面向21世纪的世界集成电路工业——World#39;s IC Industry Faces the 21st Century，本文主要内容关键词为：集成电路论文,世纪论文,工业论文,世界论文,World论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1958年世界上第一块采用全平面工艺研制的硅集成电路（IC）问世，由此揭开了人类社会进入“硅器”时代的序幕。30多年来IC技术的发展迅猛异常，已经完成了小规模集成电路（SSI）、 中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）的发展阶段，目前正在进入特大规模集成电路（ULSI）时代。表1 表示的是被誉为“IC工业技术激励器”的动态随机存储器（DRAM）的发展历程和趋势。
表1 DRAM的发展历程与趋势
年份(表)1970 197319761979
19821985
集成度(位)
1K4K 16K 64K
256K 1M
每芯片晶体管数(万) 0.24 0.92
4 14 60 240
特征尺寸(微米) 12.0
8.0 5.0 3.02.0 1.3
硅片直径(英寸) 2
2.5
3
4 5
6
年份(表)1988 199219951998
20012004
集成度(位)
4M16M 64M256M1G 4G
每芯片晶体管数(万)
920 4000
14000
50000 200000
特征尺寸(微米)
0.8
0.50.350.25
0.180.13
硅片直径(英寸) 6～8 8
8～10
8～10 12 12～14
年份(表) 2007 2010
集成度(位)16G
64G
每芯片晶体管数(万)
特征尺寸(微米)
0.10.07
硅片直径(英寸) 4～16 16
一、世界IC市场及IC未来发展特点
在电子信息产业发展过程中，IC技术在计算机系统、通信设备、国防现代化、工业应用和人们的日常生活等许多领域都发挥着越来越重要的作用。据报道，发达国家国民经济总产值增长部分的65%与IC有关。表2是世界半导体贸易协会（WSTS）于1996年5月公布的IC市场情况。
表2 WSTS公布的IC市场情况 （单位：亿美元）
年份1994 1995 1996
美国
305.049
431.144 465.459
欧洲
171.099
244.053 272.802
日本
240.322
329.703 332.404
亚太地区
165.113
255.650 278.165
世界总额
881.583 1 260.551
1 348.831
年份1997 1998 1999
美国
508.110589.333 704.678
欧洲
301.478350.670 418.949
日本
364.294415.931 485.651
亚太地区
311.915374.541 462.941
世界总额 1 485.797 1 730.476
2 072.219
由表2可见，1995年亚太地区对IC的需求已经超过欧洲，世界IC 市场将以经久不衰的姿态进入21世纪。概括起来，面向21世纪的IC工业有如下特点：
（1）IC技术是现代工业的“粮食”， 是“电子革命的原动力”，IC工业技术的迅猛发展将促使电子工业在不久的将来取代汽车工业成为全球第一大产业。
（2）全球通讯、设备自动化将持续刺激IC市场，多媒体、 工作站、网络和笔记型电脑的发展将带动新一轮的IC发展，强烈的市场驱动构成了IC产业的基本特点。
（3）全球IC企业的联合趋势将进一步加强。IC 工业是“吞金”工业，预计要新建一条月产300万块10英寸1GDRAM芯片的生产线需要120亿美元的投资，如此巨大的投资和风险将迫使全球IC企业不得不采用联合方式来开发新一代DRAM。
（4）IC产业的巨大魅力除将促使现有IC企业不断扩大投资外， 还将吸引传统工业企业相继加入。
（5）IC 工业技术在国防安全中所占的越来越重要的地位将引起各国政府的注意。
二、世界IC工业格局
在展望世纪之交的世界IC工业格局之前，有必要先看一下美国数据调查公司公布的近几年来世界前10大IC供应商的排名情况（见表3）。
表3 近年来世界前10大IC供应商的排名
排名1993年
1994年 1995年
公司名称 销售额公司名称销售额 公司名称
销售额
1
英特尔(美) 79.50 英特尔(美)101.21 英特尔(美)139.97
2 日本电气(日) 61.73 日本电气(日)
79.44日本电气(日)
106.32
3 摩托罗拉(美) 59.73 东芝(日)
75.07 东芝(日)
96.19
4 东芝(日) 57.54 摩托罗拉(美)
72.37摩托罗拉(美)92.78
