本文前言：

今天黑马想与你们讲述一个故事，这个故事曲折、艰难，有汗水、有拼搏，有你们所熟悉的人，也有你们所不熟悉的事。回首这个故事，希望有些人和事，我们能够有所了解，也希望过去的错误，我们不再犯，未来我们能走的更好。这个故事，名为——中国的芯片故事。

本文要点：

●芯片设计的起点——突破重围，回国吧，科学家们

●芯片设计的曲折——困难重重，国家战略，惨遭失意

●芯片设计的打击——汉芯事件，可耻的骗局

●芯片设计的腾飞——华为与龙芯，撑起希望

●芯片制造的开始——不顾一切，回大陆

●芯片制造的起伏——挫折中前进

●芯片制造的差距——追赶的路途

●中国芯片的未来——有坎坷，有光明

黑马团队历时两周，精心打造《深度》栏目的第005篇文章，旨在探索中国芯片的发展道路，为你揭晓其中不为人知的辛酸往事与不断进步的光明未来。

全文约18768字，阅读需要约47分钟。

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10年前美国杂志《连线》一篇文章开篇中写到：

“试想，一个国家需要完全依靠从一个与之有着战事冲突或者经济往来不稳定的国家进口某种珍贵商品，而且没有这种商品，其整个社会将被迫停顿。假如这个国家是中国，与之有冲突的国家是美国，而该商品就是芯片。”

在整个IC产业中，大致可以分成三个环节：芯片设计——芯片制造——芯片封测。

中国的芯片故事也基本围绕这三个环节展开，而这个故事可以从1957年说起。

1958年，美国德州仪器公司的研究员基尔比将锗晶体管芯片等元件焊在玻璃板上，世界第一块集成电路由此诞生。

（基尔比发明的第一块集成电路）

集成电路也就是俗称的芯片，自此之后，为了这块集成电路，新中国的众多科学家开始了一场艰苦卓绝的奋斗之史。

首先出场的是王守武。

王守武，江苏苏州人，半导体器件物理学家、微电子学家，中国半导体科学技术的开拓者与奠基人之一。

（图源：百度百科，王守武先生）

1957年，王守武就在北京电子管厂拉制出了中国第一根锗单晶。值得一说的是，这个北京电子管厂，也就是现在赫赫有名的面板厂商——京东方的前身。

（锗晶体管）

次年初，王守武又与同事合作，研制了我国第一批锗合金结晶体管。

也就在这一年，王守武组织创立了我国第一家生产晶体管的工厂——中国科学院 109 厂，我国第一台自行研制的晶体管大型通用数字电子计算机所需的锗晶体管就是来自于中国科学院 109 厂。

（109厂）

1960 年 9 月，王守武筹建并创办了中科院半导体所，全国范围内也建设了数十个电子厂，初步搭建了中国半导体工业的“研发 生产”体系。
把时间调回到1957年，中国第一根锗单晶面世之年。

在美国旧金山海岸候船室的一位女子，此刻正在面临着美国联邦调查局的调查员的搜身调查。

随身携带的两个行李箱，被翻来覆去的检查着。

第一个行李箱下，有着一个纸包着的盒子。

“这是治疗目前肺炎的药”，女子说。盒子里的药瓶也无可疑之处，的确是治疗肺炎的药。

调查员翻看着第二个行李箱，也同样有着一个纸包着的盒子。“这也是治疗肺炎的药”，女子再一次说。

同样的盒子，没有引起调查员的疑心，在搜查了一番后，并没有任何结果，无可奈何，最后只能放行。

这位女子，也踏上了客船，开始驶向中国。

这位女子，名为林兰英，是半导体领域学有所成之人，此后，为中国半导体产业的发展奉献了一生。

（林兰英女士）

而那第二个行李箱里的药盒，所装的并非肺炎药品，而是锗单晶和硅单晶，是调查员所要寻找的东西，也是制造半导体晶体管的半导体材料。

有了这两样东西，林兰英来到了新中国，开始了自己一生的事业。

也就在林兰英回到新中国之时，开头我们提到的王守武邀请了林兰英在中国半导体工作组材料研究组中担任组长，研究硅单晶的拉制。

不负众望，1958年之际，林兰英所带领的项目团队就研制出了中国第一根硅单晶。1961 年秋天，中国第一台开门式硅单晶炉制造成功。1962 年，林兰英又主持拉制出了中国第一根无位错的硅单晶。

（硅单晶）

锗晶体管和硅单晶的成功研制，为后续的锗集成电路和硅集成电路的研发打下了坚实的基础。

对于锗集成电路和硅集成电路，中国半导体行业的先驱者之一黄敞曾经有过这么一个感慨：“对锗集成电路和硅集成电路的研发，为国内微电子事业打下了先行基础。”

（黄敞先生）

事实上，在中国半导体领域上，远不止王守武和林兰英，还有黄昆、谢希德、高鼎三、吴锡九、黄敞、夏培肃等众多的前辈大师。

这些人很多都和刘兰英有过一样的经历，在留学回国之时受到重重阻碍，在经过一系列努力回到中国后，成为了中国半导体产业的奠基人。

也正是在他们的努力之下，即使在中国一穷二白、物资紧缺、材料设备进口受制的年代，硬生生的为中国半导体的发展打下了基础。

1965年，研制出了中国第一块集成电路，和美国仅相差7年的时间。

中国的半导体行业，起步并不晚，一切都在往好的方向发展，而此时中国刚有起色的半导体却突然的放慢了步伐。

文革使得大批科学家受到了不公平的待遇，批斗、下放，甚至出现了全民皆可研究半导体的荒谬风向。

起步

这段时间内，虽然随着尼克松的访华，中国开始引入了欧美技术，同期江阴县（现为市）政府还创办了一座江阴晶体管厂，中国半导体的研发并未因为文革而停止，这座江阴晶体管厂，日后还成为了国际封测巨头。值得一说的是江阴晶体管厂原本是做内衣的，后来响应国家号召，才跑去做晶体管厂，这大概是我见过转型最彻底的企业。

（江阴晶体管厂前身）

但是总体上中国的半导体产业还是陷入了低谷期，与国际一流水准差距越来越大。

1977年7月，邓小平邀请30位科技界代表在人民大会堂召开座谈会，前面我们所提到的王守武是这么说的：“全国共有600多家半导体生产工厂，其一年生产的集成电路总量，只等于日本一家大型工厂月产量的十分之一。”

