不止光刻機 擋在國產(chǎn)芯片發(fā)展路上的“三座大山”是什么？

伴隨著(zhù)近年來(lái)國產(chǎn)智能手機行業(yè)的崛起，網(wǎng)上有關(guān)于國產(chǎn)芯片的話(huà)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，沒(méi)錯，光刻機很重要，但擋在國產(chǎn)芯片發(fā)展道路上的難題遠不止只有它那么簡(jiǎn)單。今天，我們就來(lái)探討下?lián)踉趪a(chǎn)芯片發(fā)展道路上的“三座大山”。

01 制造材料 硅片產(chǎn)能

房子有地基，大樹(shù)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(chēng)為半導體制造產(chǎn)業(yè)的基礎，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，我們缺少的是從沙子里提取硅的技術(shù)。

硅錠

芯片從設計到制造的過(guò)程極為復雜，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(chǎng)生產(chǎn)制造芯片。在從沙子提取出硅的工藝環(huán)節中，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。

晶圓

這就相當于如果硅晶圓片是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(kāi)無(wú)塵車(chē)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，韓國的LG化學(xué)以及中國臺灣地區的環(huán)球晶圓等等。雖然大陸內部也有一定數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，是國產(chǎn)芯片發(fā)展道路上的一座大山。

02 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、汽車(chē)芯片等，都需要設計規劃，而芯片的設計，不僅需要人才研發(fā)能力的創(chuàng )新，更離不開(kāi)EDA工具軟件的輔助。

這里我們首先舉個(gè)例子，畫(huà)家繪畫(huà)除了需要自身的本領(lǐng)外，更離不開(kāi)顏料、圖紙和畫(huà)板，好的繪畫(huà)工具可以讓繪畫(huà)的效率事半功倍?？梢哉f(shuō)，EDA工具軟件就如同畫(huà)家的繪畫(huà)工具。

具體來(lái)講，EDA是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術(shù)、計算機技術(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)行三方面的設計工作，即IC設計、電子電路設計和PCB設計。

要說(shuō)集成電路發(fā)展初期，電路設計還并非太復雜，即使不借助EDA軟件也能實(shí)現電路設計。但隨著(zhù)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計。況且，芯片早已是納米級別的電路設計，EDA軟件更是不可或缺，正是如此，EDA軟件也被稱(chēng)為“芯片設計之母”。

目前，全球最有名的三大EDA軟件公司，分別是美國的Synopsys、Cadence 和西門(mén)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，中國還是三巨頭最看重的業(yè)務(wù)增長(cháng)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(mén)子工業(yè)軟件總部也在美國。受限于EDA管制，從一開(kāi)始的芯片設計，芯片落地前的第一步可能就要被卡脖子。

EDA軟件

當然，國內也有EDA軟件公司，其中最有實(shí)力的當屬華大九天，華大九天繼承國產(chǎn)最早的熊貓EDA系統，技術(shù)積累還是相當成熟的。但是，縱觀(guān)國內整個(gè)EDA行業(yè)，大多數企業(yè)很難做到全流程，因此還有很遠的路要走。

EDA工具的出現，極大地提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了芯片工程師的負擔，給電子系統設計帶來(lái)了革命性的變化。沒(méi)有EDA軟件設計，高端芯片就沒(méi)有辦法設計，芯片設計要想實(shí)現完全自主化，EDA軟件就是一個(gè)繞不開(kāi)的問(wèn)題。

03 芯片制造 光刻機技術(shù)的現狀

生產(chǎn)芯片原材料、設計芯片，到真正生產(chǎn)制造芯片就需要用到光刻機了。眾所周知，無(wú)論是蘋(píng)果還是聯(lián)發(fā)科、高通等手機芯片，都需要臺積電或三星代工生產(chǎn)，而目前用于制造這類(lèi)高端芯片就需要用到極紫外（EUV）光刻機，而當下也僅有荷蘭ASML一家可提供可供量產(chǎn)用的EUV光刻機。

荷蘭的ASML在光刻機市場(chǎng)上占據了80%的份額

據悉，一臺ASML光刻機重量可達180噸，內部零件多達10萬(wàn)個(gè)，其中主要零部件來(lái)自于歐美幾十個(gè)發(fā)達國家。荷蘭的光刻機德國提供蔡司鏡頭設備，日本提供特殊復合材料，瑞典提供工業(yè)精密機床，美國提供控制軟件等等。

一臺ASML光刻機內部零件多達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，因為它涉及了全球的供應鏈體系，匯集了全世界各國的頂尖技術(shù)，缺少任何一個(gè)組件和環(huán)節都不行。

那么，中國可以自主生產(chǎn)光刻機嗎？其實(shí)早在去年，中國最強的光刻機生產(chǎn)商上海微電子已經(jīng)攻破了28nm光刻機，雖然國內光刻機企業(yè)對比荷蘭ASML有著(zhù)不小的差距，但作為獨立自主研究的成果，意義非凡?？傊?，國內發(fā)展光刻機技術(shù)，需要政策支持、資金投入和人才培養，同時(shí)更需要時(shí)間。

寫(xiě)在最后

2020年中國芯片的進(jìn)口額攀升至近3800億美元(折合人民幣超2.4萬(wàn)億元)，約占國內進(jìn)口總額的18%。根據彭博社對官方貿易數據的分析，中國內地2020年從日本、韓國、中國臺灣等地購買(mǎi)了近320億美元的設備，用于芯片生產(chǎn)，比2019年增長(cháng)了20%。有分析師認為：“短期來(lái)看，中國將依靠進(jìn)口來(lái)提升芯片制造水平?！?/p>

芯片從設計、生產(chǎn)到量產(chǎn)落地，是一套極其復雜的工程，芯片行業(yè)發(fā)展這么多年，從簡(jiǎn)單到復雜，從低端到高端，并不是一蹴而就的。國產(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產(chǎn)芯片前進(jìn)的步伐。