华为的新手机Mate 60 Pro上市,很不容易,可喜可贺。但人们要清楚地认识到中国芯片制造的短板:没有ASML光刻机,中国只能制造出90纳米的芯片。据说今年年底中国将造出28纳米的光刻机【注1】。即便如此,要用国产光刻机以高良率量产14-28纳米的芯片还要一段时间(2-3年)。
华为新手机用的是7纳米芯片,据说是在以前购买的荷兰DUV光刻机上采取特殊手段生产的(要么用多次曝光,要么以软件特别设计),其良率不清楚。即便良率在90%以上,特殊手段已到达荷兰DUV机器的极限了。 工欲善其事,必先利其器。中国以后若想生产出5纳米4纳米的芯片,必须使用更高级的EUV光刻机。而此类光刻机一直被美国荷兰禁运,中国从来都没有获得过一台,想必以后亦是如此。 为何一定要研发EUV光刻机?中芯国际的首席执行官梁孟松【注2】曾明确表示,中芯国际无需EUV就能达成7纳米,当然后续的5纳米3纳米是必须要有EUV的。其实台积电第一代7纳米也没有用EUV而是继续传统DUV,7nm+才有限导入EUV。中芯国际目前跟台积电有1.5-2代的技术差距,在没有EUV的情况下,这个差距是没有办法追上的。 所以,中国以后没有别的路,只有研发自己的DUV与EUV光刻机。而这样做,没有10-15年的时间不可能做到。然后还要追赶西方前进的步伐,制造2纳米1纳米的芯片。这样又得10多年光景;详见下面所附本人在去年12月发表的一篇博文的分析。 总之,中国芯片要赶上世界先进水平,恐怕需要20年甚至更长时间。大炼钢铁不可取,弯道超车不可能,只能踏踏实实,认认真真,精工细作,长期投入,不离不弃,持之以恒。如此这般,才能修成正果。
【注1】2023年8月9日,相关媒体消息称,上海微电子正极力研发28纳米浸润式DUV光刻机,预计在2023年底将交付国产第一台SSA/800-10W光刻机设备。 【注2】来自台湾的梁孟松是中国7纳米制程的关键人物,加州伯克利分校电子工程博士,被华尔街成为“晶片魔法师”。1992年加入台积电,是早期台积电的主力研发人才之一。2011年加入韩国三星,2017年因台积电诉讼转而加入中芯国际,同时带走了一个二十多人的团队。梁孟松的到来,使得中芯国际的制程技术从28纳米在几年内跃升至7纳米,他同时还为中芯国际招揽了200多名技术人才,很多来自台湾新竹科学园区。
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《中国芯片制造的实际水平与发展方向》
https://blog.creaders.net/u/13701/202212/451360.html#
(2022年12月19日)
从完整的生产链考虑,芯片制造有四大关键:芯片设计、光刻机制造、芯片制程(工艺)、芯片封测。这四大关键可简称为:软件、工具、工艺、封测。用通俗的话说,芯片制造的过程就是,先以软件设计,再用工具按照一定工艺制作,最后将成品封装测试。
中国芯片制造业在这四大关键的水平如下。 芯片设计:接近世界水平(与高通的水平差不多) 光刻机器:刚达90纳米,正在朝28纳米努力(最新ASML光刻机3纳米) 芯片制程:14纳米工艺(台积电5纳米工艺,正接近2-3纳米;Intel 7纳米) 芯片封测:接近世界水平(达5纳米)
总体而言,世界目前最先进的量产芯片在5纳米的水平,今后5年内可能实现2至3纳米。台积电将在美国建立的工厂就准备生产2-3纳米的晶圆片。
到目前为止,中国从国外所购买的光刻机最好的只有28纳米的DUV水平。由于美国禁运,中国无法得到14纳米以下的EUV光刻机。例如2018年,中国曾试图向ASML购买7纳米的EUV光刻机,但最终未获许可。据报道,中国的14纳米芯片工艺是在28纳米的DUV光刻机上实现的,但良率与成本不够理想。随着美国加大禁运力度,以后恐怕连28纳米刻光机都买不到了。
截止2022年,国产光刻机只有90纳米的水平。根据水桶理论,在今后相当长的一段时间里,中国量产芯片的最好水平将限制于10-14纳米,并且芯片生产的良率与成本有待大幅度提升。
芯片制造过去一直是在多国分工合作下进行的。现在美国打压禁运,中国已无法获取所需晶片与刻光机。这迫使中国在四大关键领域同时研发软硬件与技术工艺,费时费力费钱。此乃无可奈何的事情。
综上所述,中国在整个芯片生产中,软件与封装尚可,工具和工艺落后,尤以工具(光刻机)为甚者;若要全面赶超,需要充裕的人物力时间与持之以恒的决心。
就中国军用而言,目前有14-90纳米的芯片似乎足矣,也不必考虑良率与生产成本(反正打仗就是烧钱)。民用,除一部分领域(如高档手机),当然也够用。但从国际贸易国际竞争力的角度来看,拥有高端芯片制造技术与低成本的中低端芯片制造能力,却是必不可少的。此外,在先进武器装备安装高端芯片将是今后的趋势,绝不可忽视。
这里,高中低端芯片定义为:高端 -- 20纳米以下;中端20 -- 40纳米;低端 -- 40纳米以上。特别要指出的是,研发成功与量产成功之间有巨大的差别,用两个词可以表述:良率、成本。
有鉴于此,中国芯片制造在今后10年有以下三个发展方向: (1)努力降低中低端芯片(40-90纳米)的制造成本,使其接近世界水平 (2)研发出14-28纳米的光刻机,为以后生产5-7纳米芯片积累经验 (3)将芯片制程技术提高到5-10纳米的水平 当上述三个任务完成后,中国就具备了赶超世界先进芯片制造的基础。注意,这里只是基础,要赶超仍需时日。这是因为,你在进步,别人也在进步。
假设15年后有了一条自主的完整的10纳米产业链,再给一个15年(从现在起总共30年,即到了2052年),中国的芯片制造就有可能达到世界先进水平,并且不会受制于人。话虽如此,如果这期间走了弯路,中国赶超世界先进的芯片制造水平可能需要更长的时间。芯片制造跟电动车制造不同,大炼钢铁适得其反,弯道超车不大可能,只能稳扎稳打慢工出细活。
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