5 日立(日) 50.38 日立(日)
64.85 日立(日)
86.07
6 德州仪器(美) 40.03 德州仪器(美)
52.80三星电子(韩)77.87
7 三星电子(韩) 30.47 三星电子(韩)
48.93
德州仪器(美) 77.82
8 富士通(日)
29.31 富士通(日) 38.58 国际商业电器(美) 66.01
9 三菱(日) 28.04 三菱(日)
37.35 富士通(日) 53.67
10国际商业电器(美) 25.10 飞利浦(荷兰)
29.05 三菱(日)
51.64
美国作为晶体管和计算机的发明国，从60年代IC工业兴起到80年代中前期，美国的IC工业都是绝对领先于世界的。但是到了80年代中后期，其世界头号IC霸主地位被日本夺去，美国除在科学研究、材料、检测等少数技术领域尚有一定竞争力之外，绝大部分技术领域优势都已衰落。由此导致美国的许多工业领域，尤其是军事装备领域越来越依赖于日本。为了扭转IC工业的不利局面，1987年美国成立了由多家大型IC厂商组成的“半导体制造联合体”，以促使国内IC设备制造企业联合开发先进的IC设备；同年美国国会成立“美国国家半导体咨询委员会”，该委员会定期向总统提交IC调研报告和政策建议；1989年在美国政府的支持下，14家IC企业成立了“半导体技术联合体”；1991年美国政府与产业界联合制订了“微电子2000规划”，旨在开发0.12微米的IC技术，并促进美国IC设备制造工业的繁荣。政府对IC工业的高度重视、强大的IC工业基础和IC人才优势是美国90年代重新成为世界IC头号霸主的主要原因。
日本的IC企业目前在本土投入了巨额资金来发展面向21世纪的先进IC技术。1995年日本电气公司首次在世界上采用0.2 微米技术研制成功1GDRAM，显示了其强大的IC实力。1996年以日本电气公司为首的10家日本IC厂商出资5000万美元建立“先进半导体技术研究所”（ASTI）。它将进行一个为期10年，耗资3.5亿美元的先进芯片技术研究项目， 还致力于新一代IC制备和材料的评价工作，并对日本国内外适合300 毫米的IC设备进行研究。要特别指出的是，日本具有非常强大的IC设备研制能力。如日本东京电子公司、尼康公司、佳能公司、日立公司等企业都具有很强的IC设备设计和制造能力。这毫无疑问是日本抢占21世纪IC制高点的一个重要砝码。
西欧IC工业水平在1990年前与美日存在较大差距，但西欧不甘落后。1988年底德、意、法等16个西欧国家30多个IC企业、研究所和大学联合实施了“欧洲亚微米硅技术加工计划”（即JESSI， 该计划是尤里卡计划的一部分），总投资达30亿美元，主要从事IC的应用、技术开发、设备制造、材料和基础研究，该项目已于1996年12月完成。JESSI 的实施使西欧在1990年掌握了0.8微米的4M DRAM技术，1993年掌握了0.5 微米的16M DRAM技术，1996年掌握了0.35微米的64M DRAM技术。IC工业已经成为欧洲目前增长最快的工业， 其产值已超过欧盟国民生产总值的5%。JESSI 的巨大成功极大地鼓舞了欧盟发展世界级IC 技术的决心。 1997年起， 欧盟各国将联合开展名为“欧洲微电子应用发展”（MEDEA）的项目研究。该项目侧重IC应用研究，预计投资30亿美元。欧洲IC工业技术迅速提高的一个重要因素是IC企业很重视产学研的有机结合。如法国和意大利合办的SGS —汤姆逊微电子公司的研究人员在企业生产线旁边进行研究工作，其成果可以直接应用于生产中。该公司由此成为欧洲IC企业三强之一（另外两强是德国的西门子公司和荷兰的飞利浦公司）。可以说，目前西欧的IC工业水平与美日的差距已经不存在。
东欧各国受经济、社会和政治等因素的影响，其IC工业水平与西欧存在很大差距。由于通货膨胀、军用IC订单大幅度减少、IC产品过时和IC设备陈旧等诸多原因，东欧的IC工业正面临着沉重打击，已有150 多家IC企业倒闭。东欧目前的IC工业水平仅为3.0 ～1.2 微米水平， 与1989年相比几乎没有任何进展。但是预计近年来东欧的IC市场份额将有较大增长。
俄罗斯在未来的IC国际竞争中的前景并不明朗。前苏联早在1985年制订的“20年科技综合发展纲要”中就特别强调要发展IC工业，但其执行情况并不理想。俄罗斯受政局不稳等因素影响，目前其IC产值比前苏联顶峰时期下降了近25%。此外， 俄罗斯的IC 人才的大批外流也使其IC工业面临严峻考验。1994年5 月俄议会通过了“国家电子发展计划”，以振兴俄罗斯的IC工业。该计划目前已筹资1亿美元研制0.8微米生产线。另外，目前俄罗斯通过大幅度提高进口IC产品关税等手段来保护自己的IC工业，并鼓励国外IC企业来俄投资建厂。俄罗斯的高等教育底子雄厚，拥有一定的IC设备制造能力，政府对IC工业很重视，西方国家有可能放宽对俄的IC技术出口限制，这些因素有可能使俄在未来IC国际竞争中占有一席之地。
韩国之所以能在短短20多年的时间里跻身于世界IC工业强国之列是与其政府的大力支持分不开的。80年代初韩国就制订了DRAM计划（该计划是韩国“国家高技术开发计划”的重要部分）支持韩国IC企业从美国和日本购买IC技术。现在韩国科学研究总预算的7.5%用于DRAM 的发展。另外，韩国政府对IC企业实行了低利息贷款和税收优惠等政策。可以说，如果没有韩国政府的大力支持，韩国三星企业今天不可能成为世界最大的DRAM供应商。但是韩国国内目前尚无自行研制先进IC设备的能力，这可能对其IC的长远发展不利，为此韩国政府与几大公司于1994年投资6200万美元研制国产的IC设备。
我国台湾的IC工业在60年代主要经营封装，70年代开始IC设计和加工技术研究，80年代随着大批IC人才回流台湾，IC工业由此取得了很大进展。1990年由于台湾当局开始实施“亚微米开发5年计划”， 该地区目前掌握了0.35微米生产技术。1995年台湾的IC产值已达到世界IC产值的3%。
新加坡的IC工业水平在亚洲仅次于日本、韩国、我国台湾而名列第四。70年代新加坡就成为世界重要的IC封装基地。80年代以来新加坡的IC工业逐渐由封装业向制造业和设计业过渡，同时国外有多家IC企业在该国投资建厂。1995年该国具备了0.35微米的生产能力。
马来西亚目前正在投资13 亿美元筹建该国第一条现代化水准的0.35微米的硅片加工生产线。
综上所述，目前的世界IC工业格局是美日两国争霸，欧洲迅速崛起，亚太地区最具发展潜力。
三、我国的IC现状和发展面临的问题
我国早在1965年就研制成功第一块IC产品，仅比美国晚7年， 与日本同步，比韩国早10年。但是由于种种原因，目前我国的IC水平与发达国家存在很大差距，而且这种差距目前有进一步拉大的趋势。不过改革开放以来，我国的IC工业还是取得了很大进展。在产量方面，1988年我国的IC产量突破1亿块大关，1995年达到4.7亿块。在技术方面，1994年中国华晶电子集团公司开始批量生产3微米产品（相当于国外70 年代末的水平），1996年我国自行开发成功1.5微米成套工艺技术。
我国具有巨大的IC市场（据预测，“九五”期间我国IC需求量可达300亿块），但是我国国产的IC产品仅能满足国内需求的15～20%， 而且大多数属于低档产品。另外，我国的芯片设计能力也较差，比如我国虽是世界电视机生产第一大国，但电视机中的关键芯片却不能自行设计。我国的IC工业水平明显与其国际地位不相称，因此我国政府已经多次强调要重点发展IC工业，并决定投资超过百亿元人民币发展一项名为“909”的IC工程。1996年11月27日作为“909”工程主体的上海华虹微电子有限公司超大规模集成电路项目奠基。该工程拟建设一条采用0.5 微米技术、8英寸硅片、月产2万片的生产线，并建设数个IC设计公司和一条8英寸硅单晶生产线。预计该工程将对我国的IC 工业水平产生重要影响。
要发展我国的IC工业目前至少面临如下问题：
（1）西方国家的IC先进技术封锁问题。实践反复证明， 由于意识形态障碍，我国不可能像韩国或台湾地区那样直接从西方国家进口先进的IC技术。一个典型的例子是我国目前可以花大价钱引进0.8 微米的IC生产线，但是绝对不可能引进0.35微米的生产线。
（2）民族IC工业问题。由于我国的IC 企业目前大部分已经合资经营，我国的民族IC工业正在面临严峻的局面。
（3）IC设备国产化问题。IC工业界素有“一代设备，一代技术， 一代产品”的说法，一部世界IC工业发展史是与IC设备制造史息息相关的。遗憾的是我国的IC设备国产化工作一直没有搞好，陷入了“引进一代，研制一代，丢弃一代”的怪圈。其原因恐怕是低估了我们现代化技术装备国产化的能力。
（4）IC人才问题。一切技术的竞争归根到底是人才的竞争。IC 人才的缺乏是一个世界性的问题，即使是美国这样的头号IC大国也一直被缺乏优秀的IC工程师和熟练IC 工人的问题所困扰。 我国更缺乏优秀的IC工程师，尤其缺乏既懂设计，又懂系统和工艺的IC工程师
IC技术是当今世界发展最快的高技术之一，它的迅猛发展和它在电子技术中的广泛应用极大地促进了国民经济的发展和国防实力的壮大，其技术水平与产业规模已经成为衡量一个国家经济发展、技术水平和国防实力的重要标志。十年动乱使我国痛失发展IC 工业的第一次机会， 80年代初关于“中国需不需要发展IC工业”的争论又使我国痛失第二次大好机会，在世纪之交的今天，我国又面临着发展IC工业的第三次大好机会，我国应该抓住机遇，大力发展IC工业，赶超世界先进水平。