國產(chǎn)芯片的難點(diǎn)在哪里?就是好奇問一下國產(chǎn)芯片是難在設(shè)計(jì)還是制作工藝?:你好,我是大嘴猴侃科技,專注于科技公司資訊和科技研究分享,歡迎關(guān)注。我認(rèn)為國產(chǎn)芯
你好,我是大嘴猴侃科技,專注于科技公司資訊和科技研究分享,歡迎關(guān)注。
我認(rèn)為國產(chǎn)芯片目前的難點(diǎn)在于制作工藝上。為什么這么說呢?我們從華為事件中來分析一下。
2020年5月15日,美國商務(wù)部制定了新的規(guī)定,凡是使用美國技術(shù)的半導(dǎo)體公司,向華為提供芯片供應(yīng),都必須拿到美國商務(wù)部的許可。
美國特朗普政府開始全面封鎖華為芯片。
眾所周知,華為海思早在十幾年前就開始自研芯片,但是華為海思只是設(shè)計(jì)芯片,并沒有制作芯片的能力,芯片代工都交由臺(tái)積電、中芯國際等半導(dǎo)體代工廠生產(chǎn)。
從這一點(diǎn),我們就可以看出芯片設(shè)計(jì)我們可以做到國產(chǎn)化,而高端芯片的生產(chǎn),比如7nm一下,目前國產(chǎn)芯片還做不到。
中芯國際此前推進(jìn)了N+1工藝制程,預(yù)計(jì)在今年第三季度量產(chǎn),但是這個(gè)N+1制程也只能與臺(tái)積電的第一代7nm工藝制程相提并論。要知道現(xiàn)在臺(tái)積電已經(jīng)可以量產(chǎn)5nm芯片了,3nm工藝預(yù)計(jì)明年將會(huì)試產(chǎn)。
純國產(chǎn)芯,未來一定是靠中芯國際,但現(xiàn)在中芯國際由于買不到荷蘭AMSL的EUV光刻機(jī),所以也能到7nm就是極限了。
綜上所述,國產(chǎn)芯片的難點(diǎn)在于制作工藝和高端設(shè)備上。我們只有先在光刻機(jī)上“破冰”,才能推動(dòng)芯片的發(fā)展。
而國產(chǎn)光刻機(jī)目前只能用于90nm的芯片量產(chǎn),與荷蘭AMSL公司的EUV光刻機(jī)至少差距20年。
這才是國產(chǎn)芯片真正的難點(diǎn)。
國產(chǎn)芯片主要難在制造,而不是設(shè)計(jì),因?yàn)槿狈Ρ貍涞墓饪虣C(jī),設(shè)計(jì)的再好也制造不出來。從米國禁止阿斯麥出售光刻機(jī),而不禁止設(shè)計(jì)芯片的軟件EDA就可以得出結(jié)論。國內(nèi)芯片得設(shè)計(jì)能力并不差,從麒麟系列處理器就可以看的出來。自主設(shè)計(jì)麒麟系列處理器在性能上可以與高通驍龍和A系列相抗衡,就足以證明國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)者的實(shí)力是絲毫不差的。由此可知,國產(chǎn)芯片的難點(diǎn),就在制造。
因?yàn)楸话⑺果溄蹣O紫外EUV光刻機(jī)后,中芯國際等公司就沒有制造7納米制程芯片的光刻機(jī)了,以至于麒麟系列高端的處理器只能找臺(tái)積電了。只要中芯國際有極紫外EUV光刻機(jī),那么麒麟系列高端處理器完全可以讓中芯國際來代工。所以說,國產(chǎn)芯片的難點(diǎn)就在于制造,如何將一粒粒砂子,制造成為功能強(qiáng)大的頂尖處理器。
國內(nèi)從事芯片設(shè)計(jì)的主要有HW,紫光這兩大公司。2018年我國IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的總收入超過280億美元,增速超過25%,未來幾年內(nèi)的增長速度會(huì)突破兩位數(shù)。2017年,我國相關(guān)公司在全球IC設(shè)計(jì)市場的所占份額為27%(其中彎彎為16%,內(nèi)地為11%)。所以說,我國的芯片設(shè)計(jì)實(shí)力位居全球第二,也沒什么可反駁的。
