為什麼芯片很難製造?

KOBE244

芯片,指內含集成電路的硅片,常常是計算機或其他電子設備的一部分。從目前的技術水平上來說,對於中國人來說,製造一枚合格的芯片確實要比外國人制造芯片要困難得多。

據調研公司International Business Strategies Inc.估計,中國有近90%的芯片是進口或在華外企生產的,而國產芯片只佔到國內需求的8%左右。為什麼芯片很難製造?筆者認為有以下幾個原因:

首先,芯片的設計需要非常高的技術積累。芯片設計的試錯成本和排錯難度大,消耗的時間週期非常長,並非簡單的資金投入就可以完成。試錯週期長,意味著需要邏輯嚴謹細緻的工作態度,排錯難度大證明需要一套科學的實驗方法,這就對國家的技術水平提出了超高的要求。

其次,芯片的製造工藝非常複雜。一條生產線大約涉及50多個行業、2000-5000道工序。包括將“砂子”提純成硅,再切成晶元,然後加工晶元。晶元加工廠包含前後兩道工藝等繁瑣的程序,每一道工序都缺一不可,每一項都非常關鍵。

另外,芯片的設計需要非常強大的通力合作的人才團隊。除了美國,包括中國在內的大多數發展中國家人才都集中在技術應用中,但鑽研算法、芯片等底層系統的人才太少。這就導致製造芯片的話語權一直掌握在美國等發達國家手中。正如北京郵電大學教授張平所言,現在很多青年學生更願意“瞄準市場的需求,做一些應用,開發一些短平快的產品,這樣能夠被市場認可,也可融到巨資。而做芯片是要有情懷的,是很艱苦的,需要長期的攻關。現在的學生因為環境所迫,願意去更容易掙到錢的。

所以,若想製造出合適的芯片,必須攻克以上幾個難關。


鎂客網

這個問題回答起來真的一言難盡,相當之複雜。

芯片製造遠沒有你們想象那麼簡單,一塊指甲蓋大小的芯片誕生需要經歷幾百道工序才能被生產出來。而這裡的芯片我們通常特指CPU、GPU、SoC這樣超大規模的集成電路。

21世紀是屬於科技的時代,電腦被開發出來70餘年,Intel不過40歲,但其中的更新與迭代之快,遠遠超出了其餘行業發展速度。這些芯片成為現在手機、電腦必不可少的零部件,先不論X86、ARM架構上的優勝劣汰,光是製作上就凝聚著全人類的智慧。為什麼這麼說?

因為當今世界上最先進的工藝、生產技術、尖端機械全部都投入到了該製造產業中,因此其半導體制造產業匯聚知識密集型、資本密集型於一身的高端工業。

下圖是經過簡化後的CPU生產工藝流程,每一項裡面又會有大大小小十數項小工序,所以製造一枚先進的CPU可不是件容易的事情。這裡面的涉及到非常多的基礎技術、製造經驗、生產工具問題。

其次是製造經驗,也是寶貴的資產,企業永遠都是逐利的,如果生產流程能精簡、良品率能提高,都是效益的體現,都是白花花的銀子。這些都是需要靠時間、經驗積累起來的,還要有試錯的空間,這樣的經驗積累起來才能為後續研發做好鋪墊,因此一家新入門的半導體企業其背後都有老廠商的扶持。

最後就是製造機器的問題,一條完整而最先進CPU生產線投資起碼要數十億人民幣,而且其中佔大頭的是前工程裡面的光刻機、掩膜板、成膜機器、擴散設備,佔到總投資的70%,這些都是世界上最精密的儀器,每一臺都價值不菲。作為參照,CPU工廠建設、輔助設備、超淨間建設費用才佔到20%。全世界範圍內有能力提供20nm工藝以下光刻機,只有荷蘭ASML一家公司,最先進的EUV光刻機輕易賣出1億歐元一臺,稍微落後一點的也能賣個5000萬歐元。從價格上不難猜測光刻機裡面所蘊含的技術含量有多高,可以說是史上最牛的“加工工具”。

