如今到了我國芯片產(chǎn)業(yè)的突破阻礙 浴火重生的時刻

國產(chǎn)芯回憶錄：造光刻的去賣早點(diǎn)，搞 EDA 的去組裝電腦

轉(zhuǎn)自公眾號 CSDN（ID:CSDNnews）

“十年長作江頭客，檣竿又掛西風(fēng)席。”如今到了我國芯片產(chǎn)業(yè)的突破阻礙，浴火重生的時刻了。受美國限制令影響，臺積電上月表示 9 月 14 日后將不再對華為供貨， 8 月 14 日中芯國際也表示，將停止支持華為。

中芯國際此舉實(shí)屬無奈，雖然我們有 14nm 的制造工藝，但卻造不出 14nm 制程的***。

最近有消息稱為應(yīng)對美國的封鎖限制，華為啟動了意在“自力更生、奮發(fā)圖強(qiáng)”的制造項(xiàng)目“南泥灣”，據(jù)稱筆記本電腦、智慧屏和 IoT 家居智能產(chǎn)品等受美國技術(shù)占比較低的項(xiàng)目，在今年底前實(shí)現(xiàn)“南泥灣”，達(dá)到自給自足。

筆者個人認(rèn)為這則消息可信度一般，因?yàn)槟壳肮P記本電腦 90% 的以上市場份額，是由英特爾及 AMD 的 X86 架構(gòu)芯片所占據(jù)，英特爾和 AMD 是美國公司，半年時間能搞定一個能取代 X86 架構(gòu)的指令集，這明顯是不可能完成的任務(wù)；智慧屏的芯片“鴻浩”是臺積電給華為代工的，在芯片制造方面我們落后的較多，想在半年內(nèi)建成像臺積電同樣水平的公司，有些天方夜譚。

但我們看到華為已行動起來，在芯片制造領(lǐng)域進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)研究。近日，華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)CEO余承東在中國信息化百人會 2020 年峰會上表示后悔當(dāng)初沒有進(jìn)入芯片制造領(lǐng)域，使麒麟終成“絕版”，但接下來華為將全方位扎根，突破物理學(xué)、材料學(xué)的基礎(chǔ)研究和精密制造，突破制約創(chuàng)新的瓶頸。包括 EDA 的設(shè)計、材料、生產(chǎn)制造、工藝、設(shè)計能力、制造、封裝封測等關(guān)鍵流程，全部被華為設(shè)定進(jìn)今后的目標(biāo)領(lǐng)域之中。

“忘記歷史就意味著背叛”，在重啟芯片制造領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的時點(diǎn)上，我們有必要回顧歷史，分析我們在芯片領(lǐng)域到底是怎么落后的，從而總結(jié)歷史，更好地發(fā)展未來。

令筆者欣喜的是，有熱心讀者找到了我國光刻領(lǐng)域的開創(chuàng)之作《光刻掩膜版的制造》，并找到了在我國電子工業(yè)全面轉(zhuǎn)型過程中，光刻廠改制與 EDA 重組的親歷者，筆者與他們進(jìn)行了交流，雖然他們不愿意透露名字，在聽了他們的經(jīng)歷之后，筆者十分震撼，所謂“應(yīng)是天仙狂醉，亂把白云揉碎”。如果不站在親歷者的視角，很難理解當(dāng)時的歷史，接下來就帶大家聽聽他們的故事。

《光刻掩膜版的制造》背后

有不少文章都說，我國在光刻方面的落后是因?yàn)槲覀儾恢匾暬A(chǔ)科學(xué)的研究，這種說法至少不適合光刻技術(shù)領(lǐng)域。在這方面我國起步并不晚，基本和美國同步，還略早于日本。在上個世紀(jì) 60 年代初，中科院立項(xiàng)開始研究***了，在 1965 年成功推出了 65 型接觸式***，這個***在當(dāng)時可謂國際領(lǐng)先，后來 1972 年武漢無線電元件三廠編寫了《光刻掩模的制造》。

在讀過這本書后，筆者才下定決定撰寫本文的，光刻與 IT 研發(fā)最大的不同點(diǎn)在于試錯成本相去甚遠(yuǎn)，在 IT 的編程范式下，代碼的運(yùn)行結(jié)果是可以瞬間反饋的，這極大降低 IT 研發(fā)的試錯成本；而光刻技術(shù)中很多工藝要靜置要等，沒有時間的積累根本就難以突破。

