從完整的生產鏈考慮,芯片製造有四大關鍵:芯片設計、光刻機製造、芯片製程(工藝)、芯片封測。這四大關鍵可簡稱為:軟件、工具、工藝、封測。用通俗的話說,芯片製造的過程就是,先以軟件設計,再用工具按照一定工藝製作,最後將成品封裝測試。
中國芯片製造業在這四大關鍵的水平如下。 芯片設計:接近世界水平(與高通的水平差不多) 光刻機器:剛達90納米,正在朝28納米努力(最新ASML光刻機3納米) 芯片製程:14納米工藝(台積電5納米工藝,正接近2-3納米;Intel 7納米) 芯片封測:接近世界水平(達5納米)
總體而言,世界目前最先進的量產芯片在5納米的水平,今後5年內可能實現2至3納米。台積電將在美國建立的工廠就準備生產2-3納米的晶圓片。
到目前為止,中國從國外所購買的光刻機最好的只有28納米的DUV水平。由於美國禁運,中國無法得到14納米以下的EUV光刻機。例如2018年,中國曾試圖向ASML購買7納米的EUV光刻機,但最終未獲許可。據報道,中國的14納米芯片工藝是在28納米的DUV光刻機上實現的,但良率與成本不夠理想。隨着美國加大禁運力度,以後恐怕連28納米刻光機都買不到了。
截止2022年,國產光刻機只有90納米的水平。根據水桶理論,在今後相當長的一段時間裡,中國量產芯片的最好水平將限制於10-14納米,並且芯片生產的良率與成本有待大幅度提升。
芯片製造過去一直是在多國分工合作下進行的。現在美國打壓禁運,中國已無法獲取所需晶片與刻光機。這迫使中國在四大關鍵領域同時研發軟硬件與技術工藝,費時費力費錢。此乃無可奈何的事情。
綜上所述,中國在整個芯片生產中,軟件與封裝尚可,工具和工藝落後,尤以工具(光刻機)為甚者;若要全面趕超,需要充裕的人物力時間與持之以恆的決心。
就中國軍用而言,目前有14-90納米的芯片似乎足矣,也不必考慮良率與生產成本(反正打仗就是燒錢)。民用,除一部分領域(如高檔手機),當然也夠用。但從國際貿易國際競爭力的角度來看,擁有高端芯片製造技術與低成本的中低端芯片製造能力,卻是必不可少的。此外,在先進武器裝備安裝高端芯片將是今後的趨勢,絕不可忽視。
這裡,高中低端芯片定義為:高端 -- 20納米以下;中端20 -- 40納米;低端 -- 40納米以上。特別要指出的是,研發成功與量產成功之間有巨大的差別,用兩個詞可以表述:良率、成本。
有鑑於此,中國芯片製造在今後10年有以下三個發展方向: (1)努力降低中低端芯片(40-90納米)的製造成本,使其接近世界水平 (2)研發出14-28納米的光刻機,為以後生產5-7納米芯片積累經驗 (3)將芯片製程技術提高到5-10納米的水平 當上述三個任務完成後,中國就具備了趕超世界先進芯片製造的基礎。注意,這裡只是基礎,要趕超仍需時日。這是因為,你在進步,別人也在進步。
假設15年後有了一條自主的完整的10納米產業鏈,再給一個15年(從現在起總共30年,即到了2052年),中國的芯片製造就有可能達到世界先進水平,並且不會受制於人。話雖如此,如果這期間走了彎路,中國趕超世界先進的芯片製造水平可能需要更長的時間。芯片製造跟電動車製造不同,大煉鋼鐵適得其反,彎道超車不大可能,只能穩紮穩打慢工出細活。
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