浅析芯片技术及其发展

於越（浙江大学附属中学，浙江省310007）

【摘要】最近中美贸易战的进行，美国商务部对中兴的芯片禁运令使得我国缺少高端自主芯片的局面暴露出来。这是改革开放以来中国面临的最危险的技术安全警报。本文主要介绍了芯片的特点和我国芯片行业的现状，并就如何发展我国芯片产业提出了一些看法。

【关键词】芯片，集成电路，芯片产业

【中图分类号】TP277【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2018）08-0272-02

1芯片的特点与发展史

芯片通常被作为半导体元件产品的统称,物质层面上指的是内含集成电路的硅片,由晶圆制成。从广义上来说,不一定要内含电路,只要是半导体片通过微细加工手段制造出来的都可以称作芯片。内部包含晶体管、二极管、电阻等电子元器件,是具有电路功能的一种微型结构。

芯片应用功能多样,是现代电子设备的重要元件。在精密集成电子产品中多以芯片组的方式组合。制造过程极为复杂,包括芯片设计、晶片制造、封装制作、测试等步骤。芯片体积小,重量轻,加工点线少,寿命长,可靠性高,性能好。在军、工、民方面均有广泛应用。

晶体管于1947年在贝尔实验室被肖特莱等人发明,标志着微电子技术发展的开始。CMOS技术在1963年的提出,奠定了现代集成电路芯片制造的理论基础。从1966年第一块CMOS集成电路里程碑式的诞生后,越来越多的芯片被开发,技术不断进步,如今已到达两位数纳米级。我国的芯片产业诞生于60年代,在改革开放前,主要以计算机和军工用途,初步建立了有关方面的工业基础和相关仪器、设备、材料。改革开放后一直到90年代,主要引进美国二手产品以改善国内装备水平。90年代后,以908工程、909工程为重点,在有关部门和科研单位的集中努力下,取得新的发展。

2我国芯片行业的发展

中国芯片在最近几十年一直在追赶世界的步伐,在低端产品上基本已经可以实现自给自足甚至出口,但到最近5年内为止,中国芯片进出口逆差极为巨大,例如在2017年,逆差金额高达1932.6亿美元,是出口金额的3倍之多。其中的一个重要原因是高端芯片技术多被西方控制,在瓦森纳协定组织等一系列科技封锁下,我国芯片技术的发展大多数靠的是国内自主研发,但国内产品的品质和价格大多数被西方产品所压制。例如存储芯片方面一直被三星所垄断,国内几乎没有生产能力。但在国内和各大单位的努力下,中国芯片产业正在向技术含量较高的方向前进,有着更合理的产业结构。在国家大基金(国家集成电路产业基金)的帮助下,已经出现了中芯国际、上海华虹等知名企业,更有像寒武纪科技这样已经有自身竞争优势和成熟产品的新兴科技公司。在很多民间资本的助力下,许多互联网企业也纷纷开展自身的芯片技术研究工作,例如阿里巴巴就投资了中天微,还自身组建了阿里巴巴达摩院芯片技术团队。就现状来看,国内芯片更多的是在制造工艺方面不足。

芯片技术是一项高投入,长期回报的产业,一条生产线没有几百亿投入进去根本建不成。芯片技术行业竞争非常激烈,经常情况是老大吃肉,老二喝汤,剩下谁也没有。这是一个当今世界上技术难度最高的产业之一。只要自身的研究有特色,有新意有自身的竞争优势,那么不管市场如何改变,整体收益就不会有很大的变化。生产芯片的生产线是芯片生产的最大成本,也是国内发展芯片技术的重要因素,芯片生产涵盖了从化工制备到现代微观制造一系列的技术门槛,是一项综合性的考验一个国家多领域协作的产业。

