科技芯片(美、日、荷达成芯片联盟,国产芯片再遇危机,自主研发如何突围?)
时间:2024/05/09 11:18:25 编辑: 浏览量:次
4月4日,世贸组织召开理事会,中国在会议上提出:“美国、日本和荷兰之间是否存在关于芯片出口限制的协议 ?”
同时表示,该协议违反了世贸组织规则,要求美日荷对该协议进行通报,同时呼吁世贸组织加强相关监管。
可见,为了限制我们在芯片领域的发展,老美真的是煞费苦心,不仅把小弟推到前面,自己也亲自下水,甚至不顾世贸规则。
那么问题来了,为什么老美一定要在芯片领域阻击我们?国产芯片又该如何突围?
芯片有多重要?
我们每天都在谈论芯片,使用芯片,但是你真的知道什么是芯片以及芯片的重要性吗?
芯片其实就是一种微缩电路,我们常称之为集成电路、微电路或微芯片。它是将电路微缩后,利用光刻工艺,制造在半导体晶圆表面上。
随着芯片制造技术的不断发展,芯片的精密度也越来越高,直至今日的3nm工艺。
3nm工艺下的芯片有多厉害呢?
通过显微镜观看,芯片内部如同一座微型的城市,街道、建筑星罗密布,细节之处令人惊叹不已。
一枚指甲盖大小的芯片上,有着十几公里的导线、几亿甚至几百亿个晶体管。
这些纳米级的元件是如何在晶圆上“安家落户”的呢?都是极为精密的设备通过几百道复杂的工艺,最终将其“改造”成功的。
由于设备和改造技术极为复杂,也逐渐形成了技术垄断,甚至是技术屏蔽。
我们再来看看,芯片究竟有多重要?
1、应用范围极为广泛
芯片广泛应用在工业、军事、民生等领域。
我们的汽车厂、造船厂、化工厂、机械厂、纺织厂、服装厂、饮料厂等都采用了大量的自动化机械,这些设备中搭载了无数个大大小小的芯片。
我们的战斗机、洲际导弹、卫星导航、坦克、装甲车,同样依靠芯片完成飞行、打击、定位、监视等任务。
日常生活中智能手机、电视机、洗衣机、电冰箱等,同样离不开芯片。
2、支撑着未来科技发展
信息技术被称为第四次工业革命,典型代表有:5G、AI、大数据、云计算、万物联网等。
细心的你有没有发现,这些高科技都要依靠芯片,甚至是严重依赖芯片。
我们以最近大火的AI为例,这项技术号称可以替代程序员、律师、设计师、媒体写作、会计师、金融分析师等。
如此强大的AI是要经过无数次训练才能实现的,而训练是需要强大算力支持的,那么算力是如何来的呢?自然是AI芯片提供的。
根据相关数据,自ChatGPT的出现后,导致算力需求直接达到了原来的10-100倍,需要600多台DGX A100服务器才能满足。
可见,未来科技对芯片的需求是多么的庞大。
3、改变经济发展模型
小小的芯片能够改变经济吗?
放在蒸汽机、电气化时代,绝对做不到。但今天,芯片足以带动一个国家的经济。
以我国为例:
如果我国解决了高端芯片难题,那么智能手机、5G、智能汽车、AI等产业将快速发展。我国将由劳动密集型经济体转型为科技创新型经济体。
我国的经济发展将出现翻天覆地的变化,成为发达国家也不是不可能。
鉴于芯片的应用范围极为广泛,对未来科技发展极为重要,甚至能改变一个经济体。老美才要拼了命的阻止我们在该领域发展、突破。
如今美国联合日本、荷兰炮制所谓的“芯片出口限制的协议”,要在高端芯片领域彻底封杀我们。
那么,如果这个协议达成,我国将面临怎样的窘境呢?
美、日、荷芯片限制协议有多可怕?
美、日、荷三国把控着全球半导体设备市场,美国占据41.7%的市场,日本占据31.1%,荷兰占据18.8,三者合计占据91.6%的市场份额。
不客气的说,如果这三家停止供应半导体设备,那么基本上这家代工厂就可以改行了。
因为光刻机、刻蚀机、CVD、PVD、清洗设备、涂胶显影设备、ALD、离子注入、测量、CMP、热处理等全产业链设备都没有了。
没有设备是制造不出芯片的,即便给你订单又能如何?
我们可以自己制造设备啊!谈何容易?