差距不言而喻，对此，我们也知道有差距，但是对于差距的鸿沟认知不足。1977年，改革开放总设计师邓小平问了王守武一句话：“你们一定要把大规模集成电路搞上去，一年行吗？”

那个时候，我们国家科学技术坚持的是 “引进、消化、吸收、创新”的方针，为了尽快缩小差距，大量引进了海外技术，其中的代表是江南无线电器材厂。

（江南无线器材厂老厂区）

1980年，江南无线电器材厂引入日本东芝3英寸硅片生产线，这是上世纪80年代我国引进的规模最大、涵盖全产业链的首条集成电路生产线。

江南无线电器材厂也凭借此，一举成为了中国半导体的引领者，60年代之时一家不满300人的小厂，1985年之际，总产值就已经达到了2亿7800多万。

但是，只有江南无线电器材厂是幸运儿。

这个时期，广大电子厂采取的策略都是购买引进取代自主研发，导致出现了大量重复引进的情况，引进的技术大多又都是已经淘汰的生产线，这些生产线我们甚至没有消化吸收。

根据当时的一份报告显示，全国有 33 个单位不同程度引进各种 IC 生产线设备，累计投资约 13 亿元，最终建成投入使用的仅有少数几条线。

更为要紧的问题是，大多数电子厂不具备市场化的思维，大多都是通过运动式的集中攻关，来突破某一项技术。

这种方式在不考虑成本和良率的军工领域内是有效的，如两弹一星，但是消费市场和产业化上，成本和良品率不能不考虑，否则只会死路一条。

因此，在改革开放之后，中国电子产业开始受到猛烈的外部冲击，大量的国营电子企业经营困难，加上技术引进等问题，导致中国半导体产业不仅落后于美日，更被韩国和台湾地区赶超。

上面提到的江南无线电器材厂幸运在哪里？在引进日本生产线时，就做出了很有“市场意识”的抉择，选择按国内用户要求为导向，而不是完全按日方产品标准来生产产品，这也让江南无线电器材厂能够在这一次的技术引进中存活下来。

（江南无线电器材厂）

后续，江南无线电器材厂仍会在中国半导体事业中扮演着极其重要的角色。

差距越来越大，改变迫在眉睫，随后新的国家计划来临。

531战略

1986 年，电子工业部提出了 “七五”期间我国集成电路发展的 531 战略。

531战略，即“普及5微米技术、研发3微米技术，攻关1微米技术”，在1986年到1995年这段时间，陆续诞生了无锡华晶、绍兴华越、上海贝岭、上海飞利浦、和首钢NEC等五家公司。

无锡华晶的前身，也就是我们前面说的江南无线电器材厂，但是这里我们暂且不提，我们来说说更为典型的首钢NEC。

首钢是一家大型的钢铁企业，原本和半导体行业不相关，但在国家号召之下，于1991年开始涉足了芯片制造。

初次涉及半导体行业的首钢选择了和外资合作，由外企提供技术和图纸，首钢对着图纸生产。

（邓小平南巡视察首钢）

和日本NEC的合作，让首钢尝到了甜头，1995年的销售额就达到了9个多亿，受此鼓励，后续首钢联合了美国AOS，基本延续和日本NEC的合作模式，由AOS提供技术，首钢照着图纸生产，但在2001年之时IT泡沫，全球半导体行业陷入了低迷期，AOS也撒手跑了，首钢没了技术来源，随后的几年中，首钢基本退出了半导体行业。

从浩浩荡荡的进入这个行业到悲悲戚戚的出局，首钢就犹如531战略众多企业中的一个缩影，虽然531战略总体目标完成了，但太依赖反复的引进策略，自主研发过于薄弱。

1988年，我国的集成电路年产量终于达到1亿块，这一标准线的达成时间已经比美国晚了20年，比日本晚18年。

前面我们说过，中国第一块集成电路的研发距离美国从不到7年，到这个阶段的晚了20年，差距越拉越大。

908工程

1990年9月电子工业部又决定启动“908工程”。

目标是建成一条6英寸0.8——1.2微米的芯片生产线，这次担任项目主体的是无锡华晶（前身为江南无线电器材厂），然而这次还是遇到了问题。

（无锡华晶）

908工程规划总投资是 20 亿元，其中 15 亿元用在华晶电子上，但在实施过程中却遇到了诸多问题，其中之一是审批周期过长。

“908工程”审批用了2年，从美国朗讯引入0.9微米生产线用了3年，加上建厂的2年，从立项到投产总共历时7年。

然而半导体产业并不等人，基本以每 18 个月的速度更新换代，过慢的审批周期，让无锡华晶投产就落后，当时海外主流制程已经来到了0.18微米，而无锡华晶还卡在了0.8微米上，月产量更是仅有800片。

这让无锡华晶亏损严重，直到张汝京的到来。其对无锡华晶进行了一番改造，无锡华晶于1999年才开始实现盈亏平衡。

（张汝京先生）

张汝京这个名字，在这先暂时记住，后续还将会出现，此后的他将成为中国半导体行业不可或缺之人。

909工程

接下来，新的国家工程再次实施，这次是909工程。

909工程是中国电子工业有史以来投资规模最大、技术最先进的一个国家项目，投资100亿元，目标是设立一条8英寸晶圆、0.5微米工艺技术起步的IC生产线。

这次担任项目主体的是上海华虹和日本电气（NEC）合资组建的上海华虹NEC，吸取了908工程的教训，909工程于1997年7月开工，1999年2月完工，没有重蹈华晶7年建厂的覆辙。

上海华虹NEC也不负众望，在2000年就取得了30亿销售，5.16亿的利润，到2005年6月，华虹完成立项时的所有目标。

但是可惜的是，2000年末，全球半导体市场进入低迷期，华虹NEC恰好赶上。日本NEC自顾不暇，宣布将在2004年前退出DRAM领域，华虹不得不转型为代工，又因为海外技术封锁和资金等问题，华虹无法建设先进的12英寸晶圆生产线，中国再次错失与国际DRAM产业同步的机会。

（华虹NEC工程生产厂房）

总结一下从1977年到2000年这段时间中国半导体产业的发展，经历了许多的挫折，缺少经验，反复引进，又缺少市场思维，531战略和908工程可以说是惨败。

而909工程也算不上太成功，上海华虹也遇到了滑铁卢，但909工程对中国半导体产业做出了一个重大改变，半导体产业上的投资不再是单单引进技术或生产线，而是以市场为导向，技术更新和效率也得到质的提高。

