美国智库向国会报告了中美科技差，中国与美国的技术差距有多大？

　　中国和美国的科技技术差距到底有多少？
　　近几年来，大家听到、看到了我们在科技方面的诸多成就。
　　在宇宙探索方面的祝融探火、羲和逐日、天和遨游星辰；
　　有工程建设方面的超大型盾构机、南极考察专用的雪龙2号科考船
　　有全面通电的西电东输的特高压输电网系统
　　还有4万公里的高铁通车运营总里程，其中2035年要把高铁修到台湾省！
　　今天我要给大家分享一个残酷的现实：中美的科技差距，尤其是以ICT行业为代表的半导体行业的差距，是非常、非常大的。大到什么程度呢？用笔者的一位朋友的话说，那就是以美国为首的西方国家，研究了近100年才创立的科技优势和成果，岂是你一句我要搞芯片一句口号，就能超越的呢？
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　　2022年6月9日，美国国会一份公开的报告中，详细阐述了中美或者说中国与西方国家在ICT（InformationCommunicationTechnology）信息技术产业链上的的不对称实力。我们来一起看一下。
　　先上结论：
　　1。中国对美国和美国盟国的依赖要比美国和美国盟国对中国的依赖要大得多。（美国用不对称形容中美之间的依赖性）
　　2。就算是华为这样的行业领导者，根本上还是依赖于许多美国和美国盟友国所掌握的技术，设备，硬件组件、软件组件以及相关的行业标准。
　　我们以芯片制造为例来讲述一下中国技术所在的大概位置：
　　以下内容来自于知乎，作者小枣君知乎
　　芯片制造与中国技术
　　为了把30吨的运算电路缩小，工程师们把多余的东西全扔了，直接在硅片上制作PN结和电路。下面从硅片出发，说说芯片的制作过程和中国所处的水平。
　　第一：硅
　　把这玩意儿氯化了再蒸馏，可以得到纯度很高的硅，切成片就是我们想要的硅片。硅的评判指标就是纯度，你想想，如果硅里有一堆杂质，那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。
　　太阳能级高纯硅要求99。9999，这玩意儿全世界超过一半是中国产的，早被玩成了白菜价。芯片用的电子级高纯硅要求99。999999999（别数了，11个9），几乎全赖进口，直到2018年江苏的鑫华公司才实现量产，目前年产0。5万吨，而中国一年进口15万吨。
　　难得的是，鑫华的高纯硅出口到了半导体强国韩国，品质应该还不错。不过，30的制造设备还得进口
　　高纯硅的传统霸主依然是德国Wacker和美国Hemlock（美日合资），中国任重而道远。
　　第二：晶圆
　　硅提纯时需要旋转，成品就长这样：
　　所以切片后的硅片也是圆的，因此就叫晶圆。这词是不是已经有点耳熟了？
　　切好之后，就要在晶圆上把成千上万的电路装起来的，干这活的就叫晶圆厂。各位拍脑袋想想，以目前人类的技术，怎样才能完成这种操作？
　　用原子操纵术？想多了，朋友！等你练成御剑飞行的时候，人类还不见得能操纵一个一个原子组成各种器件。晶圆加工的过程有点繁琐。
　　首先在晶圆上涂一层感光材料，这材料见光就融化，那光从哪里来？光刻机，可以用非常精准的光线，在感光材料上刻出图案，让底下的晶圆裸露出来。然后，用等离子体这类东西冲刷，裸露的晶圆就会被刻出很多沟槽，这套设备就叫刻蚀机。在沟槽里掺入磷元素，就得到了一堆N型半导体。
　　完成之后，清洗干净，重新涂上感光材料，用光刻机刻图，用刻蚀机刻沟槽，再撒上硼，就有了P型半导体。
　　实际过程更加繁琐，大致原理就是这么回事。有点像3D打印，把导线和其他器件一点点一层层装进去。
　　这块晶圆上的小方块就是芯片。芯片放大了看就是成堆成堆的电路，这些电路并不比那台30吨计算机的电路高明，最底层都是简单的门电路。只是采用了更多的器件，组成了更庞大的电路，运算性能自然就提高了。
