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乾貨詳解:是什麼讓我們晶元產業發展難與世界頂級晶元比肩

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瘋瘋顛顛 發表於 2018-4-26 12:18 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
  2018-04-25 18:39技術

  中國民用級晶元嚴重依賴進口已經不是一天兩天,從小到手機晶元,大到超級計算機CPU,我們都很依賴國外,可以說就是美國。所以在這次中美貿易摩擦中,美國就對中國中興公司進行了禁止向其提供晶元7年的處罰。據相關數據分析,我國每年光花費在晶元進口上的錢就有將近2000億美金,摺合成人民幣就有差不多14000億元,而貴州省2017年的GDP總量也不過13500多億。或許,沒有多少人了解集成電路(晶元是內含集成電路的矽片)。

  

  晶元

  但許多人都知道摩爾定律,它是指當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。也就是說在集成電路這個領域,產品持續保持低成本高性能的發展趨勢。就在這樣的高速發展中,世界各國的發展水平有了比較大的差異。而根據海關總署最新的數據分析,集成電路相關的進口從2015年起已經連續三年超過原油進口金額。所以說在國內網際網路公司如火如荼發展的背後是我們對芯的依賴。更重要的是,現在想提高國內晶元的生產水平需要的不止時間,而是整個系統性提升,可以說相當難,甚至可以說比造太空梭還要難。說到這,大家也就可以知道我們為什麼對美國晶元有這麼大的依賴了。

  

  圖為荷蘭ASML Holding N.V.公司

  所以說在貿易摩擦的關鍵時刻這個就成了別人可以使用的一把刀。看到這,肯定會有人問為什麼這麼難?真的比造飛機還要難嗎?答案是肯定的。一位晶元領域的專家表示一條晶元生產線大約涉及50多個行業,需要2000到5000道複雜的工序。在矽片製造中,最重要的一步就是光刻,它是製造和設計的紐帶。一片晶元大約只有指甲蓋大小,但其中卻含有千萬電線,並且要保持紋絲不變,精準度極高的光刻機才可以完成它。可以這樣說,光刻機的精度決定了晶元的上限。縱觀全球,目前能夠提供光刻機的企業也只有ASML、尼康和佳能三家,ASML(荷蘭費爾德霍芬的半導體設備製造商,其主要產品是用來生產大規模集成電路的核心設備曝光機,在世界同類產品中有90%的市佔率)更是壟斷了頂級光刻機市場。位於上海市浦東新區的上海微電子裝備公司(SMEE)是國內目前最好的光刻機生產商,好不誇張的說,它與中國C919大飛工程可以等量齊觀(小小晶元就是這麼厲害)。

  

  圖為中國集成電路產業全景圖

  SMEE目前最好的技術是可以生產90納米的晶元,這個水平相當於國外在2004年的技術水平,現在他們已經可以將晶元做到十幾納米了,至少我們在這一方面落後西方國家將近十年。大家可以看到全球生產光刻機最好的這幾個企業幾乎都是照相機設備生產商,而且都有悠久的歷史和強大的技術積澱。但是在我國,根本沒有相關的設備製造商。光刻機的生產過程又偏偏對打磨等技藝要求極為苛刻,鏡片材質做到均勻,需幾十年到上百年技術積澱。上海微電子裝備公司總經理表示"同樣一個鏡片,不同工人去磨,光潔度相差十倍。"在德國的工廠,可以經常看到祖孫三代一塊工作。除此之外,光刻機的製造需要極其穩定的光源,光學系統相當複雜,這也是一個很大的技術難關。SMEE最好的光刻機包含13個分系統,3萬個機械件,200多個感測器。所以有好的鏡片和光源,但是沒有機械精度,一切都是白搭。據說在光刻機內有兩個工作台,一個搭載底片,一個搭載膠片,工作時兩個需要同時運動,加速度相當於導彈,且誤差要在2納米以下。光刻機在工作中,一旦其中任何一個部件發生故障,那麼整個光刻機都將無法正常工作(三萬多個機械件保持健康運行也不簡單啊)。上海SMEE公司是在2002年成立,宗旨是為了填補我國在這一領域的技術空白。經過近二十年的發展,SMEE目前已經可以生產出質量不錯的光刻機,雖然比不上世界一流製造商的水平,但終究是進步了。光刻機以及其他高科技產品的生產,歸根結底是需要人才,人才是決定因素。曾經有德國工程師極其尖銳的指出給你們全套圖紙也生產不出好的光刻機。合抱之木,生於毫末,九層之台,始於足下。中國光刻機之路需要的是久久為功和堅持不懈。

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