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及投产情况中国什么时候能造出光刻机?开发芯片设计软件?生产高性能芯片?芯极速

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1910年7月17日,《申报》刊登了一篇题为《运动之先声》的通告书,提出了著名的“奥运三问”:什么时候能派运动员参加奥运会?什么时候能获得奥运会金牌?什么时候能举办奥运会?

1932年第10届美国洛杉矶奥运会,刘长春代表首次参加奥运会,回答了奥运第一问。1984年第23届美国洛杉矶奥运会,许海峰以1分的微弱优势射落金牌,回答了奥运第二问。2008年第29届北京奥运会,让全世界都记住了那个夏天,回答了奥运第三问。

人用76年时间回答了奥运三问,作为一名数码爱好者,笔者不禁想问:什么时候能造出光刻机?什么时候能出属于我们自己的芯片设计软件?什么时候能自主生产高性能芯片?

美国的科技制裁还在继续,华为海思麒麟芯片还在断供,从芯片设计软件到光刻机,科技领域有太多地方被以美国为首的西方“卡脖子”。

在芯片制造领域,西方起步较早,凭借先发优势和技术优势几乎垄断了全球主要芯片市场,在西方经济学理论的影响下,“造不如买,买不如租”的风气一时盛行,这对我国芯片领域的发展无疑是致命的。不管是2018年美国制裁中兴事件还是台积电断供麒麟芯片,事实证明,用市场换来的技术终究是别人的,只有自主研发才能将命运牢牢掌握在自己手中。

高精度光刻机有多难做?

光刻机是生产芯片的重要设备,ASML、Canon、Nikon三家公司占据全球90%以上市场份额,其中一家荷兰公司,两家日本公司,而最先进的EUV光刻技术目前只有荷兰ASML一家公司掌握。

英特尔创始人之一戈登·摩尔提出了著名的摩尔定律:集成电路上可以容纳的晶体管数量在约每经过18个月便会增加一倍。换言之,处理器的性能每隔两年会翻一倍,芯片的性能和晶体管数量有着直接关系,我们不能仅靠一款设备的体积来判断它的性能高低。

摩尔定律对芯片制造提出了更高要求,晶体管之间的距离只能用纳米计算,传统机械结构限制了制程工艺的发展,于是人们发明了光刻机,光刻机实际上是一个放且透光的模子,将提前设计好的电路印在模子上面,光透过模子照射到硅片上,就能制造出集成度更高的芯片了。面对停滞不前的摩尔定律,EUV光刻技术一定程度上推动了摩尔定律前进。

相较于DUV光刻机,EUV光刻机可以发出波长更短的光,光路布置还需要反光镜,由于这种光极易被吸收,每次反射都会损失30%的光强,为了保证光的强度,EUV光刻机需要量电能。除此之外,这个反光镜也不一般,别看它的直径只有30厘米,但如果把这个镜子放到地球那么,那它上面只能有一根头发丝那样的瑕疵,所以有人说,这可能是宇宙中最光滑的人造物体,目前只有德国卡尔·蔡司能够生产。

除了光源和反光镜,还有检测机制、配套工业软件、厂房建造等一整套系统工程,可以说光刻机是一种集合了光学、高分子物理与化学、精密仪器、自动化、图像识别、数学、流体力学、表面物理与化学、机械等顶尖技术的产物。

芯片设计软件有多难?

除了光刻机,芯片设计软件也是芯片制造的重要环节,如果把芯片制造比喻成建造厦,IC(集成电路)设计就好比厦的设计图纸,EDA(电子设计自动化)软件就好比这张图纸的设计工具,没有EDA软件,再厉害的芯片工程师也无用武之地。

如今芯片的集成度越来越高,制程工艺也越来越精细,以华为海思麒麟9000为例,得益于5纳米制程工艺,指甲盖小的芯片里集成了153亿个晶体管,其设计难度可想而知。EDA的算法不仅可以使电路设计更为合理,优化芯片的功耗和体积,而且在芯片设计过程中,可以进行仿真验证,及时发现并解决问题,幅提高芯片设计效率。

EDA软件位于芯片产业链最上游,需要完整的半导体产业链配合,而我国在这方面的基础还比较薄弱。目前EDA软件几乎被Cadence、Synopsys、Mentor Graphics三家外国公司垄断,如果说没有高端光刻机的芯片行业将落后他国10年,没有了EDA软件,芯片行业将立刻停摆,如果没有自己核心技术的EDA软件,半导体工业的发展将无从谈起。

高性能芯片有多难做?

要想完全自主生产像苹果A14仿生芯片、AMD线程撕裂者这样的高性能芯片,光刻机和EDA软件只是基础。对苹果、AMD这样的科技巨头来说,也很难包揽芯片制造的每个过程,对ASML来说,也很难包揽光刻机制造的每一个步骤,其生产的EUV光刻机采用的反光镜来自德国的卡尔·蔡司、光源来自美国的Cymer、机械手臂来自丹麦的ABB。

从设计到制造,从材料到设备,芯片产业已经成为世界上分工最为细致的产业之一,包括美国在内,没有任何一个可以完全掌握芯片产业的每一个环节,没有整条产业链支撑,ASML就造不出EUV光刻机,没有EUV光刻机,苹果就造不出A14仿生芯片。

总结:不得不承认,在芯片产业,西方领先我们太多,但芯片产业不能闭门造车,我们要认清现实,一步一个脚印,缩小与西方差距的同时,创造我们自己的核心竞争力,把自己牢牢嵌入到产业链中,让产业链离不开我们,让西方不得不与我们合作。

笔者深信,这一天终究会到来,因为我们同时拥有极的市场与人才储备,芯片产业,未来可期!

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标签:芯片 光刻机