时任电子工业部部长、909工程负责人胡启立当时说了这样一句话：“如果‘909工程’再翻车，就会把这条路堵死，可以肯定若干年内国家很难再向半导体产业投资。”

（右数第三个为胡启立先生）

所幸，909工程留下了一座勉强算合格的上海华虹，这给了中国半导体产业一个信心。

那中国半导体行业，要前进了吗？

2003年2月26日，一场盛大的发布会召开，举国欢呼。

这场发布会的主角是“汉芯一号”，用国际先进的0.18微米半导体工艺设计，在只有手指指甲一半大小的一个集成块上有250万个器件，而且具有32位运算处理内核，每秒钟可以进行2亿次运算。

经过国内权威专家验证，认为这一成果接近国际先进技术，在某些方面的性能甚至超过了国外同类产品。

（汉芯一号发布会）

这下子中国沸腾了，这是中国在半导体产业上第一次追赶上了国际水准，对于中国半导体产业来说，这是一个重要的里程碑。

“汉芯一号”项目的负责人陈进因此获得了无数荣光，上海市科委授予其上海市科技创业领军人物称号，2004年上海交大将其特聘为长江学者。

(图源：天天快报，陈进）

而且，据上海交大微电子学院的网站上显示：汉芯一号的研发，是在2001年9月开始设计源代码，2002年1月完成设计，2002年12月21日，“汉芯1号”在中芯国际流片成功，整个研发时间仅仅16个月。

在整个半导体行业里，这个研发速度只能用惊人来形容，所有人都期待，在天才陈进的带领下，中国半导体产业可以更进一步。

不过，让所有人都没能想到的是，中国半导体产业差点毁在了陈进的手里。

2006年，清华大学一个名为“汉芯黑幕”的帖子震荡了整个中国半导体产业，发帖者匿名举报“汉芯一号”完完全全是个骗局。

（清华大学论坛）

事情得从2002年说起。

2002年，陈进拜托他曾在摩托罗拉共事的朋友从摩托罗拉的工作站下载了DSP56800E的源代码，并以此做出了eDSP21600，也就是真正的“汉芯一号”。

但是这样的芯片仅仅是有源代码，没有获取芯片调试接口的IP(核心知识产权)模块。这就好比设计出来的芯片就像计算机只有主机和显示屏，没有键盘和鼠标，无法进行人机交互，因而无法对芯片进行任何的系统应用。

但发布会迫在眉睫，发布会中不可能不对芯片进行演示，情急之下，陈进委托在美国的弟弟，购买了十颗摩托罗拉飞思卡尔56800的芯片，准备来个偷梁换柱。

芯片买回来后，陈进雇佣了一家名为上海翰基建筑装饰工程的公司进行芯片打磨，把原本芯片上的摩托罗拉Logo用磨砂纸磨掉，再找浦东的一家公司将表面光滑的芯片打上“汉芯”字样，并加上汉芯的Logo。

获得国家数亿经费的“汉芯一号”就这么诞生了。

需要说一下， 真正的汉芯一号eDSP21600针脚是208， 摩托罗拉的这枚芯片是144脚，因此两枚芯片的尺寸完全不相同，但是在发布会上就这么轻易地通过了专家组的鉴定。

另外这家名为上海翰基建筑装饰工程的公司，跟科技行业丝毫扯不上关系，是一家做装修的公司，这大概是中国最有牌面的装修公司，并且他们的官网还把这件事作为一个成果在介绍，写着“曾经为陈进的芯片与系统研究中心做过装修”，然后顺便找他们也来把芯片给装修了。

打磨“汉芯一号”的装修师傅体验了一把科技的快感，但对于中国半导体行业来说却陷入了低谷。

渴望了这么多年的芯片，终于做了出来，并且还是世界领先的，到头来你却告诉我们这是一场彻头彻尾的骗局，这几乎断送了整个中国半导体行业的信心，不止是汉芯，龙芯等一大片勤勤恳恳的半导体公司也在忍受着国人的愤怒和无止无休的嘲讽。

如果没有光明，可以忍受黑暗，而陈进，给了光明后又把它给夺走。

事后的陈进只是被终止所负责的科研项目的执行，追缴相关经费，取消以后承担国家科技计划课题的资格，撤销“长江学者”称号，取消其享受政府特殊津贴的资格，追缴相应拨款。

这与中国的半导体产业的损失相比，微不足道。

有弄虚作假的陈进，与此同时，也有务实的半导体厂商在努力的托起中国半导体的希望和信心。

我们把目光注视在1993年的深圳上，49岁的任正非站在深圳南油深意工业大厦五楼的窗边，对着研发工程师们喃喃地说：“如果新产品研发不成功，你们可以换个工作，我只能从这里跳下去了！”

（任正非先生）

在此之前，刚成立6年的华为把所赚的钱都投到了一个名为JK1000交换机的项目上，悲催的是，华为费尽全力开发出来的交换机JK1000刚一问世就面临技术被淘汰的窘境。

任正非走错的这步棋，将华为逼向了绝境，无奈的华为，又孤注一掷地开始了数字程控交换机C&C08的研发。

今天的我们已经习惯了华为的成功，很难想象当时任正非所面临的压力，旧的项目没有带来任何的利润，新的项目又投入了几百万，华为的资金流迅速陷入困境，C&C08的成功与否决定了华为的生死，为此任正非不惜背负高利贷，押上了身家性命，这也就有了前面任正非的那句话。

在华为的危难之际，郑宝用被委以重任。

郑宝用，毕业于华中理工大学（现华中科技大学），1989年在好友郭平（现华为副董事长）的劝说下加入了华为。在C&C08之前，华为的第一款自主研发的产品HJD48小型模拟空分式用户交换机就是出自郑宝用之手。

这次，郑宝用能不负华为以及任正非所望吗？

从今天的华为也可以看出，结局是圆满的。在郑宝用的带领之下，1993年C&C08（2000门）数字局用交换机研发成功，并获得了广东省科技进步一等奖，后续的小改机型C&C08（万门）被邮电部鉴定为国内外同类机型中处于技术先进水平，该项目被列入国家火炬计划。

