卡住我國脖子的16項技術,你知道多少呢?

1光刻機 《這些“細節”讓中國難望頂級光刻機項背》

製造芯片的光刻機,其精度決定了芯片性能的上限。在“十二五”科技成就展覽上,中國生產的最好的光刻機,加工精度是90納米。這相當於2004年上市的奔騰四CPU的水準。而國外已經做到了十幾納米。

光刻機裡有兩個同步運動的工件臺,一個載底片,一個載膠片。兩者需始終同步,誤差在2納米以下。

兩個工作臺由靜到動,加速度跟導彈發射差不多。在工作時,相當於兩架大飛機從起飛到降落,始終齊頭並進一架飛機上伸出一把刀,在另一架飛機的米粒上刻字,不能刻壞了。

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2芯片 《中興的“芯”病,中國的心病》

低速的光芯片和電芯片已實現國產,但高速的仍全部依賴進口。國外最先進芯片量產精度為10納米,我國只有28納米,差距兩代。據報道,在計算機系統、通用電子系統、通信設備、內存設備和顯示及視頻系統中的多個領域中,我國國產芯片佔有率為0。

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3手機射頻器件

一塊手機的主板上,1/3的空間是射頻電路。手機發展趨勢是更輕薄,功耗更小,頻段更多,帶寬更大,這就向射頻芯片提出了挑戰。射頻芯片將數字信號轉化成電磁波,4G手機要支持十幾個頻段,信息帶寬幾十兆。

2018年,射頻芯片市場150億美元;高端市場基本被Skyworks、Qorvo和 博通3家壟斷,高通也佔一席之地。射頻器件的另一個關鍵元件——濾波器,國內外差距更大。手機使用的高端濾波器,幾十億美元的市場,完全歸屬Qorvo等國外射頻器件巨頭。中國是世界最大的手機生產國,但造不了高端的手機射頻器件。這需要材料、工藝和設計經驗的踏實積累。

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4iCLIP技術《“靶點”難尋,國產創新藥很迷惘》

iCLIP是一種新興的實驗技術,是研發創新藥的最關鍵的技術之一。它的發明,讓人們拋棄精密的觀測儀器,也能確定RNA(核糖核酸)和蛋白質在哪個位置“交匯”,甚至可以讀出位點“密碼”。iCLIP技術難,猶如萬千人海中找一個人,要從幾十億個鹼基對找到一個或幾個確定的結合點,精確度可想而知。

國外研究團隊已在此領域展開“技術競賽”,研究論文以幾個月為週期輪番上演。國內實驗室卻極少有成熟經驗。

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5重型燃氣輪機《“命門火衰”,重型燃氣輪機的葉片之殤》

燃氣輪機廣泛應用於艦船、火車和大型電站。我國具備輕型燃機自主化能力;但重燃仍基本依賴引進。國際上大的重燃廠家,主要是美國GE、日本三菱、德國西門子、意大利安薩爾多4家。與中國合作都附帶苛刻條件:設計技術不轉讓,核心的熱端部件製造技術也不轉讓,僅以許可證方式許可本土製造非核心部件。沒有自主化能力,意味著我國能源安全的重要一環,仍然受制於人,存在被“卡脖子”的風險。

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6激光雷達《激光雷達昏聵,讓自動駕駛很糾結》

激光雷達是個傳感器,自帶光源,主動發出激光,感知周圍環境,像蝙蝠通過超聲波定位一樣。它是自動駕駛汽車的必備組件,決定著自動駕駛行業的進化水平。

但在該領域,國貨幾乎沒有話語權。目前能上路的自動駕駛汽車中,凡涉及激光雷達者,使用的幾乎都是美國Velodyne的產品,其激光雷達產品是行業標配,佔八成以上市場份額。

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7適航標準《適航標準:國產航發又一道難邁的坎兒》

一款航空發動機要想獲取一張放飛證,必須經過一套非常嚴格的“適航”標準體系驗證,涵蓋設計、製造、驗證和管理。但目前在國際上,與FAA和歐洲航空安全局(EASA)的適航審定影響力最大,認可度最高。

