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芯片再难,比两弹一星还难吗?为何我国无法独立制造“中国芯”?

时间:2021-03-07 14:25:32来源:快乐购物街  阅读:(163)收藏
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华为的子公司海思半导体自从2004年成立以来,10多年就跻身全球半导体TOP10榜单,这样的增速在这近几十年的半导体行业是前所未见的。可这也引起了美国的注意,并且在近1年来,不断地通过这种手段来限制,这导致台积电无法给华为生产5纳米制程的芯片,麒麟9000的芯片很有可能成为绝唱。

华为的子公司海思半导体自从2004年成立以来,10多年就跻身全球半导体TOP10榜单,这样的增速在这近几十年的半导体行业是前所未见的。可这也引起了美国的注意,并且在近1年来,不断地通过这种手段来限制,这导致台积电无法给华为生产5纳米制程的芯片,麒麟9000的芯片很有可能成为绝唱。

芯片再难,比两弹一星还难吗?为何我国无法独立制造“中国芯”?

很多人可能会纳闷,明明中国的科技水平在全球已经算是很不错的了,为什么会被一颗小小的芯片难住?难不成芯片技术比“两弹一星”还要难?

两弹一星

客观地说,两弹一星和芯片的难度是不能相提并论的,因为它们压根是两码事。两弹一星指的是

核弹(比如:原子弹、氢弹),导弹和人造卫星。能否制造出核弹,有一个非常重要的因素:核材料的生产。二战时期,英国就因为原材料的生产跟不上,最终选择和美国合作;而德国也正是因为量子力学奠基人海森堡对原材料的计算出错,让他认为德国所掌握的原材料不够,而最终没制造出原子弹。

所以,一个国家是否可以制造出原子弹,很大程度上取决于核弹原材料的制备能力。由于全球各国对于核弹原材料的监控十分密切,这也导致很多国家没有办法掌握足够多的核弹原材料。因此,拥有核武器的国家就很少。

制造芯片有多难?

可是芯片的制造原理就和原子弹完全不同的,芯片制造属于精密制造,可以说是现代工业技术的皇冠,那到底有多精密呢?

我们常听到的5纳米芯片,7纳米芯片,这里的“纳米”是10^(-9)米,大概就是原子大小的10倍左右,它指的是芯片中“栅极的厚度”,栅极属于专有名词了,不懂也没事,你只需要记住,一颗米粒上就可以排列上亿个晶体管。就拿最新的华为麒麟9000的芯片来说,它就属于5纳米工艺制程的,这颗芯片上集成了153亿个晶体管。

芯片再难,比两弹一星还难吗?为何我国无法独立制造“中国芯”?

要加工这么一颗芯片,至少需要几百甚至上千道工序,涵盖了几十门学科的知识,涉及到的制造设备更是数不胜数,包括精密光学、精密化工和精密机床等当前各领域中最顶尖的技术。一般来说,制作芯片一共要分为三个步骤,我们就以手机芯片为例。

  • 第一步:设计

有一家叫做ARM的公司会有很多基础款,有需求的企业可以买来在这个基础款上设计,设计所需要用的软件是EDA,全球EDA软件一共三家,两家在美国,一家是德国企业,但总部在美国。也就是说,从设计开始,有大量的专利掌握在美国企业的手里。

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  • 第二步:制造

设计好图纸后,就要交给制造芯片的企业,目前全球在这个领域最顶尖的是台积电,制造所需要的仪器叫做光刻机。全世界最顶尖的光刻机来自荷兰的ASML,光刻机上就有大量的技术集成,需要各国的顶尖企业来供货。由于美国在这方面有大量的技术积累,因此,这里很多技术都属于美国企业。

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  • 第三步:封测

封测说白了就是给芯片加个保护套,再测一下是不是好用,我们国家在这个方面并没有落后,相反还做的不错。

芯片再难,比两弹一星还难吗?为何我国无法独立制造“中国芯”?

这里只是粗略地介绍这三个步骤,实际上远比你想象中的要复杂得多。就拿制造这个步骤来说,在制造过程中,还会涉及到了原料提纯问题。就是把二氧化硅转化成多晶硅,然后再把多晶硅提炼成单晶硅,最后把单晶硅切成一个个小圆盘,这也被我们称为:晶圆。而制造说白了就是在晶圆按照设计图纸安排这个元器件。这里对多晶硅的纯度要求很高,需要达99.999999999%,这个技术是日本做的比较好,我们国家还做不出如此纯度的晶圆。

芯片再难,比两弹一星还难吗?为何我国无法独立制造“中国芯”?

除此之外,晶圆需要做到足够平整,这个也需要长时间的技术积累。再比如:在制造过程中还需要许多其他的材料,比如:光刻胶,这方面也是日本也是做的比较好。

芯片再难,比两弹一星还难吗?为何我国无法独立制造“中国芯”?

所以,制作一颗芯片,实际上需要用到大量的技术,其中的技术都属于高度机密的,涉及到许多国家的企业,主要以美国企业为主,还有一部分的欧美和日本企业,它们都是几十年来逐渐积累下来这些技术,有极其强的技术壁垒。

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中国芯片的挑战

之前华为的海思在十几年内做到半导体top10已经震惊了许多西方国家,这才使得华为海思引来了美国的卡脖子,但我们要知道的是华为海思也仅仅是用EDA软件设计出了足够优秀的芯片,但还不能自己制造。因此,要想绕过这些技术壁垒,自己做出一颗高端的手机芯片是很困难的事情,不是一朝一夕的。需要我们国家的技术人员同心协力,花费许多年的时间来攻克几千甚至是几万个技术难题,这会是一个极其浩大的工程。

虽然前路漫漫,且很难看到尽头,但是半导体技术对于一个国家而言的重要性不言而喻。因此,无论有多难,我们都有必要去攻克它,即便是付出再大的代价。

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