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阻碍中国芯片发展的拦路虎

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千与千寻2019 发表于 2021-3-14 09:38:32 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
我们都很清楚,发展国产芯片已经成为了每个人的共识。为什么?因为我们的芯片,就现阶段而言,整体水平是要落后于国外的。
正所谓,在哪里跌倒,就要在哪里爬起。既然我们在芯片的领域吃过亏,那我们只能想办法去弥补芯片领域存在的短板。
这就好比那个熟知的木桶原理,木桶能装的水有多少,不是取决于木桶最长的木板,而是取决于木桶最短的木板。
把这个木桶原理,放到我们国产芯片行业里,那个最长的木板就是华为。

芯片


显然,华为的芯片研发水平是代表不了我们国产芯片的整体水平的,尽管它的芯片设计能力在全球能排进前三。
既然已经知道最长的木板是华为,那最短的木板是谁呢?它又是什么呢?
按照木桶原理,找到这个问题的答案,或许就找到了阻碍中国芯片发展的拦路虎了。
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01 芯片制造
现在一提到芯片制造,就会让人不由自主的联想到台积电和中芯国际。这两家公司,可以说是代表了我们国家最领先的芯片制造水平。
只可惜,相比较中芯国际,台积电似乎不怎么听我们中国大陆的使唤。台积电已经成功量产了5纳米的芯片制造工艺,而中芯国际就目前的芯片量产工艺水平只有14纳米。
两者的差距还有客观存在的。
可能有小伙伴会说,这是因为台积电拥有荷兰ASML公司最先进的EUV光刻机,中芯国际就没有。原因真的仅仅是这样吗?

EUV光刻机


芯片哥问你,中芯国际没有荷兰ASML公司的EUV光刻机,可能是因为受到相关的禁令影响。但其他国家和地区就没有这样的禁令,比如日本、印度和俄罗斯,这些国家就可以采购到EUV光刻机,为什么他们没有发展起来芯片的制造工艺技术呢?
是因为他们对芯片没有需求吗?如果是这样的话,那这些国家的手机、电视、电脑、汽车和家用电器,需要用到芯片设计制造的电子产品,全部是从国外进口的吗?
答案显然不是这样的。
中芯国际与台积电的芯片制造水平差距,这个问题出在哪里呢?是由什么引起的呢?
光刻机,固然是一个原因,但并非是全部。问题的关键在于人才以及相关的整个产业链配套。
举例说明
制造空调,首先需要在车间搭配一条生产流水线,然后招聘合适的技术工人,再配上相应的机械设备,比如电动螺丝刀,气压泵,配电箱,传送机械带,电机控制柜,机械手臂,数控机床,光学检测设备等等。

生产流水线


只给你数控机床这个核心设备,你能制造出来空调吗?没有技术工人去编写数控机床的程序,它能正常工作吗?
再说即使拥有这个数控机床,没有光学检测设备、电机控制柜、配电箱、气压泵这些“辅助”的设备,你也是制造不出来空调的。
这就是一个典型的系统工程,每个环节都缺一不可。
在这个例子中,空调的数控机床就好比芯片的EUV光刻机。阻碍我们中国芯片发展的拦路虎,其中一个就是芯片制造的产业链问题。

02 芯片材料
材料是什么?材料是产品发展的基石。没有材料的基础研究,就不可能在产品的创新上取得原创性的突破。
对于这个观点,相信不是杠精的小伙伴,应该都会赞同吧。
在芯片行业,它的基础材料是什么呢?是硅,是二氧化硅的硅。
硅从哪里提取呢?说出来可能小伙伴还不相信,它就是从沙子中提取出来的,因为沙子的主要成分就是二氧化硅。
沙子,每个地方都有,我们中国更是地大物博,更是不缺少沙子。那缺少什么呢?
缺少的是从沙子提取硅的技术。
沙子提取出硅,制成硅锭,硅锭然后切成硅晶圆片,然后交给芯片代工厂生产制造芯片。在从沙子提取出硅的工艺环节中,技术难度比较高的是它的纯度,不能低于99.99999%,也就是提取出硅的纯度,它的杂质含量不能超过千万分之一。

硅锭


千万分之一?这是什么概念?
相当于如果从沙子提取1000万公斤硅,它的杂质不能超过1公斤。这也相当于如果硅晶圆片是8英寸(直径200mm),空气中的灰尘直径是10万分之一毫米,那么按照硅的纯度要求,就必须要控制不能超过2粒灰尘落在8英寸的硅晶圆上。
这就是为什么很多电子厂的车间是无尘车间的一个原因。

硅晶圆


在硅材料做的比较出色的公司有日本的信越化学和SUMCO,台湾地区的环球晶圆以及韩国的LG化学等等。
中国也有一些数量的公司在做硅材料的研发生产,只是占据的比重较小。
以2018年的数据说明,全球半导体材料的销售额大约为520亿美元,中国大陆的销售额为84亿美元,其中国产的份额仅为20%,其余的80%均为进口。
当然,除了硅材料,还有光刻胶及其配套试剂等材料问题,这些芯片的材料问题都是阻碍中国芯片发展的拦路虎。

03 芯片软件
芯片的设计,除了需要来自工程师的研发能力之外,还需要辅助的EDA工具软件才能完成。这就像画家一样,绘制一幅油画
除了需要画家拥有高超的绘画水平以外,还需要良好的彩色油笔和精致的画板。没有良好的彩色油笔和精致的画板作为工具,画家的水平即使再高,也是画不出优秀的作品。
设计芯片需要的EDA软件有哪些呢?
行业内使用比较多的有Cadence,Synopsys和Mentor,这三个软件在全球的市场份额分别占据22%、33%和10%,总和超过了65%。
无奈的是,这三个EDA软件都不是国产的,全部是来自国外的。
难道国产就没有EDA软件吗?

EDA软件芯片设计截图


有肯定是有的,只是占据的份额很少。用数字说话就知道了
2019年,EDA软件在中国的营收为5.8亿美元,接近40亿人民币,其中国产的EDA软件销售额仅大约为4亿人民币,也就是份额只占据了10%左右。
可见国产的EDA软件还有很长的路要走。加油啊,少年们~~~
为什么EDA软件对于芯片的设计工作那么重要?没有EDA软件,就不能开发芯片了吗?
EDA软件,全名叫做电子设计自动化软件;工程师可以借助EDA软件,完成芯片的电路设计、功能仿真,系统测试以及错误校正,尤其是功能仿真,它可以大大提高工程师的开发效率,优化工程师的芯片设计能力。
国产EDA软件,除了华大九天之外,其他的软件不是缺少系统测试功能,就是缺少电路仿真功能,总之就是功能不完善,不齐全。
这也就解释了为什么设计芯片需要的EDA软件,能成为阻碍中国芯片发展的拦路虎之一了吧。

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