近幾年來，大家聽到、看到了我們在科技方面的諸多成就。
在宇宙探索方面的祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰；
有工程建設方面的超大型盾構機、南極考察專用的雪龍2號科考船
有全面通電的西電東輸的特高壓輸電網系統(tǒng)
還有4萬公里的高鐵通車運營總里程，其中2035年要把高鐵修到臺灣??！
今天我要給大家分享一個殘酷的現實：中美的科技差距，尤其是以ICT行業(yè)為代表的半導體行業(yè)的差距，是非常、非常大的。大到什么程度呢？用筆者的一位朋友的話說，那就是以美國為首的西方國家，研究了近100年才創(chuàng)立的科技優(yōu)勢和成果，豈是你一句我要搞芯片一句口號，就能超越的呢？
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2022年6月9日，美國國會一份公開的報告中，詳細闡述了中美或者說中國與“西方”國家在ICT（Information Communication Technology）信息技術產業(yè)鏈上的的“不對稱”實力。我們來一起看一下。
先上結論：
1.中國對美國和美國盟國的依賴要比美國和美國盟國對中國的依賴要大得多。（美國用”不對稱”形容中美之間的依賴性）
2.就算是華為這樣的行業(yè)領導者，根本上還是依賴于許多美國和美國盟友國所掌握的技術，設備，硬件組件、軟件組件以及相關的行業(yè)標準。
我們以芯片制造為例來講述一下中國技術所在的大概位置：
以下內容來自于知乎，作者小棗君 – 知乎
芯片制造與中國技術
為了把30噸的運算電路縮小，工程師們把多余的東西全扔了，直接在硅片上制作PN結和電路。下面從硅片出發(fā)，說說芯片的制作過程和中國所處的水平。
第一：硅
把這玩意兒氯化了再蒸餾，可以得到純度很高的硅，切成片就是我們想要的硅片。硅的評判指標就是純度，你想想，如果硅里有一堆雜質，那電子就別想在滿軌道和空軌道之間跑順暢。
太陽能級高純硅要求99.9999%，這玩意兒全世界超過一半是中國產的，早被玩成了白菜價。芯片用的電子級高純硅要求99.999999999%(別數了，11個9)，幾乎全賴進口，直到2018年江蘇的鑫華公司才實現量產，目前年產0.5萬噸，而中國一年進口15萬噸。
難得的是，鑫華的高純硅出口到了半導體強國韓國，品質應該還不錯。不過，30%的制造設備還得進口……
高純硅的傳統(tǒng)霸主依然是德國Wacker和美國Hemlock(美日合資)，中國任重而道遠。
第二：晶圓
硅提純時需要旋轉，成品就長這樣：
所以切片后的硅片也是圓的，因此就叫“晶圓”。這詞是不是已經有點耳熟了？
切好之后，就要在晶圓上把成千上萬的電路裝起來的，干這活的就叫“晶圓廠”。各位拍腦袋想想，以目前人類的技術，怎樣才能完成這種操作？
用原子操縱術？想多了，朋友！等你練成御劍飛行的時候，人類還不見得能操縱一個一個原子組成各種器件。晶圓加工的過程有點繁瑣。
首先在晶圓上涂一層感光材料，這材料見光就融化，那光從哪里來？光刻機，可以用非常精準的光線，在感光材料上刻出圖案，讓底下的晶圓裸露出來。然后，用等離子體這類東西沖刷，裸露的晶圓就會被刻出很多溝槽，這套設備就叫刻蝕機。在溝槽里摻入磷元素，就得到了一堆N型半導體。
完成之后，清洗干凈，重新涂上感光材料，用光刻機刻圖，用刻蝕機刻溝槽，再撒上硼，就有了P型半導體。
實際過程更加繁瑣，大致原理就是這么回事。有點像3D打印，把導線和其他器件一點點一層層裝進去。
這塊晶圓上的小方塊就是芯片。芯片放大了看就是成堆成堆的電路，這些電路并不比那臺30噸計算機的電路高明，最底層都是簡單的門電路。只是采用了更多的器件，組成了更龐大的電路，運算性能自然就提高了。
據說這就是一個與非門電路：
提個問題：為啥不把芯片做得更大一點呢？這樣不就可以安裝更多電路了嗎？性能不就趕上外國了嘛？
