原子彈都搞出來了,為何搞不定芯片,制造芯片到底有多難?
首先讓我們來看壹個真實的故事,陳進1991年畢業於同濟大學,後在1997年獲得德州大學奧斯汀分校計算機工程碩士與博士學位,然後他先後來到了美國IBM公司和摩托摩拉公司擔任高級主任工程師和芯片設計經理等職位。2001年陳進辭去工作回到中國,並在上海交通大學出任上海交通大學芯片與系統研究中心主任,開始主持研發中國第首個芯片 漢芯壹號。本來在預想中研發應該會持續很久,因為畢竟我們和西方技術差距很大,然而僅在兩年後的2月份,陳進便在上海召開了發布會,宣布漢芯壹號研發成功。
而且他還聲稱采用國際先進的0.18微米半導體工藝設計,在只有手指指甲壹半大小的壹個集成塊上有250萬個器件,而且具有32位運算處理內核,每秒鐘可以進行2億次運算。而後來經過多名院士組成的“863計劃”集成電路專項小組組成的鑒定專家組鑒定,陳進手中的芯片的的確確達到了他所說的指標。消息壹出舉國震動,因為這意味著我國不但突破了技術封鎖,甚至還趕超了西方。
因此壹夜之間陳進便被授予各種榮譽和頭銜,比如上海市科委授予其上海市 科技 創業領軍人物和長江學者稱號,上海交大微電子學院院長和上海矽知識產權交易中心CEO等,可以說此時此刻陳進身上寄托著全國人民的期待。
然而在2006年1月17日,清華大學的bbs論壇上出現了壹個神秘帖子裏面宣稱陳進的漢芯壹號純屬偽造,隨後媒體很快根據舉報人提供的線索找到了真相,原來陳進的芯片根本不是他自己研發的而是委托他在美國的弟弟向摩托摩拉公司采購的。至於芯片上的標識則是他雇傭民工用砂紙打磨掉再替換後形成的。
而隨著事情越鬧越大,2006年1月28日, 科技 部、教育部和上海市政府成立專家調查組並開始工作,經過兩個月的調查後宣布陳進造假事件屬實,至此我國自研芯片遭受了重大損失,但這也從側面反映出芯片制造難度之高,甚至讓專業人士都束手無策,最後走上了造假的道路。
下面我們就來簡單講壹下芯片制造究竟難在哪裏,首先只要提到芯片,就不得不提起荷蘭阿斯麥爾公司。該公司是世界上最大的芯片設計和設備制造商,我們熟知的華為手機中所使用的海思麒麟芯片,便是華為從阿斯麥爾公司購買架構後重新設計改進而成,而用來制造芯片的設備便是我們熟知的光刻機。
今天我們要說的便是當今最先進的極紫外光刻機簡稱EUV光刻機,而當今世界上唯壹能制造它的公司便是阿斯麥爾,其市場份額占有率是百分之壹百,也就是說沒有任何競爭對手且壟斷經營,而造成這種局面的原因便是其眾多技術的整合難度和眾多零部件生產的高要求。
就拿EUV光刻機來講,構成它的零部件有十萬個之多,其中包括了鏡片 系統還有光源等等,而根據這張表中羅列的主要零部件供應商我們可以看見其中的企業無壹不是該領域的龍頭。比如生產反射鏡片的德國蔡司公司,其為EUV光刻機生產的鏡片要求誤差值極小,小到什麽程度呢?假如鏡片有地球這麽大,那麽他們允許的誤差就是掉在鏡片上的兩根頭發絲,除此之外它所反射的極紫外光是壹種極易被其他物質吸收的光源,就連空氣都能輕易吸收它,而極紫外光每經過壹次折射都將被削弱30%,這就使得鏡片必須有極高的透光性來減少光線的減弱。但就是這樣的鏡片,竟然需要純手工打磨。
說完鏡片再來看看EUV光刻機的極紫外光源,從這張圖我們可以看見,作為第五代光刻機的EUV光刻機比起之前的四代各項數值都實現了極大超越,特別是波長從193壹下拉到13.5,而波長越短光線散射就越小,這意味著EUV光刻機能實現更小制程芯片的生產。為此他們發明了壹種通過光線每秒5萬次轟擊滴落的液態金屬,從而成功制造極紫外光。其過程便是當前妳看見的畫面,如果非要舉例的話,那就是妳要用針在壹秒內給從空中落下的壹粒米戳五萬個孔。
看完這兩個例子,相信妳已經對光刻機的生產難度有所理解。但俗話說事在人為,我國芯片技術發展落後除了技術上的困難外,便是西方對我們的封鎖。就阿斯麥爾公司而言它的股東都是諸如因特爾 三星等企業,其背後的資本也都是美國資本,因此當美國對華為下達禁令時,阿斯麥爾公司也不得不停止供應,甚至還連帶著使用它技術的公司也壹起行動起來,比如臺積電等企業。
但大家不要因此感到失望,我國其實早在2006年就發布了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》確定了核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件,極大規模集成電路制造技術及成套工藝 新壹代寬帶無線移動通信,高檔數控機床與基礎制造技術 大型油氣田及煤層氣開發,大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站 水體汙染控制與治理,轉基因生物新品種培育 重大新藥創制,艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治 大型飛機,高分辨率對地觀測系統 載人航天與探月工程等16個重大專項,而涉及芯片制造加工的相關技術被放到了第壹和第二的位置。
如果我們如今再看這個計劃表就能發現裏面許多計劃已經成功實現了,比如大型飛機的運20 載人航天與探月工程等。而對於芯片,則有中科院牽頭聯合哈爾濱工業大學 中芯國際 上海微電所 長春光機所等,已經先後突破了光源 控制系統等技術。雖然現在差距依舊巨大,但相信在國家和科學家壹同努力下我們終究還能像當年研制兩彈壹星那樣,再次讓世界刮目相看!