國防軍工芯片發(fā)展現狀與趨勢分析

軍用芯片很大程度影響信息化裝備的作戰(zhàn)效能，已成為我軍信息化作戰(zhàn)能力發(fā)展瓶頸，將得到優(yōu)先和快速發(fā)展。

當前我軍的信息化建設以技術革命為主導，重點發(fā)展信息化武器裝備，核心在于裝備的電子化和計算機化。軍工芯片作為電子化的硬件基礎，被喻為信息化裝備的“神經中樞”，很大程度上決定信息化武器裝備的作戰(zhàn)效能。

軍工芯片的含義和現狀

軍工芯片的定義

芯片是半導體元件產品的統稱，是集成電路（IC, integrated circuit）的載體，由晶圓分割而成。而集成電路，是集合多種電子元器件實現某種特定功能的電路模塊，承擔著運算和存儲等多種功能。集成電路應用涵蓋了軍工、民用的幾乎所有的電子設備。

軍用芯片是應用在軍事領域的專業(yè)集成電路，廣泛應用在軍用計算機、導航、航空、航天、雷達、導彈等多個領域。

軍工芯片現狀：國產化率不足

模塊層級基本具備集成能力，瓶頸在元器件層級的高端軍用芯片。

我國半導體芯片近 5 年來每年進口高達 2000 億美元，我國每年進口半導體芯片金額很大，自 2013年起，每年用于進口芯片的外匯高達 2000 多億美元。2017 年我國進口集成電路 3770 億塊，同比增長 10.1%；進口金額 2601 億美元，同比增長 14.6%。

我國軍用芯片的研究整體起步較晚、由于缺乏高端人才，在核心元器件設計、制造設備、制造工藝水平等方面較落后，在高端元器件領域大多仍依賴進口。

逆向+自主雙管齊下，軍工芯片逐款逐系列替代

進口芯片可得性不斷降低，模塊供應商切入元器件核心領域。軍用模塊供應商過去通常通過采購國外商用芯片或已淘汰軍用芯片的方式獲得核心元器件，并以此為基礎進行二次開發(fā)和集成，設計完成實現特定功能的子模塊。由于國外芯片的可得性不斷降低以及軍方整機廠對于核心元器件國產化率要求的不斷提高，已有一些模塊供應商切入元器件核心領域，投入到核心芯片的研發(fā)設計。

逆向+自主雙管齊下，軍工芯片逐款逐系列替代。過去較長的一段時間里，我國軍用芯片的研制，往往只能在參照國外產品功能及接口的基礎上，采取逆向設計的方法實現功能仿制，產品的各種性能參數等技術指標基本不可能完全一致。對于產品設計時就已經選用了進口器件，因停產禁運等原因需用國產器件替代的，往往由于存在差異或未有使用經歷，導致很多國產軍用芯片替代較為困難。《電子元器件國產化替代工作探討》一文曾就電子元器件國產化替代采納情況進行了統計分析，僅有 35%可采納國產替代，其余的國產件由于封裝體積差異、關鍵性能指標差異、沒有使用經歷、質量可靠性達不到等原因未能替代使用。與此同時，國內科研機構在一些重點領域取得一些突破，如軍用 CPU、自主可控 DSP、軍用 GPU 等。

軍工芯片產業(yè)鏈：設計為主導，先發(fā)優(yōu)勢明顯

軍工芯片產業(yè)鏈三環(huán)節(jié)垂直分工，IC設計為主導

芯片作為一項相對來說軍民通用的電子器件，產業(yè)鏈在軍用和民用領域沒有顯著的差異。軍工芯片產業(yè)鏈也分為芯片設計、芯片制造和封裝測試三個環(huán)節(jié)，上游的設計公司按照客戶要求設計出電路和版圖，然后由中游的加工制造廠將其建造在硅片上，硅片再送往下游的后工序廠進行封裝測試，最后制成客戶所需要的產品。

