時(shí)刻多少顆芯片才能滿足全球手機(jī)的出貨需求量？

來源：核芯產(chǎn)業(yè)觀察

近些日子，作為國(guó)內(nèi)通訊和手機(jī)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的華為又遇到了新的大麻煩，在接下的數(shù)年甚至更長(zhǎng)的日子里，可能會(huì)面臨芯片斷供的危機(jī)。那問題是小小的一個(gè)手機(jī)芯片為什么不能自主生產(chǎn)？到底是怎么回事？

其實(shí)說白了，一個(gè)小小的手機(jī)芯片，論研發(fā)，華為有數(shù)以萬計(jì)的頂尖工程師去共同開發(fā)大腦，但是論最頂尖最前沿的生產(chǎn)技術(shù)，還真不是我們國(guó)家的芯片制造行為力所能及的。全球的芯片制造業(yè)基本被美國(guó)壟斷或直接或簡(jiǎn)接的控制著，而制造芯片依靠的是EUV光刻機(jī)這種高頂端的機(jī)器。

高端光刻機(jī)被稱為“現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花”，制造難度很大，全世界只有少數(shù)幾家公司能制造。目前，基本都在荷蘭，而且價(jià)格非常昂貴，動(dòng)輒上億美金一臺(tái)，屬于行業(yè)壟斷產(chǎn)品。我們先不論壟斷的原則，先說說，一臺(tái)最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)一天能刻多少顆芯片？

每年，全球的手機(jī)的出貨量是以數(shù)十億部以上計(jì)算，那么這么尖端的光刻機(jī)可以同時(shí)刻多少顆芯片才能滿足全球手機(jī)的出貨需求量？以荷蘭阿斯麥公司為例，作為全球光刻機(jī)的龍頭企業(yè)，2019年一共才賣了26臺(tái)EUV光刻機(jī)，有一半是賣給了臺(tái)積電。

作為阿斯麥最大的客戶，臺(tái)積電在晶圓代工領(lǐng)域獨(dú)占半壁江山，在先進(jìn)工藝制程研發(fā)上也是業(yè)界領(lǐng)先。據(jù)臺(tái)積電官網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)，2019年臺(tái)積電公司年產(chǎn)能超過1200萬片12寸晶圓產(chǎn)量。換算成每個(gè)月的話，月產(chǎn)量是100萬片左右。

這里要注意下它是說多少萬片晶圓的產(chǎn)能，并沒有說多少顆芯片。

那晶圓又是什么東西呢？

晶圓是指制作硅半導(dǎo)體積體電路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高純度的多晶硅溶解后摻入硅晶體晶種，然后慢慢拉出，形成圓柱形的單晶硅。硅晶棒在經(jīng)過研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，也就是晶圓。硅晶圓是一種厚度大約在1mm(毫米)以下，呈圓形的硅薄片。目前國(guó)內(nèi)晶圓生產(chǎn)線以8英寸和12 英寸為主。
在這個(gè)硅晶片上我們可以加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，讓它成為有特定電性功能的IC產(chǎn)品，比如芯片之類的東西。而這種圓形薄片有很多尺寸，比如8英寸大小，12英寸大小，18英寸大小，甚至更大的。事實(shí)上芯片制程越小，晶圓的尺寸就越大。
目前14nm或以下制程的芯片，全部采用12寸的晶圓片來制造的，因?yàn)榫A越大，襯底成本就越低。未來甚至?xí)?8寸或更大的硅晶圓片出現(xiàn)。但從目前的數(shù)據(jù)來看，12英寸晶圓的出貨面積占全部半導(dǎo)體硅片出貨面積的65%左右，8英寸的占20%左右，其它的主要是更小尺寸的晶圓片了。那如果用12寸的晶圓來制作芯片，一塊能夠制作出多少塊芯片呢？ 12英寸晶圓的表面積大約為70659平方毫米。芯片這邊呢，咱們就拿華為麒麟990 5G來舉例，它的芯片面積為113.31平方毫米（就這么點(diǎn)地方集成了多達(dá)103億個(gè)晶體管），如果100%利用的話，可以生產(chǎn)出700塊芯片。但是這是不可能的，原因是因?yàn)樾酒欠叫蔚?，晶圓是圓形的，一定會(huì)有邊角料留下，所以就不能簡(jiǎn)單的用晶圓的面積除以晶片的面積。

晶圓上的芯片其實(shí)可以看作是圓形所能容納下的所有方形的集合。可以采用以下公式： 每個(gè)晶圓的晶片數(shù)=（晶圓的面積/晶片的面積）-（晶圓的周長(zhǎng)/（2*晶片面積）的開方數(shù)） 晶圓的周長(zhǎng)=圓周率π *晶圓直徑 業(yè)界所謂的6寸，12寸還是18寸晶圓其實(shí)就是晶圓直徑的簡(jiǎn)稱，只不過這個(gè)寸是估算值。實(shí)際上的晶圓直徑是分為150mm，300mm以及450mm這三種。所以最終計(jì)算出大概是在640塊左右，但考慮到良品率等問題，實(shí)際能生產(chǎn)的芯片大約在500-600塊左右。所以一個(gè)月的產(chǎn)能是多少片12寸的圓晶時(shí)，就可以計(jì)算出一個(gè)月能生產(chǎn)多少芯片了。

上面說到臺(tái)積電每月的產(chǎn)能達(dá)到了100萬片晶圓，那就相當(dāng)于每月可以提供5-6億部手機(jī)的芯片。那么作為目前國(guó)內(nèi)最大最先進(jìn)的晶圓廠——中芯國(guó)際，它這邊的產(chǎn)能是怎么樣的呢？ 根據(jù)中芯國(guó)際公開數(shù)據(jù)顯示，在2020年第二季度，月產(chǎn)能合計(jì)48萬片晶圓左右。所以，可以看出中芯國(guó)際與全球晶圓代工龍頭臺(tái)積電相比，差距還是很大的。而且最先進(jìn)的技術(shù)還存在很大的代差，中芯國(guó)際目前只能生產(chǎn)14nm芯片，而最新的N+1工藝的芯片將于2020年年底量產(chǎn)。N+1工藝可以比肩臺(tái)積電的7nm芯片。但因?yàn)槠湓谛阅芎?a target="_blank">規(guī)格上和臺(tái)積電規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)7nm芯片還有所差距，更何況臺(tái)積電早已將芯片生產(chǎn)工藝升級(jí)到了5nm，甚至在2022年可以達(dá)到3nm的水平。

前文所提華為的困境，其實(shí)歸根結(jié)蒂還是芯片的生產(chǎn)受制于人的結(jié)果，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口而無法自主生產(chǎn)高端芯片，也將成為我國(guó)手機(jī)市場(chǎng)甚至是高端儀器無法自主研發(fā)生產(chǎn)的痛處。但是，中國(guó)科技發(fā)展并不會(huì)因?yàn)橥饨绲拇驂憾磺?，只?huì)是越來越快，需要一代人甚至兩代的科研工作者靜下心來，用人力、時(shí)間和大量的資金去堆積出來。俯首耕耘，自主研發(fā)，才不會(huì)在將來繼續(xù)抬頭望人項(xiàng)背。

來源：核芯產(chǎn)業(yè)觀察

原文標(biāo)題：一塊晶圓可以生產(chǎn)多少芯片？

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