前 言

親愛的讀者朋友，您好！

非常幸運與您一起踏入半導(dǎo)體征程與AI智造新世界！無論您是半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)或工業(yè)軟件行業(yè)的從業(yè)人員，還是政策的諫言者或制定者，或是企業(yè)高管與專業(yè)人士，以及正加入到這一產(chǎn)業(yè)的投資者，希望本書可以幫助您一窺產(chǎn)業(yè)全貌，做出正確的決策。事實上，從2022年開始，無論是政府、投資機構(gòu)，還是從業(yè)者，對新一代信息技術(shù)如何賦能半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展都給予了高度關(guān)注和厚望。

從全球大國的科技與貿(mào)易博弈來看，美國近年一系列新的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策相繼出臺，正試圖把美國拉回先進制造大國的行列。數(shù)字化時代先進制造的代表就是芯片，而美國發(fā)展這一產(chǎn)業(yè)的大量投資源頭便是中國，因為在過去的五年（20172022年），我國已成為世界最大的芯片消費國，為美國貢獻了巨額的利潤。制造與消費本是一對完美的上下游組合，但美國為了霸占科技鰲頭并把持最為豐厚的產(chǎn)業(yè)利潤，與其盟國在芯片領(lǐng)域持續(xù)打壓中國，以遏制中國在科技領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的崛起。芯片產(chǎn)業(yè)自主可控的戰(zhàn)略意義不言而喻，國務(wù)院2020年發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國芯片自給率在2025年要達到70%，而2019年的自給率僅約30%。近年我國芯片自給率不斷提升的成果，從海關(guān)總署的數(shù)據(jù)中可見一斑:2022年的前7個月，我國進口芯片數(shù)量為3246.7億個，同比下降11.8%，相當(dāng)于減少了434億個。

從發(fā)展歷史來看，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)最初是在20世紀(jì)60年代由軍工需求帶動而迅猛發(fā)展。根據(jù)IC Insights的統(tǒng)計，在近30年的時間里，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直推動著全球GDP的增長。全球資本與產(chǎn)業(yè)智慧凝結(jié)于人類科技皇冠芯片，它也成為全球科技戰(zhàn)與貿(mào)易戰(zhàn)的中心。芯片難，難于在全產(chǎn)業(yè)鏈進行資源的配置與協(xié)同，其中芯片制造更在產(chǎn)業(yè)鏈中處于投資規(guī)模最大、建設(shè)周期最長、尖端技術(shù)最密、良率要求最高的高價值環(huán)節(jié)。缺失了先進制造能力的芯片產(chǎn)業(yè)鏈就如鐵嘴豆腐腳在全球產(chǎn)業(yè)鏈競爭中容易被對手卡脖子，跑不出應(yīng)有的速度。

從軟硬件的組合來看，半導(dǎo)體集成電路是數(shù)字時代的硬件底座，而支持硬件智造與智能終端產(chǎn)品使用的軟件大致可分為兩類：操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺和各類應(yīng)用程序。工業(yè)軟件作為集成電路的靈魂，最初也是隨著軍工需求與硬件同步發(fā)展起來的。如今，毋庸置疑的是，以數(shù)據(jù)科技（大數(shù)據(jù)）和計算科技（AI）為代表的新一代信息技術(shù)，正成為按下第四次工業(yè)革命快進鍵的新生力量。在芯片智造中，除了我們熟知的工藝、設(shè)備、材料等b備條件外，難以突破的還有工業(yè)軟件。工藝研發(fā)離不開專屬軟件，先進機臺設(shè)備都內(nèi)嵌智控軟件，材料研發(fā)也需要通過軟件來分析、配比和升級。而打通這三類生產(chǎn)要素形成智能一體化的穩(wěn)定生產(chǎn)環(huán)境，也同樣離不開工業(yè)智造軟件。隨著芯片的工藝制程不斷微縮并朝著原子級尺寸邁進，無論是芯片的制造廠商，還是芯片的設(shè)備廠商，都在大量運用新一代信息技術(shù)助力前沿科研、產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)和制造。新型信息技術(shù)正發(fā)揮著至關(guān)重要且愈發(fā)重要的作用，這是一條已在國際先進制造業(yè)獲得廣泛驗證、認同、推崇的b經(jīng)之道，因此也被業(yè)界媒體稱為神秘的黑武器。但黑武器并不容易掌握或獲得，由于半導(dǎo)體及集成電路與國防軍工密切相關(guān)，西方在產(chǎn)業(yè)背后建立了強固的政治貿(mào)易壁壘c；加上行業(yè)競爭異常激烈、技術(shù)壟斷與霸權(quán)盛行，各廠商對核心技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用都是退藏于密；再就是專業(yè)領(lǐng)域知識的緘默性與抽象性提高了效仿和學(xué)習(xí)的門檻，使對手難以觸及和掌握。試圖打開這扇芯片的新一代信息技術(shù)智造之門正是本書的價值所在。