這個問題很有意思，答案出奇簡單：錢！一塊300mm直徑的晶圓，16nm工藝可以做出100塊芯片，10nm工藝可以做出210塊芯片，于是價格就便宜了一半，在市場上就能死死摁住競爭對手，賺了錢又可以做更多研發(fā)，差距就這么拉開了。
說個題外話，中國軍用芯片基本實現了自給自足，因為咱不計較錢嘛！可以把芯片做得大大的。另外，越大的硅片遇到雜質的概率越大，所以芯片越大良品率越低?？偟膩碚f，大芯片的成本遠遠高于小芯片，不過對軍方來說，這都不叫事兒。
可別把“龍芯”和“漢芯”混為一談
第三：設計與制造
用數以億計的器件組成如此龐大的電路，想想就頭皮發(fā)麻，所以芯片的設計異常重要，重要到了和材料技術相提并論的地步。
一個路口紅綠燈設置不合理，就可能導致大片堵車。電子在芯片上跑來跑去，稍微有個PN結出問題，電子同樣會堵車。這種精巧的線路設計，只有一種辦法可以檢驗，那就是：用！大量大量的用！現在知道芯片成本的重要性了吧，因為你不會多花錢去買一臺性能相同的電腦，而芯片企業(yè)沒了市場份額，很容易陷入惡性循環(huán)。
正因為如此，芯片設計不光要燒錢，也需要時間沉淀，屬于“燒錢燒時間”的核心技術。既然是核心技術，自然就會發(fā)展出獨立的公司，所以芯片公司有三類：設計制造都做、只做設計、只做制造。
半導體是臺灣少有的仍領先大陸的技術了，基于兩岸實質上的分治狀態(tài)，所以中國大陸和臺灣暫且分開表述。
早期的設計制造都是一塊兒做的，最有名的：美國英特爾、韓國三星、日本東芝、意大利法國的意法半導體；中國大陸的：華潤微電子、士蘭微；中國臺灣的：旺宏電子等。
外國、臺灣、大陸三方，最落后的就是大陸，產品多集中在家電遙控器之類的低端領域，手機、電腦這些高端芯片幾乎空白！
后來隨著芯片越來越復雜，設計與制造就分開了，有些公司只設計，成了純粹的芯片設計公司。如，美國的高通、博通、AMD，中國臺灣的聯發(fā)科，大陸的華為海思、展訊等。
挨個點評幾句。
大名鼎鼎的高通就不多說了，世界上一半手機裝的是高通芯片；博通是蘋果手機的芯片供應商，手機芯片排第二毫無懸念；AMD和英特爾基本把電腦芯片包場了。這些全是美國公司，世界霸主真不是吹的。
臺灣聯發(fā)科走的中低端路線，手機芯片的市場份額排第三，很多國產手機都用，比如小米、OPPO、魅族。不過最近被高通干得有點慘，銷量連連下跌。
華為海思是最爭氣的，大家肯定看過很多故事了，不展開。除了通信芯片，海思也做手機用的麒麟芯片，市場份額隨著華為手機的增長排進了前五。個人切身體會，海思芯片的進步真的相當不錯(這一波廣告，不收華為一分錢)。
展訊是清華大學的校辦企業(yè)，比較早的大陸芯片企業(yè)，畢竟不能被人剃光頭吧，硬著頭皮上，走的是低端路線。前段時間傳出了不少危機，后來又說是變革的開始，過得很不容易，和世界巨頭相差甚多。
大陸還有一批芯片設計企業(yè)，晨星半導體、聯詠科技、瑞昱半導體等，都是臺灣老大哥的子公司，產品應用于電視、便攜式電子產品等領域，還挺滋潤。
在大陸的芯片設計公司，臺灣頂住了大半邊天！
還有一類只制造、不設計的晶圓代工廠，這必須得先說臺灣的臺積電。正是臺積電的出現，才把芯片的設計和制造分開了。2017年臺積電包下了全世界晶圓代工業(yè)務的56%，規(guī)模和技術均列全球第一，市值甚至超過了英特爾，成為全球第一半導體企業(yè)。
晶圓代工廠又是臺灣老大哥的天下，除了臺積電這個巨無霸，臺灣還有聯華電子、力晶半導體等等，連美國韓國都得靠邊站。
大陸最大的代工廠是中芯國際，還有上海華力微電子也還不錯，但技術和規(guī)模都遠不及臺灣。不過受制于臺灣詭譎的社會現狀，臺積電開始布局大陸，落戶南京。這幾年臺資、外企瘋狂在大陸建晶圓代工廠，這架勢和當年合資汽車有的一拼。
大陸的中芯國際具備28nm工藝，14nm的生產線也在路上，可惜還沒盈利。大家還是愿意把這活交給臺積電，臺積電幾乎拿下了全球70%的28nm以下代工業(yè)務。
