前 言

親愛的讀者朋友，您好！

非常幸運與您一起踏入半導體征程與AI智造新世界！無論您是半導體集成電路產(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，還是從業(yè)者，對新一代信息技術如何賦能半導體集成電路的發(fā)展都給予了高度關注和厚望。

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，與其盟國在芯片領域持續(xù)打壓中國，以遏制中國在科技領域不可逆轉的崛起。芯片產(chǎn)業(yè)自主可控的戰(zhàn)略意義不言而喻，國務院2020年發(fā)布的相關數(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%，相當于減少了434億個。

從發(fā)展歷史來看，半導體集成電路產(chǎn)業(yè)最初是在20世紀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、建設周期最長、尖端技術最密、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，跑不出應有的速度。

從軟硬件的組合來看，半導體集成電路是數(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)的基礎平臺和各類應用程序。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，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，還是芯片的設備廠商，都在大量運用新一代信息技術助力前沿科研、產(chǎn)品的設計研發(fā)和制造。新型信息技術正發(fā)揮著至關重要且愈發(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，由于半導體及集成電路與國防軍工密切相關，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、技術壟斷與霸權盛行，各廠商對核心技術研發(fā)和應用都是退藏于密；再就是專業(yè)領域知識的緘默性與抽象性提高了效仿和學習的門檻，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)。在我國半導體集成電路產(chǎn)業(yè)的閉環(huán)格局建設中，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習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，我國在芯片領域積極推廣和應用數(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)、技術與資本的基礎。

首先，2015年3月國務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)制造領域在利好形勢的引導和支持下，開始重視并挖掘數(shù)據(jù)科技和計算科技的巨大應用價值，跨界創(chuàng)新應用層出不窮，開啟了數(shù)智化時代。中國已成為全球AI強國之一，一貫嚴謹保守的半導體產(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)字化轉型提到了戰(zhàn)略發(fā)展新高度。這并非只是一場技術革命，它與戰(zhàn)略融合，已成為行業(yè)或企業(yè)頂層設計的重要部分。

其次，數(shù)字化轉型在中國工業(yè)領域已走過數(shù)個年頭，工業(yè)制造領域已打下了計算機/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（Computer/Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）的堅實基礎。在2021年數(shù)字化轉型發(fā)展高峰論壇上，信通院發(fā)布的數(shù)字化轉型成果顯示：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。半導體軟件領域的投資規(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、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)應用場景的深度融合，即半導體集成電路的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，是集成電路半導體企業(yè)本身技術發(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，新信息技術在半導體集成電路產(chǎn)業(yè)的加速應用推動了兩條戰(zhàn)略路線的融合。在半導體產(chǎn)業(yè)，工業(yè)智造軟件的投入與重型基礎設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。基礎科研不僅可以在工藝、設備、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)軟件作為一個應用廣泛、包羅萬象的集合，其中能轉化成商用的部分只是冰山一角，更具核心價值的專用技術往往秘而不宣（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，并不是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的護身符。技術與產(chǎn)業(yè)的結合應用，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體公司的普遍挑戰(zhàn)。在半導體產(chǎn)業(yè)中，管理學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發(fā)揮競爭優(yōu)勢。那么，半導體產(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，全球半導體領軍企業(yè)的實踐證明并非如此。在全球大型半導體企業(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：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計廠商中有八家的掌門人為華人的重要原因吧。半導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，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，對芯片制造業(yè)來說是實現(xiàn)戰(zhàn)略目標的重要支撐力量，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、設備、材料等技術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 技術領先 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，行政權力被約束在尊重科學與客觀數(shù)據(jù)、掌握關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，在芯片智造的轉型中，需要把握機遇、技術領先、管理卓越三者的結合。

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，包括半導體產(chǎn)業(yè)在過去一個世紀中帶給全球經(jīng)濟發(fā)展的機遇，以及大國在半導體機遇中的競合與博弈歷程。

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

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體芯片產(chǎn)業(yè)在21世紀的爆發(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體產(chǎn)業(yè)，技術通常是第一位的。但是在一個以領軍企業(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)化治理結構，才能更好地培養(yǎng)和發(fā)揮技術優(yōu)勢，實現(xiàn)領先和超越。

我們正沿著20世紀工業(yè)化的步伐邁向21世紀的數(shù)字化、數(shù)智化和智人化，如果說我們在半導體過去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，更好地把握半導體未來10年輝煌發(fā)展的關鍵時刻。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。在半導體領域，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，由于半導體芯片產(chǎn)業(yè)涉及的知識紛繁復雜，本書作為在該領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體時代繼續(xù)同行的我們！

李海俊