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中国芯片制造是卡在哪些技术领域了需要哪些领

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-12-30 14:07         

  虽然中兴禁售事件在不断斡旋下出现了转机,但已经为我们敲响了警钟。那就是核心技术受制于人,随时都有可能会被人反制。因此,必须进一步加大高新技术领域的研发投入,让自己的“芯”更强,才能真正变得强大。经过多年的发展,国内集成电行业结构得以不断优化,从以封测环节为主向以设计、制造环节倾斜。

  中国集成电一直依赖进口,主要原因就是国内自主芯片产品结构处于中低端的格局仍然没有得到根本改变。高端产品严重依赖进口,中国芯片的自给率只有8%左右,这在本质上阻碍了产业转型升级,甚至危害了国家信息安全。

  2017年中国集成电进口金额达到2601.4亿美元,出口金额668.8亿美元,进出口逆差为1932.6亿美金,增长16.6%。从数据可以看出,中国集成电国产化需求十分迫切。目前,集成电产业风头正盛,其中三大方向是2018年关注的重点。

  其一是人工智能,人工智能被看作是一项将改变人类社会发展进程的重要技术,而人工智能芯片则是人工智能产业发展的基础。其二是存储器市场,多年以来中国存储器市场一直处于被国外企业高度垄断的状态,自给率几乎为零。其三是物联网应用,物联网应用将在国内消费升级和工业转型的双重利好带动下,迎来新一轮的发展。

  大基金(国家集成电产业基金)成立于2014 年,是为促进国家集成电产业发展而设立的产业投资基金。截至2017 年,累计投资67 个项目,实际出资818 亿元。投资项目覆盖了集成电设计、制造、封装测试、装备、材料、生态建设等各环节,其中制造环节占比达到六成以上。

  总体看,中国集成电产业正在向技术含量较高的方向发展,产业结构更加趋于合理优化。一个典型的表现是芯片设计业占比不断提高。由于技术门槛相对较低、投资较小、见效快,长期以来,封测业在中国集成电产业中一直占据着较高的比重。但随着国内芯片设计企业的实力逐步增强,设计业占产业链的比重稳步增加。

  在大基金的支持下,我国集成电的发展已经取得了一定成绩。集成电整体营收提速近4%,其中制造环节提速较为突出,达到7%左右。制造环节尽管仍与国际先进水平存在差距,但也涌现出中芯国际、上海华虹等知名企业。

  中国集成电市场需求占全球的62.8%,是全球最大的集成电市场。在市场需求拉动及国家相关政策的支持下,我国集成电产业持续保持高速增长,技术创新能力不断提高,企业实力大幅增强,产业发展支撑能力显著提升。

  2017年,我国集成电产业的销售额为5355.2亿元,同比增长23.5%,远高于全球增长速度。其中设计、制造、封装测试分别增长24.7%、29.1%、18.3%,占比分别为38.3%、27.2%、34.5%。其中集成电设计已锁定、上海、深圳为主的一线城市。而拥有资金、项目、人才方面的诸多优势,成为落实国家集成电产业的重点。

  随着区域集聚发展效应,长三角、珠三角、京津环渤海三大产业聚集区发展加快,销售额占全国总规模的90%以上。截至目前,参照系优质企业数据库共收录集成电行业相关企业715家,涵盖IC设计、IC制造、IC封测、IC制造设备及半导体材料五大关键产业链。

  设计大致分为模拟、数字和模数混合,以及EDA的软体设计:晶圆制造就是将多晶硅制成晶圆;IC制造就是将设计好的电图做到晶圆上;完成好后就是封装测试的环节。

  从设计上看国内最缺的是EDA的软体这需要无比扎实的理论基础和很强的编程技巧,其次是模拟电设计工程师,然后是数字电设计工程师,但数字电的重要程度又是仅次于EDA。个人认为EDA是最重要的基础,设计电的时候没有EDA就好比是作家没有笔和纸,即便你有再精妙的电也无法让制作IC的人做出来。

  IC制造大概就是提问中的芯片制造了,简单来说IC制造所做的事情就是将光罩的电转移到晶圆上,这个过程与相片的制造很像。IC制造的过程就是薄膜-光阻-显影-蚀刻-去光阻然后不断重复。光罩就是将电图做到光罩上,有点像相机的底片,制作相册的时候你想让照片上有底片的影像就需要做遮光对应光阻的作用然后蚀刻后就会留下底片上的映像,我们在做相片的时候底片比较小,相片比较大而IC制造相反,光罩大而IC小,电做到晶圆上后再切成IC,晶圆与IC的关系就是一颗晶圆上有很多片小IC,在这个过程中涉及的技术太多了,有兴趣就自己查查看吧。