從新時代雙循環(huán)的格局來看，要參與全球競爭，勢b要先發(fā)揮自身優(yōu)勢建立內(nèi)部的閉環(huán)。在我國半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)的閉環(huán)格局建設(shè)中，與國際對手正面的競爭是無法回避的，這是我國持續(xù)、堅定、大力支持發(fā)展工藝、設(shè)備、材料方面自主可控能力的原因。但我們也要看到正面戰(zhàn)場的局限性與被動性。由于受《瓦森納條約》、總體產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模及目前國內(nèi)尖端人才短缺等諸多方面的客觀限制，在傳統(tǒng)賽道的后發(fā)跟跑策略并不能令我們獲得領(lǐng)先優(yōu)勢。所謂以正和、以奇勝，通過數(shù)據(jù)科技和計算科技進行賦能，則可以充分借力并發(fā)揮我國在新信息技術(shù)方面自主可控的優(yōu)勢，特別是近年已積累的海量數(shù)據(jù)及不斷精進的深度學(xué)習(xí)AI算法，可以對芯片的制造特別是先進制造起到四兩撥千斤的效果。

從宏觀來看，我國在芯片領(lǐng)域積極推廣和應(yīng)用數(shù)據(jù)科技和計算科技的智造能力，已有了良好的政策、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)與資本的基礎(chǔ)。

首先，2015年3月國務(wù)院首次提出推行國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略之后，大數(shù)據(jù)及AI政策頻出，工業(yè)制造領(lǐng)域在利好形勢的引導(dǎo)和支持下，開始重視并挖掘數(shù)據(jù)科技和計算科技的巨大應(yīng)用價值，跨界創(chuàng)新應(yīng)用層出不窮，開啟了數(shù)智化時代。中國已成為全球AI強國之一，一貫嚴(yán)謹保守的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也參與了進來。之后在
2018年12月，中央經(jīng)濟工作會議提出新基建，無疑將數(shù)字化轉(zhuǎn)型提到了戰(zhàn)略發(fā)展新高度。這并非只是一場技術(shù)革命，它與戰(zhàn)略融合，已成為行業(yè)或企業(yè)頂層設(shè)計的重要部分。

其次，數(shù)字化轉(zhuǎn)型在中國工業(yè)領(lǐng)域已走過數(shù)個年頭，工業(yè)制造領(lǐng)域已打下了計算機/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（Computer/Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）的堅實基礎(chǔ)。在2021年數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展高峰論壇上，信通院發(fā)布的數(shù)字化轉(zhuǎn)型成果顯示：十三五期間，我國數(shù)字經(jīng)濟增速超過了16.6%。產(chǎn)業(yè)數(shù)字化需要依靠企業(yè)實現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化聚焦的是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的核心生產(chǎn)場景，提高的是整個產(chǎn)業(yè)的競爭力和經(jīng)濟水平。

最后，國家大基金一、二期共撬動萬億元的地方及社會資金大舉進入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，科創(chuàng)板等二級市場興起也為優(yōu)秀科創(chuàng)企業(yè)鋪平了一條新的科研興國之路。半導(dǎo)體軟件領(lǐng)域的投資規(guī)模超前，速度驚人。雖然一、二級市場隨著行業(yè)周期與中美博弈而出現(xiàn)震蕩，但沒有人否認半導(dǎo)體集成電路將成為未來最為重要的數(shù)字化基建，它將推動全球從數(shù)字化到數(shù)智化再到元宇宙的發(fā)展進程，新技術(shù)、新概念、新機遇將層出不窮。

數(shù)據(jù)科技、計算科技與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場景的深度融合，即半導(dǎo)體集成電路的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，是集成電路半導(dǎo)體企業(yè)本身技術(shù)發(fā)展的訴求與投資方向。此外，對于前瞻性的、行業(yè)共性的攻堅難題，也可以納入政府的專項中來，一方面可以立足于AI大數(shù)據(jù)等新信息技術(shù)專項，另一方面也可以立足于芯片先進智造專項。多年以來，半導(dǎo)體集成電路與AI是科技興國戰(zhàn)略發(fā)展的兩條線，新信息技術(shù)在半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)的加速應(yīng)用推動了兩條戰(zhàn)略路線的融合。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，工業(yè)智造軟件的投入與重型基礎(chǔ)設(shè)施的投入比起來只是九牛一毛，而可能產(chǎn)出的價值卻是巨大的。基礎(chǔ)科研不僅可以在工藝、設(shè)備、材料方面發(fā)力，也可以將生產(chǎn)要素與數(shù)據(jù)科技、計算科技融合起來，從而有望開創(chuàng)出一條更能發(fā)揮軟實力競爭優(yōu)勢的、因地制宜的、揚長避短的、事半功倍的，對企業(yè)、產(chǎn)業(yè)甚至國家產(chǎn)生更大協(xié)同價值和溢出價值的新技術(shù)路徑。

