合抱之木，生于毫末;九層之臺，起于累土;千里之行，始于足下。芯片領域是我國被“卡脖子”的突出、代表領域之一。在外部環(huán)境加劇變化的當下，“缺芯”問題更加凸顯。差距是客觀存在的，但我們也一直在進步的路上，自主研發(fā)，道阻且長。

1、3D視覺芯片

據(jù)科技日報7月初的報道，近日，中科融合感知智能研究院(蘇州工業(yè)園區(qū))有限公司(以下簡稱中科融合)自主研發(fā)的高精度AI-3D雙引擎SOC芯片，已經(jīng)在國內一家芯片代工廠進入最終流片階段。這也是全球首顆AI-3D雙引擎SOC芯片。該芯片將和中科融合2019年研發(fā)、目前已初步量產的MEMS(微機電系統(tǒng))微鏡3D結構光芯片，共同成為全國產高精度機器視覺的3D之“腦”與之“眼”。

在智能制造、金融安全、混合現(xiàn)實等眾多新興領域，3D視覺芯片技術都屬于核心基礎。然而，幾乎所有高精度機器視覺系統(tǒng)的3D視覺入口都采用了美國德州儀器公司100%壟斷的DLP(數(shù)字光處理)芯片技術。過去1年，包括2020一季度，超過數(shù)10億的資金投入智能機器視覺領域。若沒有DLP芯片，所有機器視覺設備都會“失明”，基于這一技術的系統(tǒng)投入都將付之東流。

中科融合是國內實現(xiàn)全國產替代DLP芯片在3D視覺領域的領頭羊。據(jù)CEO、中科院蘇州納米所AI實驗室主任王旭光介紹，目前市場上并不存在專用于3D的AI芯片。中科融合首次實現(xiàn)了AI-3D雙引擎集成SOC芯片，將高精度3D建模算法引擎和基于深度學習的智能引擎結合，并同時在單顆芯片中完成。

這一直接控制MEMS，同時整合了高精度動態(tài)結構光建模引擎和自研NPU雙引擎的SOC芯片，具有以下幾個優(yōu)勢：

- 成本低，單價只有國外同類指標產品的1/3上下;

- 功耗低，與國外方案相比，功耗降低1/10，低至毫瓦級，“插上充電寶就能跑起來”;

- 體積小，“同樣是高精度，DLP光機模組像磚頭，我們的芯片模組只有大拇指大小”;

- 精度高。據(jù)介紹，目前國外的芯片大多數(shù)是低成本、低精度，在3-30萬個3D點云，類似早期的數(shù)碼相機的低分辨率，“而我們的國產自研芯片可以做到百萬以上的高精度3D點云，相當于直接到了高分辨率3D相機時代。更重要的是，在提供如此高精度的同時，可以做到和低精度相機相同的低成本、小體積。這是目前國外的DLP芯片做不到的?！?

2、E波段毫米波芯片

據(jù)科技日報報道，7月6日，杭州電子科技大學程知群教授團隊研發(fā)的毫米波通訊系統(tǒng)完成測試。該系統(tǒng)由毫米波天線、毫米波收發(fā)信機和高速基帶處理電路板組成，實現(xiàn)了“超大數(shù)據(jù)高速率傳輸”，提供了5G通信的一種解決方案。系統(tǒng)中使用的毫米波芯片和基帶電路板，由程教授領銜的杭電新型半導體器件與電路學科交叉團隊自主研發(fā)。

“第四代通信技術傳輸速率為100Mbps，這意味著，數(shù)據(jù)傳輸中會有100毫秒的延時。第五代通信技術能夠將數(shù)據(jù)傳輸時延縮短至1毫秒，傳輸速率為1Gbps-10Gbps?！背讨航淌诮榻B說。目前，國際上5G通信采用的頻段為Sub-6GHz和毫米波結合，分別兼顧遠距離傳輸和區(qū)域高速回傳，實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)傳輸通信鏈。程知群教授團隊聯(lián)合中國科學院研發(fā)力量，針對頻段71GHz-86GHz毫米波通信的大氣窗口自主研發(fā)的全套E波段毫米波芯片，能完全滿足5G通信對傳輸速率的需求。

據(jù)了解，杭電自主研發(fā)的E波段毫米波芯片已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化。該芯片在外場實驗中，曾成功實現(xiàn)全世界首個高階毫米波外場驗證，速率達到70Gbps。

程知群教授表示：“目前國際上有中、美、歐盟的3家公司有E波段毫米波芯片出售。這項成果的應用表明，在5G通信E波段毫米波芯片領域，中國有了自主研發(fā)的可替代方案?！?

