不止光刻機(jī) 擋在國產(chǎn)芯片發(fā)展路上的“三座大山”是什么？

伴隨著近年來國產(chǎn)智能手機(jī)行業(yè)的崛起，網(wǎng)上有關(guān)于國產(chǎn)芯片的話題就一直沒有斷過。近期的行業(yè)缺芯潮，又一次將芯片問題推上了風(fēng)口浪尖。這里，我們提出一個(gè)問題：國產(chǎn)芯片發(fā)展需要解決的問題究竟是什么？很多朋友可能會(huì)想到光刻機(jī)，沒錯(cuò)，光刻機(jī)很重要，但擋在國產(chǎn)芯片發(fā)展道路上的難題遠(yuǎn)不止只有它那么簡單。今天，我們就來探討下?lián)踉趪a(chǎn)芯片發(fā)展道路上的“三座大山”。

01 制造材料 硅片產(chǎn)能

房子有地基，大樹有根基，任何事物發(fā)展都依托于本源，芯片也不例外。我們都知道制造芯片的材料是硅。硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而脫氧后的沙子最多可包含25%的硅元素，以二氧化硅（SiO?）的形式存在。

硅(SiO?)一直被稱為半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，既然硅是從沙子中提取出來的。那么，沙子遍地都是，不可能缺少沙子，我們?nèi)鄙俚氖菑纳匙永锾崛」璧募夹g(shù)。

硅錠

芯片從設(shè)計(jì)到制造的過程極為復(fù)雜，從沙子中提取出硅，制成硅錠，硅錠切成硅晶圓片，然后交給芯片代工廠生產(chǎn)制造芯片。在從沙子提取出硅的工藝環(huán)節(jié)中，技術(shù)難點(diǎn)就在于它的提純度，不能低于99.99999%，也就是提取出硅的純度，它的雜質(zhì)含量不能超過千萬分之一。

晶圓

這就相當(dāng)于如果硅晶圓片是8英寸（直徑200mm），空氣中的灰塵直徑是10萬分之一毫米，那么按照硅的純度要求，就必須要控制不能超過2?；覊m落在8英寸的硅晶圓上，這也是芯片制造離不開無塵車間的重要原因。

硅材料生產(chǎn)制造出名的公司有日本的信越化學(xué)和SUMCO，韓國的LG化學(xué)以及中國臺(tái)灣地區(qū)的環(huán)球晶圓等等。雖然大陸內(nèi)部也有一定數(shù)量的公司在做硅材料的研發(fā)生產(chǎn)，但是所占比重還是太小?？梢哉f，芯片制造過程中的硅片產(chǎn)能問題，是國產(chǎn)芯片發(fā)展道路上的一座大山。

02 芯片之母 EDA軟件技術(shù)的欠缺

無論是電腦芯片，還是手機(jī)、汽車芯片等，都需要設(shè)計(jì)規(guī)劃，而芯片的設(shè)計(jì)，不僅需要人才研發(fā)能力的創(chuàng)新，更離不開EDA工具軟件的輔助。

這里我們首先舉個(gè)例子，畫家繪畫除了需要自身的本領(lǐng)外，更離不開顏料、圖紙和畫板，好的繪畫工具可以讓繪畫的效率事半功倍?？梢哉f，EDA工具軟件就如同畫家的繪畫工具。

具體來講，EDA是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作，即IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。

要說集成電路發(fā)展初期，電路設(shè)計(jì)還并非太復(fù)雜，即使不借助EDA軟件也能實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)。但隨著電路集成度越來越高，不依靠軟件單純靠人力就不可能完成設(shè)計(jì)。況且，芯片早已是納米級別的電路設(shè)計(jì)，EDA軟件更是不可或缺，正是如此，EDA軟件也被稱為“芯片設(shè)計(jì)之母”。

目前，全球最有名的三大EDA軟件公司，分別是美國的Synopsys、Cadence 和西門子旗下的 Mentor Graphics ，三大EDA軟件巨頭幾乎壟斷了全球 90%以上的EDA市場份額。而且，中國還是三巨頭最看重的業(yè)務(wù)增長市場。