一臺ASML NXE-3350b型光刻機體積

因此即便是不談芯片設計,光是芯片製造已經讓非常多的企業頭疼了,名副其實的匯聚知識密集型、資本密集型於一身的高端工業。

中國在芯片設計、製造方面起步相對較晚,但國家層面上對於半導體制造行業是非常支持的,在不缺錢、不缺人才、不缺政策的方向下,為什麼中國處於落後地位呢?這很大程度上是光刻機等相關設備受到瓦森納禁運政策制約,先進設備被禁止賣給中國大陸,同時芯片製造技術需要半導體企業不斷點科技樹,積累起經驗並消化其中的技術,因此我們很快戶見到中芯國際14nm會在2019年前量產。



超能網

“芯片技術是買不來的,必須走自主創新的道路”,這句話已經喊了很多年,但是為什麼美國人一掐脖子,中國芯片產業還是喘不過氣來?為什麼國產芯片的路如此艱難?

近年來,國產芯片取得了很大的成績,但中國的芯片還是主要依靠進口,這是一個基本事實。2017年中國集成電路的產品國內自給率僅為38.7%。

製造芯片是一個很長的產業鏈,芯片國產化涉及到技術、產業、政策、人才等全方位的因素,而國內目前人才都集中在技術應用層面,算法、芯片等底層的人才非常短缺,即使是國內的企業,核心技術團隊中本土化的人才也不多,很多企業還面臨人才融合的問題。

言歸正傳,芯片為什麼這麼難製造?

一、集成電路被譽為工業糧食,芯片的種類很多,一個智能手機裡就可能涉及數十種不同的芯片。芯片也分低端、中端和高端芯片,在中低端領域,國內企業已經有一定的產業基礎,但是在高端芯片領域,國內產品基本不存在競爭優勢。

二、設計工藝複雜,一口吃不成胖子。國外先進企業的芯片工藝,都是從60納米、45納米逐步發展到10納米、7納米,如果要求國內企業從28納米,一下子追趕到先進水平是很難的。目前與國外的差距大概有5年的時間。

三、設備問題。由於西方國家對中國高科技設備出口有限制,國內很難買到國際先進的芯片生產設備。

四、知識產權問題。國際存儲器巨頭髮展得早,已經在芯片知識產權方面做了大量工作,新企業很難跨過這些知識產權障礙,除非另起爐灶。


後浪後浪

美國對中興的一紙禁令,便輕而易舉的讓中興陷入絕境,泱泱大國,竟也擺脫不了對美的依賴。缺”芯”的命門顯露無遺,不禁讓我們深思,芯片真的那麼難製造嗎?

並非所有的芯片都很難製造

其實,並非所有的芯片都很難製造。如果你回家隨便拆開一個藍牙音箱、機頂盒、冰箱洗衣機,你便會發現,裡面的核心芯片大部分都是國產品牌。但不可否認的是,這些芯片大多應用於消費類領域。在對穩定性和可靠性要求很高的通信、工業、醫療以及軍事的大批量應用中,國產芯片跟國際一般水平相比,仍然還有很大差距。

為什麼芯片很難製造?

為什麼芯片很難製造,原因主要有兩點:①試錯成本高;②排錯難度大。

1、試錯成本高

做一個app,可以一天一個版本,有bug也沒關係,第2天就可以修復,試錯和修改的成本幾乎為零;

做一個電路板,設計時長在1-30天之間,生產週期在3-14天之間,出錯重新投板,試錯費用在幾百到幾千之間,最多數萬塊錢;

而做一個芯片,不算架構設計,從電路設計到投片,最少半年;投片到加工,2-3個月;一次投片的費用最少也是數十萬元,先進工藝高達一千萬到幾千萬。

如此高的試錯和時間成本,對成功率有著極高的要求,需要多個工種密切配合,延長流程,反覆驗證,團隊中一個人出錯,3個月後回來的芯片可能就是一塊兒石頭。修改一輪,於是,又三個月過去了。

