擋在國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展道路上的“三座大山”

伴隨著近年來(lái)國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)行業(yè)的崛起，網(wǎng)上有關(guān)于國(guó)產(chǎn)芯片的話題就一直沒(méi)有斷過(guò)。近期的行業(yè)缺芯潮，又一次將芯片問(wèn)題推上了風(fēng)口浪尖。這里，我們提出一個(gè)問(wèn)題：國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展需要解決的問(wèn)題究竟是什么？很多朋友可能會(huì)想到光刻機(jī)，沒(méi)錯(cuò)，光刻機(jī)很重要，但擋在國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展道路上的難題遠(yuǎn)不止只有它那么簡(jiǎn)單。今天，我們就來(lái)探討下?lián)踉趪?guó)產(chǎn)芯片發(fā)展道路上的“三座大山”。

制造材料 硅片產(chǎn)能

房子有地基，大樹有根基，任何事物發(fā)展都依托于本源，芯片也不例外。我們都知道制造芯片的材料是硅。硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而脫氧后的沙子最多可包含25%的硅元素，以二氧化硅（SiO?）的形式存在。 硅(SiO?)一直被稱為半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，既然硅是從沙子中提取出來(lái)的。那么，沙子遍地都是，不可能缺少沙子，我們?nèi)鄙俚氖菑纳匙永锾崛」璧募夹g(shù)。 芯片從設(shè)計(jì)到制造的過(guò)程極為復(fù)雜，從沙子中提取出硅，制成硅錠，硅錠切成硅晶圓片，然后交給芯片代工廠生產(chǎn)制造芯片。在從沙子提取出硅的工藝環(huán)節(jié)中，技術(shù)難點(diǎn)就在于它的提純度，不能低于99.99999%，也就是提取出硅的純度，它的雜質(zhì)含量不能超過(guò)千萬(wàn)分之一。 這就相當(dāng)于如果硅晶圓片是8英寸（直徑200mm），空氣中的灰塵直徑是10萬(wàn)分之一毫米，那么按照硅的純度要求，就必須要控制不能超過(guò)2?；覊m落在8英寸的硅晶圓上，這也是芯片制造離不開無(wú)塵車間的重要原因。 硅材料生產(chǎn)制造出名的公司有日本的信越化學(xué)和SUMCO，韓國(guó)的LG化學(xué)以及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的環(huán)球晶圓等等。雖然大陸內(nèi)部也有一定數(shù)量的公司在做硅材料的研發(fā)生產(chǎn)，但是所占比重還是太小?？梢哉f(shuō)，芯片制造過(guò)程中的硅片產(chǎn)能問(wèn)題，是國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展道路上的一座大山。

芯片之母 EDA軟件技術(shù)的欠缺

無(wú)論是電腦芯片，還是手機(jī)、汽車芯片等，都需要設(shè)計(jì)規(guī)劃，而芯片的設(shè)計(jì)，不僅需要人才研發(fā)能力的創(chuàng)新，更離不開EDA工具軟件的輔助。 這里我們首先舉個(gè)例子，畫家繪畫除了需要自身的本領(lǐng)外，更離不開顏料、圖紙和畫板，好的繪畫工具可以讓繪畫的效率事半功倍?？梢哉f(shuō)，EDA工具軟件就如同畫家的繪畫工具。 具體來(lái)講，EDA是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作，即IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。 要說(shuō)集成電路發(fā)展初期，電路設(shè)計(jì)還并非太復(fù)雜，即使不借助EDA軟件也能實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)。但隨著電路集成度越來(lái)越高，不依靠軟件單純靠人力就不可能完成設(shè)計(jì)。況且，芯片早已是納米級(jí)別的電路設(shè)計(jì)，EDA軟件更是不可或缺，正是如此，EDA軟件也被稱為“芯片設(shè)計(jì)之母”。 目前，全球最有名的三大EDA軟件公司，分別是美國(guó)的Synopsys、Cadence 和西門子旗下的 Mentor Graphics ，三大EDA軟件巨頭幾乎壟斷了全球 90%以上的EDA市場(chǎng)份額。而且，中國(guó)還是三巨頭最看重的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)市場(chǎng)。 某種意義上講，三大EDA巨頭都屬于美企，Mentor所屬的西門子工業(yè)軟件總部也在美國(guó)。受限于EDA管制，從一開始的芯片設(shè)計(jì)，芯片落地前的第一步可能就要被卡脖子。 當(dāng)然，國(guó)內(nèi)也有EDA軟件公司，其中最有實(shí)力的當(dāng)屬華大九天，華大九天繼承國(guó)產(chǎn)最早的熊貓EDA系統(tǒng)，技術(shù)積累還是相當(dāng)成熟的。但是，縱觀國(guó)內(nèi)整個(gè)EDA行業(yè)，大多數(shù)企業(yè)很難做到全流程，因此還有很遠(yuǎn)的路要走。 EDA工具的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了芯片工程師的負(fù)擔(dān)，給電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了革命性的變化。沒(méi)有EDA軟件設(shè)計(jì)，高端芯片就沒(méi)有辦法設(shè)計(jì)，芯片設(shè)計(jì)要想實(shí)現(xiàn)完全自主化，EDA軟件就是一個(gè)繞不開的問(wèn)題。