（华为C&C08机柜）

凭借着优异的性能表现，C&C08在后来的市场中大火，1994年，C&C08销售达到8亿元，1995年达到15亿元，到2003年，累计销售额达到千亿元，成为全球销售量最大的交换机机型。

C&C08可以说是华为研发的里程碑，也成为了华为的救命稻草，郑宝用也因此成为了华为内部仅次于任正非的二号人物。

任正非曾这么评价郑宝用，他说：“郑宝用，一个人能顶10000个。”一句话足以道尽郑宝用在华为的地位以及对于华为的贡献。

由濒死到复活，你可以说华为是幸运的，但归根结底，背后依旧是技术的体现。工欲善其事，必先利其器，C&C08的成功，离不开华为自主研发的SD509芯片，这是C&C08交换机的大脑。

这颗SD509芯片也是华为倾尽了全力所研发出来的产品，要知道当时的华为已经陷入了资金短缺的困境中，为了研发这颗芯片，在已经一屁股外债的情况下，任正非咬咬牙又凑了十几万美元，从国外买来了一套EDA设计软件，支持芯片的研发。

这也说明了任正非已经是背水一战，生死就在这一瞬间。幸运的是从无锡华晶（也就是前文中所提到的908工程的企业）挖来的李征所带领的团队经过日夜的研发，SD509，这颗掌握华为生死的芯片终于被研发出来。

C&C08和SD509的成功，坚定了华为自主研发IC设计的信念，1995年，在“二号首长”郑宝用的带领下，华为成立了中央研究部，开始研发的规模化和集中化管理，其中的基础研究部主要负责华为芯片的研发，这个部门正是现在赫赫有名的海思半导体的前身。

以上基本是华为芯片起家的往事，再后来就是我们所熟悉的海思。2004年，华为独立出了基础研究部，成立了海思半导体公司，华为开始在芯片IC设计上崭露头角。

但在此之前，华为还遇到了两个坎，第一个坎是海思K3。

2006年，联发科的Turnkey GSM方案造就了中国的山寨机，中国山寨机市场井喷，用联发科芯片的手机已经占中国大陆销售手机总量的40%。对此华为也心动不已，开始了手机芯片解决方案的研发。

三年后，海思推出了第一款手机应用处理器，取名为K3。

为什么会取这个名字？

K3是登山界对喀喇昆仑山布洛阿特峰（Broad Peak）的别称，海拔8051米，是世界第十二高峰，也是世界上公认的攀登死亡率最高的山峰之一，这也隐喻了手机芯片的研发犹如征服布洛阿特峰一般难。

（图源：百度百科）

遗憾的是，华为没有“攀登”成功，K3失败了，其原因主要是制程过于落后，当时先进的工艺制程已经来到了45nm，而K3采用的却是110nm，在制程上落后了接近2代，带来的结果就是K3性能不佳，发热极其严重。

彼时的华为，在手机芯片设计上仍然是个新手。

第二个坎是海思K3V2。

在经历了K3的失败后，时隔三年后，华为海思于2012年发布了新一代手机处理器K3V2，采用了主流的ARM四核架构，并支持安卓操作系统。

但是这一次海思K3V2依旧犯了和K3同样的错误，海思K3V2的工艺制程为台积电40nm，而同期的高通 S4 系列的 Snapdragon 处理器工艺制成已经来到了28nm，这一次在工艺制程上，华为再次落后。

而且K3V2采用的GPU GC4000游戏兼容性也不太好，基本上大点的游戏都是不能玩，发热极大，体验极其不友好，这也导致了搭载海思K3V2的华为D1、Mate 2、P2等手机销量上基本全军覆没。

接连两款手机芯片都以失败告终，换做是其他公司也许早已经放弃，特别是半导体这个行业，烧钱见效慢，华为手机的销量也大受影响。而且在手机行业就算自己不研发芯片，也有许多优秀的手机芯片可用，像是高通、联发科、德州仪器、英伟达等。

于情于理，华为海思都应该放弃手机芯片的研发，再做下去不就是傻子吗？

华为就做了那个傻子，原因我们从任正非的话术中也能略知一二。任正非曾对海思负责人何庭波说过这么一句话：“每年给你四亿美元的研发资金和两万人，势必要减少对美国的依赖，芯片可以不用但必须要有。”

（何庭波女士）

支撑着华为海思继续研发的，可能也只有这八个字：居安思危、自力更生。

后面的故事我们都已经知道了，海思在经历了K3V2后，此后一飞冲天，后续成立了麒麟品牌，发布的麒麟920、麒麟950再到现在最新的麒麟990 5G，这些芯片，无论是性能还是工艺制程，都已经是处于领先的水准。

（图源：安兔兔）

从C&C08到麒麟990 5G，中间有过许多的曲折，甚至还有生命的代价，2014年，高强度的研发工作，让华为海思开发部部长突发猝死，这位部长名为王劲，年仅42岁。

好在华为坚持了下来，这背后是华为那一帮技术狂人倾尽所有的投入，这才有了今天的华为海思。

不过直到今天依旧有一些人认为麒麟芯片只是基于ARM架构图纸开发，芯片的生产都是交给台积电等晶圆体代工企业完成，没有什么太大的技术含量。

这里我们简单提一下，ARM是专门做芯片设计的，它的商业模式，就是出售IP（Intellectual Property，知识产权）授权，收取一次性技术授权费用和版税提成。

全世界很多企业都会购买ARM的授权，包括三星、联发科、高通等顶尖的半导体公司，并在此基础上进行设计。

这其中就很考验各大半导体厂商的设计水平，这是需要极其高的技术门槛和资金投入。设计的好，芯片性能表现优秀，但是如果设计的不合理，性能就难以发挥，这也是为什么同一架构、同一制程的芯片性能有强有弱的原因。

麒麟990 5G已经表明，海思在芯片设计上已经是处于世界领先水平，这也代表我们国家在芯片设计上的实力。

而在芯片设计领域上，表现出色的也不止海思。

2000年10月，中国科技大学或许怎么样都想不到，一场普通的招生宣传将对中国半导体产业产生了重大影响。

此次担任招生宣传的人士是一位名叫胡伟武的人，这个人的人生简历放到现在只能用一句话形容：人生赢家。

1986.09——1991.07，中国科学技术大学计算机科学技术系大学本科学习

1991.09——1996.03，中国科学院研究生院计算机系统结构专业博士研究生（免试直接攻读），获工学博士学位

1996.03——1997.06，中国科学院计算技术研究所助理研究员

1997.07——2000.02，中国科学院计算技术研究所副研究员

2000.03，中国科学院计算技术研究所研究员

（胡伟武先生）

更为重要的是他的老师，在攻读博士学位之时，师从夏培肃。夏培肃是前面我们提到的与王守武、林兰英同一时代的科学家，我国第一台自行设计的电子计算机就出自夏培肃之手，她被誉为“中国计算机之母”。

