【半导体】航空发动机VS高端芯片制造，哪个更难搞？

国产大飞机C919已于上周五12月9日交付给东航（B－919A号）。C919首架机交付是继C919获颁中国民航局型号合格证后，我国大飞机事业征程上的又一重要里程碑，是国内正式迈出民航商业运营的关键“第一步”。值得注意的是，有网友表示说，大飞机只是一个组装货，不算是国产。据了解，C919发动机用的是CFM公司的Leap－1C，航电来自美国通用电气，飞控和辅助动力APU来自霍尼韦尔，通信导航系统来自美国柯林斯，起落架来自欧洲的利勃海尔，高升力系统来自美国穆格，液压系统来自美国派克，这些通通都是国外采购。另外，也有网友疑惑发问，航空发动机制造和芯片制造哪个更难？高性能航空发动机和高端芯片，分别被誉为“工业皇冠上的明珠”和“工业粮草”，作为技术含量极高的工业产品，它们牢牢占据着当今科技的制高点，同时它们也是我国相对薄弱的两个领域。在笔者看来，这两者都不容易。本文将从技术材料、研发费用、市场三个角度提供一些观点与思考。从技术材料层面看笔者了解到，在航空发动机中，最核心、加工生产难度最大的部件是涡轮叶片，涡轮叶片的性能很大程度上决定了航空发动机的涡轮前温度，而这一技术指标是航空发动机划代的重要依据。涡轮叶片工作环境极其恶劣，飞机在天上飞，首先必须防水，然后需要考虑小冰雹或者小石子的危害。一万米高空温度会低于摄氏零下40度，而飞机点火的核心位置高达上千度的高温。所以航空发动机的材料必须耐低温又耐高温，抗涨又抗缩，且能够长时间在高温、高压的环境下保持数万转的高速转动。高温、高压、高转速、长时间，这样苛刻的要求已经不是单靠材料性能提升所能解决的了，事实上，涡轮前温度的提高需要材料性能和冷却技术的同时提升。众所周知，芯片领域最难突破的是制造芯片的光刻机。由于是在纳米尺度上对芯片进行加工，光刻机本身的控制精度也需要在纳米量级，光刻机中有两个同步工作台，要求工作台由静止到运动，误差控制在2nm以内。芯片的发展制程如下：2001年：芯片制程工艺是130nm。2004年：90nm的元年。2012年：制程工艺发展到22nm，此时联电、联发科、格芯等很多厂家可以达到22nm的半导体制程工艺。2015年：芯片制成发展的一个分水岭，进入14nm时代。2017年：步入10nm时代，英特尔停在了10nm，i5和i7处理器由于良率问题而迟迟无法交货。2018年：7nm来临，英特尔至今无法突破，而美国另一家芯片代工巨头“格芯”，也是在7纳米处倒下的。2019年：6nm开始量产。2020年：制程开始进入5nm时代，进入更难的5nm，只有三星和台积电生存下来了。2021年：台积电3nm制程风险量产。2022年：台积电内部将2nm芯片提上日程。目前，国内28nm工艺仅在2015年实现量产，且仍以28nm以上为主，业内以28nm是传统制程和先进制程的分界点，也就是说我国的芯片制造水平还停留在传统制程阶段，追赶国外先进制程可谓任重道远。随着发展，半导体晶圆制造集中度显著提升，巨头不断地研发推动技术的向前发展。从技术角度来看，高端芯片比高性能航空发动机还是要难突破一些。从研发层面看2021年全球十大芯片公司研发支出：

OFweek·电子工程制图据ChipInsights发布数据指出，2021年全球半导体研发支出首次超过800亿美元，整体达到815亿美元，较2020年增长12％。其中，英特尔在2021年将其研发支出提高了12％，达到152亿美元的历史新高。另外再看世界最大的几个航空发动机公司的2021年研发费用：英国罗尔斯－罗伊斯（或译作“罗罗”）研发费用70 亿人民币；通用电气的航空发动机研发不足80亿元人民币；普惠公司（联合技术）研发不足70亿元人民币；从几大国际巨头的研发开支可以很明显看出，芯片研发费用是航空发动机研发费用的数倍，2021年两者之间的投入相差3．7倍。可以看出芯片难度要大得多，凝结了更多人的智慧成果。据了解，我国航发动力2020年的研发费用仅4．4亿人民币，研发费用率为2％左右，这个比例作为引领中国航空发动机创新的主体来说，是非常低的。从市场层面看美国航空发动机除了制造商GE、PW、CFM之外，产业链只有一个“美国精密铸件公司”市值比较大，以372亿美元被伯克希尔哈撒韦收购，实际控制人是巴菲特。除了精密铸件公司外，美国航发产业链没有其他市值超过40亿美元的大公司。事实上，美国精密铸件公司的市值有很大比例来自于并购得到的上百亿美元的矿产，剔除这部分价值，剩余的才是航发叶片和零部件业务的价值，航发零部件制造部分的企业价值小于270亿美元。（参考自矿产的收购价格和残值）但芯片上下游的产业链堪称巨大，包括IC设计、晶圆制造及加工、封装及测试环节，其中涉及的技术远远多于航发，参与研发人员的数量是航发的百倍，研发经费也是航发的百倍。

OFweek·电子工程制图从市值角度，仅仅台积电一家公司的年利润就超过了世界最大的四家航发公司美国GE、PW、CFM加上英国RR的航发业务利润，尤其是市值也超过了几家公司航发业务价值的总和。事实上，世界上没有任何一个国家能够搞的定集成电路80％以上的产业链，美国需要进口荷兰的光刻机，进口日本的靶材和高纯度化学材料，购买中国台湾和韩国的IP。此外，航空发动机的客户比较单一，军用航空发动机的主要客户是中国空军和海军，民用航空发动机的主要客户是中国商飞公司，受国家政策保护，航空发动机的市场培育要相对容易一些。芯片行业市场规模过于庞大，且芯片市场竞争是全球化公开竞争，单靠国家扶持不太现实，企业自身必须形成良性循环。芯片行业的市场规模要远大于航空发动机行业。从市场规模和市场培育难度上来看，芯片行业的突破难度更大。来 源 | OFweek电子工程网



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