3、高能離子注入機

新華社記者6月28日從中國電子科技集團有限公司獲悉，由該集團旗下電科裝備自主研制的高能離子注入機成功實現(xiàn)百萬電子伏特高能離子加速，性能達到國際先進水平。

離子注入機是芯片制造中的關鍵裝備。在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素以按預定方式改變材料的電性能，這些元素以帶電離子的形式被加速至預定能量并注入至特定半導體材料中。離子注入機即是執(zhí)行這一工藝的設備。

根據(jù)能量、注入劑量范圍等不同，常用的離子注入機主要分為三種類型：低能大束流注入機、中束流注入機和高能注入機。其中，高能離子注入機的能量范圍需要高達幾MeV(百萬電子伏特)，是離子注入機中技術難度最大的機型。

一直以來，我國離子注入機嚴重依賴外國，國產率極低，大部分的離子注入機市場被美國AMAT/Varian和Axcelis、日本SMIT和Nissin等品牌壟斷。在高能離子注入機領域，Axcelis的前身Eaton占據(jù)了近乎壟斷地位，國內之前一直是空白。此次電科裝備在高能離子注入機上的突破，打破了國外廠商的壟斷，填補了國內的空白。

此前，電科裝備已連續(xù)突破中束流、大束流、特種應用及第三代半導體等離子注入機產品研發(fā)及產業(yè)化難題，產品廣泛服務于全球知名芯片制造企業(yè)。

電科裝備離子注入機總監(jiān)張叢表示，電科裝備將在年底前推出首臺高能離子注入機，實現(xiàn)我國芯片制造領域全系列離子注入機自主創(chuàng)新發(fā)展，并將為全球芯片制造企業(yè)提供離子注入機成套解決方案。

4、CMOS毫米波全集成4通道相控陣芯片

6月15日，中國工程院院士劉韻潔表示，我國已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控陣芯片，目前已經(jīng)完成了芯片封裝和測試，每通道成本實現(xiàn)了斷崖式下降，由1000元降至20元，成本大降98%。同時劉院士透露，南京網(wǎng)絡通訊與安全紫金山實驗室還封裝集成1024通道天線單元的毫米波大規(guī)模有源天線陣列。芯片與天線陣列力爭2022年規(guī)模商用于5G系統(tǒng)。

有媒體稱，這也是全球第1次較為完美地解決阻礙CMOS毫米波通信的芯片問題，從芯片、模塊到天線陣面，均實現(xiàn)自主研發(fā)，在國際上處于領先地位。

一直以來，毫米波芯片是高容量5G移動通訊核心，長期被國外壟斷(主要由歐美廠商占據(jù)主導地位)，是我國短板中的短板。毫米波擁有很多優(yōu)勢，比如頻譜資源豐富、傳輸速率更高、方向性更好、元器件尺寸更小等，但由于長期以來被國外壟斷，導致每通道成本高達上千元，嚴重影響我國更高容量5G核心技術的發(fā)展。

此次我國研制出CMOS毫米波全集成4通道相控陣芯片，打破了國外壟斷，進一步增加了自身的籌碼，極大提升我國在5G核“芯”產業(yè)鏈上的話語權，助力5G毫米波商用，對我國5G建設意義重大。

5、半導體激光隱形晶圓切割機

今年5月，中國電子旗下中國長城鄭州軌道交通信息技術研究院和河南通用智能裝備有限公司聯(lián)合攻關，成功研制出我國首臺半導體激光隱形晶圓切割機，填補了國內空白。該設備在關鍵性能參數(shù)上處于國際領先水平。

晶圓切割是半導體封測工藝中不可或缺的關鍵工序。據(jù)中國長城副總裁、鄭州軌交院院長劉振宇介紹，與傳統(tǒng)的切割方式相比，激光切割屬于非接觸式加工，可避免對晶體硅表面造成損傷，且具有加工精度高、加工效率高等特點，可大幅提升芯片生產制造的質量、效率、效益。

該裝備通過采用特殊材料、特殊結構設計、特殊運動平臺，可實現(xiàn)加工平臺在高速運動時保持高穩(wěn)定性、高精度，運動速度可達500mm/s，效率遠高于國外設備。在光學方面，根據(jù)單晶硅的光譜特性，結合工業(yè)激光的應用水平，采用了合適波長、總功率、脈寬和重頻的激光器，實現(xiàn)了隱形切割。在影像方面，采用不同像素尺寸、不同感光芯片的相機，配以不同功效的鏡頭，實現(xiàn)了產品輪廓識別及低、中、高倍的水平調整。該裝備還搭載了同軸影像系統(tǒng)，可確保切割中效果的實時確認和優(yōu)化，實現(xiàn)最佳切割效果。

據(jù)介紹，長期以來，高精度的切割機都依賴進口，特別是日本和德國品牌占據(jù)了大量的市場份額。我國首臺半導體激光隱形晶圓切割機的成功研制，對進一步提高我國智能裝備制造能力具有里程碑式的意義。

6、存儲芯片

作為全球最大的電子產品制造國和重要的電子產品消費市場，中國對存儲器、存儲芯片有著巨大的需求。中國海關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近兩年，我國集成電路進口總金額均超過3000億美元，其中，存儲器進口金額占比均超過1/3。