2、排錯難度大

互聯網編個軟件,調試程序可以在任意地方設置斷點,查看變量實時狀態或者做出記錄;

硬件電路板上,幾乎任何一根信號線都可以拉到示波器上看波形;

而一顆小小的芯片,上億個晶體管,能測量到的信號線卻只有十幾根到幾百根。憑藉這少得可憐的信息,推理出哪個晶體管的設計錯誤,難度可想而知。

模仿也好,抄襲也罷,在互聯網,我們有BAT可以和facebook/google過過招;在電子整機,我們有華為中興可以對抗思科愛立信;但在IT行業裡,獨獨芯片,我們沒有跟美國抗衡的能力。

雖然芯片很難製造,但好在我們有一個華為。麒麟處理器已在華為手機上得到實現,還是高端的類型,雖說暫時還拼不過高通,但也佔據了一地之席。

君不見,十年前華為研發芯片的時候,我們對它嗤之以鼻,而今,它卻成了唯一的安慰。

為什麼芯片很難製造?“試錯成本高”和“排錯難度大”便是最根本的因素,啥也不說了,中國加油!


隔壁街的男友


中國芯片
肯定能近期趕超出來!原因是:

第一 現有國產麒麟芯片的功能不輸美國,還有阿里的A1芯片在某些方面的設計構思和功能同樣不輸美國,只需在晶片線路的設計頂端和芯片問題查找更簡捷方面更新思路,相信很快會趕美超英!

第二 芯片需要的基礎尖端材料黑色光阻材料於近期被中國攻克,已經在宜興以每年一千噸的規摸投產,這將會大大降低中國芯片的研發成本,對加快研究中國芯的速度提供了物資保障!


第三
中國985高校比國內省級高校在培養芯片製造人才方面具有明顯優勢!每年可為中國培養幾十萬芯片人才,這是世界上任何國家包括美國在內都不具有的科技人才優勢。中國的後發優勢開始顯現!


第四
我國目前芯片上不去的一個主要原因不是薪片人才缺乏,而是不能人盡其才!每年幾十萬人才由於芯片領域得不到重視,待遇工資等條件的侷限,很大一部分芯片人才都轉移到網絡電腦等領域。

第五 國家近期開始對集成電路,航天,醫藥科技等領域重視,證監會已經調研了這些領域,下一步將是重點扶持對象!

相信國家經過三到五年甚至用更短的時間,在芯片領域取得重大突破是大概率事件。


妙手文

技術要求高、工藝複雜、沒有光刻機、需要高端人才和大量研發投入,這些都是芯片難造的原因,但都不是根本原因


假設今天中國和美國都是從零開始造芯片,中國無論是在人才的綜合素質、還是在國力上,都不會比不過任何國家,至少不會落後太多。


真正的原因是因為西方世界對我們進行的技術封鎖和專利保護,導致了中國在「已有芯片產業格局下」進行自主突破困難重重。


都知道光刻機是製造芯片的核心設備,荷蘭ASML的光刻機其實也是用了各個國家的配件「組裝而成」:光學組件是德國的,激光組件來自美國,英法的芯片和軟件,日本則提供光刻膠以及化工原料。


所以不是芯片製造難,而是芯片製造各個環節中的技術、工藝、材料給我們設了限制!要不然,憑中國人的智商和吃苦耐勞,原子彈、量子通信都能搞成,芯片怎麼會做不了?