就拿最先进的EUV光刻机来说,其制造难度远超原子弹、氢弹、航空母舰。
光源部分:
首先要制造一个大功率CO2激光发射系统,功率高达30KW,激光频率为50000次/秒。仅仅这一个难题,就难住了全球99.99%的企业。
因为核心部件高功率种子模块、高功率放大链路、光束传输系统、光学平台FFA,每一项都有极高的科技水平。
激光发射器制造完成后,还要击中直径2微米的下落状态的锡滴,单是想想就很难。
ASML的光源系统由德国通快和美国Cymer公司共同提供。
光学透镜:
全球最平整的镜子,一定是EUV光刻机的光学透镜了。
我们日常使用的化妆镜,看似很平整,如果把它从北京拉长到上海,那镜面上的凸起将高达2米,而EUV光学透镜只有2厘米。精密度相差100倍。
此外,透镜上还要涂覆多层镍铬涂层,每层涂层厚度仅有2微米。
目前,此技术只有德国蔡司能够提供,而且产量有限。蔡司在该领域打磨了上百年,是全球光刻镜技术的行业标杆。
全球研发人员表示:利用蔡司的光学、电子、X射线显微镜可以看到更细小的结构及过程。这得益于蔡司优秀的光学镜片。
想要超越蔡司,按照目前已知的技术路线,基本没有可能性。
每台EUV光刻机拥有10万个精密部件,4000多个轴承、3000多条线缆、2公里管道,光把这些组合在一起就需要半年。
此外,ASML拥有2000多家供应商,为其提供零部件、技术服务,这些“专精特”企业,都是各领域的佼佼者。
也就是说,我们要研发国产EUV光刻机,就要逆袭ASML、蔡司、通快、美国三大实验室、以及2000多家“专精特”,其难度可以想象。
如果,美、日、荷在半导体材料方面施加阻碍的话,国产芯片更要雪上加霜。
半导体材料方面,日本可以说一家独大。
根据相关数据,日本掌控了全球66%的半导体材料,而在最关键的19种材料中,日本市占率达到50%以上的就有14种。
半导体四大材料中的晶圆、掩膜版、光刻胶、电子特气,日本占有率均超过了50%。
关键的是,日本企业对技术、专利把控十分严格,甚至可以说在某些材料方面已经做到了吃独食,例如:EUV光刻胶
日本曾经在2019年时,对韩国发起“材料禁令”,对出口韩国的光刻胶、氟聚酰亚胺、高纯氟化氢实施管控,导致韩国日均损失5万亿韩元。就连三星也不得不低头。
如果美日荷达成协议,那么芯片设备和半导体材料将会接近“绝对垄断”,国产替代将会更加困难。
自主研发如何突围?
首先,夯实28nm产业链
在28nm成熟芯片领域中,我国还是具备很大优势的,这一点是不用怀疑的。
芯片全产业链包括设计、制造、封装、测试、架构、EDA、材料、设备等,我国企业均有涉足,而且取得了不错的成绩。
设计端有华为海思、紫光展锐、阿里平头哥,手机Soc、5G芯片、云芯片均可以设计,并且精度达到了3nm。
制造端有中芯国际,目前已经可以量产12nm芯片,并且攻克了7nm制造技术,只待EUV光刻机。
封装测试端有长电科技,已经突破4nm封装技术,实力仅次于日月光、安靠,位居世界第三。
架构端有自主研发的LoongArch(龙芯架构),性能与英特尔差距4年。此外在开源架构RSIC-V平台的研发中也处于领导地位。
EDA工具中,国内华大九天、华为、概伦电子均有重大突破,不仅拥有了全产业链,而且突破了7nm。
材料方面,在核心材料中沪硅产业、南大光电等企业均能满足成熟工艺所需材料。
设备方面,光刻机是我们的弱点,目前上海微电子仅能量产90nm光刻机,理论上能够制造65nm芯片,28nm光刻机还在攻关中。
此时,只要攻克28nm光刻机,就可以实现28nm芯片纯国产化,满足军工、工业及大部分民用领域。
其次,留住、用好人才
芯片最关键的就是人才,有了人才一切都可以迎刃而解。
材料方面,全球前六大材料学家均为华人,而且有5位毕业于中国科学技术大学,具体如下:
如果我们能够留住、用好这些人才,就不愁我们在芯片材料方面被“卡脖子”。
在芯片设备端、制造端也是如此,台积电的大部分人才均是华人,包括创始人张忠谋、董事长刘德音。
就连英伟达创始人黄仁勋、AMD CEO苏姿丰、博通CEO陈福阳、联发科董事长蔡明介,也都是黄皮肤黑眼睛的华人。
这足见华人的聪明智慧,那么哪里的华人最多呢?当然是我们中国了,14亿中国人卧虎藏龙,只要把这些“卧虎藏龙”运用好,何愁芯片问题解决不了呢?
最后,攻关7nm先进领域
在7nm芯片产业链中,设备及材料仍是我们的弱点,我们需要下大力气才能解决。
7nm与14nm、28nm有着巨大的差异,这里横着EUV光刻机、EUV光刻胶两大难题。
以现有的技术根本无法攻克,需要“集中力量办大事”,同时还需要沉下心来搞基础研发。
我们需要大批数学家、物理学家、化学家,打好基础才能攻克EUV,才能将“科技大厦”建造的更大更宏伟。
写到最后
芯片是高度全球化的产业,经过数十年发展迭代,已经形成了你中有我,我中有你的格局,这是市场规律的作用。
如今,这一格局正在被打破,美国正在伙同日本、荷兰等国人为制造“某种协议”,妄图打造“硅篱笆”。
我们决不能让其得逞,一方面联合友军进行阻止,另一方面大力发展自主研发,实施国产替代。
只要我们肯努力,成功就会越来越近,逆袭只是迟早的事。
我是科技铭程,欢迎共同讨论!
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