2020年 12月 23日 星期三
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中国芯片实现大突破!打破外国66年垄断

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-12-23 12:48         

  芯片的制造极为复杂,芯片基于二氧化硅矿石(沙子中含有25%的硅),通过一系列物理和化学方法,提纯出硅棒(纯度在99.9999%),然后切割成薄薄的圆形硅片(晶圆板)。

  之后对硅片进行蚀刻、光罩等处理,将微型电覆盖到表面。再用机器进行切割、封装和测试,光刻机就是芯片最后生产的关键一环。

  它的原理和相机差不多,它的底片是涂满光敏胶的硅片,激光投影把各种电图案在光刻胶上,然后进行,将图案永久地刻在硅片上。

  现在我们再来看所谓芯片的制程,它其实就是晶圆板上微型电间的间距,以前光刻机的分辨率不够,只能做到3微米,而现在的设备已经能做到不可见的纳米级别。

  制程约小,元器件之间的距离就越短,电信号的效率就越高,芯片可以被造的更小,同时功耗和发热也会变小。根据摩尔定律,芯片行业大约每1年半,就能实现一次制程上的升级。同时,晶圆板的大小也不断变大,从原先的 2寸,升级到了现在的16寸。

  晶圆片的尺寸不断变大,同时制程也在减少,在两个因素的推动下,芯片的落地成本不断降低,也就促成了过去几十年间,整个电子计算业的蓬勃发展。

  中国在芯片制造上,主要的优势体现在芯片蓝图的设计上,在上游的地基方面没有发言权,而在施工建造上又受困于种种技术,其中最大的阻碍之一就是光刻机。

  光刻机在行业内基本处于垄断,最大的生产制造商是荷兰的ASML,它于飞利浦,创立于1984年,如今,45nm以下的芯片,80%出自ASML的产品。

  它生产的TWINSCAN系列是目前世界上精度最高,生产效率最高,应用最为广泛的高端光刻机型,它最新的,使用EUV技术的光刻机,就可以制作7nm甚至更高制程的芯片。

  没错,包括最新款iPhone、iPad Pro,和华为Mate 20手机内的7nm芯片,没有ASML的光刻机就只能是纸上谈兵,生产不出来的。

  不过令人惊讶的事实是,在全球经济一体化的背景下,在中国加入世贸组织,努力实现和平外交的前提下,光刻机这个设备对中国是禁运的。

  禁运这件事要追溯到二战结束后,丘吉尔发表了著名的,声称“一副铁幕正在缓缓落下,把欧洲重新在阴影下。”

  丘吉尔口中的铁幕,就是以苏联为代表的社会主义阵营,在战败的轴心国底盘上和资本主义阵营抢夺的事情。

  为了苏联,17个资本主义国家在1949年成立了一个组织,对社会主义国家进行经济制裁,后来就衍生出了《瓦森纳协议》,国向社会主义国家出口战略物资和高级技术。

  中国在1952年被列入管制范畴,但凭借中国科学家锲而不舍的,凭借后吸引外资建厂、国家扶持、人才培养等举措,中国在各个领域都取得了非凡的,甚至在原子能、航天航空等高科技领域保持世界领先。

  但在芯片领域,中国的发展比较缓慢,《瓦森纳协定》了中国芯片的生产。而国家也不允许中国收购芯片厂商进行技术升级。

  这次经过7年的艰苦研发,中科院光电所终于拿出了能生产22nm的光刻机,它使用了365纳米光源波长,而目前国外广泛使用的光刻机的光源是193纳米的短波。

  波长短,更容易进行蚀刻和光罩,而采用365纳米光源波长进行操作,相当于使用一把切土豆丝,这里面蕴含了大量的技术创新。

  而且,结合双重技术后,未来还可用于制造10纳米级别的芯片,也就是说,长波长的潜力还没有完全被开发。

  另外,波长越短,成本也就越高。使用短波,可以在很大程度上节省成本,更有利于进行商业化生产,在和国外芯片产品的竞争中保持自己的优势。

  当然和ASML等顶尖制造商相比,我们还存在巨大的技术鸿沟,想要缩小差距,还是得慢慢积累,绝不是一蹴而就的事情。但我们看到了中国在整个领域的决心,看到了中国科学家如何在有限的条件下做技术突破,也看到了以华为等公司在底层芯片技术上做出的努力。

  芯片带动了整个PC和智能手机的时代,它依然是驱动当下科技变革的动力,在未来,物联网、企业服务、以及各种智能硬件的发展依然离不开芯片,而中国的反击战才刚刚打响。

      威廉希尔