但目前，全球的存儲芯片行業(yè)主要由韓、美、日三國所掌控，占有全球存儲芯片市場的份額合計超過9成。集邦咨詢半導體研究中心的信息顯示，在NAND Flash市場，三星、KIOXIA(原東芝存儲)、西部數(shù)據(jù)、美光、英特爾和SK海力士這6家企業(yè)占據(jù)了全球99.5%的市場份額。而全球DRAM市場則被三星、SK海力士和美光所壟斷，三家合計占據(jù)了超過95%的市場。

我國若無法實現(xiàn)存儲芯片的自主可控，將意味著關鍵命脈被掌握在國外廠商手中。所幸的是，在長江存儲、長鑫存儲等國產存儲廠商的努力下，國外廠商對于存儲芯片的壟斷逐漸被打破。

《日經(jīng)亞洲評論》報道指出，從32層到128層的跨越，三星用了5年時間，而長江存儲僅用了3年。目前，長江存儲的128層產品已經(jīng)與國際廠商近乎處于同一水平線上，這也意味著，中國的三維閃存芯片從最初的追趕首次實現(xiàn)了與國際同行的齊頭并進。

去年9月，長鑫存儲與世界主流產品同步的8Gb DDR4首度亮相，一期設計產能每月12萬片晶圓。這標志著我國在內存芯片領域實現(xiàn)量產技術突破，擁有了這一關鍵戰(zhàn)略性元器件的自主產能。

7、宇航級FPGA芯片

去年年初，北京微電子技術研究所成功研制出國內首個自主可控的宇航用千萬門級高性能高可靠FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片。經(jīng)過ATE測試和板級驗證，本次發(fā)布的FPGA的功能和性能指標均達到國外對標產品水平，相比前一代產品，系統(tǒng)容量增加58%，系統(tǒng)性能提升50%，功耗降低40%。國產宇航級FPGA芯片的成功研制，初步打破了外國的封鎖壟斷。

作為一種非常重要的芯片，F(xiàn)PGA一直是國內的短板，市場基本被國外壟斷。FPGA市場主要由美國雙寡頭壟斷，Xilinx和Altera(2015年被英特爾收購)兩家占了全球90%的市場份額。國內超過100億元的FPGA市場中，國產市占率不到3%。

近年來國家和地方對本土芯片產業(yè)的投入有目共睹，通過過去多年的技術沉淀，積累的創(chuàng)新能力，國內半導體產業(yè)鏈正在不斷成熟完善，芯片設計能力也在不斷加強，出現(xiàn)了如上海復旦微、紫光同創(chuàng)、高云半導體、上海安路等國產FPGA廠商。

8、超分辨光刻裝備

2018年11月29日，國家重大科研裝備研制項目“超分辨光刻裝備研制”在成都通過驗收。該裝備由中國科學院光電技術研究所研制，光刻分辨力達到22納米，結合雙重曝光技術后，未來還可用于制造10納米級別的芯片。

據(jù)介紹，該光刻機在365納米光源波長下，單次曝光最高線寬分辨力達到22納米。項目在原理上突破了分辨力衍射極限，建立了一條高分辨、大面積的納米光刻裝備研發(fā)新路線，繞過了國外相關知識產權壁壘，具有完全自主知識產權。

光刻機是制造芯片的核心裝備，我國在這一領域長期落后。它采用類似照片沖印的技術，把母版上的精細圖形通過曝光轉移至硅片上。一般來說，光刻分辨力越高，加工的芯片集成度也就越高。但傳統(tǒng)光刻技術由于受到光學衍射效應的影響，分辨力進一步提高受到很大限制。為獲得更高分辨力，傳統(tǒng)上采用縮短光波、增加成像系統(tǒng)數(shù)值孔徑等技術路徑來改進光刻機，但技術難度極高，裝備成本也極高。

經(jīng)過近7年艱苦攻關，我國的超分辨光刻裝備研制項目在無國外成熟經(jīng)驗可借鑒的情況下，突破了高均勻性照明，超分辨光刻鏡頭，納米級分辨力檢焦及間隙測量，超精密、多自由度工件臺及控制等關鍵技術，研制出了國際首套分辨力突破衍射極限的裝備。

超分辨光刻裝備項目的順利實施，打破了國外在高端光刻裝備領域的壟斷，打破了傳統(tǒng)路線格局，形成了一條全新的納米光學光刻技術路線，為超材料/超表面、第三代光學器件、廣義芯片等變革性領域的跨越式發(fā)展提供了制造工具，也為新一代信息技術、新材料、生物醫(yī)療等先進戰(zhàn)略技術領域，基礎前沿和國防安全提供了核心技術保障。

高科技領域的終極競爭在于技術競爭，核心競爭力就體現(xiàn)在核心技術上。差距是顯性的結果，而縮小差距，需要從基礎研究，到科技創(chuàng)新，再到規(guī)?；逃?，全面提升能力。最終實現(xiàn)突破的那一大步，必定基于許許多多人點點滴滴、日日夜夜的努力和日拱一卒的精神。