硅是制作芯片的主要材料之一，它在大自然中含量非常丰富，但都是以硅化物的形式存在，不能直接使用，需要进一步提炼成硅晶体才可以，而且纯度要达到惊人的99.999999999%，这对提炼技术要求之高，可想而知。目前全球主要的晶硅体生产商有15家，占全球市场的95%以上。
2、芯片设计软件与底层架构
在芯片设计环节，想要进行芯片设计，有两个前提是避不开的，一是芯片设计软件，二是芯片底层架构
芯片设计软件：是芯片设计环节必不可少的工具，它可以实现芯片逻辑设计和物理设计，是芯片制作环节的详细图纸。目前，全球芯片设计软件企业约有六七十家，但核心的只有Synopsys、Cadence及Mentor这三家，这三家垄断了全球65%、国内95%的市场份额。国内开发芯片设计软件的企业有华大九天、广立微、芯禾科技、蓝海微、九同方微、博达微、概伦电子、珂晶达、创联智软等，但只有华大九天的规模相对较大，拥有数模混合芯片设计全流程解决方案，其余企业的芯片设计软件都是设计专用芯片的，产品覆盖较窄。
芯片底层架构：目前芯片底层架构主要分为X86架构和ARM架构两类。X86架构主要应用于个人PC和服务器领域，以intel、AMD为代表；ARM架构主要应用于手机、汽车电子及物联网设备等领域，以IBM、ARM为代表。此外还有MIPS、Power、Alpha以及开源的RISC-V等芯片架构。
芯片底层架构的授权上目前分为两种，一种是处理器IP授权，另一种是处理器架构授权。想要实现软件的“自主可控”，就必须使用处理器架构授权，否则就只能受制于人。X86架构只支持处理器IP授权，所以采用X86架构的芯片都不能“自主可控”。ARM架构两种授权模式都有，所以国内部分ARM架构的芯片实现了“自主可控”，如海思、展讯和飞腾。
通过以上两点我们可以看出，想要设计芯片，就必须拥有芯片底层架构的授权以及设计软件授权，而这两点都是我国被卡脖子的地方，没有了底层架构和设计工具，任凭你水平再高，也只能是巧妇难为无米之炊。
3、光刻机
光刻机是目前世界上最精密的机器设备，可以说光刻机是汇聚了全球顶尖智慧的产物，由超过10万个零部件组成，且每个零件都有各自的专利，科技含量极高。而且，每一台光刻机的组装都是集全球之力来完成的。比如荷兰ASML的7nmEUV光刻机就用到美国的光源技术、德国的镜头、瑞典的轴承、法国的阀件、日本的原材料、荷兰的组装技术等，所以生产一台光刻机的难度可想而知。目前我国，只有中芯国际拥有生产14nm芯片的光刻机，但这个光刻机也是从国外采购的。可以生产光刻机的上海微电子目前也只能生产90nm的光刻机。
4、芯片生产工艺
生产工艺为什么是难点，很多人不理解，我举个例子就容易理解了。同样是骁龙芯片，三星代工生产的骁龙功耗过高，出现发热情况，而台积电代工生产的骁龙则性能强大，功耗稳定。这是为什么呢？那是因为芯片生产有几十道工序，每一道工序都经过无数次的实践，才最终获得最完美的锻造工艺，没有长期的时间和研究是很难达到这一水平的，所以，想在短期内达到高水平的生产工艺是难度很大的。
5、应用生态
健全、健康的芯片应用生态难度极高。上游芯片的底层架构对下游设备应用是强相关的，例如，上游选择了X86的芯片底层架构，那么下游就必须使用适应X86的设备。想要避开国外的垄断，就需要从上游到下游同步更换，这个难度可想而知。
2021年4月我国的龙芯底层架构通过国内第三方知名知识产权评估机构的评估。龙芯的指令集完全兼容MIPS32和MIPS64的指令集，并在此基础上开发了属于自己的指令，现阶段龙芯已永久买断MIPS指令的使用授权，技术可以做到自主可控，但龙芯缺乏下游应用厂商，无法建立应用生态，至今仍未发展壮大。
