03.03 为什么芯片那么难制造?

冬日暖阳145495219


为什么芯片那么难制造?我们第一会想到什么,是工艺,还有一个就是技术专利。

举个很简单的列子,就拿手机来说,国产手机为什么大部分会选择高通的芯片,而每次国产手机的旗舰机基本上都是以高通的最新芯片为其中的一个噱头。因为高通在这一领域有足够的实力,拥有着多项专利。


我们国家的芯片基本上来源于进口,连续4年进口额超过2000亿美元,普遍应用于计算机、手机、汽车、网络通信等几大核心领域,但是国内芯片产业却长期受制于人。


那么,为什么我们自己不自主研发呢?造成这一局面的因素很多:

1、 国内芯片产业起步晚,导致技术的劣势比较明显,生产的芯片在品质和性能上难以保证。芯片生产涉及晶体管、电阻、电容、二极管等多个精密器件的生产、制造和组装。虽然我们是制造大国,但确实非制造强国,大量高技术要求的精密元器件少有公司可以完成。

2、 很多国内芯片企业早起给予政府支持,一定程度上脱离市场规律,存在投机取巧心理,过度依赖政府扶持,导致核心能力不强,难以正真走向市场。

3、 芯片产业更新换代速度很快,且产业门槛较高,属于高投入、高研发,但是回报可能较慢。因此,一般企业很难有如此资金和资源能力,因此借力国外知识产权,缩短产品开发周期,也是可取的选择。

4、 目前国内的芯片产业仍处于成长期,而产业链的整体发展水平和垂直整合直接影响国内芯片产业发展和效率的提升。企业联合起来发展战略联盟类似的相互信任和合作机制还未形成。导致不少国内芯片产业长期居于下游,服务于国际巨头,但是自身份额不高,缺乏议价能力,自然难有可观盈利。


虽然说,芯片技术难,但国内还是有很多的芯片公司就迎头并进,像华为海思、联发科也是排在比较前的芯片研发公司,我们也相信会越来越少,与他国的差距也会越来越小!


不吃葱和洋葱


这个问题很好,首先,芯片行业是高度技术密集型、资本密集型行业,如果没有足够的技术积累,仅仅有钱也是造不出来的,因为一个小小芯片里面包含的是几十亿、几百亿甚至几千亿个很小的晶体管,并且还有相当复杂的电路结构;投资“一条”芯片生产线需要的资金高达170亿美金或以上,产线建成时间多达2年或以上!

其次,芯片制造属于制造行业,需要大量的实践、反复的积累,才能做到良率高,质量好!就像苹果手机,交给富士康而不是交给一般的工厂,因为富士康标准的流水线、积累的丰富制造技术,富士康可能做到良率100台99台甚至100台都是ok的,而其他工厂可能100台只有70台甚至更少是ok的,这中间会浪费很多人力、物力成本,台积电做芯片也是这个道理,连三星都达不到台积电的水平

最后,经济学理论“规模经济”,大工厂大规模生产可以交给成本,降低售价,提高竞争力,打败竞争对手,芯片也是一样,比如台积电可以利用一块8英寸晶圆生产出1kPCS 手机CPU,良率又高,每天全部生产线开动,可以生产出客户要求的大量芯片,成本会降低很多,对于客户来说,肯定优先全部交给台积电生产,慢慢的市场竞争就成为了这个行业的垄断着或者说寡头。

以上纯属个人知识积累后的看法和理解,仅供参考,欢迎讨论,谢谢!


Rambo304


小小芯片,集成了一国科研实力,其实是综合国力的集中展现。我国芯片行业还停留在投资驱动型的低级阶段,离技术密集型阶段相差较远!如果没有足够的技术积累,仅仅有钱也是造不出来的。

昨天在微头条贴了张芯片制造流程图,引起大家围观。半导体芯片,到底是怎么弄出来的,一图看懂!

几位专业网友分析到位。网友”芒果旅行者”认为,这个图只是大概,还有电路蚀刻,封装,渡膜,很多工艺的步骤所需设备很难买到,关键是电路设计,真的很难。

网友“金毛巡回小猎犬”说,实际中比这工序要多的多,扩散分为磷扩和硼扩,光刻又有p+光刻,n+光刻等等,不同硅片有不同穿插组合方法。

网友“新手644”认为,这个只是制造过程,还有设计过程没讲。那个更是一个庞大的工程。

网友“自媒体助手”说,简单说下机械制造行业,国内像样得加工中心都没几个,想要精度高的必须进口国外机器,刀头基本全进口,国内的刀头我师傅被称为假刀头?!

除了难以制造外,制造过程中,制造设备,制造材料也受制于人。这就是芯片现状!

芯片,技不如人,人才是关键!下图为我国芯片人才的真实写照!

出师未捷身先死!中兴事件把芯片业底布揭开。

中国芯,加油吧!

