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盘古新闻
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盘古智库向韩国三星了解芯片研发经验




 


美国商务部此前公布的“301”调查报告中曾对“中国制造2025”计划指手画脚。日前,美国政府再次祭出打压中国高科技产业的组合拳——对中国知名通信企业中兴执行为期7年的出口禁令。而从另一角度看,中兴事件也再度暴露出中国在包括芯片在内的关键核心技术领域长期受制于人的现实。


 

4月19日,盘古智库理事长易鹏在盘古智库与韩国三星研究院研究员SEAN CHAE等人进行座谈。


座谈中,易鹏着重向韩方客人了解了三星电子在芯片研发领域的经验。


座谈会现场


韩方人士介绍说,三星芯片研发是从上世纪80年代初开始的,到90年代中后期达到世界先进水平,用了差不多15年时间。日本当年讲韩国用15年也无法超越日本,结果是韩国只用了不到10年时间便超越了日本。如果中国潜心钻研,尽量不受外部因素干扰,有可能像当年的韩国一样,用不到10年时间便实现超越。


韩方来客指出,三星的经验主要从技术层面和战略层面加以归纳。从技术层面讲,韩国当时通过两个途径,第一向日本学习、引进技术,第二是去美国学习、引进技术,然后基于对日本和美国技术的整合,独自研发出自己的技术。从战略层面讲,在官方资助下产学研一体,学习而不是照抄,在这方面“他山之石并不完全可以攻玉”。其实,不管是芯片还是半导体行业,其发展都有周期性。上世纪90年代初期半导体处于低谷期,日本国内不看好其未来发展于是减少投资,而韩国在行业低谷期坚持猛烈投资,最终在产业回弹期取得收获。


韩方人士说,目前中国在非存储器领域已做得很好,存储器领域则还有很长路要走,必须尊重周期规律,需做长远打算,同时把握好周期和时机。


韩方人士认为,中国半导体产业的优势条件主要有三:一是中国市场巨大,形成规模后可以显著缩短投资回报周期;二是可学习的对象众多,除了美国外,也能向韩国、日本、以色列等国学习;三是中国的人工智能产业发展较快,有助于芯片发展。


韩方人士同时提醒说,韩国政府的确在芯片研发领域坚持给予企业大量的资金和政策支持,但市场开发和技术钻研是企业自己的事情,这方面政府没有直接参与,也无法直接参与。中国的芯片制造能力培育必须在开放过程中依托市场进行,关上门靠大干快上是做不出来的。


韩方人士还判断,中美贸易争端对芯片领域的波及对韩国未必意味着机会,甚至可被视为挑战,因为随着中美相关贸易往来的减少,中国自韩国在同一产业链上的进口也会相应减少,另外中国也会更加倾向购买国内产品。

 

 



背景知识:韩国芯片的自主研发之路


 

 

自1971年英特尔发明出存储芯片DRAM的生产技术和工艺后,DRAM就一直被一套设计参数和操作原理锁定,构成所谓“技术轨道”。DRAM是一个技术要求相对较低、适合大批量生产的产品,80%以上用于计算机等信息处理器。这一领域在上世纪70年代以前一直被美国公司垄断。


过去半个世纪,世界存储芯片行业发生了三次产业转移:第一次在上世纪70年代末,从美国转移到日本,造就了富士通、日立、东芝、NEC等顶级芯片制造商,快速实现DRAM的量产;第二次在上世纪80年代末,韩国与中国台湾省加入芯片行业的主力军。如今,随着中国半导体市场的急速扩大,第三次产业转移正以中国为核心地带发生。


但尽管中国半导体消费量已占到全球三分之一,集成电路产业销售额年均增长20%以上,中国庞大的芯片市场一直被海外半导体巨头掌控,目前的自给率仅为10%左右,不得不每年从海外进口超过2000亿美元的芯片,相当于年原油进口额的2倍。《中国制造2025》提出,2020年中国芯片自给率要达到40%,2025年要达到70%。


