造飛機(jī)和造芯片哪個(gè)更難？

編者按：本文來自微信公眾號(hào) 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS），作者：六千，創(chuàng)業(yè)邦經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

(資料圖)

5月28日，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)成功商業(yè)載客飛行。對(duì)此，中國(guó)商飛副總經(jīng)理魏應(yīng)彪表示，“歷經(jīng)幾代人的努力，我國(guó)民航運(yùn)輸市場(chǎng)首次擁有了中國(guó)自主研發(fā)的噴氣式干線飛機(jī)，大飛機(jī)事業(yè)已經(jīng)邁入規(guī)?；盗谢l(fā)展新征程?！?/p>

國(guó)外媒體將C919的首次商業(yè)飛行稱為，“中國(guó)數(shù)十年與西方對(duì)手在空中展開競(jìng)爭(zhēng)的里程碑事件”。產(chǎn)業(yè)相信國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的商用，是高端制造業(yè)崛起的開端。

提到高端制造業(yè)，又不得不想到芯片制造。同樣是產(chǎn)業(yè)鏈極其龐大，同樣被國(guó)外廠商高度壟斷，高端芯片制造也是我國(guó)當(dāng)前重點(diǎn)關(guān)注的問題。那么造芯片和造飛機(jī)哪個(gè)更復(fù)雜？造飛機(jī)已經(jīng)成功了，造（高端）芯片還會(huì)遠(yuǎn)嗎？

01造飛機(jī)難在哪里？

想要研制出一臺(tái)大型客機(jī)，涉及動(dòng)力、控制、航電、液壓等系統(tǒng)工程，飛機(jī)要經(jīng)過可靠性、承力強(qiáng)度、飛行過程中適應(yīng)硬力變形的能力等重重考驗(yàn)。

C919實(shí)現(xiàn)了接近60%的國(guó)產(chǎn)化率，其中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)36%，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)22%、航電系統(tǒng)17%、機(jī)電系統(tǒng)13%等，其余12%為起落架、液壓、燃油及環(huán)控系統(tǒng)。

造一個(gè)大飛機(jī)零部件，要考慮材料、技術(shù)、設(shè)計(jì)等等問題。以在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，最核心、加工生產(chǎn)難度最大的部件渦輪葉片為例，渦輪葉片的性能很大程度上決定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前溫度，而這一技術(shù)指標(biāo)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)劃代的重要依據(jù)。

渦輪葉片工作環(huán)境極其惡劣，要考慮到防水、小冰雹或者小石子種種可能的危害。一萬米高空溫度會(huì)低于攝氏零下40攝氏度，而飛機(jī)點(diǎn)火的核心位置高達(dá)上千度的高溫。所以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的材料必須耐低溫又耐高溫，抗脹又抗縮，且能夠長(zhǎng)時(shí)間在高溫、高壓的環(huán)境下保持?jǐn)?shù)萬轉(zhuǎn)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)。

高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，這樣苛刻的要求已經(jīng)不是單靠材料性能提升所能解決的了，渦輪前溫度的提高需要材料性能和冷卻技術(shù)的同時(shí)提升。而一架飛機(jī)可以拆解出上萬個(gè)部件，在設(shè)計(jì)、制造過程中的工程量之大不難想象。

航空航天產(chǎn)品的開發(fā)，特點(diǎn)是重資產(chǎn)、投資大、周期漫長(zhǎng)、工程實(shí)踐復(fù)雜?？陀^事實(shí)上講，相對(duì)于國(guó)外，我國(guó)的起步較晚，要追趕的環(huán)節(jié)有許多。可以看到，C919仍有一部分產(chǎn)品需要進(jìn)口。

造飛機(jī)很難，不過有趣的是，相對(duì)于飛機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，飛機(jī)上的芯片是相對(duì)容易攻克的產(chǎn)品。

02飛機(jī)用芯片：需求量小，需要成熟制程

在集成電路出現(xiàn)之前，航空業(yè)一直在努力利用計(jì)算機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，這導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的尺寸越來越大。這是集成電路發(fā)明背后的推動(dòng)力之一。隨著集成電路被發(fā)明，美國(guó)空軍首先使用了相關(guān)產(chǎn)品，十年后商用航空也緊隨其后。