青年才俊、师从大师，胡伟武理所应当的被中国科技大学以优秀校友的身份受邀回校做招生宣传。

在回母校宣传之际，胡伟武看到了一样东西——一个用 400 多个 74LS 系列芯片搭起来的电路，这个东西是胡伟武在1991年所作的毕业设计，可以运行 8086 指令系统中除了十进制和除法指令以外的所有指令。

而彼时的中国，想要造计算机只能使用国外CPU，泱泱大国却没有属于自己的CPU。触景生情加上家国情怀，在活动结束后，胡伟武重操旧业，联系了自己的师兄唐志敏，开始参与中科院计算所的CPU开发项目，龙芯课题组也就此诞生。

第一款自主设计的CPU能否研发成功？从各个方面来看，很难。

整个龙芯课题组，可以说要钱没钱，要人没人，但是整个项目的启动资金仅有1000万元，这对于芯片的研发来说杯水车薪，人数也不过十来人，整个研发过程也是状况不断。

在2001年8月19日自主设计的 Godson CPU 的逻辑设计在 FPGA 验证平台成功运行了通用操作系统。初试的成功没能让课题组感到开心，后续处理器的物理设计才是让整个课题组头疼的地方。

（中科院考察龙芯一号进度）

前面我们也说了，中国没有自己的计算机CPU，这也意味着在处理器的物理设计上我们完全没有任何经验，课题组想了个办法，委托有经验的第三方物理设计公司进行设计。

但事情的结局总不会如人所料，第三方物理设计公司也不能保证时间，项目时间并不等人。

整个项目组开始了第二个计划：自己来做处理器的物理设计。面对一个全然不熟悉的领域，整个项目组只能边学边做，通过日夜的加班熬夜，在7月3日基本完成了设计。

中国第一款计算机CPU——龙芯1号即将诞生。

但曲折又来了，就在流片截止日期的前几天，测试组发现处理器的1万多个触发器的扫描链无法正常工作。如果不能及时修复，只能放弃流片，这意味着此前的努力可能白费。

胡伟武当时说了这么一句话：“没想到全组几十个人几个月的努力，花了上千万纳税人的血汗钱竟然是这样一个结果。”

绝望、不甘、无可奈何。

不过幸运的是，负责后端版图编辑的员工主动提出，可以手工修改版图，在连续工作了两天两夜，终于把触发器的扫描链连上。

2002年8月，我国首款通用CPU龙芯1号流片成功。在龙芯团队开始做CPU时，一些国外企业不相信中国人能做出来。

面对质疑，胡伟武常说的一句话是：“在别人都不信的情况下，做给他看。”

（龙芯1号发布会）

不过从性能上看，龙芯一号与国际一流水准的差距十分大。

根据测试，龙芯1号CPU芯片连续不停稳定可靠地运行了50天，主频为266MHz，200M主频下运行Linux的实测功耗为0.4瓦。

龙芯1号样机的实测性能和采用MIPSR5000的SGI的工作站性能相当，看起来十分不错，但是SGI公司的这一工作站是在1997年期间主推的产品，也就是说龙芯1号落后于国际主流水准整整5年时间。

（中新网报道）

甚至直到今天，最新发布的新一代处理器3A4000/3B4000依旧与世界先进水准有一定差距。其工艺制成也仅是28nm ，而英特尔和AMD已经迈向了10nm和7nm的工艺。

但是这一次，我们国家也能自己设计出计算机CPU芯片，而且迅速进步着。

从1957年，中国第一根锗单晶再到如今的海思麒麟和龙芯，中间历经了许多的曲折，艰苦的研发环境、缺少经验的埋头单干甚至还有钻小聪明的骗取经费，这一路走来，实属不易。

开头我们说了，IC产业主要分三个环节：设计、制造、封测。直到今天，我们终于具备了三个环节中的芯片设计能力，在有些方面还达到了世界领先水平。

中国的芯片故事，还在继续，你们且继续听，我继续讲。

接下来，是芯片制造环节下的中国故事。

在人生意气风发之时，你是否会放弃你所拥有的一切，去到一个“一穷二白”的地方重新开始？

大多数人都没有胆量选择重新开始，但是一个名为张汝京的人这么做了。

张汝京，我们前面也提到过，在908工程时曾经来到无锡华晶，对无锡华晶一番改造才使其起死回生，而这次他做了一个决定。

2000年，张汝京来到了大陆，在上海和北京之间来回奔波，最终选择了在上海一个名叫张江的地方，建立了一座晶圆代工厂——中芯国际。

（上海张江）

在此之前，张汝京曾就职于德州仪器，后在长大的故乡台湾创办了一座半导体厂——世大半导体，并且还是台湾第三大半导体厂商。

不过树大招风，越做越大的世大半导体也引起了台积电的注意，为了摧毁这个竞争对手，台积电有了收购世大的意愿，并且开出了50亿美元的高价，超出世大股价的8倍。

（世大半导体）

张汝京没有理由不接受这个方案，更为主要的是，台积电答应了张汝京的一个要求，在台积电和世大合并完成后，世大的第三个工厂，必须建在中国大陆。

然而在合并结束后，张汝京几次三番的找到台积电，台积电却对在大陆建厂这个提议表示反对，建厂之事只是台积电为了加速合并的缓兵之计。

思虑再三，张汝京向台积电辞职，准备筹钱前往大陆投资建厂。

台积电并不同意，并威胁张汝京，离开台积电，你在台积电的股票将被收回。

以台积电的体量和实力，这些股票的价值是许多人奋斗一生都无所及，而张汝京，钱不要了，一定要在大陆办厂。

张汝京在大陆之时，不止是台积电阻挠，台湾地区当局政府也费尽了心思，以莫须有的罪名罚了张汝京15万美元，并要求他在6个月内撤资。

这次张汝京舍弃的是台湾户籍，为的还是那一句：一定要在大陆建厂。

为什么张汝京这么执着于此？

张汝京虽说是在台湾长大的，但却并不是在台湾出生，1948年，张汝京出生于南京，1949年，其父亲带着一岁的张汝京来到了台湾。

其父亲张锡纶是我国有名的炼钢专家。抗战时期，他和妻子主持的第 21 兵工厂，生产了中国 90% 的重机枪。张汝京深受父亲的影响，具备浓厚的家国情怀，报效祖国大陆也成为了张汝京根深蒂固的思想和信念。

