長征。

景嘉微的創始人曾萬輝畢業于國防科技大學微波與毫米波技術專業,在決定創業之前曾是一名體制內的干部。他曾在接受媒體采訪時坦言不習慣平淡的生活,才最終決定辭職同校友胡亞華和師兄饒先宏一起創辦一家創新型高科技公司。

景嘉微創立之初,曾萬輝和其他兩名創始人為尋求業務,接受了中航工業某研究所開發某芯片顯卡驅動軟件的任務,由于沒有有價值的資料可供參考,國內有實力的研發單位耗費三年也未能順利完成,對于彼時還年輕的景嘉微而言更是難上加難。

不過,幾位創始人與技術骨干并不懼難,從最底層的技術摸索,帶領團隊每天工作16個小時以上,最終成功完成這一任務,打開公司局面。

曾萬輝及其團隊在研制具有完全自主知識產權的圖形處理器芯片的過程中,集中公司50多個技術骨干,耗費8年時間,在國家投資幾百萬元的情況下自籌三千多萬元經費,最終于2014年取得成功,研發出國內首款國產高可靠、低功耗GPU芯片-JM5400,具有完全自主知識產權,且在多個國家重點項目中得到成功應用。

在之后的發展中,景嘉微又于2018年推出新一代自主研發的高性能、高可靠GPU芯片JM7200并成功流片,該芯片能夠為各類信息系統提供顯示能力。2019年,景嘉微首次推出商用版本的GPU,全面支持國產CPU和國產操作系統。

國科微的發展歷程則更為特別,其CEO向平在創業之前是一名科技記者,非技術出身也未從事過科研開發,2004年從深圳的報社辭職回到家鄉長沙,開始了他的集成電路事業。

用向平的話講,選擇回到長沙是因為這個地方生活成本不高,適合關起門踏踏實實做科研,另外長沙有眾多名牌院校,人才資源儲備充分。于是向平在2008年創辦了國科微,并招徠了華為前高管傅軍擔任總經理,日本富士通研究所前研究員姜黎擔任首席技術官兼副總經理。姜黎在日本富士通時曾開發出HDTV、MPEG-4Codec芯片。

國科微起步于廣播電視系列芯片領域,最早一款產品是一顆安全解碼芯片,發布于2011年,大規模出貨之后就成為當時“村村通”、“戶戶通”機頂盒市場的主流解決方案。這顆芯片意義重大,是在國內廣播電視芯片嚴重依賴進口、中國廣電總局頒布廣播電視標準之后的首顆國產安全解碼芯片,突破了國外廠商的技術壟斷。

在后續的發展中,國科微向智能視頻監控和存儲領域延伸,并在2019年發布國內首款全自主固態硬盤控制芯片,搭載國內自主嵌入式CPU IP核,成為國內真正實現全自主的固態硬盤控制芯片。

作為國產芯片的聚集地,如今除了景嘉微的國產GPU和國科微的固態硬盤外,國產CPU飛騰的股東中國長城總部也坐落長沙,另有在DSP領域有多項技術突破的進芯電子也在位于長沙。這意味著,芯片四大件中的CPU、GPU、DSP、FPGA,長沙占了三大件,是目前全國唯一一座能夠實現芯片三大件設計國產自主的城市,填補了許多國產芯空白。

與長沙集成電路產業密切相關的,是長沙的高校集群一直通過產學研結合的方式為產業源源不斷地輸送人才。國防科技大學于2015年獲教育部批準成為全國首批籌建的示范性微電子學院,在集成電路方面的教學、研究和工程實踐方面實力較強,其科研團隊堅持自主創新,為產業貢獻了許多核心關鍵技術。景嘉微的發展歷程已然證實了國防科大的芯片實力。

另外,中國第一個三維封裝“973”項目在中南大學完成,中南大學自此成為國內芯片封裝領域的技術與人才儲備地。

打破功率器件的技術封鎖

除了擁有計算機體系核心的芯片“三大件”之外,長沙的集成電路產業同樣在功率器件尤其是IGBT方面上表現出色。

IGBT即絕緣柵雙極型晶體管,作為功率半導體器件的一種,是能源變換與傳輸的核心器件,相當于電力電子裝置的CPU,在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用廣泛,其高端產品長期被歐美、日韓占據。

不過,中高端IGBT芯片技術被國外壟斷的局面在2014年被打破。這一年,全球第二條、國內第一條8英寸IGBT芯片產線落地湖南株洲,年產量24萬片,年產值超20億。產線建成的第三年,國內首個半導體功率器件及應用創新中心也落戶于湖南株洲,這一中心打通了半導體器件的上下游,形成“材料—器件—裝置—應用”的完整產業鏈,引領國內功率半導體器件的發展。

湖南IGBT產業日漸繁榮,輻射范圍逐漸擴大,就在2020年3月,長沙比亞迪IGBT項目正式啟動,用于生產新能源汽車的電子核心功率器件,致力于打破國外技術封鎖。

一如以往在電子信息產業發展方向上的敏銳,2020年炒得火熱的第三代半導體也是近兩年長沙半導體產業發展的重點,且能在近幾年來湖南省集成電路產業規劃中窺見一二。

相關資料顯示,湖南在于2015年提出集成電路產業規劃,自2015年起,前兩年為起步階段,后三年為發展階段,重點發展CPU、GPU等設計,并以功率半導體為突破口,實現集成電路關鍵裝備和材料國產化,到2020年集成電路銷量收入超過400億元。

去年,湖南省又發布《湖南數字經濟發展規劃(2020-2025年)》,提出除了在CPU、GPU、DSP、SSD、4K/8K、5G等高端芯片產業化上實現突破,另外布局新一代半導體產業,推動IGBT和第三代半導體等重大項目。

在具體實踐上,近幾年長沙在第三代半導體上動作頻頻。

2018年11月3日,天岳碳化材料項目在長沙瀏陽高新區開工,據《湖南日報》當時報道,該項目的開工標志著國內最大的第三代半導體碳化硅材料項目及成套工藝生產線開建。

2019年,泰科天潤半導體6英寸半導體碳化硅電力器件生產線項目落戶長沙,總投資15億。

2020年7月,三安光電也簽約長沙,總投資160億元,旨在建設具有自主知識產權的襯底(碳化硅)、外延、芯片及封裝產業生產基地。

據不完全統計,截止2020年8月,長沙落地的第三代半導體項目已經超過200億元。

如今,在眾多產業政策支持以及第三代半導體的火熱趨勢下,第三代半導體將成為繼芯片“三大件”和LGBT芯片之后,長沙集成電路產業的又一專長。

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