目前來看,單純依靠國內(nèi)自研的光刻機(jī),只能實(shí)現(xiàn)90納米制程的芯片制造,與國際上領(lǐng)先7納米制程,甚至5納米制程相差較大。至于國產(chǎn)光刻機(jī)的相關(guān)配件是否完全由國內(nèi)制造的也不好說?偠灾,沒有最先進(jìn)的光刻機(jī),是無法制造最先進(jìn)的硅基芯片的。目前來看,中芯國際14納米制程的芯片良品率已經(jīng)達(dá)到95%了,也就是說,可以量產(chǎn)14納米制程的芯片了。當(dāng)然,芯片的制造除了極為重要的光刻機(jī)之外,還有蝕刻機(jī),光刻膠,激光晶圓切割機(jī)等等。而最近,5納米的刻蝕機(jī),激光晶圓切割機(jī)都取得了突破,也就是說,制約國內(nèi)芯片發(fā)展的就剩下最重要的光刻機(jī)了。當(dāng)然,這也是米國制裁的根本原因。
對(duì)于國內(nèi)的芯片制造行業(yè)來說,就是硬件跟不上,畢竟巧婦難為無米之炊。即便IC設(shè)計(jì)公司,將芯片電路圖設(shè)計(jì)的最頂尖,那沒有制造設(shè)備,也生產(chǎn)不出來啊。由此可知,國產(chǎn)芯片的難點(diǎn)就在制造,而不是設(shè)計(jì)。等到國產(chǎn)光刻機(jī)趕上世界先進(jìn)水平時(shí),那時(shí)國內(nèi)的IC設(shè)計(jì)實(shí)力也將得到較大的發(fā)展,雙劍合璧,天下無敵!
最難的還是制造工藝。芯片的設(shè)計(jì)不難,華為的麒麟芯片就是買了arm的架構(gòu)自己設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的時(shí)候5nm,7nm制程的都可以設(shè)計(jì),但是實(shí)際量產(chǎn)的時(shí)候要生產(chǎn)出5nm和7nm制程的芯片就很難了。芯片的基底叫圓晶,在圓晶上才能加工制造各種電路元件,做成芯片。但是這個(gè)圓晶的生產(chǎn)要做到5nm和7nm的精度目前就只有荷蘭的ASML公司生產(chǎn)的極紫外光光刻機(jī)可以實(shí)現(xiàn)。而目前ASML的光刻機(jī)國內(nèi)一臺(tái)都沒有。國內(nèi)最先進(jìn)的圓晶代工廠中芯國際只能生產(chǎn)14nm的。沒有最基礎(chǔ)的芯片原材料圓晶,任何設(shè)計(jì)都是空談。
芯片(又稱微電路、微芯片、集成電路)是指內(nèi)含集成電路的硅片,體積很小,常常是計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。它作為智能電器的核心部件,芯片一直充當(dāng)著“大腦”的位置。
據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測,今年中國芯片進(jìn)口量將突破2,000億美元(約12,185億元人民幣),遠(yuǎn)超一年石油進(jìn)口的金額。作為全國芯片需求最為強(qiáng)勁、消耗份額居全國近七成的珠三角,卻無一家先進(jìn)的芯片制造廠。
中國芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)盡管奮起直追,涌現(xiàn)出了展訊、華為海思等逾500家企業(yè),但中國芯片設(shè)計(jì)企業(yè)大多只是中低端設(shè)計(jì)。去年前十大集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)總銷售額僅為226億元人民幣,而排名全球第一的高通公司營業(yè)額已達(dá)131.8億美元(約803億元人民幣),是中國前十大芯片企業(yè)總銷售額的3.55倍。
中國芯之痛:中國核心集成電路國產(chǎn)芯片占有率多項(xiàng)為0,貿(mào)易逆差高達(dá)1657億美元。
看似中國出了很多大型高科技企業(yè),如海爾,華為之類的,每年也出口很多的電子產(chǎn)品。但是作為電子控制系統(tǒng)核心的芯片,80%以上都需要進(jìn)口。
目前做一些簡單工作的輔助芯片,幾角錢一個(gè),大概國產(chǎn)可以占到50%市場,這些芯片可替代性強(qiáng)。但是做復(fù)雜或者核心工作的芯片(比如電腦的CPU之類),從1元錢到成千上萬元不等,幾乎全部是進(jìn)口,而且是系統(tǒng)中必不可少的。
02 芯片設(shè)計(jì)制造
大多數(shù)人只知道手機(jī)電腦、各行各業(yè)里面都要用到電子器件,單片機(jī)、數(shù)控裝備、汽車都離不開芯片,但是說起芯片的設(shè)計(jì)制造,卻只有少數(shù)人知道。