中国的超级计算机与芯片同样起步较晚,但却在世界上享有极大的盛名,在世界超级计算机排行榜上占比41%,位列全球第一。在2018年以前,中国的超级计算机“神威·太湖之光”和“天河二号”高居榜首分别位列第一和第二。这一切的成就来自中国的自主研发。所以我国的研发能力和科技水平并没有被世界拉下,从前苏联的帮助中我们就开始发展超级计算机,并在之后的发展中一直稳步推进,不仅打破了美、日等国的技术封锁,还依靠自身在国际上赢得排位。这一系列的发展得益于国家的重视和科研人员的付出,从刚起步时海外留学生自发回国帮助国内发展计算机到现在研究室里坐的全是二十来岁的研究员,每个人要么是国家专门培养的专项人才,要么是从国外深造后回国的高科技人才,都享受着国家优厚的待遇,所有人团结一心,共同努力下。国家在国家专项资金的帮助下,陆续建立了中国科学院计算技术研究所、国防科技大学计算机研究所、国家并行计算机工程技术中心几个研究中心。在863计划的实施中,由于美国商务部2015年实施的禁售干扰,国家决定走高端自主的道路,坚持创新,并成功制造出了神威·太湖之光。其采用的申威处理器也是国家支持下的总参谋部第五十六研究所所制造的。因此,国家完全有能力也有经验,参考超级计算机的研发历程,完成芯片产业的培育与建设。

3国产芯片产业的改进方向

我国必须进一步强化芯片技术研发,在建立人类命运共同体的前提下,促使形成更加公平、更加有效率、更加有利于创新的全球芯片技术创新生态系统及其治理结构。芯片行业的进步与突破不能仅仅依靠某一方的努力,而是应该多方协作,坚持自主创新,加大投入力度一起迎来中国芯的美好明天。具体可以采取如下措施:

(1)为芯片发展开目立项,设为国家的战略发展方向,加快形成性创新的科研成果,从而在国际上拥有自己的竞争力。全面分析落实芯片技术技术树,明确01、02、03以及人工智能等相关国家重大专项技术发展道路。加强相关国家重大专项的部门合作,使得跨越多部门、多学科的芯片技术得到全面发展,国家应为自主芯片技术和国产光刻机、刻蚀机等装备提供优惠和必要实际应用,从而能够在实际使用中发现问题,改进自身,尽善尽美。超前布局新型芯片技术、材料和装备,用有远见的眼光确定未来的发展,充分把握芯片更新规律,在物联网、工业互联网、人工智能、矿机等各种场景中加快开发新型芯片以满足不同偏向的芯片功能需求,积极开发新型半导体材料。在发展中探索企业化运营机制,以类似当今国企的经营模式发展,探索众包众筹众创的方式对开放式研发与创新的影响,重视新生企业的孵化,促进研发、产业化与创

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业的一体化推进。

(2)形成产业集聚效应,形成世界级芯片产业创新经济圈。借鉴美、日、韩等国建立创新平台的做法,支持和引导行业主导企业和细分领域企业联合组建技术创新联盟,共同建立研发中心,攻关关键技术,建立综合全面且普适的技术标准,帮助中国中小企业在主流导向下正确发展,避免浪费资源的情况发生。到现在为止,长江流域芯片产业带正在形成,未来也会有更多集聚产业圈的出现。这需要在大的经济带的框架下,强化城市间芯片产业的协作,促进不同企业互相交流发展,发挥产业集聚的优势。

(3)发展产业领导企业,形成产业风向标优势,以自身的领导作用带动相关产业的快速发展。加快形成优良的创新氛围。加大对本土芯片的采购力度和税收优惠,为有自主知识产权芯片技术提供强劲市场需求动力。充分运用财税工具,支持企业开展研发、创新与应用。充分应用科技银行、科技保险、产业投资基金等多种科技金融工具支持芯片的研发与产业化。不仅如此,还可以降低行业门槛,利用民间资本市场为芯片类企业上市募集资金提供方便快捷的绿色通道。在已有一定优势的领域进一步支持其发展,形成国际竞争力,以增强我国在世界芯片产业中的竞争优势。

(4)强化国际合作,集聚优秀人才,逐步形成更有利的国际技术合作环境和高水平芯片技术人才队伍。利用买方力量和目前对我们较为友好的国家的技术合作,有针对性扶持国内新兴企业作为芯片供应商,一定程度上消解了上游企业垄断势力在一带一路积极与以色列、俄罗斯等国合作,通过各种方式,实现芯片企业的战略合作,有效获取芯片技术,夯实我国芯片研发的知识基础。建立全球半导体顶尖技术人才库,让企业与大学、科研院所联合培养符合我国发展现状的优秀人才。4总结

在中国发展自身芯片技术上,未来还有很长的一条路要走,但已经认识到了自身的不足并已经开始重视这个方面,在当今中美科技竞争的大背景下,中国要发挥好国企和民营企业各自的优势,重视人才培养和基础科研投入,将自主创新贯彻始终。

参考文献

[1]芯片制造.我国IC产业发展速度缘何放缓[J].试剂与精细化学品, 2006(1):3.

