马佐平谈半导体芯片科技发展：中国IC亟需自主创新

“中国市场三个特点：市场规模世界第一，增长速度世界第一，贸易逆差世界第一;2014年6月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》。现在估计是一共有一千五百亿美元要投入进去，很可惜这个钱主要拿来建新的IC，很少有拿来往前创新。”，耶鲁大学终身教授、中国国家科学院外籍院士，美国工程学院院士马佐平9月4日在哈尔滨市人民政府主办、《财经》杂志战略支持的“2017东北科技金融与产业振兴高峰论坛”上表示。

马佐平表示，过去五十年来，IC技术的发展遵循着摩尔定律，硅基的CMOS技术将继续发展，直到2025恩年2025恩年以后新的晶体管材料将被用来辅助硅基的CMOS技术，中国是世界最大的芯片消费国，大多依赖进口，有万亿大资金，已有20座新厂正在新的筹建中，会对世界的IC芯片产生巨大的影响

以下为发言实录：

现在给大家介绍一个概念，现在正在推这个，希望历史学家可以认同我的观点。我们现在正处于硅器时代，怎么说呢?在我们人类的历史上，我们经过了石器时代、铜器时代、铁器时代，经常就说在那个时代我们人类依赖某一种器材，某一种材料，对我们的生活影响最大，所以石器、铜器、铁器，依此类推，我现在就推这个观点，我们现在是硅器时代，硅，半导体对我们人类的影响绝对不会比石器、铁器、铜器对人类的影响小，大家要是认同的话可以一起推这个概念。依此类推的各个时代都超过几千年了，所以有人说硅器差不多没落了，硅器现在才是幼稚园，现在才不到半个世纪，所以我觉得至少还可以向前走一千年，所以有人要问你们找这个硅器有关的肯定没错，现在我们看看数字电视、智能手机等等，人手一个，对不对?如果没有硅器是不可能的。我现在特别提一下我们的学生，大家每天大家都拿着手机照相，没有他是不可能的，他是照相芯片的发明人Fssum，也是我的学生，发明了U盘，像我们今天这个演讲，Stefan，他比我年轻很多，为什么他退休了?因为他钱太多了，不用做事了，我还不能退休，我才72岁。互联网因为也是唯一的这种计算能够，GPS，导航用的，电玩，电子游戏，大家看一下，少看这个，它里面所用的芯片都比超级电脑有那么大的运算能力，因为它有很多技术可以跟人互动，甚至是太阳能电池，都是用硅的芯片，国房电子，如果说哪个国家如果说国防要强的话，电子方面一定要强，最近的一个例子，这十几年来很重要的一个武器无人飞机，可以侦查，可以轰炸等等。自驾汽车，这个是无人驾驶的汽车已经科技上没有很大的问题了，但是在很多方面还不能推行，法律上的问题。多数发达的国家电子是最大的产业，而且是最迅速发展的产业，在二十多年前电子工业，汽车工业已经超过了电子工业，到了二十年前左右，电子工业超过它了，汽车工业的产业是钢是最重要的，也是超过集成电路的，超过钢铁，而且它的成长速度非常快。