為了說清接下來的內(nèi)容，筆者向大家簡要介紹下光刻技術(shù)。在一臺***中激光器負(fù)責(zé)光源產(chǎn)生，首先是激光器發(fā)光，經(jīng)過矯正、能量控制器、光束成型裝置等之后進(jìn)入光掩膜臺，最終制成晶圓。

如果展開討論的話，從激光器、激光鏡頭、控制器到光掩膜版，都能單獨(dú)成文。本次筆者聯(lián)系上的光刻前輩，從事過光掩膜版制造的相關(guān)工作。所以咱們今天就重點(diǎn)和大家聊聊光掩膜。

光刻掩膜版（又稱光罩，英文為 Mask Reticle），簡稱掩膜版，是微納加工技術(shù)常用的光刻工藝所使用的圖形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜圖形結(jié)構(gòu)，再通過曝光過程將圖形信息轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品基版上，詳見下圖，這里需要特別提到的一點(diǎn)是在光刻膠方面，日本廠商幾乎占據(jù)了80%以上的市場份額，可以說單從一個看似簡單的光掩模來看，我們下大力氣去攻堅克難的方面都有很多，遑論整個***的制造了。

超微粒干版作為光刻制版用的感光版的一種，其制造工藝的相關(guān)內(nèi)容，無論是在《光刻掩模的制造》，還是在前輩的親述當(dāng)中都有過介紹。其底板采用性能穩(wěn)定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸銀、鹵化鉀和介質(zhì)（明膠）三種材料為主配成乳膠液，再加入吡那金醇（增感劑）、三氮吲哚唎嗪（穩(wěn)定劑）、明礬（堅膜用）等構(gòu)成，書中截圖如下：

有不少網(wǎng)友將武漢無線電元件三廠和武漢無線電三廠搞混了，甚至還有人說武漢之前根本就沒有過光刻廠。在真正了解過相關(guān)情況之后，筆者可以肯定的講，我們之前武漢的半導(dǎo)體技術(shù)真的很強(qiáng)，在前輩的指導(dǎo)下看過《光刻掩模的制造》之后，依舊收獲不少。

抱定隨時再去賣早點(diǎn)的決心，才能搞光刻

這家在上世紀(jì) 70 年代獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的武漢無線電元件三廠，在國外廠商的價格戰(zhàn)下節(jié)節(jié)潰敗，在 1994 年全面改制，成為了賣早點(diǎn)、副食品的商鋪。

據(jù)前輩回憶，當(dāng)時絕大部分職工全部轉(zhuǎn)型成了商鋪售貨員，雖然有一部分職工南下廣東，應(yīng)該沒有繼續(xù)從事半導(dǎo)體制造的相關(guān)工作。

在當(dāng)時“造不如買，買不如租”的理念下，武漢無線電元件三廠成為我國半導(dǎo)體制造行業(yè)全面衰落的一個縮影，上世紀(jì)90年代初，武漢有很多半導(dǎo)體、無線電廠，2000 年左右這些廠幾乎全部銷聲匿跡。

當(dāng)提到這段歷史時，與我溝通的前輩明確表示并不后悔，因?yàn)楫?dāng)時國外廠商的產(chǎn)品的確質(zhì)優(yōu)價廉，既然技不如人，那么投子認(rèn)輸是坦蕩的選擇。

從當(dāng)時情況看，賣早點(diǎn)至少發(fā)揮了一些社會價值，算是為我國科技轉(zhuǎn)型的大潮做出了一定貢獻(xiàn)。老人家特別強(qiáng)調(diào)了一點(diǎn)，我國半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的歷程，與我們痛失大豆定價權(quán)，80% 依賴進(jìn)口的情況基本是一致的。

未來我們該如何應(yīng)對？如果繼續(xù)走市場競爭的方式，那么讓我們的***廠直接和國外巨頭競爭，無異于讓未成年的孩子上擂臺與拳王較量，毫無勝算可言；而如果想繼續(xù)保留光刻技術(shù)團(tuán)隊(duì)，那么我們到底有沒有這個耐心與定力，能夠容忍一個持續(xù)虧損，還消耗資源的項(xiàng)目長久的持續(xù)下去呢？