工業(yè)智造軟件歸屬于工業(yè)軟件，但為了聚焦芯片智造技術(shù)的闡述并與國際產(chǎn)業(yè)界的統(tǒng)稱接軌，本書將使用工業(yè)軟件作為切入點，但更多會使用智造軟件來展開本書的主要內(nèi)容。工業(yè)軟件作為一個應(yīng)用廣泛、包羅萬象的集合，其中能轉(zhuǎn)化成商用的部分只是冰山一角，更具核心價值的專用技術(shù)往往秘而不宣（例如，美國波音公司研制了8000多種工業(yè)軟件，進行商業(yè)化向市場開放了不到1000種）。本書聚焦于龐大的芯片智造工業(yè)軟件體系中更具核心價值的部分，期望掀開其神秘面紗。第四次工業(yè)革命已經(jīng)來到，工業(yè)軟件也迎來智能時代，傳統(tǒng)工業(yè)軟件是b備的生存之本，而智造軟件才是發(fā)展的制勝之道。對于產(chǎn)業(yè)界來說，由于采取不同技術(shù)路線的試錯成本太高，非頭部廠商極少開辟自己獨有的技術(shù)路線，一般做法就是沿襲頭部廠商的成功做法并進行二次創(chuàng)新。因此，了解這一維度的發(fā)展歷史、價值起源、應(yīng)用現(xiàn)狀與未來趨勢對于我國的芯片制造廠商來說意義重大。

但是，智造軟件僅作為一類新的技術(shù)，并不是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的護身符。技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合應(yīng)用，歸根到底還是靠企業(yè)來實施和推動。那些舉足輕重的領(lǐng)軍企業(yè)特別需要先試先行，它們一是有足夠的資本和資源，二是可以起到產(chǎn)業(yè)鏈的帶動作用。誠然，芯片產(chǎn)業(yè)整體上除了需要彌補工藝、設(shè)備、材料等硬件與智造軟件方面的短板外，還需要提升企業(yè)經(jīng)營管理的水平。核心技術(shù)的背后是核心人才，核心人才的背后是文化與價值觀、圈子與利益，而跨文化管理又是國際化半導(dǎo)體公司的普遍挑戰(zhàn)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，管理學(xué)流派似乎是被排斥在決策層之外的，因為需要依靠先進技術(shù)發(fā)揮競爭優(yōu)勢。那么，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的管理模式與經(jīng)驗真的與其他行業(yè)有天壤之別嗎？事實上，全球半導(dǎo)體領(lǐng)軍企業(yè)的實踐證明并非如此。在全球大型半導(dǎo)體企業(yè)的CEO中，華人占據(jù)的比例越來越大。無論他們出生于何處，都有著共同的特質(zhì)：既有工于科技、樂在堅毅的專業(yè)能力，又有敏銳的市場前瞻與商業(yè)洞察。懂科學(xué)可以搞科研，唯有懂經(jīng)營才能做企業(yè)。這可能也是全球十大芯片設(shè)計廠商中有八家的掌門人為華人的重要原因吧。半導(dǎo)體是一個充分參與全球激烈市場競爭的產(chǎn)業(yè)，除了要有技術(shù)，更要有創(chuàng)新的商業(yè)思維。拋開地緣政治和自然資源因素，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展有兩大能力支柱：

（1）戈登·摩爾a在其摩爾定律中體現(xiàn)的持續(xù)性技術(shù)創(chuàng)新。按ITRS在2005年白皮書中的定義，又分化為后摩爾（More Moore）和超摩爾（More than Moore）兩大趨勢。

（2）張忠謀先生闡釋臺積電成功秘訣時談及商業(yè)模式創(chuàng)新的重要性。他與臺積電的成功給予了行業(yè)兩大管理思想的貢獻：其一是大家熟知的、始于1987年臺積電創(chuàng)立之時的晶圓代工模式Foundry，當(dāng)然這一模式同時催生了Fabless；其二則更為重要，就是臺積電于2008年創(chuàng)立的開放式創(chuàng)新平臺OIP，以此發(fā)展出的臺積電大聯(lián)盟已成為全球半導(dǎo)體頂尖公司的盟友圈。如果說第一個商業(yè)模式創(chuàng)新是把晶圓代工從IDM中分出來，第二個則是通過聯(lián)盟的形式又合進去，從而形成一個全球化協(xié)同的虛擬IDM。30多年來，臺積電的成功就在這樣一分一合的商業(yè)模式創(chuàng)新中塑造起來，通過彎道超車一步一步令對手望塵莫及。

