C919起飛了，國產(chǎn)芯片行業(yè)呢？

Insigne · 發(fā)表于 2023-6-10 13:49:03

5月28日，國產(chǎn)大飛機成功商業(yè)載客飛行。對此，中國商飛副總經(jīng)理魏應(yīng)彪表示，“歷經(jīng)幾代人的努力，我國民航運輸市場首次擁有了中國自主研發(fā)的噴氣式干線飛機，大飛機事業(yè)已經(jīng)邁入規(guī)模化系列化發(fā)展新征程�！�

國外媒體將C919的首次商業(yè)飛行稱為，“中國數(shù)十年與西方對手在空中展開競爭的里程碑事件”。產(chǎn)業(yè)相信國產(chǎn)大飛機的商用，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，同樣被國外廠商高度壟斷，高端芯片制造也是我國當(dāng)前重點關(guān)注的問題。那么造芯片和造飛機哪個更復(fù)雜？造飛機已經(jīng)成功了，造（高端）芯片還會遠(yuǎn)嗎？

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造飛機難在哪里？

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

C919實現(xiàn)了接近60%的國產(chǎn)化率，其中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)36%，發(fā)動機系統(tǒng)22%、航電系統(tǒng)17%、機電系統(tǒng)13%等，其余12%為起落架、液壓、燃油及環(huán)控系統(tǒng)。

造一個大飛機零部件，要考慮材料、技術(shù)、設(shè)計等等問題。以在航空發(fā)動機中，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)動機的渦輪前溫度，而這一技術(shù)指標(biāo)是航空發(fā)動機劃代的重要依據(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。一萬米高空溫度會低于攝氏零下40攝氏度，而飛機點火的核心位置高達(dá)上千度的高溫。所以航空發(fā)動機的材料必須耐低溫又耐高溫，抗脹又抗縮，且能夠長時間在高溫、高壓的環(huán)境下保持?jǐn)?shù)萬轉(zhuǎn)的高速轉(zhuǎn)動。

高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、長時間運行，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)的同時提升。而一架飛機可以拆解出上萬個部件，在設(shè)計、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)，特點是重資產(chǎn)、投資大、周期漫長、工程實踐復(fù)雜�？陀^事實上講，相對于國外，我國的起步較晚，要追趕的環(huán)節(jié)有許多�？梢钥吹�，C919仍有一部分產(chǎn)品需要進(jìn)口。

造飛機很難，不過有趣的是，相對于飛機的動力系統(tǒng)，飛機上的芯片是相對容易攻克的產(chǎn)品。

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飛機用芯片：需求量小，需要成熟制程

在集成電路出現(xiàn)之前，航空業(yè)一直在努力利用計算機行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，這導(dǎo)致計算機的尺寸越來越大。這是集成電路發(fā)明背后的推動力之一。隨著集成電路被發(fā)明，美國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，然后使用這些信號來確定飛機的位置和行進(jìn)方向。

半導(dǎo)體在航空領(lǐng)域的另一個重要應(yīng)用是通信系統(tǒng)。無線電通信在包機中至關(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。

飛機的飛行控制系統(tǒng)依靠半導(dǎo)體來處理來自傳感器的信號，這些傳感器檢測飛機的速度、高度和方向。然后，控制系統(tǒng)使用此信息來調(diào)整飛機的飛行路徑，并在包機服務(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)將無法處理運行所需的大量數(shù)據(jù)，飛機也無法安全飛行。

總的來說，單架飛機對芯片的需求量較小，生產(chǎn)一架飛機只需要1,000個芯片左右，主要用于航電系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、客艙系統(tǒng)等。芯片在飛機上的使用壽命非常長，飛機退役前基本無需更換。即使需要升級，大多數(shù)時候也是進(jìn)行軟件升級，不用在硬件層面對芯片進(jìn)行更換。

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

值得驕傲的是，C919已經(jīng)用上了一些國產(chǎn)芯片。

C919的網(wǎng)絡(luò)通信類的機載總線交換芯片來自紫光國微。紫光國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、存儲類器件、總線器件、接口驅(qū)動器件、電源芯片六大系列，主要應(yīng)用于航空及其他一些對產(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也來自國產(chǎn)半導(dǎo)體公司。翔騰微電子自主研制國產(chǎn)GPU通過了大飛機C919聯(lián)試驗證，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，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)，面向典型機載座艙顯示進(jìn)行了應(yīng)用級、算法級、架構(gòu)級、電路級、軟件級等系列優(yōu)化。

03

由國產(chǎn)大飛機起飛想到的

造飛機和制造芯片都是我國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，無論是飛機使用的核心材料，還是芯片制造中使用的材料，國產(chǎn)廠商都在追趕中。

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

芯片材料方面，我國仍處于發(fā)展階段。以最受關(guān)注的光刻膠為例，全球市場為美日公司所壟斷，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)費用，由于芯片行業(yè)更新速度更快，相對來說芯片行業(yè)每年的研發(fā)成本更高。

2022年英國羅爾斯－羅伊斯（羅羅）的研發(fā)費用為13億英鎊。作為對比，2021年中芯國際的研發(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13%；同時預(yù)計2022年全球半導(dǎo)體研發(fā)支出可能達(dá)到805億美元。

芯片制造和飛機制造的主要區(qū)別之一是芯片市場更加龐大，這也讓芯片公司更受市場和投資者的關(guān)注。從市場層面看，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)用的市場巨大。

在人工智能、云計算、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)動下，2023年全球芯片市場規(guī)模有望達(dá)到5393.9億美元。

這樣對比之下，似乎芯片產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)之路更加漫長且艱難，但國產(chǎn)大飛機的實現(xiàn)有一些經(jīng)驗值得芯片行業(yè)思考。

首先，我們不難發(fā)現(xiàn)，其實國產(chǎn)大飛機中也有一些零部件來自其他國家，也有一些產(chǎn)品是我國與外國公司的合資企業(yè)生產(chǎn)的。對于芯片行業(yè)來說，復(fù)雜龐大的產(chǎn)業(yè)鏈決定了全球化的必然性。任何一個國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，想要依靠一個國家的力量實現(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，大飛機的國產(chǎn)化離不開校企合作。東華大學(xué)參加大飛機材料研發(fā)的團(tuán)隊曾經(jīng)表示，在攻克難題的階段，中國商飛與課題組實現(xiàn)了高效的合作。中國商飛并沒有使用簽約的方式，而是通過派遣技術(shù)設(shè)計人員駐扎在課題組，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。

國產(chǎn)大飛機歷時16年的研發(fā)證明了堅持的力量，雖然芯片行業(yè)面前依舊有重重考驗，但耐心與堅守會給出答案。