  说起IC制造的问题就不得不提摩尔定律:在集成电中IC大小不变可容纳的晶体管数目约每两年增加一倍。也就是说数目以2的次方增长,长度大概是根号2的次方缩小。这就好比是你要将一段长1米的每隔一段时间切半,那么问题来了会越切越小,他的长度刚开始还是以米为单位接下来是厘米然后是毫米然后越切越小来到了微米级,你想要继续切就要改善自己的刀,先是菜刀然后要更锋利更薄的刀再然后激光刀。在线宽还没那么小时制造公司都是工艺不变单纯依靠制造技术的进步来缩小线宽,制造公司简单来说就是将代工的钱拿去提升制造技术,研发总是有成本研发不出来就意味着着被对手超越,输了两年的生意,第一次输了可能大公司还能经得起,接下来又研发不出来可能就了接下来公司慢慢就亏空了,日本的制造公司就是这样被拖死的。然而在缩到更小线宽时就需要改良工艺了。这个时候门槛就更高,许多公司都被拦在外面,中兴之前停在22奈米线宽,因为各种原因才得到技术支持进入22奈米。除此之外,IC制造不同于传统制造业,制造完全是机器在做的,机台需要国外进口,机台运行的软体也需要向国外买,这些技术都是我国这次贸易战被人卡住脖子的地方,目前TSMC、intel、三星都进入10奈米(在22奈米后多少奈米已经不表示线宽长度了,之前有人问TSMC为什么你们16奈米的IC比不让Intel22奈米,TSMC主管是大写的尴尬,相较而言Intel大概较两家都高一个段位)工艺提升一次是45奈米的时候一次就是22奈米了,接下来是7奈米每一次都是一个门槛。据说TSMC正在造7奈米晶圆厂了,真的恐怖。

  现在中国的芯片制造主要卡在芯片设计和生产机台两个地方。芯片设计,要的是人才,中国工资低于外国同行3倍,所以你懂的,正还是要钱的。生产机台嘛,这个属于尖端科技产品,人类需求量就那么点,如果美国不,中国也乐意买美国的用……因为晚几年制造,节约的成本也是以倍数相减的。反过来说,现在的芯片制造精度在10个原子的级别,很快就不会迭代了。大家不用太过担心

  就像奥运会,其他国家只有一两个项目能进入决赛,中美是个别项目进不了决赛。能不能拿牌已经不是什么重要的事情。

  光刻机跟机差不多,它的底片,是涂满光敏胶的硅片。电图案经光刻机,缩微投射到底片,蚀刻掉一部分胶,露出硅面做化学处理。制造芯片,要重复几十遍这个过程。

  位于光刻机中心的镜头,由20多块锅底大的镜片组成。镜片得高纯度透光材料+高质量抛光。SMEE光刻机使用的镜片,得数万美元一块。

  “同样一个镜片,不同工人去磨,光洁度相差十倍。”SMEE总经理贺荣明说,他在看到,抛光镜片的工人,祖孙三代在同一家公司的同一个职位。

  另外,光刻机需要体积小,但功率高而稳定的光源。ASML的顶尖光刻机,使用波长短的极紫外光,光学系统极复杂。

  应该说在很多领域都是欠缺的,可是目前的现况是学校研究单位和产业比较脱钩,学校不知道产业界需要什么,而学校只是做比较好文的,产业届至少近期不太需要的东西。比如,做NVM的人可能觉得如果有人可以研究出一种比较牛的oxide,对cycling和data retention都比较好,这样我就可以把oxide厚度降低,提高工艺的window。但是好像国内高校研究这的很少,或许学校根本就不知道产业界都有什么问题。所以产学研要继续深入

  不在academic的研究上,在工业级别的生产上。半导体制造是一个很长的生产链条,流程建立和控制是关键。而为了达到这个目的,需要工艺迭代,问题就出在迭代成本高,周期又长;没有长期的积累,搞不定。

  芯片是人类智慧的结晶,从design-foundry-test-assembly-test,这中间几千上万道工序,牵扯到成千上万人,流片耗费的物力和人力资源太大,很多东西都是国外有经验了,一遍又一遍排除错误的结果,没有任何捷径让你轻松赶超别人,只能自己埋头苦干。

  然而国外经过一番厮杀剩下来的design,每个都有自己的绝技,单个芯片便宜是因为量产多降低了成本,新design想要获得市场,除非你的性能真的优秀,否则你的产品完全竞争不过对手,直接死在新手村,所以半导体不是一朝一夕的事,还很远,能看到一丝曙光

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