市場化程度低，先發(fā)優(yōu)勢明顯

軍工電子產業(yè)鏈大致可分為整機廠、分系統商、核心模塊和元器件供應商，相互之間的業(yè)務層級明確，從上而下依次傳遞產品需求，從下至上依次交付合格產品。軍工電子產品，尤其是應用于現代化武器作戰(zhàn)平臺上的核心電子組件和小型系統級產品，一般為定制化產品，客戶明確且高度集中。整個軍工電子產業(yè)鏈中，各大軍工集團及下屬單位過去通常采用“元器件-模塊-子系統-整機”全包式的研制生產體系。隨著軍民兩用的深入，一些民營企業(yè)逐漸參與到軍工元器件和模塊的研發(fā)和生產，為軍工集團和下屬單位進行配套生產。

長期驅動力：信息化是我軍軍隊裝備建設的重點

信息化建設是軍隊建設大勢所趨

在人類戰(zhàn)爭的形態(tài)不斷演進。信息技術使得多軍種聯合一體化作戰(zhàn)、武器裝備的精確性和攻防能力倍增、內部信息互聯互通更加快速，對戰(zhàn)爭形態(tài)產生了深遠的影響。戰(zhàn)爭形態(tài)逐漸從機械化向信息化轉變，作戰(zhàn)雙方從爭奪制空權和制海權到爭奪“制信息權”，信息化進程從單項武器裝備信息化向一體化作戰(zhàn)系統信息化滲透。戰(zhàn)爭逐漸表現出多維度一體化特征，武器裝備的信息化程度以及信息化指揮系統能否發(fā)揮部隊間的協同效應將成為能否打勝仗的關鍵。

信息化建設是我軍軍隊建設的重中之重

發(fā)布新版國防軍事發(fā)展戰(zhàn)略，將信息化軍隊建設作為軍事力量建設的重中之重。中國政府 2015 年5 月 26 日發(fā)表《中國的軍事戰(zhàn)略》白皮書，強調貫徹新形勢下積極防御軍事戰(zhàn)略方針，加快推進國防和軍隊現代化。在武器裝備建設層面，把軍事斗爭準備的基點放在打贏信息化局部戰(zhàn)爭上，把制信息權放在奪取戰(zhàn)場綜合控制權的核心地位，著眼破敵作戰(zhàn)體系進行精確打擊，并強調運用諸軍兵種一體化作戰(zhàn)力量，實施信息主導、精打要害、聯合制勝的體系作戰(zhàn)。

長期驅動力：信息化建設初期，軍工芯片率先突圍

信息化建設初期，以技術革命為主導、電子化為先鋒

我國的軍隊信息化程度較低，正處于從機械化向信息化邁進的階段，與美國等西方國家相比差距較大。按照國防和軍隊現代化建設“三步走”戰(zhàn)略構想，我軍正在加緊完成機械化和信息化建設的雙重歷史任務，力爭到 2020 年基本實現機械化，信息化建設取得重大進展，2050 年基本實現信息化建設。

電子化為核心，軍工芯片率先突圍

我國現階段信息化建設，以平臺和武器裝備的計算機化為核心，軍工芯片至關重要。正如前文所述，在軍隊信息化發(fā)展的初級階段，以計算機控制的探測器材、單個作戰(zhàn)平臺和武器裝備的計算機化為主要目標，而計算機化、信息化的硬件基礎和核心器件為軍工芯片。

芯片是信息化設備的核心元器件，被喻為信息化裝備的“神經中樞”，軍工芯片的性能和質量對于信息化裝備的作戰(zhàn)能力起著十分關鍵的作用。

基于現狀：核心元器件國產化刻不容緩

國產化需求是現階段主要驅動力，軍工芯片正逐步實現國產替代。由于軍工芯片的核心戰(zhàn)略地位和國防安全的考慮，采用自主研發(fā)的國產芯片已成各國共識。受限于半導體技術和工藝，我國軍工芯片自給率較低，加之國外芯片封鎖和在役在研芯片停產斷檔，軍工芯片國產化刻不容緩。