飛機(jī)用芯片主要用在導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)中。

半導(dǎo)體在航空領(lǐng)域最重要的應(yīng)用之一是導(dǎo)航系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng) (GPS) 導(dǎo)航是現(xiàn)代飛機(jī)的重要組成部分，它在很大程度上依賴于半導(dǎo)體。GPS 接收器使用半導(dǎo)體來放大和處理來自衛(wèi)星的信號(hào)，然后使用這些信號(hào)來確定飛機(jī)的位置和行進(jìn)方向。

半導(dǎo)體在航空領(lǐng)域的另一個(gè)重要應(yīng)用是通信系統(tǒng)。無線電通信在包機(jī)中至關(guān)重要，它被用于從空中交通管制到飛行員與飛行員之間的通信的方方面面。它們用于為無線電設(shè)備供電以及處理和放大傳輸和接收的信號(hào)。

飛機(jī)的飛行控制系統(tǒng)依靠半導(dǎo)體來處理來自傳感器的信號(hào)，這些傳感器檢測(cè)飛機(jī)的速度、高度和方向。然后，控制系統(tǒng)使用此信息來調(diào)整飛機(jī)的飛行路徑，并在包機(jī)服務(wù)期間使其保持在航線上。如果沒有半導(dǎo)體，飛行控制系統(tǒng)將無法處理運(yùn)行所需的大量數(shù)據(jù)，飛機(jī)也無法安全飛行。

總的來說，單架飛機(jī)對(duì)芯片的需求量較小，生產(chǎn)一架飛機(jī)只需要1,000個(gè)芯片左右，主要用于航電系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、客艙系統(tǒng)等。芯片在飛機(jī)上的使用壽命非常長(zhǎng)，飛機(jī)退役前基本無需更換。即使需要升級(jí)，大多數(shù)時(shí)候也是進(jìn)行軟件升級(jí)，不用在硬件層面對(duì)芯片進(jìn)行更換。

同時(shí)，安裝在飛機(jī)上的芯片更換需要經(jīng)歷復(fù)雜的認(rèn)證流程，耗時(shí)長(zhǎng)、成本高。雖然芯片行業(yè)一直強(qiáng)調(diào)速度和功率，但不同的行業(yè)會(huì)有不同的需求。在航空業(yè)，使用成熟制程的半導(dǎo)體產(chǎn)品更適合項(xiàng)目的需要。

值得驕傲的是，C919已經(jīng)用上了一些國(guó)產(chǎn)芯片。

C919的網(wǎng)絡(luò)通信類的機(jī)載總線交換芯片來自紫光國(guó)微。紫光國(guó)微的特種集成電路業(yè)務(wù)包括研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，產(chǎn)品涵蓋高性能微處理器、高性能可編程器件、存儲(chǔ)類器件、總線器件、接口驅(qū)動(dòng)器件、電源芯片六大系列，主要應(yīng)用于航空及其他一些對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性有極高要求的行業(yè)領(lǐng)域。

C919使用的航電專用GPU也來自國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體公司。翔騰微電子自主研制國(guó)產(chǎn)GPU通過了大飛機(jī)C919聯(lián)試驗(yàn)證，它是翔騰公司面向航空應(yīng)用、兼顧多領(lǐng)域嵌入式圖形處理應(yīng)用的第一款GPU，算法、架構(gòu)、指令集、軟件生態(tài)全部自主正向設(shè)計(jì)，具有完全自主的指令架構(gòu)、核心算法、圖形流水、軟硬件代碼及生態(tài)，面向典型機(jī)載座艙顯示進(jìn)行了應(yīng)用級(jí)、算法級(jí)、架構(gòu)級(jí)、電路級(jí)、軟件級(jí)等系列優(yōu)化。