…………………………………………………


史晨昱


首先是中国制作芯片起步晚,国内的芯片行业制发展相比国外还是落后了许多年,就与台湾相比也差不多落后了20年。

这个行业先都会解决很多问题,也会在这些问题上申请很多专利,后来研发的要么你要付专利费,要么就开发新的办法。这两种办法前者成本高,后者技术高,对后来者都增加了不少难度。

目前来说,通用型芯片的专利都在外国手中,X86作为通用处理架构,大多数系统和程序都是基于x86开发的。造成了我国虽有龙芯,但龙芯也上不了Win系统。你要么就花钱买授权,要么就自己从头开始研发。关键是一些新的东西你花钱人家都会授权的,但给的都是一些过时的东西。几乎可以说是没什么捷径。

补充一下:“龙芯2号”虽然在自主知识创新和性能上有了较大突破,但不可回避的是,其性能仍只相当于英特尔“奔4”的水平。


现在龙芯二最需要的是政策的支持,不仅仅是资金,更多的是政府的釆购支持。目前龙芯二已用于税控机,机顶盒等十几种解决方案。中国信息产业最大的软肋在于信息技术转化为具体的应用方面。因此,政府应大力支持国产信息产业,并加大扶持企业自主知识产权政策力度。


看看鸭


很多人都是从芯片本身的技术难度来说的。我想从市场的角度谈一谈,为什么中国企业想要制造出芯片,会那么困难。

雷军说过,手机芯片是这个星球上集成度最高的元器件,它需要巨额成本和非常长的研发周期。“芯片行业10亿起步,10年结果。”芯片研制出来,至少要卖几千万件才能收回成本。如果只卖100万件,对不起,每个芯片的平均研发成本要1000多块钱。芯片比市面的手机还贵,这生意就没法做。

芯片研制出来,放到市场上卖,还要面对英特尔、ARM的竞争。这些巨头会不会用价格战把新对手杀死呢?有可能。不过,最主要的竞争手段还是技术。

芯片技术迭代很快,新一代技术就是比旧一代技术强,并且强很多。手机产业竞争那么激烈,他们当然选择最好的芯片。芯片追赶者一个没追上,就会被杀死在半路。几十亿几百亿美元的投资,说没就没。这种风险不是谁都冒得起的。

过去多年,中国企业造不起芯片,除技术原因,主要还是市场原因。在市场中缺乏胜算,企业家就不会研发;长期没有投入,技术落后就更明显。

中国企业不敢冒险的一个原因,只是因为:过去实在太穷了。几十亿元投资,没几家企业能掏出来。把身家性命搭在高风险的事情上,科学家们也许有雄心,股东也不会答应。企业活着比什么都重要,况且市场上又不是没有别的赚钱机会。

芯片一旦做出来,利润非常可观,前景非常诱人。这是一个令人垂涎的蛋糕。中国每年要从海外进口芯片超过2000亿美元,是第一大进口产品。研制出中国人自己的芯片,是很多企业家的愿望。爱国主义的情怀应该是有,但是我想,利润驱使才是最主要的原因吧。

永远要相信,企业家是追求利润的。只要有利润,就会有人尝试。中国企业家不比老外笨,他们不会甘心大把银子白白让给别人赚。中低端的芯片,以前就有中国企业在做,只是太落后了,汤都喝不上,更不要说吃肉。现在华为、小米都在搞研发,希望制造出高端芯片。他们勇于走上征程,一个基本的条件是:有钱了,敢投入,也耗得起。

当今中国在芯片领域落后,主要已经不在钱上,而是研究体制建立,人才培养,技术积累,而这些都需要时间。中国芯片技术的追赶,才刚起步。过去二十多年,中国进口使用外国芯片,这属于市场自发选择,没什么可丢人。没有看似“被动”的贸易,就不会有进步。


菁城子


芯片业难,主要是难在成本控制上。

摩尔定理相信你听说过,这定理说明了芯片业的发展规律。每18个月性能提升一倍,成本下降一半。

这样的进步速度,成为了后来者难以跨越的门槛。

因为后进者在性能、成本全面落后的情况下,别提追赶先行者,连生存都很成问题。

但中国现在已经有机会在这个行业追赶先行者美国,因为芯片正在进入性能过剩时代,中国只须要生产够用的产品,就能追上美国的步伐。


风飘飘4783832


芯片,作为集成电路的载体,是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果。我们熟悉的高通和联发科属于知名IC设计厂商,而台积电则属于制造代工领域。

芯片如何产生?

芯片最主要的就是工艺,还有一个就是技术专利,工艺是指量产制造,技术专利则是芯片的研发设计。整个半导体行业从上游到下游,基本可以分为芯片设计、芯片制造、芯片封装测试三大块,其中芯片制造这个环节属于最为复杂,难度最大的环节。

设计相比制造来说算是投入较小也较为轻松,目前国内已经有很多顶尖的芯片设计公司可以设计出7或10nm制程的芯片,比如华为等,但是国内并没有一家代工厂可以做出这个制程来,因此只能求助于台积电等其他代工厂!