國防安全需要+國外封鎖，核心元器件國產化刻不容緩

保障國防安全，軍工芯片自主可控志在必得

從軟件到硬件，保障信息安全逐漸切入到核心-芯片國產化。近年來，國家對于信息安全問題重視程度空前，軟件層面“去 ioe”的浪潮此起彼伏。同時，隨著各種信息源互聯滲透和融合，我國以往采取的限制、隔離等簡單安全策略已經難以保障信息安全，硬件層面的芯片國產化等治本性措施將成為主流。芯片作為信息技術的硬件基礎，保障芯片的自主可控是我國信息安全的必經之路。芯片的國產化將徹底扼住美國挖掘我國情報的最重要渠道，無論從國家信息安全還是市場空間角度，集成電路的國產化都將是國家重點投入推廣的方向。檢驗是否自主可控，有一條基本的標準——信息安全不受制于人，產業(yè)發(fā)展不受制于人。這就必須做到知識產權自主可控、能力水平自主可控、發(fā)展自主可控、供應鏈自主可控、具備“國產”資質、利潤不受制于人。

國外封鎖，軍工芯片國產問題迫切

美日韓等發(fā)達國家半導體技術領先，全球前 20 大半導體公司中，美國 8 家，日本 3 家，韓國 2 家。以美國為首的西方國家，一直對我國實行嚴格的軍用級芯片材料禁運措施。2015 年 4 月 9 日，美國商務部決定對以中國超級計算機“天河”為業(yè)務主機的三家超級計算中心和“天河”的研制者國防科大采取限售措施，限售的產品則直指已在“天河二號”上裝配近 10 萬的英特爾“至強”CPU。

從上世紀 90 年代末至今，美國國會通過了一系列法案，禁止對華出口航天技術以及用于航天等軍事用途的元器件，美國商務部列出了控制對華出口清單，同時，通過施加壓力等多種手段，干預其它國家對華軍事及配套出口。歐洲對華出口限制也已長達半個多世紀，先后有“巴黎統籌委員會議案”和“瓦森納協議”，多種元器件物資被納入華戰(zhàn)略禁運的特別清單上。另外已用軍用芯片停產斷檔，也使得軍工芯片國產化問題更為迫切。

政策引導，資金推進，助力芯片國產化進程

扶持集成電路政策力度空前，軍工芯片將獲益。我國一直很重視核心電子器件和芯片的技術和產業(yè)發(fā)展，曾在 2006 年將“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品”列為 16 個重大科技專項。近年來，我國對集成電路產業(yè)政策支持力度空前，力圖增強集成電路的技術實力、縮小與國際先進水平的差距、培育一批富有創(chuàng)新活力、具備一定國際競爭力的骨干企業(yè)。整個集成電路產業(yè)的發(fā)展和技術工藝的進步，將對高端軍工芯片帶來強有力的促進作用。

新變化：軍民兩用，軍民兩用助力芯片產業(yè)發(fā)展

軍民兩用上升為國家戰(zhàn)略

民用市場發(fā)展較快，“民技軍用”成為可能

軍民兩用技術：芯片

半導體芯片，作為實現某特定功能的模塊，軍用芯片和民用芯片本質上沒有不同，由于軍用芯片應用在武器裝備上，應用環(huán)境比較特殊和復雜，對于芯片的可靠性、安全性、低功耗和特殊性能（如：抗震、抗輻射、耐腐蝕、耐高溫）有著更高的要求，對計算性能要求相對低一些。

軍工芯片或可稱為自主可控芯片突破口

盡管我國民用集成電路設計業(yè)經過發(fā)展已取得了不俗的成績，但在微處理器（MPU）、半導體存儲器、可編程邏輯陣列器件（FPGA）和數字信號處理器（DSP）等大宗戰(zhàn)略產品上，產品尚未進入主流市場,產品性能和國際先進水平的差距依然十分巨大。