历经了阻碍，张汝京最终带领了此前在德州仪器和世大之前的100多位海外同事以及300多位台湾同事来到了大陆，开始了中国大陆半导体制造的故事。

来到大陆后，中芯国际仅花了13个月就建成了第一座工厂，并且其建厂后第一条0.25 微米以下的生产线就将大陆芯片第一次推进了纳米级别。

（中芯国际打下的第一桩）

到了 2003 年，中芯国际已经在大陆创建了六座工厂，做到 90 纳米集成电路线宽。

2004年，中芯国际在美国和香港同时上市，此时中芯国际已经拥有了4条8英寸生产线和1条12英寸生产线，一跃成为全球第三的半导体代工厂。这个发展速度在整个半导体行业来说都是史无前例的，中芯国际成为了一颗超级新星。

（中芯国际建厂）

此时，历史再次重现，台积电再次盯上了张汝京。

2003年，台积电在美国加州一纸状告了中芯国际，理由是中芯国际盗取台积电商业机密，并要求中芯国际赔偿10亿美元。要知道2003年，中芯国际的收入也仅有3.6亿美元，这是想把中芯国际连根刨起，不留活路。

多年后张汝京接受采访，回顾起这个事件，其表示：“台积电的工程师加入我们，他们来的时候，有些人是不小心或者没注意，人家用的制造过程里的菜单什么的，他们照抄了，所以我就变成很被动了。”

官司拖了2年，2005年，中芯选择了妥协，和台积电达成了和解，代价是中芯需要向台积电支付1.75亿美元的赔偿，分期六年。

但是事情并没有结束，与台积电的交锋才刚开始。

在达成和解协议的19个月后，台积电又起诉了中芯国际，指责中芯国际最新的0.13微米工艺使用台积电技术，违反了和解协议。

“中芯已尽力履行在 2005 年与台积电达成的和解协议，而对于台积电此次的行动感到十分震惊并深表失望。”张汝京颇为无奈的说。

这次，中芯国际选择了强烈回应，做足了准备。

搜集大量证据证明自己的清白，并且还做了一个十分聪明的决定，台积电在美国加州起诉中芯国际，而中芯国际在北京反诉台积电。

中芯国际打的是时间差，由于北京的审理时间早于加州时间，台积电应诉，双方必然会交出自己所掌握的证据，而在加州法院还没审理之时，中芯国际就能留有一定的时间针对性的搜集证据来反驳台积电所提交的证据。

做了这么多准备，那这场官司应该铁定没问题了，整个中芯国际包括张汝京本人都信心满满。

但是结局出乎了张汝京的意料。2009年9月，北京高级法院直接驳回了中芯国际诉求，这个案件连审理环节都没有进入。加州法院的开庭，中芯国际也无力和台积电抗衡，这次胜诉的依旧是台积电。

后面的结局我们也都知道了，中芯国际要向台积电支付2亿美元的补偿金，而且还要给台积电10%的股份。

此事件后，赔款让本就资金不充裕的中芯国际元气大伤，失去了投资和扩张的能力，并且在2009年直接创下了中芯成立以来最大的亏损，根据中芯国际公布的业绩，2009年亏损了9.64亿美元，而2008年亏损为4.4亿美元。

（第一财经报道）

在一个月之前，张汝京还在电话会议中透露中芯国际可能在未来的 2010 年全年盈利。

在那之后，张汝京被迫从中芯国际离职，三年内不得再从事半导体行业相关的工作。

1998年，一代半导体传奇人物江上舟在观察了台湾地区半导体产业后得出了一个结论：“如果上海在此时扶持半导体行业，那么 2015 年－2020 年，上海集成电路生产线技术等级和生产规模将可能超越中国台湾”。

（江上舟先生）

那年2009年，距离2015年还有6年的时间，而这个愿景就已经随着与台积电的几次纠纷和张汝京的出走落了空，中芯国际元气大伤。

所幸，张汝京留下的班底还在，中芯的底盘依旧是稳的，从王宁国到邱慈云到赵海军，中芯国际在新的管理层带动下依然向前进，2011年实现55nm量产，且40nm验证成功，2012年，40nm量产；2015年Q2，开始量产28nm。

而且老天还送给了中芯国际一份礼物，2017年梁孟松加入了中芯国际。

说来也巧，梁孟松的人生经历与张汝京有着相似之处，曾是台积电旧将，后来离开台积电加入了三星，带领了三星的制造工艺从28nm突破到了14nm。

（梁孟松先生）

历史的相似之处来了，台积电再一次以商业机密泄露为由，把梁孟松告上了法庭，与张汝京类似，三年之内不能以任何的方式继续为三星提供服务。

从台积电到三星再到中芯国际，梁孟松被戏称为“背叛者”，其加入中芯国际的理由不得而知，或许是有着和张汝京相同的经历的惺惺相惜，也或许是其他，这都不重要。重要的是，这位“背叛者”不负众望，将中芯国际的制造工艺也从28nm突破到了14nm，如今还在攻克着12nm工艺。

2018年，在纯晶圆代工厂企业中，中芯国际以6%的市场份额位居全球第四。但和台积电59%的市场份额相比，还差的太远。

回顾中芯国际的过往，也和大多数国产半导体厂商一样，起起伏伏，但这才刚刚开始，往后的日子注定困难重重，一份份报告和数据也在警醒着，中芯，你还有许多鸿沟要跨，中国芯片制造，还未能骄傲。

2020年6月1日，中芯国际回归 A 股之路正式启程。

在中芯国际的招股说明书中，有三组数据格外引人注意。

第一组数据是关于“人”的差距。

截至 2019 年 12 月 31 日，中芯国际的员工为 15,795 人，其中研发人员有 2,530 人，占比达 16.02%。

具体到工艺制程上，目前中芯所能量产的最先进的工艺是14nm FinFET ，在这个工艺制程的研发项目上参与研发的总人数约 100 人，其中涵盖 12nm 制程、无线射频技术、车用电子、高性能计算平台等。在中芯下一代FinFET 的 N 1 制程上，研发人员为300人。