放在全球也是,顶尖的半导体公司,比如高通、博通,甚至是苹果公司,都是可以设计出来,但是公司自身并没有制造能力,在相当长的时间内也只能委托台积电来代工!

芯片的制造是最大难题

首先,芯片行业是高度技术密集型、资本密集型行业,如果没有足够的技术积累,仅仅有钱也是造不出来的,因为一个小小芯片里面包含的是几十亿、几百亿甚至几千亿个很小的晶体管,并且还有相当复杂的电路结构。

现在投资“一条”芯片生产线需要的资金高达170亿美金或以上,产线建成时间多达2年或以上!

全世界能生产纳米处理器核心技术的企业并不多,美国的英特尔和AMD是制造电脑处理器的,几乎处于垄断地位,而手机处理器的生产工艺要求更高。

苹果研发了自家手机处理器,但因为生产处理器的工艺非常高,一条生产线至少要上百亿美元投入,于是选择代工厂生产。

世界上掌握了核心机密生产技术只有三星、台积电等为数不多的公司。这些公司能够生产手机芯片,工艺可是有几十年的技术积累。

我国芯片设计与制造与国外均有较大差距

芯片和商用飞机一样,被视为制造业强国的代表产品,我国虽然有龙芯、飞腾等老牌芯片设计单位,也有在商业上比较成功的海思、展讯等厂商。

但是国内芯片产业从规模、技术水平、市场份额等方面都与上述国际领军企业有较大差距,特别是在壁垒较高的高端芯片设计和制造上。

我国目前芯片上不去的一个主要原因不是薪片人才缺乏,而是不能人尽其才。每年几十万人才由于芯片领域得不到重视,待遇工资等条件的局限,很大一部分芯片人才都转移到网络电脑等领域。

我国从上世纪80年代中起就开展芯片国产化攻关,但是,在半导体产业链上,我国的技术基础相对薄弱,创新环境有缺陷,一直被认为赤脚都赶不上美国英特尔等芯片研发企业,产品设计、研发、制造都还受制于国外。

“金十数据”,以最独到的视角揭开天下事、社会事、身边事的背后真相,关注“金十数据”,我们给您提供更专业的解答!

金十数据


先说一个历史事件,再说工艺大家可能更好理解。

上世纪90年代,我国向俄罗斯采购了40架苏27战斗机,可以说这是开启我国空军现代化的里程碑事件,为什么这么说,先来看看我军80、90年代的战机:下图是SU-27(非常漂亮,我还组装过它的航模)

再来看看歼-15,我不知道各位看官看出来没有,作为一个组装过SU-27航模的人,反正我是没看出来有啥区别。

那么现在大家应该都能懂我在说什么,任何机械设备,可以说只要能拆就没有模仿不了的,从航母到到宇宙飞船,只是时间问题。

我做研发的时候,曾经就拆过美国哈里伯顿和斯伦贝谢的钻井仪器,然后参考、学习、再自主研制,这个研制过程还有个学名叫逆向工程,大家不要不齿,要实现弯道超车,模仿、学习是必然之路。

从机械结构到电路板,都可以通过逆向工程绘制出原理图,从里到外唯一逆向不了的就是芯片,即使你拆了它,也无法通过肉眼看清它的结构,因为他是数亿个电子元器件的集合,而且还不止一层。再退一步讲,即使你通过显微镜一一看穿他的结构,画出线路图,你也没有能造出他的设备和工艺。

再来说工艺

最近很多人都在讨论荷兰的光刻机,说他是制造芯片的核心,可是芯片又何止一个核心环节,芯片的原料是单晶硅,是用沙子也就是二氧化硅还原而成的,而仅仅就是这第一步,从沙子到高纯度金属靶材再到晶元,就要经过N道工艺,而国内能生产靶材的也就江丰电子等两三家企业。

自己攒过电脑的都对CPU的制程比较熟悉,什么14nm,要达到14nm工艺,就要有1nm的精度,而加工芯片的高精度数控,我们又造不出来,数控有需要芯片控制,成了一个死局。

无尘室能不能达到无尘,芯片清洗环节能不能保证全部杂质去掉,要精益求精的环节太多了,要知道在不到几厘米见方的地方,集成上亿个元器件,一个灰尘造成的导线短路可能就让芯片废了,单单做一个电路板都不一定100%没有问题,更何况集成电路。

而美国实现现在的工艺水平,可是Intel之父罗伯特·诺伊斯等无数先驱,从上世纪50年代开始,一步步迭代,从最初只有几十个元器件,到今天的上亿元器件,要想通过复制走捷径,集成电路给我们上了最好的一课。