　　据说这就是一个与非门电路：
　　提个问题：为啥不把芯片做得更大一点呢？这样不就可以安装更多电路了吗？性能不就赶上外国了嘛？
　　这个问题很有意思，答案出奇简单：钱！一块300mm直径的晶圆，16nm工艺可以做出100块芯片，10nm工艺可以做出210块芯片，于是价格就便宜了一半，在市场上就能死死摁住竞争对手，赚了钱又可以做更多研发，差距就这么拉开了。
　　说个题外话，中国军用芯片基本实现了自给自足，因为咱不计较钱嘛！可以把芯片做得大大的。另外，越大的硅片遇到杂质的概率越大，所以芯片越大良品率越低。总的来说，大芯片的成本远远高于小芯片，不过对军方来说，这都不叫事儿。
　　可别把龙芯和汉芯混为一谈
　　第三：设计与制造
　　用数以亿计的器件组成如此庞大的电路，想想就头皮发麻，所以芯片的设计异常重要，重要到了和材料技术相提并论的地步。
　　一个路口红绿灯设置不合理，就可能导致大片堵车。电子在芯片上跑来跑去，稍微有个PN结出问题，电子同样会堵车。这种精巧的线路设计，只有一种办法可以检验，那就是：用！大量大量的用！现在知道芯片成本的重要性了吧，因为你不会多花钱去买一台性能相同的电脑，而芯片企业没了市场份额，很容易陷入恶性循环。
　　正因为如此，芯片设计不光要烧钱，也需要时间沉淀，属于烧钱烧时间的核心技术。既然是核心技术，自然就会发展出独立的公司，所以芯片公司有三类：设计制造都做、只做设计、只做制造。
　　半导体是台湾少有的仍领先大陆的技术了，基于两岸实质上的分治状态，所以中国大陆和台湾暂且分开表述。
　　早期的设计制造都是一块儿做的，最有名的：美国英特尔、韩国三星、日本东芝、意大利法国的意法半导体；中国大陆的：华润微电子、士兰微；中国台湾的：旺宏电子等。
　　外国、台湾、大陆三方，最落后的就是大陆，产品多集中在家电遥控器之类的低端领域，手机、电脑这些高端芯片几乎空白！
　　后来随着芯片越来越复杂，设计与制造就分开了，有些公司只设计，成了纯粹的芯片设计公司。如，美国的高通、博通、AMD，中国台湾的联发科，大陆的华为海思、展讯等。
　　挨个点评几句。
　　大名鼎鼎的高通就不多说了，世界上一半手机装的是高通芯片；博通是苹果手机的芯片供应商，手机芯片排第二毫无悬念；AMD和英特尔基本把电脑芯片包场了。这些全是美国公司，世界霸主真不是吹的。
　　台湾联发科走的中低端路线，手机芯片的市场份额排第三，很多国产手机都用，比如小米、OPPO、魅族。不过最近被高通干得有点惨，销量连连下跌。
　　华为海思是最争气的，大家肯定看过很多故事了，不展开。除了通信芯片，海思也做手机用的麒麟芯片，市场份额随着华为手机的增长排进了前五。个人切身体会，海思芯片的进步真的相当不错（这一波广告，不收华为一分钱）。
　　展讯是清华大学的校办企业，比较早的大陆芯片企业，毕竟不能被人剃光头吧，硬着头皮上，走的是低端路线。前段时间传出了不少危机，后来又说是变革的开始，过得很不容易，和世界巨头相差甚多。
　　大陆还有一批芯片设计企业，晨星半导体、联咏科技、瑞昱半导体等，都是台湾老大哥的子公司，产品应用于电视、便携式电子产品等领域，还挺滋润。
　　在大陆的芯片设计公司，台湾顶住了大半边天！
　　还有一类只制造、不设计的晶圆代工厂，这必须得先说台湾的台积电。正是台积电的出现，才把芯片的设计和制造分开了。2017年台积电包下了全世界晶圆代工业务的56，规模和技术均列全球第一，市值甚至超过了英特尔，成为全球第一半导体企业。
　　晶圆代工厂又是台湾老大哥的天下，除了台积电这个巨无霸，台湾还有联华电子、力晶半导体等等，连美国韩国都得靠边站。
　　大陆最大的代工厂是中芯国际，还有上海华力微电子也还不错，但技术和规模都远不及台湾。不过受制于台湾诡谲的社会现状，台积电开始布局大陆，落户南京。这几年台资、外企疯狂在大陆建晶圆代工厂，这架势和当年合资汽车有的一拼。