如果光刻項(xiàng)目被砍掉，正如前文所說由于光刻屬于基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域，相關(guān)人員很難在企業(yè)內(nèi)部轉(zhuǎn)型去做 IT 研發(fā)工作的，他們是否又要去賣早點(diǎn)呢？To be or no to be，It’s a question。這是我長久以來所聽到最發(fā)人深思的問題了。

幫人攢電腦，辦 WPS 培訓(xùn)班，EDA 工程師轉(zhuǎn)型

從產(chǎn)值角度來看，EDA 在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中占比不大，2018 年全球 EDA 行業(yè)市場規(guī)模僅為 97.04 億美元，這與動轍上萬億的半導(dǎo)體行業(yè)相比不算什么，但 EDA 被稱作是“芯片之母”，離開了 EDA，整個芯片產(chǎn)業(yè)都得停擺。

EDA 也是我們的短板，Cadence、Synopsys 和 Mentor Graphics 三大美國 EDA 廠商，幾乎占據(jù)我國 90% 以上的市場份額。與***情況也十分類似，我們 EDA 軟件的研發(fā)方面起步也不晚。

1978 年秋，在中央剛剛提出“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的時候，桂林陽朔舉辦了“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化”會議，這次會議被譽(yù)為我國“EDA 事業(yè)的開端”，當(dāng)時有 67 個單位，140 多名代表參加了會議。

據(jù)稱當(dāng)時有關(guān) EDA 的討論還只停留在學(xué)術(shù)層面，我國 EDA 元年是在 1986 年，當(dāng)時為了更好推動集成電路產(chǎn)業(yè)，我國動員了全國 17 家單位，200 多位專家齊聚原北京集成電路設(shè)計中心，開發(fā)自主集成電路計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)“熊貓 EDA”，7 年之后的1993年，“熊貓 EDA”正式推出。

EDA三巨頭中的Synopsys、Cadence 都在1993年入華，Mentor Graphics 在1995年的北京設(shè)立銷售辦公室。

當(dāng)時處在襁褓中的熊貓 EDA 無法在價格戰(zhàn)中取得優(yōu)勢，國內(nèi) EDA 產(chǎn)業(yè)在 1994 年至 2008 年陷入了一段相當(dāng)長時間的“沉寂期”。令人欣慰的是華大九天基本繼承熊貓 EDA 的相關(guān)技術(shù)，為 EDA 項(xiàng)目保留了火種。

為 EDA 產(chǎn)品寫代碼的程序員轉(zhuǎn)型去做其它 IT 項(xiàng)目不是什么難事，據(jù)稱當(dāng)時“熊貓 EDA”團(tuán)隊(duì)有相當(dāng)一部分都直接轉(zhuǎn)型到了華大集團(tuán)，也有人辦起了電腦培訓(xùn)班，或者到中關(guān)村去攢電腦，當(dāng)時下海人員的收入普遍比在集成電路設(shè)計中心做 EDA 的研發(fā)要高十倍以上，所以對于轉(zhuǎn)型帶來的痛感不并算強(qiáng)烈。

雖然我國在 EDA 方面的火種一直沒斷，想在工業(yè)軟件方面取得突破，我們依舊有很多坑要邁，很多路要走。

臺積電、三星等廠商在開發(fā)新工藝時，基本不會考慮與國內(nèi) EDA 廠商合作，使得我國 EDA 廠商的 IP 庫不夠豐富，這就像只有 Photoshop 卻沒有濾鏡一樣，會極大地限制芯片設(shè)計師的發(fā)揮。

這方面如果想突破，就必須取得芯片方面全產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)展。想在芯片制造的全產(chǎn)業(yè)鏈取得進(jìn)展，沒有捷徑可言，只能靠時間的積累，所以筆者擔(dān)憂光刻之問“美國如果放松限制，我們該如何應(yīng)對”，在這里呼吁大家給予我國芯片產(chǎn)業(yè)以更多信心、耐心。最后祝我國的芯片界同仁，“步步常由逆境行，極知造物欲其成”！