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集成电路研究综述
（涂希文）
摘要： 集成电路（IC）是二十世纪重要的发明之一。它被广泛地应用于国民经济和社会的一切领域,其发展规模和技术水平已成为衡量国家地位和综合国力的重要标志之一。IC产业是知识密集、技术密集和资金密集型产业，世界集成电路产业发展异常迅速，技术进步日新月异。IC技术作为推动国民经济和社会信息化的关键技术,关系到国家产业竞争力和国家信息安全。虽然目前中国IC产业无论从质还是从量来说都不算发达，但伴随着全球产业东移的大潮，中国的经济稳定增长，巨大的内需市场，以及充裕的各类人才和丰富的自然资源，可以说中国集成电路产业的发展尽得天时、地利、人和之势，将会崛起成为新的世界IC制造中心。本文在研究过程中，对集成电路的发展历程进行了回顾，并对当今世界IC产业的主要国家及区域的现状及未来计划进行调研,结合我国的IC产业的发展现状进行了深入分析，本文欲抛砖引玉，***同探讨中国IC的振兴之路。本文***分六章。第一章，导论，分析研究的背景和本文研究的意义。第二章，集成电路产业的国际比较，对于集成电路的发发展进行了回顾,着重介绍美国、日本、韩国和我国台湾地区的集成电路发展历程,并深入分析了其能处于世界领先地位的原因。 第三章主要介绍了我国集成电路的发展历程,并在大量数据分析的基础上深入剖析我国集成电路的发展历程、现状、存在的问题并预测了我国集成电路的发展趋势。第四章，提出了构建我国集成电路自主创新战略的战略指导思想与原则。 第五章，研究我国集成电路自主创新战略的对策和措施。第六章，全文总结与展望。综合并集成前面各章的相关结论,得出一些综合性结论要点。集成电路发展研究是一个新课题,本文尽管做了一些研究,但仍然存在不足,很多重要的问题还有待于今后更为深入的研究和思考。
关键词：集成电路 集成电路产业 现状 趋势 对策
集成电路是以半导体材料为基片，经加工制造，将元气、有源器件和五连线集成在基片内部、表面或基片之上，执行某种电子功能的微型电路。从20世纪50年代开始，集成电路制造技术经历了从小规模集成（SSI) 、中规模集成（MSI）到大规模集成（LSI）阶段，乃至进入超大规模集成（VLSI）和甚大规模集成（Ultra Large Scale Integration,ULSI)阶段。尤其在过去的30年中，集成电路几乎完全遵循摩尔定律发展，即集成电路的集成度每隔18个月就翻一番。进入20世纪90年代以及21世纪以后，其设计规模由VLSI、ULSI向G规模集成（Giga-Scale Integration,GSI)的方向发展，于是，越来越多的功能，甚至是一个完整的系统都能够被集成到单个芯片之中。电子系统设计已从板上系统（System on Board,SoB)、多芯片模块（Multi-Chip Modules,MCM)进入到系统级芯片（System on Chip,SoC)时代。集成电路的飞速发展体现出如下特点： 特征尺寸越来越小，芯片面积越来越大，单片上的晶体管数目越来越多，时钟频率越来越高，电源电压越来越低，布线层数越来越多，I/O引线越来越多。美国半导体工业协会SIA组织给出了1997年到2009年美国集成电路工艺发展趋势。随着集成度的提高，芯片内部晶体管数目越来越多，集成电路设计的复杂性越来越高，传统的手工设计和适应小规模的设计模式已经不再适用。为了设计复杂的大规模集成电路，人们越来越借助于电子设计自动化（EDA）工具。随着科学技术的迅速发展，和对数字电路不断增强的应用要求，集成电路的发展将对社会的法展起决定性的推动作用。
第一章 研究的背景与意义