十分有财


高端芯片被誉为工业王冠上的珍珠,只有当工业的各个领域都强大到一定程度,才能够制造出集成度极高的芯片。

芯片本质上是一堆电子元器件的组合,要对比的话,大家可能更熟悉PCB板。PCB板是一种电路板,上面用铜或其他材料作为导线,然后在上面贴上电子元器件,当你拆开家里的老式家用电器,多半能够发现这样的一块绿色或其他颜色的电路板,上面有各种电阻电容电感等元器件,它们组成了各种各样的逻辑电路。

不过很显然,这些电路板太大了,因此我们用一小块集成了许许多多电子器件的片子替代它们。要加工一块芯片,抛开架构设计、指令集设计、微电路设计等等复杂的设计工程,单纯看加工过程,要经历光刻、刻蚀等诸多步骤,而最艰难的就是光刻的步骤。目前使用的光刻机一般是投影曝光式光刻机,对光学器件加工精度、装配精度、抛光精度要求极高,同时对机械装置、电子控制装置的要求也很高。举个例子来说,要使用193nm的激光器曝光做出20nm以下的线条,一次曝光是绝对不够的,因为衍射极限的存在,单次曝光的精度会远低于设计需求,因此需要进行多次曝光。而多次曝光过程中要能够进行极高精度的对准,对准精度在10nm以下,这甚至超过了普通电子显微镜的观测精度。而光刻过程中要求能够在连续生产过程中保持这个精度,难度可想而知。

上面只是举的一个小例子,而这样的难关在芯片制造中比比皆是。所以制造芯片是一件很难但不得不做的事情。


看风景的蜗牛君


我国芯片产业国外存在技术代差,至少比美国差两代、比美国的盟国差一代。

芯片是经过一系列的晶体管的有机组合,而由于微型化的要求,因此芯片就变成了在越小的空间放入越多的晶体管,在越小的空间放入运算能力更高的晶体管的有机组合,所以芯片是一个高度技术化积累的产品。而所有的芯片厂商都需要从0做起。目前英特尔已经量产10nm芯片,7nm芯片还在研发之中。


那芯片为什么难制造呢?

1、芯片上游的光刻机被荷兰公司掌控,新品美国不允许不卖给中国公司

制造芯片有4个关键点:功耗、工艺、成本和设计复杂度。而这四个关键点的技术核心叫做光刻机。

最主流的说法是两大装备:航空发动机和光刻机,最先进的航空发动机目前的报价在千万美元量级,但是最先进的光刻机目前的报价已经上亿美金。 在中兴被美国制裁后,我国从全球最大的芯片机器制造商AMSL订购了一台使用EUV技术的芯片制造机器光刻机,价格就高达1.2亿美元。(约7.66亿美元)

前面我们将到芯片的集成程度是芯片能力最重要的两大因素之一,而这个因素最大的影响因素是光刻机的精度,光刻机的精度越高芯片的集成度越高、计算能力越强。 但是目前世界上80%的光刻机市场被amsl占据。但是话语决策权都掌控在amsl背后的国家利益中,最新的光刻机根本不被允许卖给中国,所以光刻机都落后两代以上,芯片更加不用说了,这就是大国博弈。



我国曾数次订购ASML的14nm光刻机,但对方笨笨不卖,现在国内的22nm的光刻机都是其他国家的二手设备,但是就算是二手也还需要向美国提出申请,你没看错,asml是荷兰公司。但是却要向美国申请才能卖给中国。美国打击2025中国制造,芯片生产这种高科技产品自然不会卖给中国。

2、中国芯片产业起步晚,技术落后多个产品时代

我国芯片产业落后较多,生产的产品质量落后,性能也不太好,包括华为的麒麟芯片和小米芯片都一样。芯片生产涉及晶体管、电阻、电容、二极管等多个精密器件的生产、制造和组装。但是我们都做不到。

更重要的是,芯片这样的高科技产品是落后一步就步步落后,除非技术大爆炸根本不可能超越。

3、 国内芯片企业产业链没有打通,过度依赖政府补贴,何况补贴还不多

芯片是一个需要巨额投入的产业,所以真正要实现盈利就需要打通产业链,从生产到使用形成产业链。但是国产芯片根本没有产业链使用和产生利润的可能性。

而芯片产业需要极大的投入,以intel为例,2017年英特尔在芯片研发方面的投入达到131亿美元,占据营收的24%,高通投入也有34.5亿美元。而我国政府补贴芯片十年也不超过1000亿元。



4、芯片需要高投入,且回报缓慢

芯片产业属于高投入、高研发,但是回报可能较慢。一般企业很难有如此资金和资源能力进行研发,比如联想当时就选择了贸工技的方式,而不是技工贸,因为技术太烧钱了。


分享到:


相關文章: