科工力量：何祚庥院士把“芯片不如人”的原因講對了嗎

【文/科工力量專欄作者 鐵流】

日前，何祚庥院士在社交媒體上表示，要搞懂一件事必須重視基本理論，要做好芯片必須重視基本理論的重大意義。鐵流認為，何祚庥院士的話大方向是正確的，只是在局部值得商榷。要想半導體技術上趕超西方，我們必須重視基本理論。

工業界代表了半導體技術的理論前沿

基本理論包含範疇非常廣，既包含最基本的科學原理，比如萬有引力、質能方程這些科學理論，也包含具體實現過程中的技術細節。何祚庥院士説的基本理論應當既包含學術界的科學原理，也包括工業界的技術細節和原理。

半導體產業已經發展了幾十年，其基本理論是成熟的，從晶體管到集成電路，再到超大規模集成電路，工程師們做的事情主要是如何提升晶體管集成度，如何擴大晶體硅的規模。EDA工具的出現就是因為芯片硅晶體規模太大，單純依靠人工佈線已經不太現實，所以採用EDA工具輔助人工佈線。CPU設計的基礎理論，基本是教科書和論文，基本理論業內周知，胡偉武等前輩編寫的教材已經闡述的很清楚，並不存在知識黑洞。

不過，在半導體技術發展中，新技術、新知識層出不窮，比如光刻機的光源從G線、I線，到KrF、ArF、EUV就發展了五代，哪怕是同一代光源的光刻機，乾式與浸沒式也有很多技術創新。CPU設計的基礎理論，基本在教科書和論文裏，基本理論業內周知，關鍵在於實現和檢驗的閉環，很多技術細節都屬於know how的範疇，比如怎樣提高CPU互聯帶寬，這就需要相應的理論支撐，又比如提高單核性能，這也需要相應的理論支撐，還比如怎樣讓CPU主頻提高的4G以上，同時不降低CPU性能，且CPU功耗不過度發燒，這也有很深的學問。

可以説，核內的緩衝理論、控制器的緩衝理論、主頻提高理論等都非常重要，如果沒有充分掌握這些理論，就很難設計出高性能的CPU。

當下，對於數學這類的純理論，學術界尚有很強的話語權，但到具體的工業門類，在基本理論研究方面，工業界已經遠遠領先於學術界。還是拿CPU為例，當下對CPU瞭解最透徹的不是大學和科研院所，而是英特爾、AMD這樣的商業公司，工業界在人力、物力、財力上已經超過任何一所大學或科研院所，單靠學術界自己的力量，只能在一些新興領域探索，對於CPU、GPU、NAND、FPGA等芯片已經無能為力。事實上，在很多關於體系結構設計的國際學術會議中，作報告的人往往有英特爾、AMD等公司背景。就國內而言，龍芯、申威、飛騰是體系結構設計方面的領頭羊。

當下，在一些純理論方面學術界尚可圈可點，但在半導體技術上，工業界才代表了半導體技術的理論前沿。

國內企業在理論創新上落後於外商

一直以來，中國ICT公司更加重視商業推廣，而非基本理論，更加重視應用層技術，而非底層技術。

具體來説，國內互聯網公司推出了大量瀏覽器，但這些瀏覽器基本都是基於谷歌、火狐、IE等國外瀏覽器內核二次開發的換皮瀏覽器。

國內企業推出了很多操作系統，但這些操作系統沒有自主編寫的內核，基本是基於Linux的發行版（Debian、Fedroa），或是AOSP二次開發的產物。

國內企業推出了很多所謂的國產數據庫，但其中除了達夢屬於四十年迭代演進獨立自主研發，其餘數據庫絕大部分都是基於開源數據庫做修改，甚至不乏引進IBM Informix包裝為國產的案例。

國內誕生了海思、展鋭、瀾起、華芯通、宏芯等一批CPU公司，但無一例外都是引進ARM、英特爾、IBM、高通等公司的CPU核，自己完成SoC設計，在底層技術上依賴外商。

國內誕生了一批GPU公司，格蘭菲技術源自S3，芯動科技購買了Imagination的GPU核，還有一些公司雖然標榜自主設計，但其實也購買Imagination的GPU核，或使用英偉達開源的代碼。

國內誕生了一批雲計算大廠，但硬件上依賴X86或ARM服務器，軟件上依賴開源……

凡此種種，國內企業在基本理論和底層技術上與外商有着不小的差距。國內企業在商業上取得的成功，更多是基於中國這個平台，有中國人民、中國政府、中國市場作為其後盾，這些ICT企業的成功是商業模式的成功，而非技術的成功，成功的底層邏輯是中國的規模優勢和工程師紅利，這些巨無霸公司的體量規模與技術底藴並不相稱。

事實上，中國企業當下屢屢被西方卡脖子，就是因為在基本理論上不如人，在底層技術上不如人，在過去幾十年裏，習慣於“拿來主義”，習慣於“與國際接軌”，習慣於“跟在洋人身後吃土”，“在洋人地基上造房子”，進而導致能力蜕化——國內企業習慣於基於開源軟件做修改，習慣於買國外IP設計芯片，因為這樣短平快，能夠快速推出產品。但很多東西因為別人已經給你做好了，你就從來沒做過，也就沒有這方面的能力。國內企業習慣於購買ARM的IP設計SoC，長此以往就只會基於成熟的商業IP設計SoC，不具備獨立設計高性能IP核的能力，一旦ARM斷供就失去芯片迭代能力。

中國芯片產業不如人，一個表現是很多know how的技術細節並沒有掌握——同樣的DUV光刻機，台積電可以加工5nm芯片，而且保持較高良率，境內的晶圓廠就做不到。英特爾使用45nm工藝就可以把主頻飆到3Ghz，國內CPU設計公司使用台積電7nm工藝，主頻才勉強達到3Ghz，這就是差距。

我們現在搞轉型升級，就是要在基本理論上追平乃至超越西方，將來去卡西方企業的脖子。在反覆被卡脖子的當下，個別人用中國企業在規模上取得的成功，來論證中國企業在基本理論上超越了西方公司，這無疑是罔顧事實，妄自尊大。

基本理論與商業策略並重

一直以來，國內商業公司普遍存在重應用，輕基礎，重視商業模式創新，輕視基本理論突破的現象。在底層技術上國外的技術能買就買，有開源的則隨便拿。相比之下，很多軍工領域，由於幾十年來一直被西方制裁，只能自主研發，反而結出了豐厚的碩果。

類似的情況也發生在俄羅斯，由於俄羅斯在俄烏衝突前可以從中國和西方買買買，導致工業基本吃蘇聯老底，甚至在局部工業門類上相較於蘇聯還有所退步，鬧出研發新裝備需要靠“考古”的荒誕劇。作為對比，伊朗由於一直被西方制裁，只能靠自己，幾十年如一日反而弄出了些東西。

當然，半導體產業和軍工產業，特別是何祚庥院士從事的核武器還是有很大區別的，因為核武器是戰略威懾武器，可以全國人民勒緊褲腰帶，聚集頂尖科學家和工程師，不考慮經濟回報研發核武器。半導體公司是需要盈利的，因此必須充分考慮自身的技術能力和市場的需求，必須用上一代產品在市場上銷售回籠資金，才有資本去研發新一代產品，核武器則不需要考慮這一點。

半導體產業鏈長，原材料、設計、製造、封裝測試等方面的技術細節繁多，且需要整個產業鏈幾百萬工程師齊心協力，需要非常深厚的技術底藴和非常強的動員協同能力，任何一個環節都不能掉鏈子，這需要囊括歐美日韓台的人口基數和產業基礎，而核武器對人才和產業基礎的要求低很多，朝鮮這樣的體量也能夠支撐核武器的開發。

要開發核武器，掌握基本理論，技術過硬就可以。想要把半導體產業做起來，光有技術是不夠的，必須要有敏鋭的商業嗅覺，必須找到市場嵌入點循序漸進。歷史上技術實力不俗，但商業策略失敗的半導體公司比比皆是，英特爾在CPU上打敗DEC、MIPS、SUN、IBM等公司，靠的就是商業策略，當時英特爾的CPU是幾家裏最弱的，靠的就是橫向整合產業生態把競爭對手全部擠死、熬死。現在自主CPU中的申威在高性能計算方面處於國際頂尖水平，但在產業生態培育上不如人，國內新上馬的商用超算依然以國外芯片為主，如何把技術優勢轉換為商業利潤，這也是一門學問。

半導體產業一個特點就是高度壟斷，任何一家細分市場，一般就2家巨頭獨大，比如CPU行業裏的英特爾和AMD，GPU行業的英偉達和AMD、FPGA行業的賽靈思和阿爾特拉，這種壟斷使後來者在商業市場的前行道路基本被封死，這就加大了後來者崛起的難度。

目前，國內ICT大廠的技術路線和商業策略依然是“跟在洋人身後吃土”，比如在CPU上綁死X86或ARM，即便屢次被制裁依舊“痴心不改”。本質上説，這種現象是這些ICT大廠在享受過去幾十年全球化紅利之後，形成的路徑依賴，因為過去這麼做可以發財，幾十年下來也只會幹這個，從底層技術上另起爐灶，自主研發，對於國內ICT大廠而言比較陌生。

未來，那些無法做到另起爐灶，獨立自主研發底層技術的企業會逐步褪去身上的光環，那些只會“在洋人地基上造房子”的公司，會成為“跟在洋人身後吃土”的2.0版本。那些既能把基本理論搞明白，又能在商業模式上有所創新的企業，會成為新時代的弄潮兒。

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