芯片制造 光刻機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀

生產(chǎn)芯片原材料、設(shè)計(jì)芯片，到真正生產(chǎn)制造芯片就需要用到光刻機(jī)了。眾所周知，無(wú)論是蘋果還是聯(lián)發(fā)科、高通等手機(jī)芯片，都需要臺(tái)積電或三星代工生產(chǎn)，而目前用于制造這類高端芯片就需要用到極紫外（EUV）光刻機(jī)，而當(dāng)下也僅有荷蘭ASML一家可提供可供量產(chǎn)用的EUV光刻機(jī)。 荷蘭的ASML在光刻機(jī)市場(chǎng)上占據(jù)了80%的份額 據(jù)悉，一臺(tái)ASML光刻機(jī)重量可達(dá)180噸，內(nèi)部零件多達(dá)10萬(wàn)個(gè)，其中主要零部件來(lái)自于歐美幾十個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家。荷蘭的光刻機(jī)德國(guó)提供蔡司鏡頭設(shè)備，日本提供特殊復(fù)合材料，瑞典提供工業(yè)精密機(jī)床，美國(guó)提供控制軟件等等。 一臺(tái)ASML光刻機(jī)內(nèi)部零件多達(dá)10萬(wàn)個(gè) 荷蘭ASML也不可能僅靠自己就能造出高端光刻機(jī)，因?yàn)樗婕傲巳虻墓?yīng)鏈體系，匯集了全世界各國(guó)的頂尖技術(shù)，缺少任何一個(gè)組件和環(huán)節(jié)都不行。 那么，中國(guó)可以自主生產(chǎn)光刻機(jī)嗎？其實(shí)早在去年，中國(guó)最強(qiáng)的光刻機(jī)生產(chǎn)商上海微電子已經(jīng)攻破了28nm光刻機(jī)，雖然國(guó)內(nèi)光刻機(jī)企業(yè)對(duì)比荷蘭ASML有著不小的差距，但作為獨(dú)立自主研究的成果，意義非凡?？傊?，國(guó)內(nèi)發(fā)展光刻機(jī)技術(shù)，需要政策支持、資金投入和人才培養(yǎng)，同時(shí)更需要時(shí)間。

寫在最后

2020年中國(guó)芯片的進(jìn)口額攀升至近3800億美元(折合人民幣超2.4萬(wàn)億元)，約占國(guó)內(nèi)進(jìn)口總額的18%。根據(jù)彭博社對(duì)官方貿(mào)易數(shù)據(jù)的分析，中國(guó)內(nèi)地2020年從日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等地購(gòu)買了近320億美元的設(shè)備，用于芯片生產(chǎn)，比2019年增長(zhǎng)了20%。有分析師認(rèn)為：“短期來(lái)看，中國(guó)將依靠進(jìn)口來(lái)提升芯片制造水平?！?芯片從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到量產(chǎn)落地，是一套極其復(fù)雜的工程，芯片行業(yè)發(fā)展這么多年，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低端到高端，并不是一蹴而就的。國(guó)產(chǎn)芯片面臨的問(wèn)題還有很多，但我們都處在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中，“趕鴨子上架”的做法不可取，唯有一步一個(gè)腳印，才能讓國(guó)產(chǎn)芯片的根基更牢固。找到問(wèn)題，解決問(wèn)題，三座大山也阻擋不了國(guó)產(chǎn)芯片前進(jìn)的步伐。