儘管在規章要求層面,中國與FAA基本一致,但由於國產航空發動機型號匱乏,缺乏實際工程實踐經驗,使我國適航規章缺少相應的技術支撐。實際型號的適航驗證工作,成為被卡在別國空域之外的關隘。

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8高端電容電阻《沒有這些訣竅,我們夠不著高端電容電阻》

電容和電阻是電子工業的黃金配角。中國是最大的基礎電子元件市場,一年消耗的電阻和電容,數以萬億計。但最好的消費級電容和電阻,來自日本。電容市場一年200多億美元,電阻也有百億美元量級。所謂高端的電容電阻,最重要的是同一個批次應該儘量一致。日本這方面做得最好,國內企業差距大。國內企業的產品多屬於中低端,在工藝、材料、質量管控上,相對薄弱。

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9核心工業軟件《核心工業軟件:智能製造的中國“無人區”》

中國的核心工業軟件領域,基本還是“無人區”。工業軟件缺位,給智能製造帶來了麻煩。工業系統複雜到一定程度,就需要以計算機輔助的工業軟件來替代人腦計算。譬如,芯片設計生產“必備神器”EDA工業軟件,國產EDA與美國主流EDA工具相較,設計原理上並無差異,但軟件性能卻存在不小差距,主要表現在對先進技術和工藝支持不足,和國外先進EDA工具之間存在“代差”。國外EDA三大巨頭公司Cadence、Synopsys及Mentor,佔據了全球該行業每年總收入的70%。發展自主工業操作系統+自主工業軟件體系,刻不容緩。

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10ITO靶材《燒不出大號靶材,平板顯示製造仰人鼻息》

ITO靶材不僅用於製作液晶顯示器、平板顯示器、等離子顯示器、觸摸屏、電子紙、有機發光二極管,還用於太陽能電池和抗靜電鍍膜、EMI屏蔽的透明傳導鍍膜等,在全球擁有廣泛的市場。ITO膜的厚度因功能需求而有不同,一般在30納米至200納米。

在尺寸的問題上,國內ITO靶材企業一直鮮有突破,而後端的平板顯示製造企業也要仰人鼻息。燒結大尺寸ITO靶材,需要有大型的燒結爐。國外可以做寬1200毫米、長近3000毫米的單塊靶材,國內只能製造不超過800毫米寬的。產出效率方面,日式裝備月產量可達30噸至50噸,我們年產量只有30噸——而進口一臺設備價格要花一千萬元,這對國內小企業來說無異於天價。

每年我國ITO靶材消耗量超過1千噸,一半左右靠進口,用於生產高端產品。

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11核心算法《算法不精,國產工業機器人有點“笨”》

中國已經連續5年成為世界第一大機器人應用市場,但高端機器人仍然依賴於進口。由於沒有掌握核心算法,國產工業機器人穩定性、故障率、易用性等關鍵指標遠不如工業機器人“四大家族”發那科(日本)、ABB(瑞士)、安川(日本)、庫卡(德國)的產品。核心算法差距過大,導致國產機器人穩定性不佳,故障率居高不下。算法的差距不只體現在核心控制器上,更拖慢了伺服系統響應的速度。

機器人每完成一個動作,需要核心控制器、伺服驅動器和伺服電機協同作戰。對於單臺伺服系統,國產機器人動態與靜態精度都很高,但高端機器人一般同時有6臺以上伺服系統,用傳統的控制方法難以取得好的控制效果。

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12航空鋼材 《航空鋼材不過硬,國產大飛機起落失據》

無論起飛還是降落,起落架都是支撐飛機的唯一部件,尤其是在飛機降落階段,其承載的載荷不僅僅來自機身重量,還有飛機垂直方向的巨大沖力。因此,起落架的材料強度必須十分優異,只能依靠特種鋼材才行。