从世界经验看,要实现芯片自给目标,必须兼有政府倾斜政策的扶持、新技术的应用载体和强大的资金支持,前期要能忍耐财务压力保持巨额持续投入。也正因为此,日本、韩国迄已获得成功的芯片产业是被资金雄厚的少数财阀掌控的。


韩国半导体产业发端于1965年,从充当美国、日本半导体厂商的组装基地开始。当时,美国的高美公司(Komy)首先在韩国投资晶体管/二极管生产设施并开始制造和封装分立式晶体管。随后,美国的Signetics、仙童和摩托罗拉等公司也在韩进行了大量活动。


1971年,韩国科学技术研究院(KIST)发展了半导体制造技术。1978年,韩国产业经济技术研究院建立超大规模集成电路试验工场,从超大规模集成技术公司引进技术。同年,三星集团将合资企业“韩国半导体”的外方资本全部买进,成立“三星半导体(株)”,并从三星电子中分离出来独立运营。同年,三星收购美国仙童公司在韩国的子公司。在进军半导体产业这段时期,三星主要通过向不景气的美国小型半导体公司购买芯片设计与加工技术引进技术。


1981年,韩国科学技术研究院(KIST)研制出4英寸晶圆制造亚微米互补金属氧化物半导体技术;韩国产业经济技术研究院(KIET)设计并生产了8位微处理机和2KBSRAM。同年,政府为推动集成电路产业的发展,制定了“半导体工业育成计划”,加强了对集成电路产业技术的开发。政府还颁布了半导体产业的基础性长期规划(1982-1986)。


1982年,三星建立半导体研究与开发实验室,主要集中于双极和金属氧化物半导体(MOS)的研制。1983年,三星建立第一个芯片工厂并开发出64K DRAM(设计技术从美国美光科技公司获得,加工工艺从日本夏普公司获得),同年三星取得夏普“互补金属氧化物半导体工艺”许可协议。此时韩国在技术上仍落后美日约4年时间。


1984年,“三星”生产出6英寸晶圆并开发出了256K DRAM,挤进全球芯片领域一线阵容。1985年,三星输出首批超大规模集成电路产品64K DRAM,并研发出256K DRAM,而且取得英特尔“微处理器技术”的许可协议。


1986年,三星开始大规模生产256K DRAM,同时开发出1M DRAM。三星经济研究院(SERI)成立,开始走上自主研发道路。同年10月,韩国政府推出《超大规模集成电路技术共同开发计划》,重点支持1-64M DRAM核心基础技术,目标是到1989年量产4M DRAM。为达此目标,韩国政府推动韩国三大半导体制造商三星、乐喜金星和现代及6所大学结盟进行技术研发,并由政府背景的电子与电信研究所(EM)居中协调,在1986~1989年间共投入1.1亿美元,政府承担了其中57%的研发经费。


1987年,电子通信研究所联盟(ETRI)生产出4MDRAM原型,相关技术扩散到半导体研究开发联盟中,三星等大企业从中获得相当多的技术经验。1988年,三星在三大企业中率先宣布完成4M DRAM设计,落后日本的时间缩短到6个月。


进入1990年代,韩国DRAM技术的国产化步伐加快,水平也有很大提高。1990年,三星电子开发出世界第三个16M DRAM。1992年,三星电子开发出世界第一个64M DRAM,与日本厂商实现技术同步。1993年,三星电子完全收购Harris Microwave,取得砷化镓IC和光半导体技术。1994年韩国在世界上率先开发出256M DRAM。1995年,三星电子开发出22英寸大型TFT-LCD并从德国西门子公司得到用于Smart Card的IC技术。1996年,三星电子开发出1G DRAM并实现64M DRAM批量生产,同年开发出世界最快的CPU(中央处理器)Alpha芯片。从此,韩国在DRAM领域处于全球领先水平,开始产业爆发。


1997年,为了持续地保持并强化竞争优势,韩国政府通过实施“新一代半导体基础技术开发项目”,成功地开发出了256M DRAM的基础技术和1G DRAM的先进基础技术。


1998年,三星电子开发出世界最小的半导体封装并成为世界第一个拥有4 GB半导体处理生产技术的厂商,它还开发出世界第一个128MB SDRAM8以及128MB Flash内存9。