芯片的技術(shù)含量和資金極度密集,生產(chǎn)線動(dòng)輒數(shù)十億上百億美金。此外,人才也是這個(gè)行業(yè)的稀缺資源。技術(shù)又貴又難、人才難以培養(yǎng),少數(shù)幾家大企業(yè)壟斷了行業(yè)的尖端技術(shù)和市場。
芯片的制造過程可概分為晶圓處理工序、晶圓針測工序、構(gòu)裝工序、測試工序等幾個(gè)步驟。其中晶圓處理工序和晶圓針測工序?yàn)榍岸喂ば,而?gòu)裝工序、測試工序?yàn)楹蠖喂ば颉?/p>
晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片,由于其形狀為圓形,故稱為晶圓。獲得晶圓后,將感光材料均勻涂抹在晶圓上,利用光刻機(jī)將復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到感光材料上,被曝光的部分會(huì)溶解并被水沖掉,從而在晶圓表面暴露出復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu),再使用刻蝕機(jī)將暴露出來的硅片部分刻蝕掉。
接著,經(jīng)過離子注入等數(shù)百道復(fù)雜的工藝,這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)便擁有了特定的半導(dǎo)體特性,并能在幾平方厘米的范圍內(nèi)制造出數(shù)億個(gè)有特定功能的晶體管。再覆蓋上銅作為導(dǎo)線,就能將數(shù)以億計(jì)的晶體管連接起來。
切割出合格晶片后報(bào)廢的晶圓
一塊晶圓經(jīng)過數(shù)個(gè)月的加工,在指甲蓋大小的空間中集成了數(shù)公里長的導(dǎo)線和數(shù)以億計(jì)的晶體管器件,經(jīng)過測試,品質(zhì)合格的晶片會(huì)被切割下來,剩下的部分會(huì)報(bào)廢掉。千挑萬選后,一塊真正的芯片就這么誕生了。
芯片制造難點(diǎn)
制約集成電路技術(shù)發(fā)展的有四大要素:功耗、工藝、成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度,其中光刻機(jī)就是一個(gè)重中之重,核心技術(shù)中的核心。
光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備之一,按照用途可以分為好幾種:有用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī);有用于封裝的光刻機(jī);還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是中國在半導(dǎo)體設(shè)備制造上最大的短板,國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。
高端光刻機(jī)號(hào)稱是世界上最精密的儀器,分辨率通常在十幾納米至幾微米之間,堪稱現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花,制造難度極大,全世界只有少數(shù)幾家公司能夠制造。國外品牌主要以荷蘭ASML(鏡頭來自德國),日本Nikon(intel曾經(jīng)購買過Nikon的高端光刻機(jī))和日本Canon三大品牌為主。(ASML高端光刻機(jī)領(lǐng)域占據(jù)了全球90%的市場份額)
另一方面,中國集成電路制造工藝落后國際同行兩代,預(yù)計(jì)于2019年1月,中國可完成14納米級(jí)產(chǎn)品制造,同期國外可完成7納米級(jí)產(chǎn)品制造。
長期代工模式導(dǎo)致設(shè)計(jì)能力和制造能力失配、核心技術(shù)缺失;投資混亂、研發(fā)投入和人才不足等問題,導(dǎo)致中國集成電路產(chǎn)業(yè)目前總體還處于“核心技術(shù)受制于人、產(chǎn)品處于中低端”的狀態(tài),并且在很長的一段時(shí)間內(nèi)無法根本改變。
應(yīng)邀回答本行業(yè)問題。