6、芯片人才
据估计，我们目前芯片行业的人才缺口有60万左右。其中，最缺的是制造环节的人才，有经验的工程师、高端人才、复合型人才等都是极其缺乏的。
人才短缺的原因一是行业发展过快，二是核心人才的缺失。
行业发展过快：芯片行业有一个公认的规律，那就是摩尔定律。其核心就是集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。虽然随着芯片尺寸越来越小，越来越逼近物理极限，摩尔定律将出现放缓的局面，但其发展速度依然很快，我国芯片产业与国外的芯片产业差距至少是10年，想要在这么快速的行业发展中实现反超，绝非一朝一夕能够办到的。
核心人才的缺失：目前我国大学的芯片人才培养与实际行业所需的人才匹配度较低，导致大学毕业后至少还需3到5年的实践，才能真正步入芯片行业。另外我国科研环境相较于国外处于劣势，致使芯片行业人才从国内流失，以及各高校的人才留学后归国的少之又少。最重要的是美国形成了以硅谷为核心的行业人才交流圈，在哪里可以得到高额的薪酬、最新的资讯、充足的研发资金等，这是我国非常欠缺的，也是我国无法留住核心人才的主要原因。
我国芯片行业如何破局？我国芯片想要破局，有两条路可走，一条是直线追赶，另一条是弯道超车。
直线追赶：
1、对芯片研发企业精准扶持
我国为了大力扶持芯片行业的发展，出台了各种扶持政策，但是效果并不明显，因为芯片行业是一个研发投入非常高的行业，而且回报周期很长。在追逐资本的大环境下，能够踏踏实实搞研发的企业是少之又少，大部分企业把国家的政策资金投向了回报更高、更快的金融、地产领域，更有甚者一开始就是为了骗取国家补贴。这样又怎么能够真正让芯片行业崛起呢。
如果国家能够建立芯片行业基金，对需要扶持的芯片企业进行严格筛选、过程审查、分批打款，让真正的研发企业不缺资金，让骗取补贴企业无处遁形。
2、建立行业联盟
芯片是一门多学科综合应用的技术。其中包括固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、几何光学、材料科学、化学，还涉及电子线路、信号处理、计算机辅助设计、自动控制、测试和加工、图论等多个领域，所以需要众多领域的人才紧密合作。而且各项研发技术之间有着错综复杂的依赖关系，一个独立企业想要完成某一个环节的芯片技术研发都非常困难，更不要说芯片的全产业链了。
想要打破僵局，建议以国家作为背书，建立行业联盟，实现联盟内部的人才与技术共享，减少重复投入，提高研发效率。例如某一家企业突破了芯片生产环节中的技术壁垒，那么联盟内部就可以使用这项技术，并在这项技术基础上再进一步研发，当然，应用这项技术前需要按照一定比例支付技术使用费。这样可以集众人之力来破局。
弯道超车：我国芯片主要是设计软件、底层架构、光刻机等被卡脖子，在层层技术封锁面前，想要赶超，难度极大。但我们可以跳出原有的思维圈来思考，制作芯片就一定需要光刻机吗？制作技术就一定要在原有流程上改进吗？终端应用就一定要受底层架构限制吗？答案一定是否定的，世界上没有绝对的事情，只是我们还没有认知到那个层次。
在开展原有芯片技术追赶的同时，更要寻找哪些技术是可代替原有技术的，甚至是对原有技术进行革命，这样我们才能在新的领域占领制高点。例如用冰刻代替光刻，冰刻技术需要在零下140度完成，周围环境要相对真空。在这样的环境中，水就会变成冰，并且附着在相应的物体外围。这样的话无论需要加工的零件有多么微小，甚至于特别脆弱的材料也可以用此方法进行加工。从而打破光刻机的封锁。