[2]张文毓.生物芯片产业发展现状及展望[J].传感器世界,2007,13(10): 6~10.

[3]叶国标.世界坐标下的中国芯片产业[J].瞭望,2005(1):37~39.

收稿日期：2018-7-13

绿色建筑中暖通空调设计方法研究

刘霄（云南省设计院集团，云南省昆明市650228）

【摘要】暖通空调设计能够方便受众的生活，能够满足建筑供暖的客观需求。在暖通空调设计中融合绿色设计理念，重视节能技术、环保技术的科学应用，是社会发展对暖通空调设计提出的客观要求。本文从暖通空调设计角度出发，在设计中融合和绿色建筑设计理念，充分的发挥暖通空调设计的价值性，满足绿色建筑的功能需求，旨在为有关部门提供经验借鉴。

【关键词】绿色建筑；暖通空调设计；设计方法；节能理念

【中图分类号】TU831【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2018）08-0273-02

引言

暖通空调设计是控制建筑内部温度,调节建筑内部空气的重要环节,能够为住户提供一个舒适的居住环境。在传统设计理念的基础上,在暖通空调设计中融合低碳环保理念,将其应用在绿色建筑设计之中,能够促进社会资源的可持续发展,减少暖通空调运行对环境的污染,是贯彻落实社会可持续发展的客观需求。所以,设计人员需要掌握科学的设计方法,将暖通空调价值最大化。

1绿色建筑概述

绿色建筑是可持续发展理念提出的客观要求,在建筑材料应用、结构设计、施工技术等环节。在材料的选择上,尽可能应用新型节能环保材料,能够减少材料对人体、环境造成的损坏。在建筑结构上进行优化,能够实现保温、保暖的客观目标。在施工技术上,能够对资源进行全面利用,能够有效减少建筑施工过程中对环境造成的污染,实现节能环保的最终目标。绿色建筑是指能耗低、保温效果强、污染物质排放少的建筑,需要在设计环节对其进行控制,实现节能、减排、环保、无污染的建筑建设目标,能够促进我国社会资源的可持续发展[1]。

2绿色建筑暖通空调设计面临的问题在绿色建筑中应用暖通空调设计方法,主要存在以下几点问题:①设计规范不够具体,设计标准不够全面,在施工环节无法保障暖通空调设计的科学性。在实际的设计过程中,由于设计规范不够健全,设计细节把握存在问题,导致暖通设计虽然贯彻了绿色环保理念,但无法保障暖通空调的设计质量。

②在设计过程中忽视了暖通空调设计的地理性特征,无法满足当地的环境与气候需要,无法坚持环境的适应性原则,导致暖通空调设计无法因地制宜,严重的阻碍了暖通空调设计的效益性。③在暖通空调设计中缺乏系统性,暖通设计牵涉多个环节,其中包括排烟系统、采暖系统等,在贯彻落实绿色节能理念同时,没有坚持暖通空调设计的系统性原则,导致设计存在一定的问题,无法满足建筑的实用功能,这是暖通空调设计中存在的主要问题之一[2]。

3绿色建筑暖通空调设计方法

3.1太阳能技术设计方法

暖通空调能源设计是关键环节,也是贯彻绿色建筑设计理念的重要原则。若在设计过程中应用石油资源、煤炭资源,无法满足绿色建筑设计的需要。所以,在设计过程中要尽可能应用新型能源,从能源角度出发,可在设计环节应用太阳能能源,太阳能资源是可持续利用资源的一种,在应用过程中,可将太阳能转化成建筑所需的热能,实现对问题的科学控制,其

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