中國芯片實現大突破!打破外國66年壟斷

在中美貿易戰後,中國芯片的窘境被媒體放大了好多倍,NEXT TECH也分析過其中的原因。


中國芯片實現大突破!打破外國66年壟斷



不過就在昨天,新華社發佈了一則消息:

國家重大科研裝備研製項目“超分辨光刻裝備研製”通過驗收。

這個設備,指的就是光刻機,該光刻機完全由中國自主研製,分辨率達到了22納米,未來還能用於製造10納米級別的芯片。


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這是中國在芯片生產上的重大突破,要明白它的意義,我們得從芯片製造的源頭說起。

首先由ARM、英特爾等公司設計芯片的底層架構,它就像一座房子的地基,然後下游的公司,比如蘋果、聯想,則基於這些結構開發自己的芯片藍圖,決定在地基上建造不同的房子(CPU、GPU、藍牙芯片)。

最後由臺積電等芯片製造商,拿著圖紙去生產。

芯片的製造極為複雜,芯片基於二氧化硅礦石(沙子中含有25%的硅),通過一系列物理和化學方法,提純出硅棒(純度在99.9999%),然後切割成薄薄的圓形硅片(晶圓板)。


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之後對硅片進行蝕刻、光罩等處理,將微型電路覆蓋到表面。再用機器進行切割、封裝和測試,光刻機就是芯片最後生產的關鍵一環。

它的原理和膠片相機差不多,它的底片是塗滿光敏膠的硅片,激光投影把各種電路圖案曝光在光刻膠上,然後進行曝光,將圖案永久地刻在硅片上。


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現在我們再來看所謂芯片的製程,它其實就是晶圓板上微型電路間的間距,以前光刻機的分辨率不夠,只能做到3微米,而現在頂級的設備已經能做到肉眼不可見的納米級別。

製程約小,元器件之間的距離就越短,電信號的傳播效率就越高,芯片可以被造的更小,同時功耗和發熱也會變小。根據摩爾定律,芯片行業大約每1年半,就能實現一次製程上的升級。同時,晶圓板的大小也不斷變大,從原先的 2寸,升級到了現在的16寸。

晶圓片的尺寸不斷變大,同時製程也在減少,在兩個因素的推動下,芯片的落地成本不斷降低,也就促成了過去幾十年間,整個電子計算業的蓬勃發展。

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中國在芯片製造上,主要的優勢體現在芯片藍圖的設計上,在上游的地基方面沒有發言權,而在施工建造上又受困於種種技術限制,其中最大的阻礙之一就是光刻機。

光刻機在行業內基本處於壟斷,最大的生產製造商是荷蘭的ASML,它脫身於飛利浦,創立於1984年,如今,45nm以下的芯片,80%出自ASML的產品。

它生產的TWINSCAN系列是目前世界上精度最高,生產效率最高,應用最為廣泛的高端光刻機型,它最新的,使用EUV技術的光刻機,就可以製作7nm甚至更高製程的芯片。


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沒錯,包括最新款iPhone、iPad Pro,和華為Mate 20手機內的7nm芯片,沒有ASML的光刻機就只能是紙上談兵,生產不出來的。

不過令人驚訝的事實是,在全球經濟一體化的背景下,在中國加入世貿組織,努力實現和平外交的前提下,光刻機這個設備對中國是禁運的

禁運這件事要追溯到二戰結束後,丘吉爾發表了著名的演講,聲稱“一副鐵幕正在緩緩落下,把歐洲重新籠罩在陰影下。”

丘吉爾口中的鐵幕,就是以蘇聯為代表的社會主義陣營,在戰敗的軸心國底盤上和資本主義陣營搶奪政權的事情。


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為了抑制蘇聯,17個資本主義國家在1949年成立了一個組織,對社會主義國家進行經濟制裁,後來就衍生出了《瓦森納協議》,限制成員國向社會主義國家出口戰略物資和高級技術。

中國在1952年被列入管制範疇,但憑藉中國科學家鍥而不捨的精神,憑藉改革開放後吸引外資建廠、國家扶持、人才培養等舉措,中國在各個領域都取得了非凡的成果,甚至在原子能、航天航空等高科技領域保持世界領先。

但在芯片領域,中國的發展比較緩慢,《瓦森納協定》限制了中國芯片的生產。而西方國家也不允許中國收購芯片廠商進行技術升級。

說白了,這是一件關乎到國家意識形態,關乎到世界政治局勢的事件,也是少數不能用錢來解決的事情。在這種情況下,中國想要實現突破,最好的方法就是自己研發。

在中國,最具實力的是上海微電子,但它的光刻機僅能生產90nm的芯片,

這次經過7年的艱苦研發,中科院光電所終於拿出了能生產22nm的光刻機,它使用了365納米光源波長,而目前國外廣泛使用的光刻機的光源是193納米的短波。


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波長短,更容易進行蝕刻和光罩,而採用365納米光源波長進行操作,相當於使用一把屠刀切土豆絲,這裡面蘊含了大量的技術創新。

而且,結合雙重曝光技術後,未來還可用於製造10納米級別的芯片,也就是說,長波長的潛力還沒有完全被開發。


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通過這種方法,國產的新光刻機還成功繞過了國外相關知識產權壁壘,節省了一大筆專利費用。

另外,波長越短,成本也就越高。使用短波,可以在很大程度上節省成本,更有利於進行商業化生產,在和國外芯片產品的競爭中保持自己的優勢。

當然和ASML等頂尖製造商相比,我們還存在巨大的技術鴻溝,想要縮小差距,還是得慢慢積累,絕不是一蹴而就的事情。但我們看到了中國政府在整個領域的決心,看到了中國科學家如何在有限的條件下做技術突破,也看到了以華為等公司在底層芯片技術上做出的努力。

芯片帶動了整個PC和智能手機的時代,它依然是驅動當下科技變革的動力,在未來,物聯網、企業服務、以及各種智能硬件的發展依然離不開芯片,而中國的反擊戰才剛剛打響。


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