國內(nèi)芯片的難點(diǎn)其實(shí)是在于前期沒有足夠的市場,也沒有足夠的資金進(jìn)行研發(fā),現(xiàn)在這種情況有了很大的改觀。
芯片的生產(chǎn),其實(shí)和其他的行業(yè)也沒有特別大的差異。中國國內(nèi)發(fā)展緩慢的原因,是因?yàn)闆]有足夠的市場。
因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)鏈可以全球采購,對(duì)于國內(nèi)的一些企業(yè)而言,沒有足夠的市場去獲得收入,也只能在這些低端的領(lǐng)域艱難的發(fā)展。
低端產(chǎn)品的利潤就會(huì)很低,這也導(dǎo)致了這樣的企業(yè)本身很難吸引資本的青睞。而也因?yàn)闆]有足夠的資金,也很難吸引全球的人才,這里也包括一些中國的人才。
沒有足夠的人才,研發(fā)的速度也就會(huì)沒有那么快。
現(xiàn)在華為被美國限制采購美國的元配件,以及使用美國的技術(shù),這給了國內(nèi)的芯片相關(guān)領(lǐng)域一個(gè)騰飛的機(jī)會(huì)。華為必須要加大對(duì)國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的扶持力度,而且也讓很多企業(yè)看到了產(chǎn)業(yè)鏈全球化其實(shí)也不過是一個(gè)美麗的謊言。
現(xiàn)在有大量的國家資金投入,以及一些社會(huì)資金投入到了這個(gè)本來不吸引人的領(lǐng)域之中。
一個(gè)比較好的消息,原本中國只能生產(chǎn)90nm的光刻機(jī),但是現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室研發(fā)進(jìn)度已經(jīng)開始向11nm突破了,或許在年內(nèi)就會(huì)有國產(chǎn)的11nm光刻機(jī)下線。
這對(duì)華為來說將會(huì)是一個(gè)好消息,現(xiàn)在華為雖然囤積了部分芯片,也只能滿足1-2年的需要。
總而言之,國內(nèi)芯片領(lǐng)域原本的問題其實(shí)就是沒有市場、沒有投資、沒有人才,現(xiàn)在這種情況得到了完全的轉(zhuǎn)變,未來中國芯片領(lǐng)域的發(fā)展是非常值得期待的。
以上個(gè)人淺見,歡迎批評(píng)指正。喜歡的可以關(guān)注我,謝謝!
認(rèn)同我的看法的請(qǐng)點(diǎn)個(gè)贊再走,再次感謝!
第一,設(shè)計(jì)。數(shù)億的線路如何集成在一起,首先需要設(shè)計(jì)。芯片設(shè)計(jì)全球最大的公司是英國ARM,而設(shè)計(jì)軟件,美國EDA居于壟斷地位。最近芯片產(chǎn)業(yè)最大的新聞是美國英偉達(dá)要從英國手里收購ARM,屆時(shí)美國在芯片產(chǎn)業(yè)上將更加強(qiáng)勢壟斷。華為的海思,設(shè)計(jì)能力可以達(dá)到7納米。我曾經(jīng)問華為的副總董明,中國為什么不收購?回答:美歐此類公司,中國永遠(yuǎn)都不會(huì)有收購機(jī)會(huì)。
第二,制造,包括成品制作和半成品制作。半成品是晶圓,高純度晶圓基本由日本人壟斷,硅的冶煉,日本人可以冶煉到百分之九十點(diǎn)九后面十一個(gè)九,然后做成的晶圓是最好的。在晶圓的基礎(chǔ)上再做芯片,大家知道這個(gè)行業(yè)臺(tái)積電最大,中國的中芯國際目前是全球第五。當(dāng)然只是產(chǎn)量全球第五,芯片等級(jí)較低,利潤率也不高,因?yàn)樵S多專利技術(shù)不在自己手里,還受到美國嚴(yán)厲監(jiān)管。
第三,封裝測試。將芯片壓縮到一個(gè)板子上,進(jìn)行合格測試。因?yàn)樾酒木路和觸點(diǎn)太多,一個(gè)地方有萬分之零點(diǎn)幾的差錯(cuò),最終結(jié)果也是相當(dāng)大的差錯(cuò),所以必須逐個(gè)測試。封裝測試基本屬于勞動(dòng)密集型,在這個(gè)行業(yè),中國與國際差距不大,甚至處于領(lǐng)先地位。