目前使用範圍最廣的是美國的300M鋼,該材料採用真空熱處理技術,避免了滲氫,零件表面光亮,無氧化脫碳、增碳和晶界氧化等缺陷,提高了表面質量。而國內用於製作起落架的國產超強度鋼材有時會出現點狀缺陷、硫化物夾雜、粗晶、內部裂紋、熱處理滲氫等問題,這些問題都與冶煉過程中純淨度不夠有關係。所以我國在高純度熔鍊技術方面與美國還有較大差距,存在很大提升空間。

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13銑刀《為高鐵鋼軌“整容”,國產銑刀難堪重任》

隨著我國近年來高鐵的迅猛建設,鋼軌養護問題也愈加讓業內專家憂心。若養護不到位,不僅折損生命週期,還存在高風險隱患。我國自主創新研發的雙動力電驅銑磨維護機器人裝備——被稱為鋼軌‘急救車’的銑磨車可為鋼軌“保駕護航”。但銑磨車最核心部件銑刀仍需從國外進口。銑刀的材料是一種超硬合金材料。對其中金屬成分我們已然瞭解,但就是不知人家是怎麼配比、合成的,如同琢磨某種中藥的祖傳秘方、各種藥材比例是多少,都不甚明瞭。

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14高端軸承鋼《高端軸承鋼,難以補齊的中國製造業短板》

作為機械設備中不可或缺的核心零部件,軸承支撐機械旋轉體,降低其摩擦係數,並保證其迴轉精度。無論飛機、汽車、高鐵,還是高精密機床、儀器儀表,都需要軸承。這就對其精度、性能、壽命和可靠性提出了高要求。而我國的制軸工藝已經接近世界頂尖水平,但材質——也就是高端軸承用鋼幾乎全部依賴進口。

高端軸承用鋼的研發、製造與銷售基本上被世界軸承巨頭美國鐵姆肯、瑞典SKF所壟斷。前幾年,他們分別在山東煙臺、濟南建立基地,採購中國的低端材質,運用他們的核心技術做成高端軸承,以十倍的價格賣給中國市場。鍊鋼過程中加入稀土,就能使原本優質的鋼變得更加“堅強”。但怎麼加,這是世界軸承巨頭們的核心秘密。

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15航空設計軟件《航空軟件困窘,國產飛機設計戴上“緊箍咒”》

自上世紀80年代後,世界航空業就邁入數字化設計的新階段,現在已經達到離開軟件就無法設計的高度依賴程度。設計一架飛機至少需要十幾種專業軟件,全是歐美國家產品。國內設計單位不僅要投入巨資購買軟件,而且頭戴鋼圈,一旦被念“緊箍咒”,整個航空產業將陷入癱瘓。

據媒體報道,設計殲-10飛機時,主起落架主承力結構的整個金屬部件是委託國外製造。但造完之後,起落架的收放出現問題,有5毫米的誤差,只好重新訂貨製造。僅僅是這一點點的誤差,影響了殲-10首飛推遲了八九個月。沒有全數字化的軟件支撐,任何一點細微的誤差,都可能成為製造業的夢魘。

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16光刻膠《中國半導體產業因光刻膠失色》

我國雖然已成為世界半導體生產大國,但面板產業整體產業鏈仍較為落後。目前,LCD用光刻膠幾乎全部依賴進口,核心技術至今被TOK、JSR、住友化學、信越化學等日本企業所壟斷。就拿在國際上具有一定競爭實力的京東方來說,目前已建立17個面板顯示生產基地,其中有16個已經投產。但京東方用於高端面板的光刻膠,仍然由國外企業提供。

光刻膠主要成分有高分子樹脂、色漿、單體、感光引發劑、溶劑以及添加劑,開發所涉及的技術難題眾多,需從低聚物結構設計和篩選、合成工藝的確定和優化、活性單體的篩選和控制、色漿細度控制和穩定、產品配方設計和優化、產品生產工藝優化和穩定、最終使用條件匹配和寬容度調整等方面進行調整。因此,要自主研發生產,技術難度非常之高。



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