再看看全世界的GDP，它的基础是集成电路，到了2020年左右这几年大概要四千亿美元，电子产业大概是十一倍左右，电子信息产业，是它的六倍，所以这个电子信息产业是非常非常重要的，它的基础就是IC。电子产业的基础就是半导体，我们现在如果拿一个非常的简单的计算器，你把它打开以后，里面就是有一个芯片，那么那个芯片大小也不过一个指头那么大，这个芯片从哪里来?就是从金元(音译)这个人，是一个操作员，是一个半导体生成的厂里面，这个人全副武装像太空一样，不是保护它，是保护着金元，人是发射的各种不同的干扰的元素，这些跑到金元上面就产生影响。做了几百道工艺以后就金元上一个一个的芯片出来了，用了高配速的程序，大家可以看到一些花纹在这个上面，但是还不太清楚，非常高配的，看到这个芯片里面各种的接线，但是真正的器件是埋在这个下面，这个是一般的光学显微镜是看不到的，得用电子显微镜，那么电子显微镜就可以看到上面的连线，上面的都是铜，这个比较细的就是上面连线的，大概是一个微米，那一个微米什么概念呢?就一个人的头发的平均它的直径大概是一百，五十到一百个微米，所以一个头发它的一个界面可以放很多很多的这样的一些。还看不到晶体管，更大倍数的电子显微镜，看埋在铜的下面有一些隐隐约约的看得到的是，这个已经是最大倍的扫描式的电子显微镜，还是看不清楚，可以看到在45纳米得到这个信息，45纳米是最先进的，现在已经非常多的，现在来中兴国际都已经会做45纳米了，其实它们的周到长度30纳米，现在是45纳米，还会更小。相对来讲在194几年，1950年代初，第一部电子计算机，在这里是用手摇式，机械式，这个是专门是为了要计算弹塔，发射火箭，那个时候已经是最快了，用这个真空管计算的，你看这要一个蛮大的空间，这一个一共只有三千多个人，相对来说我们现在每一个手机是几十亿个人，速度是非常非常快了，它的一个很大的问题是可靠率不行，每十分钟，烧坏了手机，在里面操作坏了拔出来再换，所以这种可靠率，大概现在是几十亿个人去，真空管不可能一微秒的操作。

