干货详解:是什么让我们芯片产业发展难与世界顶级芯片比肩

中国民用级芯片严重依赖进口已经不是一天两天,从小到手机芯片,大到超级计算机CPU,我们都很依赖国外,可以说就是美国。所以在这次中美贸易摩擦中,美国就对中国中兴公司进行了禁止向其提供芯片7年的处罚。据相关数据分析,我国每年光花费在芯片进口上的钱就有将近2000亿美金,折合成人民币就有差不多14000亿元,而贵州省2017年的GDP总量也不过13500多亿。或许,没有多少人了解集成电路(芯片是内含集成电路的硅片)。

但许多人都知道摩尔定律,它是指当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。也就是说在集成电路这个领域,产品持续保持低成本高性能的发展趋势。就在这样的高速发展中,世界各国的发展水平有了比较大的差异。而根据海关总署最新的数据分析,集成电路相关的进口从2015年起已经连续三年超过原油进口金额。所以说在国内互联网公司如火如荼发展的背后是我们对芯的依赖。更重要的是,现在想提高国内芯片的生产水平需要的不止时间,而是整个系统性提升,可以说相当难,甚至可以说比造航天飞机还要难。说到这,大家也就可以知道我们为什么对美国芯片有这么大的依赖了。

所以说在贸易摩擦的关键时刻这个就成了别人可以使用的一把刀。看到这,肯定会有人问为什么这么难?真的比造飞机还要难吗?答案是肯定的。一位芯片领域的专家表示一条芯片生产线大约涉及50多个行业,需要2000到5000道复杂的工序。在硅片制造中,最重要的一步就是光刻,它是制造和设计的纽带。一片芯片大约只有指甲盖大小,但其中却含有千万电线,并且要保持纹丝不变,精准度极高的光刻机才可以完成它。可以这样说,光刻机的精度决定了芯片的上限。纵观全球,目前能够提供光刻机的企业也只有ASML、尼康和佳能三家,ASML(荷兰费尔德霍芬的半导体设备制造商,其主要产品是用来生产大规模集成电路的核心设备曝光机,在世界同类产品中有90%的市占率)更是垄断了顶级光刻机市场。位于上海市浦东新区的上海微电子装备公司(SMEE)是国内目前最好的光刻机生产商,好不夸张的说,它与中国C919大飞工程可以等量齐观(小小芯片就是这么厉害)。

SMEE目前最好的技术是可以生产90纳米的芯片,这个水平相当于国外在2004年的技术水平,现在他们已经可以将芯片做到十几纳米了,至少我们在这一方面落后西方国家将近十年。大家可以看到全球生产光刻机最好的这几个企业几乎都是照相机设备生产商,而且都有悠久的历史和强大的技术积淀。但是在我国,根本没有相关的设备制造商。光刻机的生产过程又偏偏对打磨等技艺要求极为苛刻,镜片材质做到均匀,需几十年到上百年技术积淀。上海微电子装备公司总经理表示"同样一个镜片,不同工人去磨,光洁度相差十倍。"在德国的工厂,可以经常看到祖孙三代一块工作。除此之外,光刻机的制造需要极其稳定的光源,光学系统相当复杂,这也是一个很大的技术难关。SMEE最好的光刻机包含13个分系统,3万个机械件,200多个传感器。所以有好的镜片和光源,但是没有机械精度,一切都是白搭。据说在光刻机内有两个工作台,一个搭载底片,一个搭载胶片,工作时两个需要同时运动,加速度相当于导弹,且误差要在2纳米以下。光刻机在工作中,一旦其中任何一个部件发生故障,那么整个光刻机都将无法正常工作(三万多个机械件保持健康运行也不简单啊)。上海SMEE公司是在2002年成立,宗旨是为了填补我国在这一领域的技术空白。经过近二十年的发展,SMEE目前已经可以生产出质量不错的光刻机,虽然比不上世界一流制造商的水平,但终究是进步了。光刻机以及其他高科技产品的生产,归根结底是需要人才,人才是决定因素。曾经有德国工程师极其尖锐的指出给你们全套图纸也生产不出好的光刻机。合抱之木,生于毫末,九层之台,始于足下。中国光刻机之路需要的是久久为功和坚持不懈。