在這里我們強調(diào)企業(yè)管理的價值，除了如上的原因外，更重要的是數(shù)字化智造意味著一場制造的變革，它涉及公司內(nèi)部的倡議、先試先行的預(yù)算投入、人才與團隊的配置、對跨界融合創(chuàng)新的鼓勵以及對初始失敗的包容等，它不僅是一個技術(shù)問題，更是一個戰(zhàn)略問題。數(shù)字化賦能智造是一項戰(zhàn)略任務(wù)，對芯片制造業(yè)來說是實現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的重要支撐力量，決策層只有在這個方面達成共識，并由主要負責(zé)人掛帥，數(shù)字化智造變革才能成功，這并非只是IT部門的工作。

從宏觀的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展與全球市場競爭來看，中國的情況與美國不完全相同，硬拼傳統(tǒng)賽道的工藝、設(shè)備、材料等技術(shù)也可能落入追趕者陷阱，因此需要發(fā)揮我國特有的制度優(yōu)勢、管理優(yōu)勢和新一代信息技術(shù)優(yōu)勢，在某種程度上甚至可以通過工業(yè)智造軟件來彌補硬件的不足。換句話說，就是把握機遇 技術(shù)領(lǐng)先 管理卓越。除了產(chǎn)業(yè)機遇之外，我國的制度優(yōu)勢為產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機遇；而技術(shù)創(chuàng)新的源頭是解放的思想，這包括本書倡議的數(shù)智化跨界創(chuàng)新；商業(yè)成敗的源頭是決策，正確的決策則需要卓越的管理。芯片制造業(yè)由于精細的分工，行政權(quán)力被約束在尊重科學(xué)與客觀數(shù)據(jù)、掌握關(guān)鍵信息并集體決策的框架內(nèi)，更多的共識與協(xié)力是國際化團隊特別需要加強的。因此，我們還是強調(diào)，在芯片智造的轉(zhuǎn)型中，需要把握機遇、技術(shù)領(lǐng)先、管理卓越三者的結(jié)合。

所以，本書的主要內(nèi)容也分成這三個部分：

第一篇是機遇篇，闡述歷史機遇與產(chǎn)業(yè)歷程，包括半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在過去一個世紀(jì)中帶給全球經(jīng)濟發(fā)展的機遇，以及大國在半導(dǎo)體機遇中的競合與博弈歷程。

第二篇是技術(shù)篇，闡述交叉跨界技術(shù)創(chuàng)新，以及新一代信息技術(shù)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正發(fā)揮的、愈發(fā)重要的作用，這涉及芯片設(shè)計、制造、封測，也包括芯片制造設(shè)備廠商的應(yīng)用實踐與重要成果。

第三篇是管理篇，展望未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展，包括如何看待和理解半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)在21世紀(jì)的爆發(fā)式增長，以及從產(chǎn)業(yè)發(fā)展管理及企業(yè)管理的視角出發(fā)，闡述如何更好地實現(xiàn)智能制造的升級管理。

在資本與科技密集的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，技術(shù)通常是第一位的。但是在一個以領(lǐng)軍企業(yè)為龍頭的產(chǎn)業(yè)鏈競爭中，b須認清和把握時代機遇，順勢而為，同時充分提升現(xiàn)代科技企業(yè)的管理水平并優(yōu)化治理結(jié)構(gòu)，才能更好地培養(yǎng)和發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)領(lǐng)先和超越。

我們正沿著20世紀(jì)工業(yè)化的步伐邁向21世紀(jì)的數(shù)字化、數(shù)智化和智人化，如果說我們在半導(dǎo)體過去30年的發(fā)展中忽略或錯過了一些重要機遇，那么現(xiàn)在是我們樹立遠見卓識，更好地把握半導(dǎo)體未來10年輝煌發(fā)展的關(guān)鍵時刻。從第四次工業(yè)革命中提出的信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System）到工業(yè)4.0的數(shù)字孿生（Digital Twins），再到元宇宙（Metaverse）……這一切都因芯片的發(fā)展成果而生，又推動芯片自身邁向更輝煌的未來。實現(xiàn)芯片強國夢是志在b得、砥礪奮進的征程。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，從來少有投機取巧的一本萬利，也鮮見文人騷客的閑情逸致，更無一廂情愿的天馬行空，只能靠扎實的內(nèi)功。

最后，由于半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)涉及的知識紛繁復(fù)雜，本書作為在該領(lǐng)域的一次探索性嘗試，b然存在錯漏與不足之處，特別是由于地區(qū)差異造成的專有名詞的不同叫法，容易翻譯錯誤或引起誤讀。因此，您的任何批評、糾正和建議將是我們的寶貴財富！

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謹以此書獻給在半導(dǎo)體時代繼續(xù)同行的我們！

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