全球IC的快速发展,对IC的研究也越来越多,跨国公司直接投资进入对东道国市场结构效应的影响成为国际投资研究的重要前沿领域之一。外商直接投资对东道国市场结构的影响在很大程度上取决于外资进入方式的选择。不同的进入方式对东道国市场结构的影响是不同的,跨国公司与东道国本土企业之间的利益分配也是不同的。跨国公司纷纷进入中国集成电路产业,投资建厂,充分利用本地资源优势,本土企业与跨国公司并存的情况下,本土企业面临着发展的机遇和挑战。新世纪IC产业的变迁为中国IC产业的崛起带来了机遇，如果我们能抓住这一有利时机，中国不仅能成为IC产业的新兴地区，更能成为世界IC强国。在世界IC产业风云骤变之际，相对薄弱的中国IC产业蕴含着潜龙腾空的契机。
第二章 集成电路产业的国际比较
美国于1981年由国防部高级研究计划局（DARPA）开始了MOSIS计划。该计划除了提供多项目晶片（MPW）服务外还订出了一套与厂家无关的设计规则和元件库，符合MOSIS规则的设计将可以在所有支持MOSIS规则的厂家进行生产。美国国家安全局（MOSA）和国家科学基金会（NSF）从1985年开始介入该计划。支持该计划的厂商有IBM、AMI、安捷伦、惠普、TSMC、SUPERTEX、PEREGRINE等，已经可以支持0.13微米的设计和制造。由于MOSIS计划的实施卓有成效，其他国家纷纷效仿。
欧洲一直在跟踪美国的MOSIS计划。欧盟发起的EURO PRACTICE是一个面向工业界的类似美国MOSIS的集成电路组织，德国、比利时、意大利、法国、荷兰、挪威、丹麦、英国、西班牙、瑞典、瑞士、爱尔兰等十一个国家的61个生产、设计和培训机构提供多种统一标准的包括多项目晶片在内的服务。
韩国的IDEC（IC DESIGN EDUCATIN CENTER）是在韩国政府和主要的半导体工业界与1995年成立的以培养人才为主的支持机构。
我国仅台湾省的国家晶片设计中心（成立于1991年）。其宗旨是“为提升基础研究水准，建议成立类似美国MOSIS集成电路设计服务单位，提供微电子系统设计人员更方便之IC制造服务；并推广IC设计概念至咨讯、通讯、消费性电子、精密机械、自动化、航天航空、光电等领域之产业及研究发展单位。”
此外，国际上对于CPU的研究与实验性实施很多，而真正能够生产的却很少。主流体系结构的完整硬件描述层出不穷。欧洲空间局（ESA）公布了完整的SPARCV7和SPARCV8的HDL（VHDL,VERL LOG）描述。但是高速CPU的设计和实施关键却是集中在集成电路版图上，例如，美国DEC公司的ALPHA处理器在1992年就以0.75微米的工艺实现了64位处理器21064，并达到了200兆赫的时钟频率，稍后，以0.5和0.35微米的工艺实现了21164，分别达到了300和433兆赫的时钟频。中国远落后于之,我国落后于其他国家的根本原因：一是缺乏自主知识产权 ，继在上海、成都设立集成电路封装测试工厂之后，英特尔公司宣布，将在大连投资25亿美元建立该公司在亚洲的第一个300毫米晶圆工厂，这使英特尔成为继法国STM公司之后，第二家在中国拥有完整产业链的国外半导体巨头；二是落后在整体水平， “从目前的情况看，我国在集成电路的总体设计能力方面提升较快，龙芯、众志等都是中国自主设计的具有自主知识产权的芯片产品。”科技部高新技术发展及产业化司副司长廖小罕在接受《瞭望》新闻周刊采访时表示，我国的主流芯片设计与美国相比还有几年的差距，“这几年就意味着差很多，因为在IT行业，产品的设计都是以月来计算的。” 廖小罕认为，集成电路设计是智力问题，只要我们有优秀的人才队伍、有好的团队，就能拉近与先进国家的距离，同时我们也有一定规模的芯片生产能力。但要形成规模化的集成电路装备制造业，则需要一个很长的过程。与原子弹的生产不同，集成电路产业化涉及面非常广，其发展在很大程度上体现一个国家的工业化水平。 总体上看，我国集成电路产业经过多年的发展，已初步形成了设计业、芯片制造业及封装测试业三业并举、相互协调的发展格局，但产业规模小，产业链不完善，装备制造业有待逐步建立起来。