根据中芯公布数据大概可以推测，中芯国际平均一个先进制程（N 1）的技术开发团队规模大约为100-300人。

作为对比，截止 2019 年底，台积电的全球员工人数约 5.1 万人，在开发下一代制程工艺上，通常会分好几组人马同时进行，一组大概 500 人上下，因此整个研发团队规模至少是 1000 人以上。

研发团队规模过小，是中芯国际所要跨过的第一个鸿沟。

第二组数据是关于“钱”的差距

2017年、2018年和2019年的研发费用占营收比例分别为17%、19%以及22%，研发费用占比逐年提高，并且在全球所有的晶圆代工厂中，这个研发费用比例是最高的。作为对比，台积电的研发费用占营收比例为8%、8%以及9%。

看起来，中芯国际很舍得在研发上投入。

具体的研发费用来看，2017年至2019年中芯国际的研发费用为36亿元、45亿元以及49亿元，而台积电则是184亿元、186亿元、211亿元。

二者研发费用的差距，虽不愿承认，但可以称得上天差地别。

至于研发费用占营收比例台积电不及中芯国际，深究其中一个原因，是因为台积电规模太大，这也是台积电与中芯国际研发投入差距的原因之一。台积电龙头地位的背后，是每年的大力研发投入。

冰冻三尺非一日之寒，与台积电的差距也非一年之差，在研发费用的投入上，中芯国际还需要更多的投入。

第三组数据是关于“数字”的差距。

2011年，中芯国际量产40nm工艺制程芯片，2015年量产28nm工艺，2019年量产14nm工艺。

作为对比，2011年，台积电就已经量产了28nm工艺制程的芯片，2015年则是16nm（等效于中芯国际14nm），2018年量产7nm工艺。

而2020年，台积电已经开始量产了5nm工艺的芯片，中芯国际14nm工艺的量产终于在2019年第四季度开始，其业务规模在2020年第一季度仅为1.3％，其接近于台积电7nm工艺的N 2 制程更是只闻其身未见其影。

为什么会出现这种差距？这背后和芯片制造的设备相关。

光刻机和刻蚀机

半导体设备按照功能划分，有IC制造、IC封装、IC测试、硅片加工等，其中IC制造所占比重最多，为81%，测试设备占9%，封装设备占6%，其他设备大约占4%。

而IC制造，最为主要的两个设备是光刻机和刻蚀机。

光刻机简单说以光为刀，将设计好的电路图投射到硅片之上，而刻蚀机则是选择性的去除硅片上不需要的材料。

在半导体设备产业链上，大陆的产业链体系已经逐步完善，具备了国产替代能力。

在刻蚀机设备上，大陆处于世界主流水准，北方华创和中微电子国内份额合计为20%。而且在其他设备上，比如说测试设备、清洗设备、过程控制等也正在成长。

真正卡住大陆半导体制造的是光刻机，这是中国大陆求之不来的神器，它不是印钞机，但却比印钞机还贵。

历数全球，荷兰的ASML基本垄断了高端光刻机领域，特别是最新的EUV极紫外光光刻机有生产7nm制成的能力，ASML全球市场份额100%，但其一年时间也就只能造出20台高端设备。

而目前在大陆的光刻机领域，上海微电子芯片公司的光刻机水平最高，突破了90nm工艺，2000年英特尔发布的奔腾4处理器刻蚀尺寸为0.09微米（90纳米）。

（上海微电子光刻机）

我们最新的技术是别人2000年的技术，很残酷，但的确是事实。而且，最新具备7nm生产工艺的EUV极紫外光光刻机我们想尽了一切办法也没买到。

至于原因，可以从1997年说起。

那一年，光刻机的光源波长被卡死在193nm，成为了摆在全产业面前的一道难关。英特尔为了突破这道难关，发起了一个叫做EUV LLC的联盟。联盟之内的人物有美国能源部以及能源部的三个下属单位：劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室和劳伦斯伯克利实验室，外加摩托罗拉、IBM等等美国顶尖的科技企业。

特别是能源部的三个下属单位，之前的研究成果覆盖了半导体、物理、制造业等等各行各业。国家支持，资金不缺，科技大佬，技术云集，这个联盟能够突破193nm的光源波长似乎是板上钉钉。

但是这个联盟还缺了最重要的企业——光刻机企业，美国光刻机企业SVG、Ultratech早在80年代就在与尼康的竞争中陨落，摆在美国面前的就只有两家光刻机企业，来自日本的尼康与来自荷兰的ASML。

美国怎么选择，按照今天美日关系来看，美国毫无疑问会选择尼康，不过那时候日本在半导体领域是美国的头号竞争对手，甚至还压住了美国的风头，前面所说的美国光刻机企业也就是被尼康所打败。

理所当然，美国选择了荷兰，但有前提条件，ASML必须同意在美国建立一所工厂和一个研发中心，以此满足所有美国本土的产能需求。另外，还保证55%的零部件均从美国供应商处采购，并接受定期审查。

ASML就此加入了美国主导的EUV技术的研究中，2009年，美国的Cymer公司研发出EUV所需的大功率光源，成为阿斯麦的供应商，而后英特尔连同三星和台积电，三家企业共计投资52.29亿欧元，先后入股ASML，以此获得优先供货权。

背靠美国主导的EUV LLC联盟，又有众多科技企业的入股，钱财和技术，ASML都不缺，也终于在2015年，ASML发布了第一台可量产的EUV光刻机。

（EUV光刻机）

以美国为主导，依托整个西方最先进的工业体系和科技，ASML成为了全球唯一的高端光刻机供应商。

因此，为什么ASML不能卖给中国，原因就在其中。

2018年，中芯国际向ASML花了1.2亿美元订购了一台EUV光刻机，时至今日，足足等了2年，依旧没能将首台EUV光刻机迎入怀中，而台积电从去年开始至今，已经从ASML拿到了十几台EUV光刻机。