在我们实验的还有这样一个，就是它的一个门，一门，你看原来这个计算机都是真空管做的，这个是相当于有三千多个这样的人，每一个人相当于一个变压器，每个电几十瓦，相当于以前的电灯泡那么多，如果现在还用这个管子，它的电，比我们冰城哈尔滨储蓄用的电还要大，你想十几亿乘上几十瓦，整个哈尔滨的电都不够，后来引进到现在，我们现在只要用电子就可以了。后来发明了晶体管，这三个人Bardeen、Brattan、Shockley1948年发明的，是划时代的，是获得诺贝尔奖的。这三个人，Shockley在前面，后面的，这三个人，其实把这两个人，前面的Shockley是他们的老板，在欧洲原油，当他知道这东西快出来了，就跟这两位工程师说，物理学家，说你们如果发现了这个现象，赶快告诉我，等我回来处理，所以当发展了晶体管的现象的时候就发电报，我们的Shockley高速回来，发了一个很大的记者招待会，他，这个老板站在最前面，所以他们都获得了诺贝尔奖的，所以你们做学术的要想得诺贝尔的，一定要上媒体，所以这个老板真正的了解，实际上Shockley有一套理论。到了十年以后，这个人叫JackKilby五，他拿两个电阻，一个电容，配在一起，就叫做集成电路，然后就申请专利，专利非常好，但是同样的在那个时候，这位叫做RobertNoyee他也申请专利，他才是我们现在的集成电路的始祖，就是这样几个连起来，后来为什么这个人，JockKilby得到了诺贝尔奖，因为RobertNoyee过世了，因为诺贝尔奖是不给死人的，所以这是一个很大的教训，千万健康要努力，就像我们几年前一个化工系的教授，他虽然诺贝尔没有给工程的，但是他化工系他做了一个跟化学的，跟生物很有关系的，他后来就得到了诺贝尔奖，诺贝尔奖的时候说，他就可以请二十个院士，就请了二十个学生，拿到了奖，第二天他犯心脏病，第二天有一个诺贝尔奖的演讲，他心脏病，结果他的学生，我的好朋友就在讲台里面得了诺贝尔奖，他说我很荣幸，这个人得过诺贝尔奖的，这个教训还好他是在得奖那一天没有得心脏病。好，后来有了一个重要的里程碑，Intel，1970年发明了，一千位元，大家注意这个，一千位元21块，1970年，五年以后，33块，然后又1979年，非常聪明的一个工程师，他用各种的实验，到头了，用了4K，六万四千位元，因为它是叫软的一种错误信号，从，当然可以从纵线上来，或者是在他的包装上面，非常公众的一种金属包装，贵重的金属里面有很多，里面很重的金属，重金属发射一些信号打造这个芯片上，然后下来的时候就没办法，所以Intel就宣布不做这个，因为那几个老板不是物理的就是工程的，非常懂得这个道理，我们不做这个，日本人不懂，不懂他那一套，低着头做，六万四千位，二十五万六千，没有问题，就做出来了，一百万元的位元的出来了，四百万都没有问题，后来日本就变成了领先，美国就是因为这个判断拱手让给日本，但是错误的原因非常好的一个决定是完全正确的，DRAM是一个非常难赚钱的，有时候赚的要命，第二天就亏掉，所以这个是非常非常不稳定，Intel转了以后每年都转，信息错误而得到的决定是正确的。这是Inte的处理器，8位，NMOS是非常重要的，最重要的是这个，8088，16位的微处理器，这个是IBM，就是PC，个人电脑，第一个就是用这个8088，后来这个更重要了，大家都知道以前的IBMX286，就是用这个，后来386，486，每一个每一个都经过几年以后它的速度增长很快，用了多少PC管增加，286、386、486，大家会问了，Intel的这些工程师怎么没有想象力，怎么就会用什么86，下一个叫奔腾，为什么叫Pentium，从希腊古文里找到的东西，电脑，下一个你猜会用什么的应用?Pentium1、奔腾2、奔腾3、奔腾4，工程师还是没有太多的想象力，整个的创新非常非常大。IC芯片的进展过去五十年Moore，这个人叫Moore，是Intel的一个创始人之一，就是在IC的芯片上面数量每三年增加四倍，因此它们的速度，它的费用降低，可靠性增加，也是成倍的增加，它那个时候在1965年，它就是这么五六年的就可以了，从年龄往上一推，就是这样，以后发展出来是这样，每年一个增加，三年增加四倍，可是第一次他1966年发表的时候没有人注意，到1976年把新的一些数据放上去，果然就是跟着它那个，它就是一个比较严肃的论文，从那一次大家就非常非常注意到他的Moore，摩尔定律，这个是从1960年代各种不同的产品都是到摩尔定律上，因此在一个笔尖上面有几千万的，记忆镜片来看的话非常深刻，64KB，是不行了，已经是最密的了，64K可以存一页书，到了后来，日本人一直往前嘛，到现在的差不多几个GB的，整个的图画都可以存到里面，同时运算的处理也是运行，这一点，这都是因为每一个器件的向上，1970年代开始着手做这个方面的研究的时候，到现在是几十个纳米，就差了几百万倍。IC芯片的销售也是指数性的成长。成本，降得非常非常快，我们再用DRAM做个例子，这个画的就是一百万个位元成本，你想刚刚推出DRAM的时候一千位元，如果那个时候换三块钱，如果要买一百万个位元的话，需要花两万多块，买到一个一百万位元，什么概念?可以买一个汽车，一部汽车才能买一个芯片，现在一百万个位元不到一分钱，一分钱可以买很多很多百万位，别说汽车了，一分钱在美国连泡泡糖都买不到，进步就这么快，这是跟摩尔定律有关的。这个朋友半导体很多用到的数据，派定律，每一代的DRAM价格在三年以后都下降到二分之派，刚刚出来的时候大概是二十多块钱，等到三年以后，新的那一代出来了，它就降到二分之派，或者是二分之派其实就是一块五左右，为什么说三块钱的定律，说派定律，三块钱的定律，派的就商量一下没什么学问，派定律是有学问的。到现在你去买一个G的，几十亿的位元也就是一块多，这个东西也是符合摩尔定律还是维持的，因为你最先出来，比如你的成本是三块钱，第一个出来是可以卖二十几块，得卖二十几块，到第二年的时候，你还是成本三块钱，你可以卖六块，还是赚，第三年的时候就只能卖一块五，成本是三块，不是大赔吗?所以你越早出来你就越赚，你太慢出来就赔，这个跟一般的经济学不太一样，卖鞋子、卖衣服或者卖稻米什么，还可以把它存着，像价钱好的时候再买，价钱不好时候不卖，我为什么做芯片的那么傻?价钱那么不好还要卖?为什么?不一样的经济学，因为最大的成本在我们这行，制造芯片，最大的成本就是派，就是投入的资金，比如现在一个厂至少要五十亿美金起价，最起码五十亿美金，这个五十亿美金到五年后不值钱，因为人家已经往前进了两代了，你还在那一代，你没有竞争，所以这个五十亿就等于说没有了，为什么?一年就要亏十亿，你卖不卖都是亏十亿，如果卖，也许只亏五亿，还是要卖啊?不卖我亏十亿，因为所有的人工、材料什么什么，都不占它20%，最重要的就是资本投资，所以很多人说来中国做半导体是因为人工便宜，不是，人工是非常少的一部分，是什么呢?市场，到这面来市场非常大。

如果汽车制造业，如果各位在汽车制造业做机械工程师，专门做汽车方面的，比如说一点都没有竞争，跟我们这个芯片来说，在这么几十年来你看看汽车到现在跟以前，假如它有这么快的进展的话，每一辆汽车应该售价五分钱，每小时跑四万多公里，也就是从这到新疆再回来都没有问题，每公升汽油可以跑四千公里，这样来看芯片技术多么多么的，摩尔定律。有兴趣下面讲一些中国的现状跟未来。

我们在中国的通讯设备、个人电脑和消费类电子，过去十年中国的集成电路消费每年增长25%到30%，中国的集成电路组成各种消费的，手提电脑、电视等等，市场需求是2016年其实已经超过了两千亿元，占世界世界总体销售量的45%，非常大的，主要是消费电子，通讯设备、汽车，我们的芯片的贸易逆差越来越大，到去年的时候逆差有一千五百亿，我们石油的逆差也只有一千亿美元，这里是中国最大的一项，单项的贸易逆差额。所以为什么中国现在要发展要大于芯片方面。

中国市场三个特点：市场规模世界第一，增长速度世界第一，贸易逆差世界第一;所以2014年6月，国务院正式批准实施国家发改委按、科技部、财政部、工业和信息部同步发文，第一年12000个亿人民币，后来发现可能要更多，现在估计是一共有一千五百亿美元要投入进去，地方有兴趣要争取这方面的，主要是用来，很可惜这个钱主要拿来建新的IC，很少有拿来往前创新，很可惜，世界推动着人，所以他不愿意做创新研发，它想达成的目标2020年能制造40%国内所需的芯片，2025年现在看来是不可能的，达到70%，最大的成果是2016年是达到了120，比2015年增加了1%，有20个新厂在破土或规划，有些可能是从北京来的，武汉来的，这些地方都在项目以后兴建新的厂，每一个厂说过至少50亿美金，像武汉的这个两百多亿美金，都是远超过50亿美金，还有国外的厂，都来这边设新厂。这个表，有很多人有兴趣，大家看一下，各位如果芯片投资的话，芯片方面想要创业，我认为发展有关物联网方面的芯片，有关大数据的芯片，区块链的，这些所谓的金融的创新的芯片，人工智能芯片，这方面都是。

隐忧，政策制定较为短视，几个外力进去还是要跟着人家跑。所依靠的“专家”，不去深入了解IC芯片的资格，都说要怎么怎么样出钱发展，有些“专家”在资源分配上，我在科学院，中国科学院开会的时候提出来，所有的新厂的产品都采用落后国际先进厂家2—3代的技术，不需要先进的，可以马上创造生意，几万亿几万亿的，好，总结，过去五十年来，IC技术的发展遵循着摩尔定律，硅基的CMOS技术将继续发展，直到2025恩年2025恩年以后新的晶体管材料将被用来辅助硅基的CMOS技术，中国是世界最大的芯片消费国，大多依赖进口，有万亿大资金，已有20座新厂正在新的筹建中，会对世界的IC芯片产生巨大的影响，谢谢。