某種意義上講，三大EDA巨頭都屬于美企，Mentor所屬的西門子工業(yè)軟件總部也在美國。受限于EDA管制，從一開始的芯片設(shè)計(jì)，芯片落地前的第一步可能就要被卡脖子。

EDA軟件

當(dāng)然，國內(nèi)也有EDA軟件公司，其中最有實(shí)力的當(dāng)屬華大九天，華大九天繼承國產(chǎn)最早的熊貓EDA系統(tǒng)，技術(shù)積累還是相當(dāng)成熟的。但是，縱觀國內(nèi)整個(gè)EDA行業(yè)，大多數(shù)企業(yè)很難做到全流程，因此還有很遠(yuǎn)的路要走。

EDA工具的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了芯片工程師的負(fù)擔(dān)，給電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了革命性的變化。沒有EDA軟件設(shè)計(jì)，高端芯片就沒有辦法設(shè)計(jì)，芯片設(shè)計(jì)要想實(shí)現(xiàn)完全自主化，EDA軟件就是一個(gè)繞不開的問題。

03 芯片制造 光刻機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀

生產(chǎn)芯片原材料、設(shè)計(jì)芯片，到真正生產(chǎn)制造芯片就需要用到光刻機(jī)了。眾所周知，無論是蘋果還是聯(lián)發(fā)科、高通等手機(jī)芯片，都需要臺(tái)積電或三星代工生產(chǎn)，而目前用于制造這類高端芯片就需要用到極紫外（EUV）光刻機(jī)，而當(dāng)下也僅有荷蘭ASML一家可提供可供量產(chǎn)用的EUV光刻機(jī)。

荷蘭的ASML在光刻機(jī)市場上占據(jù)了80%的份額

據(jù)悉，一臺(tái)ASML光刻機(jī)重量可達(dá)180噸，內(nèi)部零件多達(dá)10萬個(gè)，其中主要零部件來自于歐美幾十個(gè)發(fā)達(dá)國家。荷蘭的光刻機(jī)德國提供蔡司鏡頭設(shè)備，日本提供特殊復(fù)合材料，瑞典提供工業(yè)精密機(jī)床，美國提供控制軟件等等。

一臺(tái)ASML光刻機(jī)內(nèi)部零件多達(dá)10萬個(gè)

荷蘭ASML也不可能僅靠自己就能造出高端光刻機(jī)，因?yàn)樗婕傲巳虻墓?yīng)鏈體系，匯集了全世界各國的頂尖技術(shù)，缺少任何一個(gè)組件和環(huán)節(jié)都不行。

那么，中國可以自主生產(chǎn)光刻機(jī)嗎？其實(shí)早在去年，中國最強(qiáng)的光刻機(jī)生產(chǎn)商上海微電子已經(jīng)攻破了28nm光刻機(jī)，雖然國內(nèi)光刻機(jī)企業(yè)對比荷蘭ASML有著不小的差距，但作為獨(dú)立自主研究的成果，意義非凡?？傊瑖鴥?nèi)發(fā)展光刻機(jī)技術(shù)，需要政策支持、資金投入和人才培養(yǎng)，同時(shí)更需要時(shí)間。

寫在最后

2020年中國芯片的進(jìn)口額攀升至近3800億美元(折合人民幣超2.4萬億元)，約占國內(nèi)進(jìn)口總額的18%。根據(jù)彭博社對官方貿(mào)易數(shù)據(jù)的分析，中國內(nèi)地2020年從日本、韓國、中國臺(tái)灣等地購買了近320億美元的設(shè)備，用于芯片生產(chǎn)，比2019年增長了20%。有分析師認(rèn)為：“短期來看，中國將依靠進(jìn)口來提升芯片制造水平?！?/p>

芯片從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到量產(chǎn)落地，是一套極其復(fù)雜的工程，芯片行業(yè)發(fā)展這么多年，從簡單到復(fù)雜，從低端到高端，并不是一蹴而就的。國產(chǎn)芯片面臨的問題還有很多，但我們都處在解決這些問題的過程中，“趕鴨子上架”的做法不可取，唯有一步一個(gè)腳印，才能讓國產(chǎn)芯片的根基更牢固。找到問題，解決問題，三座大山也阻擋不了國產(chǎn)芯片前進(jìn)的步伐。