中芯国际在制程上落后于台积电，除了本身技术差异、研发团队规模以及研发费用外，缺失的EUV光刻机更是其中一个重要原因。

如果把芯片设计比作是菜谱，那么光刻机就是厨师，光有“菜谱”，没有好的“厨师”，终究不能烧出好菜，而中国大陆的芯片也终究受制于人。这不，华为与中兴都着了美国的手。

遗憾的是，我们不仅是在芯片制造上的光刻机设备严重依赖于他人，就连我们所掌握的芯片设计也在一定程度上受制于人。

光刻机是芯片制造的神器，那么材料和EDA就是芯片设计中的基础，在这两方面，中国大陆都缺失。

半导体材料多种多样，有电子气体、掩膜版、光刻胶及配套试剂以及硅片等等，其中硅片占据31%的份额，是半导体材料行业最重要的一环，因此这里我们单拿出硅片来说。

硅这种物质广泛蕴藏于沙子中，可以说是地球最为丰富的资源之一。

如果你弯下腰随手抓起一把沙子，那么恭喜你，你已经有了芯片的材料。当然，没有那么简单，最大的问题是怎样把沙子变成可用于芯片的材料。

芯片的材料是需要高纯度的硅，纯度大概达到99.999999999%的电子级多晶硅，是的，一共有9个9。

目前，我们还不能提纯这么高纯度的电子级多晶硅，也就是说，我们连生产芯片的材料都没有。

在芯片材料上，日本、韩国占据主导地位，全球份额来说，日本信越化工、日本胜高、中国台湾环球晶圆、德国Siltronic、韩国LG Silitron占比全球前五，没有中国大陆的份。

至于EDA，全称为电子设计自动化，是一种在计算机辅助下，完成芯片设计方案输入、处理、模拟、验证的软件工具集群。被誉为芯片之母，是集成电路设计必需、也是最重要的软件工具，EDA产业是IC设计最上游、最高端的产业。

这一领域，美国的三家公司几乎垄断了全球市场，Synopsys占有的市场份额达到32%，Cadence市场份额达到22%，而Mentor市场份额达到10%， Mentor尽管被德国西门子收购，但是其总部仍然在美国，仅这三家公司市场份额就超过了60%。

（图源：智东西，EDA三巨头公司收入所占份额）

EDA软件，我们国家也有，华大九天、芯愿景、芯禾科技、广立微、博达微等这几个企业是国产EDA行业中的翘楚，但问题诸多。

比如说产品不够齐全。SOC设计主流程的EDA工具数量中，时序和功耗检查、定制设计两个步骤，只能由Synopsys与Cadence提供，国产EDA许多工具都缺失。

（图源：智东西,SOC设计主流程的EDA工具数量)

而且，我们的EDA行业也同样面临着半导体行业普遍遇到的问题——人才缺失、投入不足。以Synopsys 为例，其有7000多的研发人员，当中有5000多从事EDA的研发，Synopsys 2018近一年的研发投入约为10.8亿美元。相比之下，我们约有1500人的EDA软件开发工程师，人数相比海外企业已经很少，而且这些人中只有约300人是在本土EDA公司和研究单位工作。

还有性能落后。EDA是设计和工艺对接的纽带，三大EDA公司在新工艺开发阶段与全球领先的晶圆制造厂能够进行更加深入的合作，因此可以优化和改良EDA软件。国内EDA厂商只能在工艺开发完以后拿到部分数据，难以针对先进工艺设计、改良EDA软件。

中国的芯片还有太多的课需要补，从最基础的芯片材料，到制造设备再到最为上游的EDA软件，前方的道路毫无疑问是一条荆棘之路，但只能往前走。

不过在芯片半导体上，我们真的没有领先的地方？也不是，在IC产业的三大环节中，芯片设计——芯片制造——芯片封测，除了我们前面提到的以麒麟和龙芯为代表的芯片设计商外，我们所掌握的还有芯片封测。

芯片封测就是对集成电路的封装和测试，封装是将芯片在基板上布局、固定及连接，形成电子产品的过程，测试主要是对芯片、电路等半导体产品的功能和性能进行验证的步骤，是半导体产业链的末端，技术含量相对低。打个比方，相当于给产品加上外壳，并进行测试看是否符合要求。

在这一领域，大陆的封测行业已经跻身全球第一梯队，2018年封测市场全球前五名企业分别为中国台湾日月光为19%、美国安靠15.6%、中国长电科技13%、中国台湾矽品精密10%、中国台湾力成科技8%。全球十大封测厂中，中国大陆长电科技、通富微电、华天科技3家进入，合计占有22%的市场份额。

其中长电科技的前身是江阴晶体管厂，也就是前面我们提到的尼克松访华时引进技术所创办的IC厂商，多年的努力，成就日后的行业巨头。

回首往事，中国的芯片故事在曲折中前进，一代又一代的文中所提到的名字和不曾提到的英雄，为着中国半导体事业奋斗和贡献，在这条半导体之路上，他们有过迷茫，有过错误，遇到过挫折，一路跌倒，一路前进，失败的经验远比成功的经验要多。

五六十年代芯片的起步，一路高歌却没有走向产业化和市场化。七八十年代的芯片曲折，反复引进海外技术却没有消化吸收。千禧年的芯片，我们有了一些进步，芯片的设计迎头赶上，而芯片的制造依旧在追赶的过程中。

一路看来，唯有致敬，有些往事，理应铭记。

看向未来，中国半导体事业仍在继续，所面临的挑战也更多，我们仍受到美国的科技封锁，我们依旧在《瓦森纳安排》的协定中，进口高科技设备和技术都会受到美国限制。

对此我们的应对措施，唯有独立自主。

2014年9月份，规模达千亿的国家集成电路产业投资基金挂牌成立，寻找着行业内的潜力公司重点扶持，并且不干预生产经营，保证企业的独立运作。至于效果如何，现在下结论为时过早，但或许可以避免908、909工程之时的一味引进技术，过分依赖外资。

未来能不能突破美国科技封锁，黑马不得而知，但我们这个民族有一点很好的是，越是困难时刻越能团结一心，犹如前辈大师们在一穷二白下的努力，为的也只是四个字：独立自主，黑马也衷心希望多年后，这四个字的愿景能够真正实现。

前段时间，黑马看到了一则新闻，上海微电子将在2021-2022年交付第一台 28nm 工艺的国产沉浸式光刻机，国产光刻机将从此前的 90nm 工艺一举突破到 28nm 工艺。

这一振奋人心的消息，无疑昭示着：中国的芯片故事，还会前进。