1999年,三星电子开发出世界首个1G Flash内存原型并成为世界最先实现1G DDR10 DRAM芯片商业化的公司;同年三星电子开发出世界第一个1GHz CPU和世界第一个24-英寸宽屏TFT-LCD并出厂了第一批大规模生产的256M SDRAM芯片;三星电子还开发出第一款可以具备DDR制造选项的128M SDRAM。


2001年,三星电子1G闪存商业化。2002年,三星电子成功完成7种非存储器的片上系统芯片(SOC)和LCD驱动芯片、SMART CARD、CIS(摄像用图像认识设备)、RF(无线通信用芯片)等四种LSI品种的国产化,并投入批量生产。


2006年,三星开发出世界首款真正的双面液晶显示器和世界首个50nm 1G DRAM。同年开发出1.72英寸超反射LCD屏。2007年开发出世界第一款30nm 64Gb NAND Flash13内存。2009年开发出世界第一款40nm DRAM、世界功率最低的 1GHz移动CPU内核、世界最薄的3mm LED 电视面板和世界第一个0.6mm 8 芯片封装,并批量生产了世界第一款40nm DDR3 DRAM。


2010年,三星开始批量生产20nm 64GB 3 bit NAND闪存并推出高速512GB SSD。2011年,三星电子宣布斥资100亿美元打造的新芯片生产线开始量产。三星开发出行业内第一款30nm级1GB DDR4 DRAM和生产世界首款64GB MLC NAND闪存,还生产出世界上首款20nm 2GB DDR3 DRAM。


2012年,三星尝试研究业内第一款依靠DDR4内存技术的16G 服务器模块,开始大量生产智能手机和平板电脑用的最快嵌入式NAND内存和业内最高密度128GB嵌入式NAND内存,宣布通过30nm工艺生产出行业第一款2GB LPDDR2手机DRAM,并引进先进的内存存储解决方案供纤薄智能机和平板电脑使用。


2013年,三星研发出世界第一款4GB LPDDR3手机DRAM,使用的是20nm级工艺,同年开始量产PCI-Express SSD(固态硬盘)。


2018年4月消息,三星电子已利用远紫外线(EUV)设备完成了7纳米芯片工艺的开发。最初,这家韩国半导体巨头计划在今年下半年完成这项技术,但最终提前6个月实现目标。三星的这项新技术将在今年投入量产,目前该公司正准备向高通提供样品。


通过“韩国芯”发展史可以看出,韩国集成电路产业产业利用政企合作模式,通过在资金、技术和人才方面的有效运营,实现了对美日先进企业从落后、同步到领先的发展。


政企合作模式的突出特点为:资金上立法减税,政府托底,政府、财团投入不计成本;技术上政府统筹、企业合作,从引进、消化到创新不择手段;人才培育使用上拼搏进取、储才立业,形成业务增长的长期动力。


但韩国集成电路产业的发展重点多年来一直放在存储器领域,且又偏重于DRAM单一品种,造成ASIC等非存储器领域发展迟缓,相关设计、生产技术水平只及先进国家的20%,产值只占韩国集成电路生产总值的10%。为此,三星领导层在2014年调整了海外研发布局,并向员工喊话强调,三星必须要在存储器和非存储器领域都创下成果,才能称成为真正的半导体世界第一。


三星还是韩国目前唯一投入5G基带芯片研发的企业,但因缺乏经验遭遇瓶颈。2017年底有消息传出,三星正与运营商Verizon合作,加速推动Verizon 5G商转进程。到2018年初,三星宣布将提供Verizon路由器和射频服务技术,使Verizon可于2018年底前在美国加州推出5G服务。


2018年3月,《朝鲜日报》报道,韩国三星电子研制出模仿人脑的人工智能(AI)芯片,三星电子从2017年年底开始量产加强人工智能演算功能的高性能移动AP“Exynos9”,并将该芯片搭载在即将上市的高档智能手机盖乐世S9上。该芯片可一次性同时处理大量演算,就像人脑能同时处理众多信息一样。


(以上资讯部分来自网络)


执笔人:安刚 盘古智库高级研究员


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