美國、韓國、臺灣已具備10nm的加工能力，最近幾個月臺積電剛剛上線了7nm工藝，穩(wěn)穩(wěn)壓過三星，首批客戶就是華為的麒麟980芯片。這倆哥們兒早就是老搭檔了，華為設計芯片，臺積電加工芯片。
說真的，如果大陸能整合臺灣的半導體產業(yè)，并利用靈活的政策和龐大的市場促進其進一步升級，土工追趕美帝的步伐至少輕松一半。現在嘛，大陸任重而道遠吶！
第四：核心設備
芯片良品率取決于晶圓廠整體水平，但加工精度完全取決于核心設備，就是前面提到的“光刻機”。
光刻機，荷蘭阿斯麥公司(ASML)橫掃天下！不好意思，產量還不高，你們慢慢等著吧！無論是臺積電、三星，還是英特爾，誰先買到阿斯麥的光刻機，誰就能率先具備7nm工藝。沒辦法，就是這么強大！
日本的尼康和佳能也做光刻機，但技術遠不如阿斯麥，這幾年被阿斯麥打得找不到北，只能在低端市場搶份額。
阿斯麥是唯一的高端光刻機生產商，每臺售價至少1億美金，2017年只生產了12臺，2018年預計能產24臺，這些都已經被臺積電三星英特爾搶完了，2019年預測有40臺，其中一臺是給咱們的中芯國際。
既然這么重要，咱不能多出點錢嗎？第一：英特爾有阿斯麥15%的股份，臺積電有5%，三星有3%，有些時候吧，錢不是萬能的。第二，美帝整了個《瓦森納協定》，敏感技術不能賣，中國、朝鮮、伊朗、利比亞均是被限制國家。
有意思的是，2009年上海微電子的90納米光刻機研制成功(核心部件進口)，2010年美帝允許90nm以上設備銷售給中國，后來中國開始攻關65nm光刻機，2015年美帝允許65nm以上設備銷售給中國，再后來美帝開始管不住小弟了，中芯國際才有機會去撿漏一臺高端機。
不過咱也不用氣餒，咱隨便一家房地產公司，銷售額輕松秒殺阿斯麥，哦耶！
重要性僅次于光刻機的刻蝕機，中國的狀況要好很多，16nm刻蝕機已經量產運行，7-10nm刻蝕機也在路上了，所以美帝很貼心的解除了對中國刻蝕機的封鎖。
在晶圓上注入硼磷等元素要用到“離子注入機”，2017年8月終于有了第一臺國產商用機，水平先不提了。離子注入機70%的市場份額是美國應用材料公司的。涂感光材料得用“涂膠顯影機”，日本東京電子公司拿走了90%的市場份額。即便是光刻膠這些輔助材料，也幾乎被日本信越、美國陶氏等壟斷。
2015年至2020年，國內半導體產業(yè)計劃投資650億美元，其中設備投資500億美元，再其中480億美元用于購買進口設備。
算下來，這幾年中國年均投入130億，而英特爾一家公司的研發(fā)投入就超過130億美元。
論半導體設備，中國，任無比重、道無比遠?。?/p>
第五：封測
芯片做好后，得從晶圓上切下來，接上導線，裝上外殼，順便還得測試，這就叫封測。
封測又又又是臺灣老大哥的天下，排名世界第一的日月光，后面還跟著一堆實力不俗的小弟：矽品、力成、南茂、欣邦、京元電子。
大陸的三大封測巨頭，長電科技、華天科技、通富微電，混的都還不錯，畢竟只是芯片產業(yè)的末端，技術含量不高。
看到這里，大家覺得差距已經很大了吧？其實，芯片只是電子產品集成中的一個模塊而已。
下面我們來看看美國人是如何看到中國在ICT領域里的地位的。
這份報告以生產手機為例，把整個手機的制造分為了五個層級的技術層面：
第一層級：成品層（組裝件）
在這一層級中，中國的出口份額全世界最高，從2007年的大約36%提升至了2019年的68%。
這里大家可以記住這個份額。在技術最終端的組裝成品這一層級，中國的市場份額最大。
第二層級：主要的次級系統(tǒng)（模塊）
以蘋果2018年發(fā)布的Apple iPhone XS Max為例，如果我們將其拆解，將會有1745個完成獨立功能的模塊。這其中，單件成本低于0.1美金的，高達94%，也有價值$110.4美金的三星產蘋果屏幕。比如程序專用的CPU、手機內存、射頻前端等；再比如手機攝像頭部分的圖像傳感器等；
美國在CPU、射頻硬件上的市場份額獨霸世界，而在細分裝備上，歐洲、日本和韓國（主要是三星）占據絕對優(yōu)勢。
中國在第二層級的市場份額，做得比較好的有：屏幕市場占據10%（京東方），CPU占據13%（華為旗下海思）
中國在第二層級的市場份額
值得注意的是，在第二層級的世界供應鏈體系中，出現了以模塊為中心的技術優(yōu)勢集成在某個地區(qū)的現象。比如韓國在內存的絕對優(yōu)勢（三星和SK公司）以及我們的大boss美國在CPU的絕對領導地位（高通公司）以及射頻技術的領導地位（Qorvo公司）
第三層級：操作系統(tǒng)
操作系統(tǒng)是包含標準化接口（稱為API）的平臺，這些接口是部分開放的，其他公司通過該接口與平臺（以及彼此互連）以創(chuàng)建和優(yōu)化其產品。
需要注意的是，操作系統(tǒng)的競爭，具備非常強的虹吸效應。用戶 => 應用開發(fā) =>技術迭代 =>使用習慣加強用戶黏性，會形成一個非常完璧的護城河。比如，如果要研發(fā)一個APP，這家公司肯定會圍繞IOS操作系統(tǒng)和安卓操作系統(tǒng)的用戶來開發(fā)，因為幾乎所有的用戶都在使用這兩個操作平臺，那么他再為鴻蒙系統(tǒng)開發(fā)一個產品的回報預期就會非常低，這就會導致幾乎很少有公司會主動依靠這個操作系統(tǒng)來開發(fā)APP。
中國的手機四大天王Oppo, Vivo, Xiaomi（小米）和Huawei（2019年被美國制裁）都在使用安卓系統(tǒng)，或者基于安卓系統(tǒng)開源開發(fā)的操作系統(tǒng)。在這個領域，美國在中國的市場占有率高達99%（78%安卓、21%蘋果）
關于手機操作平臺，目前有效的競爭玩家只有谷歌的安卓和蘋果的IOS系統(tǒng)，其他的操作平臺（包括華為自主開發(fā)的鴻蒙系統(tǒng)）目前的有效市場份額都可以忽略不計。
也就是說，中國在這個層級的競爭力，暫時可以忽略不計。
到了這里是不是感覺有點難受了？
別急，我們再往下看第四層：
第四層：半導體硬件
第一層、第二層、第三層要實現所有的功能，都離不開半導體。尤其是第二層級的硬件，那是由一個一個特殊功能的半導體小硬件按照科學的設計后堆疊出來的。（再回頭看看小棗君的文章）
邏輯器件是處理“0”和“1”的數字芯片，是所有設備計算和處理的構建模塊，約占整個半導體價值鏈的42%。邏輯類別主要包括：微處理器（比如CPU、GPU和AP）、微控制器（MCU）、通用邏輯器件（比如FPGA），以及連接器件（比如WiFi和藍牙芯片）。
存儲器芯片用來存儲數據和代碼信息，主要有DRAM和NAND兩大類，約占整個半導體價值鏈的26%。DRAM只能暫時存儲數據和程序代碼信息，存儲容量一般比較大；NAND俗稱閃存，即便掉電也可以長期保存數據和代碼，手機的SD卡和電腦的SSD固態(tài)硬盤都使用這類存儲器芯片。
DAO代表分立器件、模擬器件，以及其它類別的器件（比如光電器件和傳感器）， 約占整個半導體價值鏈的32%。二極管和晶體管都是分立器件；模擬器件包括電源管理芯片、信號鏈和RF器件；其它類別的器件雖然占比不高，但也不可忽視（計算機和電子設備缺少一個器件就無法工作），比如傳感器在新興的物聯網應用中越來越重要。
從資金投入方向的角度，我們可以從三個方面來對半導體領域進行分類：
第一類重資本投入+勞工投入的部分：
- 主要是組裝、封裝與測試，大約占行業(yè)的6%：
市場份額：這個部分中國占世界市場份額的65%，其中中國大陸38%，臺灣地區(qū)27%。
第二類是重資本投入的部分：
- 晶圓制造，大約占行業(yè)的19%：
市場份額：中國總共32%，其中中國大陸16%，臺灣地區(qū)20%，韓國19%，日本17%，美國12%
- 其他原材料制造，大約占行業(yè)的5%
市場份額：中國總共38%，其中中國大陸16%，臺灣地區(qū)22%，韓國16%，日本19%, 美國11%
第三類是重研發(fā)的部分：
- 設計EDA& Core IP，大約占行業(yè)的3%
市場份額：美國74%，歐洲20%
- 邏輯設計，大約占行業(yè)的30%
市場份額：美國67%，中國12%，其中大陸5%，臺灣地區(qū)7%
- DAO分立、模擬及其它（光電器件和傳感器） 大約占行業(yè)的17%
市場份額：美國37%，日本24%，歐洲19%
- 內存，大約占行業(yè)的9%
市場份額：韓國59%，美國29%
- 專業(yè)制造設備，大約占行業(yè)的12%
市場份額：美國41%，日本32%，歐洲18%
在半導體全球供應鏈體系的八大分領域里，我們只在價值最低的組裝封裝與測試中占有一些市場份額，在高端的5大領域里，幾乎沒有我們的份額。
第五層：生產半導體的核心設備與技術
該層級分為兩大部分：
第一部分是材料沉積學
包括：等離子級化學沉積、高溫化學沉積、低壓化學沉積、原子層沉積、物理學沉積、高速熱處理、管內共振沉積、旋轉涂裝、電化學沉積等。
在這些領域里，中國的市場份額最高的僅為3.1%，大多數領域處于空白地位。
第二個部分是光刻
光刻機的頭部廠家是荷蘭的阿斯麥爾、日本的尼康和佳能公司。但做出光刻機所需要的集成供應鏈體系，則是西方幾十年技術沉淀的積累。因為生產一臺光刻機，需要有超過10萬個零部件，這需要由5000多個不同的供應商來支撐，每一個供應商都需要在研發(fā)上花費超過1.2億美金才能形成成熟的產品。
中國與美國在信息技術領域的差距，是超級代差，可能需要幾代人的不懈努力
但在民生工程、大型設備、尖端技術如太空、飛機、高鐵等領域的成功，更需要被老百姓所認知，因為美國在這些方面不行了。因為中國人和西方人都是“一個肩膀扛一個腦袋，誰也不比誰差，誰也不比誰強”。沒有必要妄自菲薄。
寫到這里，我不得不感嘆，這個世界是美好的，又是殘酷的。自從斯諾登事件以來，美國通過電子產品操控世界的企圖被全世界所知。這個國家的間諜，竟然連盟友的總統(tǒng)也要監(jiān)聽。另一方面，西方在信息產業(yè)方面的技術沉淀，讓我嘆為觀止。但如果我們透過現象看背后的故事，所有的根源都是在二戰(zhàn)后，全世界最優(yōu)秀的科學家?guī)缀醵嫉搅嗣绹?，經過幾十年的學術累積、應用累積、市場檢驗、配合最頂尖的世界競爭（與蘇聯），讓美國及其西方盟友取得了今天的技術地位。
當然，這個世界并不是只有信息技術一個產業(yè)。我們國家在大型民生領域的應用已經有很多行業(yè)在世界產業(yè)鏈上取得了領先。比如超高壓輸電、高鐵、大飛機、航天、基建中的橋梁建設、建筑建設、海底隧道建設、海上建設等等，沒必要妄自菲薄。但是看清我們在部分領域的差距地位，也是十分有必要的。
突然想起華為的任正非先生在女兒被美國政治操弄期間在華為內部論壇講的話：“我們要敢于與美國爭奪人才，我們可以待遇比他們高……像美國兩百年來那樣的開放，把一切優(yōu)秀人才吸引來一起創(chuàng)業(yè)。也用200年時間使我們也變成像美國一樣強大?！?/p>
最后，我想我突然明白為什么比爾蓋茨的實體元素周期表博物館的意義了。這背后是最基礎的物理技術也是最究極的物理技術的體現。（請大家別再以“炫富”來看待這個行為了）
中國作為10億人口超級經濟體的結構性機會
頂尖科學家成批地出現，是依靠國民經濟基礎所累積的實力而成的。從人口的對比來看，美國有3.2億，歐盟有5.1億，再加上日本的1.6億，總共大約是10億人口，其實西方現代的技術領先的部分，也是這10億人經過了幾代人所累積出來的結果。
所以從先天資質上來說，中國具備了先天條件。但后天的成長，注定是非常難的，因為絕對技術的領先地位，通過合作，是很難得來的。這必須得靠自己突破。而研發(fā)的難度在這些領域，不是通過簡單的資金投入就能夠實現的，這往往需要幾代人，才能實現。
天佑中華。老一輩為我們實現了獨立，我們這一代人需要承擔起屬于我們的責任。
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