不過某些國家的“閉關鎖國”終究是抵擋不住時代潮流的,一切只是時間問題。


高挺觀點

芯片和商用飛機一樣,被視為製造業強國的代表產品。我國從上世紀80年代中起就開展芯片國產化攻關,但是,在半導體產業鏈上,我國的技術基礎相對薄弱,創新環境有缺陷,一直被認為赤腳都趕不上美國英特爾等芯片研發企業,產品設計、研發、製造都還受制於國外。雖然我國已經是全球最大的芯片應用市場,但缺乏高端製造的裝備能力。美國應用科技、荷蘭阿斯邁等光刻機公司每年各自申請的發明專利都有幾千項,年銷售額高達百億美元,創新能力很強,我國目前雖然也在研製光刻機,但技術還明顯落後。芯片製造是最先進入工業4.0的產業,我國目前還在追趕,但追上還需要時間和耐力。


寶馬94315397

為什麼芯片很難製造?

這個問題問得比較籠統,實際上,芯片是對集成電路的籠統叫法,也就是說芯片等於集成電路,集成電路等於半導體電路集合,半導體電路由各種原件組成,這些原件雖然用途不近相同,但基本概念是在二極管和三極管的基礎上發展起來的,二極管的pn結是其發展基礎,也就是說與半導體的研發和製造有關係。顯然芯片的集成度由電子電路的需要和信息處理能力和速度所決定。實際上,我國的半導體研究開發幾乎是與國際社會同步,也就是說,在國際社會對中國進行封鎖時,我國的半導體研究和製造並不落後,淘汰玻璃電子管也幾乎是與國際社會同步的,集成電路在研究方面的也是這樣,並不比別國差距有多遠,只是製造工業相對落後了些。實際上改革開放有了在電子信息技術上迎頭趕上的契機,就如一位專家所說的:''七八十年代是我們在半導體研究開發追趕國際社會的最好時機,遺憾的是,我們放棄了!''就如市場的誘惑讓我們放棄了許多自主能力一樣。國際互聯網的崛起,雖然我們第一時間申請由美國控制的域名,並連上國際互聯網,有了互聯網發展的基礎,但互聯網受制於人的問題還是比比皆是,美國一再用遭到來自中國黑客攻擊掣肘我國已經成為不可忽視的事實,這次芯片掣肘不過是一個公開的案例。也確實打醒了我們,沒有科技自主能力的經濟非常無奈,當然,發展自主高端科研並不等於閉關鎖國,而是需要更加開放的心態,你封鎖,我們就發展自主能力,逼著你開放市場。


鄭繼文1

芯片不是說難做,目前許多芯片已經是國產了。只是還沒有大面積觸及電腦、手機等智能芯片。現在看來必須快馬加鞭地去完成這一塊。對於中低端芯片來說,很多投入,高端芯片還需進口。

芯片製造說難是真難,說不難也不是不可以。難在芯片必須保持有它的商業價值;也就是必須的有人買。當別人的芯片超過你的芯片時你的芯片就掉價了。所以你總是要開發新的芯片,總是要升級換代,這樣你總要投入很大,但收穫不一定大。正因為此,在全球沒有幾個能製造芯片的。用戶總是選最先進的芯片用,這就是造成芯片業難的主因。



還有就是一般的企業不願意搞這種,研發風險極高,投入規模巨大的東西。電腦CPU長寬三釐米左右的大小,集中幾百萬上千萬個分子大小的元器件,不是專家用嘴可以吹出來的。

搞科技需要高科技人才,需要時間精力,研發團隊,見效收益需要很長時間,所以沒有人去做,而房地產,只要有關係,能在銀行貸的款,就開發,來錢快,我們需要自己科技產品,才能敵對美國,美國就是抓住我們的弱點,中國人民是偉大的民族,困難是暫時的,我相信,在不久我國科研人員就能研發出來抵禦美國牽制的高端產品。


笑搞

芯片半導體主要是由光刻機制造而成,難度就難在光刻機身上,光刻機也不是美國生產,世界上只有荷蘭一家公司能生產,而年產光刻機的數量有限,真是一機難求,美國早就把全球所有盟友國高端技術對中國進行封鎖,荷蘭生產的光刻機也在其中,所以,半導體芯片一直是中國的難題。


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