芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?

智能手機市場競爭激烈,而智能手機的生產也帶動了不少行業的發展和進步,芯片就是其中之一。芯片,又稱微電路、微芯片、集成電路等等。具體指的是那些內含集成電路的硅片,體積很小,常常是計算機或其他電子設備的一部分!我們通常所理解的芯片主要是在電腦,智能手機等通信領域使用的CPU。


芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?​ 但其實芯片的應用範圍遠遠不止這些!很多家用電器,智能等領域都有廣泛的應用場景!

因此芯片又被稱之為“工業糧食",所以芯片無論是對通訊行業,還是工業,還是對我們的生活都是非常重要的。從最近中興的事件來看的話,中興無疑是被國外企業掐住了命脈。其實不止是中興,中興事件只是給我們提了個醒。
芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?​我國是一個芯片的使用大國,很多領域都有芯片的身影。在2016一年中,我國芯片進口額高達2271億美元,這是連續4年進口額超過2000億美元。芯片進口的費用已經連續兩年超過了原油的進口費用,過去十年累計耗資更是高達1.8萬億美元!相信你已經明白了,我們只是進口大國。從現在來看,芯片普遍用於眾多熱門高新科技領域,手機、汽車、計算機等等,都會用的上。但是隻能進口人家的,遲早中興的事件還會舊事重演。


芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?​問題來了,我國在很多領域都處於世界先進水平,為什麼小小的芯片卻讓我們犯難呢?芯片,本質上是一種大規模集成電路,要製造他們就不得不提到兩個必不可少的東西,光刻機和蝕刻機。兩種設備各司其職、不可互相替代,我們正常看到的電路很密集、很複雜。我們經常報道的14nm、10nm看起來非常輕鬆,但是在幾納米的情況下,是怎麼集成電路的呢?
芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?​於是在長期的探索中,科學家就找到了兩種物質:一種我們比較熟悉——金屬,另一種是光刻膠。簡單說光刻膠是一種膠狀的物質,可以被光侵蝕掉,但是化學物質沒法侵蝕掉它;金屬不會被光侵蝕掉,而化學物質卻可以侵蝕掉它。所以說製造芯片的基本原理就是利用這兩種物質的性質:在金屬表面覆蓋一層光刻膠,然後用光先把光刻膠侵蝕掉,就好像是拍照片顯影那樣。被擋住的地方照不到光,就會在光刻膠上留下來一個影子,下一步再用化學物質浸泡。這樣有光刻膠的那部分金屬就不會被侵蝕、沒有光刻膠的地方會被侵蝕掉——於是金屬表面就形成了我們想要的形狀。這兩個過程就是所謂的光刻和蝕刻,對應的設備就是光刻機和蝕刻機。

芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?​那麼國內現在兩種設備的發展如何?其實相信有些網友都瞭解了,光刻的複雜程度要遠遠高於蝕刻,所以光刻機的複雜程度也遠遠高於蝕刻機,所以現在世界上能夠生產高端光刻機的國家沒有幾個。目前最先進的光刻機制造商是荷蘭的ASML,可以說是目前僅此一家、別無分號(佔有80%的市場份額),基本壟斷了這個市場。一臺最先進的光刻機售價一億美元,而且還不接受討價還價,你愛買不買。而在現在ASML使用的光線已經到了極紫外光(EUV),所以可以光刻7nm以下的大規模集成電路。而受制於《瓦森納協定》,ASML不可以向中國出售先進光刻機,所以在這方面中國長期處於被封鎖的狀態。

芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?​那麼中國自己的光刻機是什麼水平呢?非常遺憾的是,中國的光刻機水平落後世界很多,目前能夠量產的光刻機只能夠光刻90nm的大規模集成電路。差距可以說是相當大的,而且短時間無法突破,也許試驗室裡有更高製程的光刻機技術,但是在量產、投入生產之前還只是鏡花水月。相對而言,中國在蝕刻機方面做的相對較好,現在中國最先進的等離子蝕刻機已經制造到了5nm的製程。並且7nm製程的蝕刻機已經在去年走出試驗室,開始向臺積電等廠商供貨,這方面中國已經是世界頂尖水平。所以到了這裡你也應該明白了,製造芯片光刻機和蝕刻機一個都不能少。當然了我們只是提到了一小部分,其他還有更多複雜的程序和工藝。

芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?​ 那麼我國處於芯片狀況如何?可能在很早之前,有些人可能聽說過我國研發的“龍芯一號”,“龍芯二號”中央處理器。有人可能就會認為我國其實很早就掌握了芯片的獨立自主研發能力!其實這是不正確的,因為其所用的絕大多數材料仍然來自於國外進口。比如原材料、外延片、晶圓、封裝測試等等,都沒有實現完全的獨立自主研發!所以以至於直到現在,還要依靠著大量的技術進口,才能夠維持國內的一些領域!其實這並不是說我國的科技水平低下,而是芯片的研發難度實在太大了!絲毫不亞於開發原子彈,甚至比這個還要更難。

芯片的研發到底有多難?我們進展的怎麼樣了?​ 而且現在是全球合作分工的時代。芯片的生產要經過非常多的工序流程,生產規模龐大,系統極為複雜,而且所需投入的成本也是極大的!當今有名的芯片提供商有英特爾,三星,高通等,全球提供商不超過30家,出名的更是不超過10家!但是他們有些仍然要互相合作,才能完成一個芯片的完整的開發流程。芯片產業更新換代速度很快,且產業門檻較高,屬於高投入、高研發,但是回報可能較慢。目前我國在國產芯片還有很長的路要走。相信我們一定能走出來,我們拭目以待。


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