03由國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)起飛想到的

造飛機(jī)和制造芯片都是我國(guó)正在追趕且重視的任務(wù)，兩者也有一些相似之處。

材料方面，無論是飛機(jī)使用的核心材料，還是芯片制造中使用的材料，國(guó)產(chǎn)廠商都在追趕中。

制造飛機(jī)的材料仍受制于基礎(chǔ)材料領(lǐng)域的局限，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)身上各種零部件所用材料很多都要從國(guó)外引進(jìn)。引進(jìn)材料價(jià)格昂貴不說，出于技術(shù)保護(hù)的考慮，外國(guó)公司可能不賣給我國(guó)，所以一些材料還要從0開始自主研發(fā)。

芯片材料方面，我國(guó)仍處于發(fā)展階段。以最受關(guān)注的光刻膠為例，全球市場(chǎng)為美日公司所壟斷，CR5高達(dá)87%，行業(yè)集中度較高。其中，日本四巨頭JSR、東京應(yīng)化、日本信越與富士電子市占率總和達(dá)到72%。

從研發(fā)成本來看，兩者都需要相當(dāng)高的研發(fā)費(fèi)用，由于芯片行業(yè)更新速度更快，相對(duì)來說芯片行業(yè)每年的研發(fā)成本更高。

2022年英國(guó)羅爾斯－羅伊斯（羅羅）的研發(fā)費(fèi)用為13億英鎊。作為對(duì)比，2021年中芯國(guó)際的研發(fā)達(dá)到了7.3億美元。根據(jù)IC Insights發(fā)布的一份報(bào)告，全球半導(dǎo)體公司的研發(fā)支出在2021年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的714億美元，增長(zhǎng)13%；同時(shí)預(yù)計(jì)2022年全球半導(dǎo)體研發(fā)支出可能達(dá)到805億美元。

芯片制造和飛機(jī)制造的主要區(qū)別之一是芯片市場(chǎng)更加龐大，這也讓芯片公司更受市場(chǎng)和投資者的關(guān)注。從市場(chǎng)層面看，波音公司的市值為1287.48億美元（6月1日數(shù)據(jù)）；作為對(duì)比近日英偉達(dá)的市值突破一萬億。兩者的差距很大一部分原因是，飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈上的公司他們的客戶比較單一，而芯片可以應(yīng)用的市場(chǎng)巨大。

在人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下，2023年全球芯片市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到5393.9億美元。

這樣對(duì)比之下，似乎芯片產(chǎn)業(yè)的國(guó)產(chǎn)之路更加漫長(zhǎng)且艱難，但國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的實(shí)現(xiàn)有一些經(jīng)驗(yàn)值得芯片行業(yè)思考。

首先，我們不難發(fā)現(xiàn)，其實(shí)國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)中也有一些零部件來自其他國(guó)家，也有一些產(chǎn)品是我國(guó)與外國(guó)公司的合資企業(yè)生產(chǎn)的。對(duì)于芯片行業(yè)來說，復(fù)雜龐大的產(chǎn)業(yè)鏈決定了全球化的必然性。任何一個(gè)國(guó)家都不可能憑借一己之力生產(chǎn)出一款芯片，更何況隨著芯片的應(yīng)用領(lǐng)域越來越多，類型越來越復(fù)雜，想要依靠一個(gè)國(guó)家的力量實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的自給自足，可以說難上加難。從這一角度來講，國(guó)內(nèi)的芯片行業(yè)依舊應(yīng)該保持開放心態(tài)，在某些領(lǐng)域發(fā)力，而不是做全而淺的努力。

其次，大飛機(jī)的國(guó)產(chǎn)化離不開校企合作。東華大學(xué)參加大飛機(jī)材料研發(fā)的團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)表示，在攻克難題的階段，中國(guó)商飛與課題組實(shí)現(xiàn)了高效的合作。中國(guó)商飛并沒有使用簽約的方式，而是通過派遣技術(shù)設(shè)計(jì)人員駐扎在課題組，校企兩方一起搞研發(fā)。這種校企合作的模式，也是芯片行業(yè)可以參考的。當(dāng)下，芯片行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域校企合作越來越受重視，探索出高效的合作模式也是芯片產(chǎn)業(yè)和高校方都在倡導(dǎo)的。

國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)歷時(shí)16年的研發(fā)證明了堅(jiān)持的力量，雖然芯片行業(yè)面前依舊有重重考驗(yàn)，但耐心與堅(jiān)守會(huì)給出答案。

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