在核心元器件層面，軍工芯片或可成為芯片國產化的突破口?，F階段，不論軍用民用在元器件層面都處于吸收和模仿階段，逐漸實現國產化替代。由于軍工芯片技術開發(fā)難度較低、看重自主可控對價格相對不敏感等特點，認為芯片國產化將從軍工領域率先突破。

性能弱于民用，發(fā)展軍工芯片技術難度降低。半導體電子產業(yè)發(fā)展迅速，根據“摩爾定律“:當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。民用電子器件的發(fā)展迅猛，更新換代的速度很快。與民用電子器件相比，軍用芯片在計算速度等指標上相對較弱。

軍工芯片進口替代百億空間，將快速發(fā)展

軍工芯片每年進口替代空間200億以上

軍工芯片國產化率低，每年進口額預計 300 億以上。2017 年，我國集成電路市場需求達到 2601億美元，增長率為 14.6%，是世界最大的集成電路需求市場。2015 年我國計算機、網絡通信和消費電子仍然是集成電路產品最主要的應用市場，三者銷售額合計共占集成電路市場 80.7%的份額。相比較而言，我國軍工芯片的市場較小。據統計，在過去進口的 2000 多億美元的芯片中，航天芯片約 1%，即 20 億美元左右。由于我國航天技術相對發(fā)達，國產化程度較高，相比軍工其他方面應用，航天芯片的體量較小，考慮到相對空間較大的航空領域以及加速裝備信息化的陸海軍裝備，粗略估計我國軍工芯片的國產替代空間在每年 200 億以上。

受益于我軍信息化建設，國產軍工芯片將迎快速發(fā)展

基于軍工芯片低國產化率現狀，未來國產軍工芯片市場將迎 20%左右的高速發(fā)展。隨著我軍信息化武器裝備率的提升，未來對軍工芯片的需求也將快速增長。特別是，鑒于軍工芯片在信息化武器裝備和核心作用和目前國產化率低的現狀，國產芯片需求非常強烈。隨著軍工芯片研發(fā)制造的進一步突破，國產軍工芯片市場將以高于其他信息化建設裝備和器件的速度得以高速發(fā)展，預計未來 5年年復合增長率將在 20%左右。

軍工芯片技術趨勢和未來突破方向

隨著半導體技術的不斷發(fā)展，軍工芯片也在不斷進行發(fā)展和突破。在模塊層級，看好將完整系統集成在一塊芯片的 SoC 技術和將多個芯片及器件封裝在一起的 SIP 技術；在元器件層級，應用廣泛、國產化難度很大的 FPGA 是未來急需突破的主要方向。

高集成度的兩大主流技術：SoC和SIP

芯片未來將向集成度更高、功耗更低、運算速度更快、存儲空間更大、更加智能等方向發(fā)展。對于軍工芯片這類用于航空航天、武器裝備上的特殊定制化芯片來說，對于芯片的集成度、功耗、靈活設計等更為看重。例如，由于高功耗需要更大、更重的電源組件，航天器中的散熱處理也需要龐大、沉重的機械結構，所以在航空航天系統中能將功耗減至最少非常重要。因此，在設計環(huán)節(jié)，將完整系統集成在單芯片的 SoC 芯片為主要的技術方向；在封裝環(huán)節(jié)，更高密度集成的 SIP 封裝為未來技術趨勢。

軍用芯片國產化，FPGA是重頭戲

國產CPU已逐漸替代，FPGA進展緩慢，亟待突破

國產 CPU 等技術已逐漸替代國外芯片。在芯片國產化進程中，國產芯片在 CPU 等領域已取得一定的突破。

FPGA功耗低、設計靈活、開發(fā)成本低

FPGA在軍用領域應用廣泛，由于可重復編程、功耗低、處理速度快等優(yōu)點， FPGA 廣泛應用于航天、航空、電子設備、通信、雷達等領域，是軍用電子設備中普遍采用的重要核心數字芯片。目前FPGA市場國外壟斷，國內公司仍有差距。