　　大陆的中芯国际具备28nm工艺，14nm的生产线也在路上，可惜还没盈利。大家还是愿意把这活交给台积电，台积电几乎拿下了全球70的28nm以下代工业务。
　　美国、韩国、台湾已具备10nm的加工能力，最近几个月台积电刚刚上线了7nm工艺，稳稳压过三星，首批客户就是华为的麒麟980芯片。这俩哥们儿早就是老搭档了，华为设计芯片，台积电加工芯片。
　　说真的，如果大陆能整合台湾的半导体产业，并利用灵活的政策和庞大的市场促进其进一步升级，土工追赶美帝的步伐至少轻松一半。现在嘛，大陆任重而道远呐！
　　第四：核心设备
　　芯片良品率取决于晶圆厂整体水平，但加工精度完全取决于核心设备，就是前面提到的光刻机。
　　光刻机，荷兰阿斯麦公司（ASML）横扫天下！不好意思，产量还不高，你们慢慢等着吧！无论是台积电、三星，还是英特尔，谁先买到阿斯麦的光刻机，谁就能率先具备7nm工艺。没办法，就是这么强大！
　　日本的尼康和佳能也做光刻机，但技术远不如阿斯麦，这几年被阿斯麦打得找不到北，只能在低端市场抢份额。
　　阿斯麦是唯一的高端光刻机生产商，每台售价至少1亿美金，2017年只生产了12台，2018年预计能产24台，这些都已经被台积电三星英特尔抢完了，2019年预测有40台，其中一台是给咱们的中芯国际。
　　既然这么重要，咱不能多出点钱吗？第一：英特尔有阿斯麦15的股份，台积电有5，三星有3，有些时候吧，钱不是万能的。第二，美帝整了个《瓦森纳协定》，敏感技术不能卖，中国、朝鲜、伊朗、利比亚均是被限制国家。
　　有意思的是，2009年上海微电子的90纳米光刻机研制成功（核心部件进口），2010年美帝允许90nm以上设备销售给中国，后来中国开始攻关65nm光刻机，2015年美帝允许65nm以上设备销售给中国，再后来美帝开始管不住小弟了，中芯国际才有机会去捡漏一台高端机。
　　不过咱也不用气馁，咱随便一家房地产公司，销售额轻松秒杀阿斯麦，哦耶！
　　重要性仅次于光刻机的刻蚀机，中国的状况要好很多，16nm刻蚀机已经量产运行，710nm刻蚀机也在路上了，所以美帝很贴心的解除了对中国刻蚀机的封锁。
　　在晶圆上注入硼磷等元素要用到离子注入机，2017年8月终于有了第一台国产商用机，水平先不提了。离子注入机70的市场份额是美国应用材料公司的。涂感光材料得用涂胶显影机，日本东京电子公司拿走了90的市场份额。即便是光刻胶这些辅助材料，也几乎被日本信越、美国陶氏等垄断。
　　2015年至2020年，国内半导体产业计划投资650亿美元，其中设备投资500亿美元，再其中480亿美元用于购买进口设备。
　　算下来，这几年中国年均投入130亿，而英特尔一家公司的研发投入就超过130亿美元。
　　论半导体设备，中国，任无比重、道无比远啊！
　　第五：封测
　　芯片做好后，得从晶圆上切下来，接上导线，装上外壳，顺便还得测试，这就叫封测。
　　封测又又又是台湾老大哥的天下，排名世界第一的日月光，后面还跟着一堆实力不俗的小弟：矽品、力成、南茂、欣邦、京元电子。
　　大陆的三大封测巨头，长电科技、华天科技、通富微电，混的都还不错，毕竟只是芯片产业的末端，技术含量不高。
　　看到这里，大家觉得差距已经很大了吧？其实，芯片只是电子产品集成中的一个模块而已。
　　下面我们来看看美国人是如何看到中国在ICT领域里的地位的。
　　这份报告以生产手机为例，把整个手机的制造分为了五个层级的技术层面：第一层级：成品层（组装件）
　　在这一层级中，中国的出口份额全世界最高，从2007年的大约36提升至了2019年的68。
　　这里大家可以记住这个份额。在技术最终端的组装成品这一层级，中国的市场份额最大。
　　第二层级：主要的次级系统（模块）