第四,設(shè)備。生產(chǎn)芯片的設(shè)備大家都知道,最精密的EUV光刻機(jī)是荷蘭ASML,其他主要是美國。生產(chǎn)晶圓的設(shè)備,在日本,主要是三菱、索尼等企業(yè)占優(yōu)勢。7納米工藝光刻機(jī)目前只有荷蘭ASML能夠提供,售價(jià)1億美元以上,有錢還不一定能買到。上海微電子已經(jīng)能夠生產(chǎn)制作28納米芯片的設(shè)備。
第五,輔助材料。包括光刻膠、掩膜版、靶材、封裝基板等等,這些材料目前國內(nèi)仍是瓶頸。
現(xiàn)階段來說,主要是在制造工藝上被卡脖子。芯片制造最關(guān)鍵的一個(gè)東西就是光刻機(jī),而光刻機(jī)目前來說是被荷蘭壟斷的。中美貿(mào)易戰(zhàn)開打以后,中芯國際從荷蘭訂購的光刻機(jī)一直被卡脖子一直沒送到中國。這一點(diǎn)就很難受,所以現(xiàn)在目前來說手機(jī)芯片上,唯一落后的就是制造工藝上,而關(guān)鍵一環(huán)就是光刻機(jī)。但我們對(duì)國產(chǎn)芯片也不用太過于嚴(yán)苛,畢竟我們起步確實(shí)太晚了,現(xiàn)在能追到這個(gè)地步,我覺得已經(jīng)很不錯(cuò)了。嗯,目前來說也有一個(gè)好消息,上海光電所28納米光刻機(jī)試產(chǎn)成功,這對(duì)我們國產(chǎn)芯片來說何嘗不是一個(gè)好消息。
設(shè)計(jì)問題不大,主要在制造,其中制造設(shè)備如光刻機(jī)是關(guān)鍵,被各種封鎖。
部分最先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備對(duì)中國出口限制,比如EUV光刻機(jī),導(dǎo)致研發(fā)受阻
中國的芯片產(chǎn)業(yè)目前處于一種很尷尬的境地:雖然設(shè)計(jì)水平達(dá)到了Intel中期的水準(zhǔn),但是上游繞不開IP供應(yīng)商,下游又離不開代工廠。
以華為麒麟970為例,雖然稱得上是自己設(shè)計(jì)的芯片,但是使用了ARM的架構(gòu)和IP,意味著每塊芯片都要需要支付版權(quán)費(fèi);同時(shí),由于國內(nèi)芯片晶圓廠的工藝水平相對(duì)落后(目前處在28nm到14nm的階段),量產(chǎn)只能找臺(tái)積電代工。
理論上講,這其實(shí)也不能算是是什么難點(diǎn),因?yàn)樾酒袠I(yè)的特性本來就高度依賴全球化和產(chǎn)業(yè)分工,蘋果的芯片用的也是ARM的授權(quán)和臺(tái)積電的代工,有什么配件造不出來,委托別家做,是每個(gè)芯片產(chǎn)商都會(huì)做的事情。
但是中國不能,原因大家都懂得!所以別人不是問題的事,到了我們這里就變成了障礙!讓我心疼兩秒鐘.....
但是如果有一天國產(chǎn)芯片技術(shù)趕上了國外巨頭的步伐,IP可以用自己的,制造和流片都達(dá)到一樣的水準(zhǔn),中國芯片就能揚(yáng)眉吐氣了嗎?
答案依然否定的。
歸根到底,芯片不僅是硬件,更是整體生態(tài)。蘋果電腦、安卓手機(jī)除了芯片以外,還有與之配套的操作系統(tǒng)和App。如果軟件硬件生態(tài)的不完善,即使芯片造出來了,還是沒有用武之地。
幾十年的發(fā)展,消費(fèi)電子行業(yè)早就形成了固定的“圈子”。PC系統(tǒng)一般搭配Intel的芯片架構(gòu)和Windows操作系統(tǒng),手機(jī)系統(tǒng)無論是蘋果還是安卓用的都是ARM架構(gòu)的芯片。
龍芯就是一個(gè)例子,雖然性能已經(jīng)完全能夠滿足日常辦公用途,但是缺乏相應(yīng)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件導(dǎo)致的普及率依然很低,目前只能用在一些專業(yè)領(lǐng)域。
中國芯片產(chǎn)業(yè)如果想要達(dá)到世界頂級(jí),除了芯片本身之外,還需要設(shè)計(jì)一個(gè)和中國芯片配合良好的操作系統(tǒng)。在此之上,APP也需要大量人力和金錢的投入。只有生態(tài)完善了,「中國芯」才真正獲得了競爭力。
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