由于高端的芯片制造技术和设备关系到国家整体经济的竞争能力，关系到国家战略，所以我国一直没有放弃发展计算机芯片产业的努力，“863”计划和国家重大科技专项都把集成电路设计列入其中。我们在追赶，但别人进步更快，从整体上看，我国集成电路产业目前仍相对落后。而影响产业发展的瓶颈还是国家工业化水平低。
信息产业部中国电子信息产业发展研究院(赛迪集团)所属的赛迪顾问半导体产业研究中心高级分析师李珂从另外的角度分析了我国集成电路产业的发展状况。李珂介绍说，按照摩尔定律，半导体技术18个月就要前进一代，目前45纳米技术最为先进，65纳米技术次之，90纳米技术为当下国际主流技术，在国内也是领先的。从技术水平看，我国集成电路近5年来发展极为迅速，国内领先的技术与国际水平相比大约有5年左右的差距，问题是整体水平相差很大。
集成电路生产中所需设备96%需要进口，原材料半数以上需要进口。如封装过程中需要的金丝线，国内的生产工艺达不到要求，高纯度的气体、试剂等都需要从国外买进。“这些东西不是我们不能做，麻烦的是工艺和品质得不到保障。”李珂强调说。
国家发改委副主任张晓强指出，该项目是近几年来中美经济合作最大的项目之一，将对中国信息产业的发展带来积极影响，并将从推动人才发展、改进基础设施和产业供应链等方面，全面提升中国在全球高科技产业价值链中的地位，对中国东北老工业基地区域经济和集成电路产业发展具有积极意义。
“但政府必须对此有清醒的认识，不管什么样的企业来华建厂，都不能替代自主发展、自主创新。只有我们自己不断地创新发展，不断地学习和积累自身的实力，才会有更多的发展机会、更多的话语权。”接受《瞭望》新闻周刊采访的清华大学教授魏少军强调。
第二章 我国集成电路的发展
2008年，中国集成电路芯片制造业产业规模比上年下滑1.3%，其衰退幅度甚至大于中国集成电路产业整体下滑的幅度。从往年的统计数据可以看到，2007年中国集成电路芯片制造业的增幅为23%，2006年增幅为32.5%，巨大的反差已足以说明芯片制造业所面临的困难有多大。与2001年因网络泡沫破裂而导致的半导体产业急剧下滑相比，2008年全球半导体产业的衰退幅度虽然不像当年那样大，但其波及的产业领域更广，并且持续的时间还难以预测。受国际金融危机影响，2008年全国市场销售额为5973亿元，同比增长6.2％，这是中国集成电路市场首次出现个位数增长。来自工业和信息化部的数据显示，2008年四季度，国内许多集成电路业工厂订单量减少10％以上，产能利用率不足30％。2008年全年电子信息产品进出口总额8854.3亿美元，同比增长10％，增速比上年同期下降13.4个百分点。其中，11月电子信息产品月进出口额出现负增长。2009年3月，我国集成电路出口约38.94亿个，出口总金额约为16.86亿美元，比2月增长19.4%，比2008年同期减少13.9%。1-3月，我国集成电路累计出口约87.12亿个，比2008年同期减少19.7%；累计出口总金额约为42.52亿美元，比2008年同期减少21.5%。2008年下半年开始的全球金融危机对我国集成电路出口造成了很大影响。从2008年11月开始，我国集成电路出口额首次出现同比负增长。截止2009年3月底，我国集成电路的出口额已经连续5个月同比出现负增长。其中，1月份的同比降幅最大，达37.6%；2月和3月的同比降幅有所趋缓，分别为12.3%和13.9%。1月、2月和3月集成电路的出口金额呈逐月上升趋势，但由于全球金融危机余波还未消散，对我国集成电路出口的深远影响还有待观察。2008年11月，国家宣布今后3年，铁路建设投资将达到3.5万亿元，作为相关产业的集成电路行业将从中获益。国务院不久前出台的电子信息产业调整振兴规划又明确指出，将“建立自主可控的集成电路产业体系”，“加大投入，集中力量实施集成电路升级”。对国内集成电路行业来说，政策环境正在不断改善，都将为行业创造良好的外部环境。中小企业应紧紧抓住扩大内需为集成电路产业带来的机遇，重点开拓新市场和技术应用新领域，提高创新能力，努力实现企业在特定领域技术和产品的领先优势。
2009年国内集成电路产业仍将保持增长的态势，但增幅将继续回落。预计2009年产业的整体增幅在4%左右。从2008年国内集成电路设计、芯片制造与封装测试业的发展情况看，产业均受市场的低迷影响，制造业所受的影响最为明显。全年芯片制造业规模增速仅为1%，各主要芯片制造企业均不同程度出现产能闲置、业绩下滑的情况。封装测试业虽然也普遍遇到订单下降、开工率不足的问题，但情况相对较好，全年的行业增幅在7%左右。
除了与别国技术上的差异外，另外一个值得注意的情况是，很多通用的体系结构及其细节都被人申请了专利，这个情况使得我国的工作很难进行，需要国家高层领导人站在国家和民族战略利益的高层次以国家行为进行协调。
今天，我国已经具备了物质条件和一定的技术能力，因为我国境内已建成和在建一批集成电路生产线，其生产工艺及参数可以掌握和控制。同时我国已经拥有一些关于集成电路体系结构和数字与模拟设计的专门人才，通过政府的主导，合理组织这些资源，使我国在集成电路和微处理器方面突飞猛进是可能的。
第四章 构建我国集成电路创新战略
就目前形式来看，我国要研究集成电路的发展规律，形成***识；要统一规划，集中领导；要完善创新体系，加快技术创新；要抓住信息产业转移机遇，优化产业链结构；要向高技术密集、新知识密集转移；要增强、提升大公司的国际竞争力；要解决好我国IC发展的关键问题；要加强海峡两岸IC产业的合作；要提高我国 IC 产业发展的可持续性等。总之，集成电路产业是信息产业和现代制造业的核心战略产业，其已成为一些国家信息产业发展中的重中之重。集成电路设计要与整机开发相结合，积极支持有条件的整机企业建立集成电路设计中心，设计开发市场较大的整机所需的各种专用集成电路和系统级芯片。开发生产有自主知识产权集成电路产品，有条件地逐步扩大国内现有的集成电路生产线的生产能力，加强工艺技术、生产技术的研究与开发，加快现有生产线的技术升级，形成规模生产能力，提高产品技术水平，扩大产品品种。实施优惠政策，改善投资环境，积极鼓励国内外有经济实力和技术力量的企业或投资机构在国内建立集成电路芯片生产线。
第五章 我国集成电路发展的对策及措施
一、由政府主导制订出集成电路的长期发展计划和具体的发展技术规范，鼓励国内厂商、大学和科研机构采用，其技术和人才作为国家战略资源加以保护和扶持。建立国家电路设计中心，开发和维护一套可信、可靠的设计工具、设计规则、各种先进的和普及的电路库等基础数据。培养、吸引和保持大量的人才，为今后的大发展打好基础。采取严格保密制度，以国防、国家安全和政府应用为突破口，打破专利限制，全面掌握各类技术，同时积极运用国家的政治、经济和军事力量，制定出一系列对应方案，化解和顶住可能发生的外部压力。
二、对国家批准的集成电路重大项目，因集中采购产生短期内难以抵扣的增值税进项税额占用资金问题，采取专项措施予以妥善解决。具体办法由财政部会同有关部门制定。为完善集成电路产业链，对符合条件的集成电路封装、测试、关键专用材料企业以及集成电路专用设备相关企业给予企业所得税优惠。具体办法由财政部、税务总局会同有关部门制定。
三、国家大力支持重要的软件和集成电路项目建设。对符合条件的集成电路企业技术进步和技术改造项目，中央预算内投资给予适当支持。鼓励软件企业加强技术开发综合能力建设。国家鼓励、支持软件企业和集成电路企业加强产业资源整合。对软件企业和集成电路企业为实现资源整合和做大做强进行的跨地区重组并购，国务院有关部门和地方各级人民政府要积极支持引导，防止设置各种形式的障碍。通过现有的创业投资引导基金等资金和政策渠道，引导社会资本设立创业投资基金，支持中小软件企业和集成电路企业创业。有条件的地方政府可按照国家有关规定设立主要支持软件企业和集成电路企业发展的股权投资基金或创业投资基金，引导社会资金投资软件产业和集成电路产业。积极支持符合条件的软件企业和集成电路企业采取发行股票、债券等多种方式筹集资金，拓宽直接融资渠道。
四、充分利用多种资金渠道，进一步加大对科技创新的支持力度。发挥国家科技重大专项的引导作用，大力支持软件和集成电路重大关键技术的研发，努力实现关键技术的整体突破，加快具有自主知识产权技术的产业化和推广应用。紧紧围绕培育战略性新兴产业的目标，重点支持基础软件、面向新一代信息网络的高端软件、工业软件、数字内容相关软件、高端芯片、集成电路装备和工艺技术、集成电路关键材料、关键应用系统的研发以及重要技术标准的制订。科技部、发展改革委、财政部、工业和信息化部等部门要做好有关专项的组织实施工作。在基础软件、高性能计算和通用计算平台、集成电路工艺研发、关键材料、关键应用软件和芯片设计等领域，推动国家重点实验室、国家工程实验室、国家工程中心和企业技术中心建设，有关部门要优先安排研发项目。鼓励软件企业和集成电路企业建立产学研用结合的产业技术创新战略联盟，促进产业链协同发展。鼓励软件企业大力开发软件测试和评价技术，完善相关标准，提升软件研发能力，提高软件质量，加强品牌建设，增强产品竞争力。
五、对软件企业和集成电路设计企业需要临时进口的自用设备（包括开发测试设备、软硬件环境、样机及部件、元器件等），经地市级商务主管部门确认，可以向海关申请按暂时进境货物监管，其进口税收按照现行法规执行。对符合条件的软件企业和集成电路企业，质检部门可提供提前预约报检服务，海关根据企业要求提供提前预约通关服务。对软件企业与国外资信等级较高的企业签订的软件出口合同，政策性金融机构可按照独立审贷和风险可控的原则，在批准的业务范围内提供融资和保险支持。支持企业“走出去”建立境外营销网络和研发中心，推动集成电路、软件和信息服务出口。大力发展国际服务外包业务。商务部要会同有关部门与重点国家和地区建立长效合作机制，采取综合措施为企业拓展新兴市场创造条件。
六、加快完善期权、技术入股、股权、分红权等多种形式的激励机制，充分发挥研发人员和管理人员的积极性和创造性。各级人民政府可对有突出贡献的软件和集成电路高级人才给予重奖。对国家有关部门批准建立的产业基地（园区）、高校软件学院和微电子学院引进的软件、集成电路人才，优先安排本人及其配偶、未成年子女在所在地落户。加强人才市场管理，积极为软件企业和集成电路企业招聘人才提供服务。高校要进一步深化改革，加强软件工程和微电子专业建设，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，努力培养国际化、复合型、实用性人才。加强软件工程和微电子专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设。教育部要会同有关部门加强督促和指导。鼓励有条件的高校采取与集成电路企业联合办学等方式建立微电子学院，经批准设立的示范性微电子学院可以享受示范性软件学院相关政策。支持建立校企结合的人才综合培训和实践基地，支持示范性软件学院和微电子学院与国际知名大学、跨国公司合作，引进国外师资和优质资源，联合培养软件和集成电路人才。按照引进海外高层次人才的有关要求，加快软件与集成电路海外高层次人才的引进，落实好相关政策。制定落实软件与集成电路人才引进和出国培训年度计划，办好国家软件和集成电路人才国际培训基地，积极开辟国外培训渠道。
第六章 集成电路发展展望
在国家各项扩大内需政策的带动下，集成电路设计业将是今后3年国内集成电路产业中增长最快的领域，预计其今后3年的年均复合增长率将达到14.9%，到2011年设计业规模将达到845.4亿元。随着大量在建芯片生产线的陆续投产，国内芯片制造业在未来3年也将呈现止跌回升的势头，其3年的复合增长率预计将为5.8%，到2011年时其销售收入规模预计为465.07亿元；封装测试业未来则将保持目前稳定发展的势头，到2011年其销售收入规模预计将达到736.7亿元，年均符合增长率为6.0%。
参考文献
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