　　以苹果2018年发布的AppleiPhoneXSMax为例，如果我们将其拆解，将会有1745个完成独立功能的模块。这其中，单件成本低于0。1美金的，高达94，也有价值110。4美金的三星产苹果屏幕。比如程序专用的CPU、手机内存、射频前端等；再比如手机摄像头部分的图像传感器等；
　　美国在CPU、射频硬件上的市场份额独霸世界，而在细分装备上，欧洲、日本和韩国（主要是三星）占据绝对优势。
　　中国在第二层级的市场份额，做得比较好的有：屏幕市场占据10（京东方），CPU占据13（华为旗下海思）
　　中国在第二层级的市场份额
　　值得注意的是，在第二层级的世界供应链体系中，出现了以模块为中心的技术优势集成在某个地区的现象。比如韩国在内存的绝对优势（三星和SK公司）以及我们的大boss美国在CPU的绝对领导地位（高通公司）以及射频技术的领导地位（Qorvo公司）第三层级：操作系统
　　操作系统是包含标准化接口（称为API）的平台，这些接口是部分开放的，其他公司通过该接口与平台（以及彼此互连）以创建和优化其产品。
　　需要注意的是，操作系统的竞争，具备非常强的虹吸效应。用户应用开发技术迭代使用习惯加强用户黏性，会形成一个非常完璧的护城河。比如，如果要研发一个APP，这家公司肯定会围绕IOS操作系统和安卓操作系统的用户来开发，因为几乎所有的用户都在使用这两个操作平台，那么他再为鸿蒙系统开发一个产品的回报预期就会非常低，这就会导致几乎很少有公司会主动依靠这个操作系统来开发APP。
　　中国的手机四大天王Oppo，Vivo，Xiaomi（小米）和Huawei（2019年被美国制裁）都在使用安卓系统，或者基于安卓系统开源开发的操作系统。在这个领域，美国在中国的市场占有率高达99（78安卓、21苹果）
　　关于手机操作平台，目前有效的竞争玩家只有谷歌的安卓和苹果的IOS系统，其他的操作平台（包括华为自主开发的鸿蒙系统）目前的有效市场份额都可以忽略不计。
　　也就是说，中国在这个层级的竞争力，暂时可以忽略不计。
　　到了这里是不是感觉有点难受了？
　　别急，我们再往下看第四层：第四层：半导体硬件
　　第一层、第二层、第三层要实现所有的功能，都离不开半导体。尤其是第二层级的硬件，那是由一个一个特殊功能的半导体小硬件按照科学的设计后堆叠出来的。（再回头看看小枣君的文章）
　　逻辑器件是处理0和1的数字芯片，是所有设备计算和处理的构建模块，约占整个半导体价值链的42。逻辑类别主要包括：微处理器（比如CPU、GPU和AP）、微控制器（MCU）、通用逻辑器件（比如FPGA），以及连接器件（比如WiFi和蓝牙芯片）。
　　存储器芯片用来存储数据和代码信息，主要有DRAM和NAND两大类，约占整个半导体价值链的26。DRAM只能暂时存储数据和程序代码信息，存储容量一般比较大；NAND俗称闪存，即便掉电也可以长期保存数据和代码，手机的SD卡和电脑的SSD固态硬盘都使用这类存储器芯片。
　　DAO代表分立器件、模拟器件，以及其它类别的器件（比如光电器件和传感器），约占整个半导体价值链的32。二极管和晶体管都是分立器件；模拟器件包括电源管理芯片、信号链和RF器件；其它类别的器件虽然占比不高，但也不可忽视（计算机和电子设备缺少一个器件就无法工作），比如传感器在新兴的物联网应用中越来越重要。
　　从资金投入方向的角度，我们可以从三个方面来对半导体领域进行分类：
　　第一类重资本投入劳工投入的部分：主要是组装、封装与测试，大约占行业的6：
　　市场份额：这个部分中国占世界市场份额的65，其中中国大陆38，台湾地区27。
　　第二类是重资本投入的部分：晶圆制造，大约占行业的19：
　　市场份额：中国总共32，其中中国大陆16，台湾地区20，韩国19，日本17，美国12其他原材料制造，大约占行业的5
　　市场份额：中国总共38，其中中国大陆16，台湾地区22，韩国16，日本19，美国11
　　第三类是重研发的部分：设计EDACoreIP，大约占行业的3
　　市场份额：美国74，欧洲20逻辑设计，大约占行业的30
　　市场份额：美国67，中国12，其中大陆5，台湾地区7DAO分立、模拟及其它（光电器件和传感器）大约占行业的17
　　市场份额：美国37，日本24，欧洲19内存，大约占行业的9
　　市场份额：韩国59，美国29专业制造设备，大约占行业的12
　　市场份额：美国41，日本32，欧洲18
　　在半导体全球供应链体系的八大分领域里，我们只在价值最低的组装封装与测试中占有一些市场份额，在高端的5大领域里，几乎没有我们的份额。第五层：生产半导体的核心设备与技术
　　该层级分为两大部分：
　　第一部分是材料沉积学
　　包括：等离子级化学沉积、高温化学沉积、低压化学沉积、原子层沉积、物理学沉积、高速热处理、管内共振沉积、旋转涂装、电化学沉积等。
　　在这些领域里，中国的市场份额最高的仅为3。1，大多数领域处于空白地位。
　　第二个部分是光刻
　　光刻机的头部厂家是荷兰的阿斯麦尔、日本的尼康和佳能公司。但做出光刻机所需要的集成供应链体系，则是西方几十年技术沉淀的积累。因为生产一台光刻机，需要有超过10万个零部件，这需要由5000多个不同的供应商来支撑，每一个供应商都需要在研发上花费超过1。2亿美金才能形成成熟的产品。中国与美国在信息技术领域的差距，是超级代差，可能需要几代人的不懈努力但在民生工程、大型设备、尖端技术如太空、飞机、高铁等领域的成功，更需要被老百姓所认知，因为美国在这些方面不行了。因为中国人和西方人都是一个肩膀扛一个脑袋，谁也不比谁差，谁也不比谁强。没有必要妄自菲薄。
　　写到这里，我不得不感叹，这个世界是美好的，又是残酷的。自从斯诺登事件以来，美国通过电子产品操控世界的企图被全世界所知。这个国家的间谍，竟然连盟友的总统也要监听。另一方面，西方在信息产业方面的技术沉淀，让我叹为观止。但如果我们透过现象看背后的故事，所有的根源都是在二战后，全世界最优秀的科学家几乎都到了美国，经过几十年的学术累积、应用累积、市场检验、配合最顶尖的世界竞争（与苏联），让美国及其西方盟友取得了今天的技术地位。
　　当然，这个世界并不是只有信息技术一个产业。我们国家在大型民生领域的应用已经有很多行业在世界产业链上取得了领先。比如超高压输电、高铁、大飞机、航天、基建中的桥梁建设、建筑建设、海底隧道建设、海上建设等等，没必要妄自菲薄。但是看清我们在部分领域的差距地位，也是十分有必要的。
　　突然想起华为的任正非先生在女儿被美国政治操弄期间在华为内部论坛讲的话：我们要敢于与美国争夺人才，我们可以待遇比他们高。。。。。。像美国两百年来那样的开放，把一切优秀人才吸引来一起创业。也用200年时间使我们也变成像美国一样强大。
　　最后，我想我突然明白为什么比尔盖茨的实体元素周期表博物馆的意义了。这背后是最基础的物理技术也是最究极的物理技术的体现。（请大家别再以炫富来看待这个行为了）
　　中国作为10亿人口超级经济体的结构性机会
　　顶尖科学家成批地出现，是依靠国民经济基础所累积的实力而成的。从人口的对比来看，美国有3。2亿，欧盟有5。1亿，再加上日本的1。6亿，总共大约是10亿人口，其实西方现代的技术领先的部分，也是这10亿人经过了几代人所累积出来的结果。
　　所以从先天资质上来说，中国具备了先天条件。但后天的成长，注定是非常难的，因为绝对技术的领先地位，通过合作，是很难得来的。这必须得靠自己突破。而研发的难度在这些领域，不是通过简单的资金投入就能够实现的，这往往需要几代人，才能实现。
　　天佑中华。老一辈为我们实现了独立，我们这一代人需要承担起属于我们的责任。
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