5 月 22 日,據(jù)臺(tái)灣工商時(shí)報(bào)消息,臺(tái)積電正在想辦法協(xié)調(diào)高通、聯(lián)發(fā)科、AMD、英偉達(dá)等廠商的訂單,先挪部分給華為。
據(jù)報(bào)道,“這些訂單按制程不同,交貨時(shí)間約 2.5 到 4 個(gè)月左右,預(yù)期在 9 月 14 日前完成出貨,可望維持華為 1 季的產(chǎn)品銷售,因此華為到今年底都不會(huì)發(fā)生斷貨危機(jī)。”
卡喉嚨的,不一定是魚刺,還可以是芯片。芯片技術(shù)以納米計(jì)算,比魚刺小得多,威力卻高出幾百倍。
時(shí)隔一年,美國再次打壓華為,也說明中國科技離全面趕超還有一定距離。
以后,芯片代工廠給華為生產(chǎn)芯片,只要涉及美國技術(shù)和設(shè)備,就必須經(jīng)美國同意。也正因此,美國一邊拉攏臺(tái)積電去建廠,一邊破壞臺(tái)積電代工華為芯片的條件。
但即便如此,臺(tái)積電的設(shè)備和技術(shù),但凡和美國沾上邊,就會(huì)受制于人。那么,是不是不涉及美國技術(shù)和設(shè)備,美國就管不著了?
事實(shí)上,要想實(shí)現(xiàn)芯片技術(shù)的完全自主,光刻機(jī)技術(shù),是中國目前亟需攻克的“攔路虎”之一。2020 年 3 月,羊城晚報(bào)報(bào)道,中國內(nèi)地規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的集成電路芯片制造企業(yè)——中芯國際,從荷蘭 ASML 公司進(jìn)口一臺(tái)大型光刻機(jī),并順利通過深圳出口加工區(qū)場(chǎng)站兩道閘口進(jìn)入廠區(qū)。
順利進(jìn)口并進(jìn)入廠區(qū),都可以成為新聞?光刻機(jī)是有多重要?
華為云、阿里云 MVP,金融科技和物聯(lián)網(wǎng)專家馬超告訴 DeepTech,制造工藝和光刻機(jī),是影響芯片制程的兩大因素。通俗點(diǎn)講,如果把芯片制造比作活字印刷術(shù),制造工藝就好比油墨,光刻機(jī)則相當(dāng)于印刷機(jī)。
光刻機(jī)原理:“蘿卜雕花”
光刻機(jī)的工作原理,可以理解為蘿卜雕花,只不過是在硅片上雕。
具體工作時(shí),硅片表面會(huì)覆蓋一層光刻膠,用紫外光等光線、透過掩模照射在硅片表面,光刻膠就會(huì)發(fā)生反應(yīng),此時(shí)在沒有光刻膠保護(hù)的硅片上進(jìn)行雕刻,最后洗去光刻膠,就能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件在硅片表面的構(gòu)建。
通俗點(diǎn)說,光刻機(jī)就是給蘿卜雕花的雕刻刀,只是原理比較復(fù)雜。正因?yàn)閺?fù)雜,導(dǎo)致放眼全世界,能生產(chǎn)光刻機(jī)的廠商都寥寥無幾。
目前,掌握全球領(lǐng)先光刻技術(shù)的正是荷蘭 ASML。當(dāng)下,ASML 占據(jù)全球 80% 市場(chǎng)份額,并且只有 ASML 可以生產(chǎn) 7nm 及以下精度的光刻機(jī)。
如 ASML 官網(wǎng)所言,它做的事情,就是給芯片制造商,提供在硅片上批量生產(chǎn)圖案的能力。
ASML 之所以這么厲害,一方面是因?yàn)槊绹募映?,至于另一方面,馬超分析稱,ASML 背靠德國精密機(jī)械技術(shù)的制程。因此其光刻機(jī)水平成為世界第一,也就不足為奇。另外,ASML 也很舍得花大錢做投入。2019 年,ASML 的研發(fā)支出是 4.8 億歐元,其總銷售額 21 億歐元,光研發(fā)就占營收比的 22.8%。
ASML 的產(chǎn)品,主要有兩種:DUV 光刻機(jī)和 EUV 光刻機(jī)。其中 EUV 最為厲害,其使用極紫外光技術(shù),可以做 7nm 和 5nm 芯片,是當(dāng)前最先進(jìn)的光刻機(jī);而 DUV 雖然可以做 7nm 芯片,但是性能略遜一籌。
圖 | ASML EUV 光刻機(jī)(來源:ASML 官網(wǎng))
光刻機(jī)之難
“ASML 的光刻機(jī)和氫彈哪一個(gè)更難搞?”知乎網(wǎng)友的這個(gè)問題,獲得高達(dá) 597 個(gè)回答。那么,光刻機(jī)到底有多難?
業(yè)界形容光刻機(jī)是“半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠”。一臺(tái)光刻機(jī)由上萬個(gè)部件組成,有人形容稱“這是一種集合了數(shù)學(xué)、光學(xué)、流體力學(xué)、高分子物理與化學(xué)、表面物理與化學(xué)、精密儀器、機(jī)械、自動(dòng)化、軟件、圖像識(shí)別領(lǐng)域頂尖技術(shù)的產(chǎn)物。”
美國一位工程師說:“光刻機(jī)的一個(gè)小零件,工程師就需要調(diào)整高達(dá)十年之久,就連尺寸的調(diào)整就要高達(dá)百萬次以上。”
正因?yàn)榧夹g(shù)難度大,ASML 即便投入大量研發(fā)費(fèi)用,也未能實(shí)現(xiàn)完全自主,它仍要從美國、德國、日本等國家進(jìn)口零部件。比如,其光刻機(jī)的鏡頭,是從德國蔡司公司購買而來,電源則購于美國。
難,只是一方面,迭代過快也是一大痛點(diǎn)。當(dāng)今電子工業(yè),依然受摩爾定律影響,基本一年半就得迭代一次,這就導(dǎo)致芯片廠商排隊(duì),也要買最新光刻機(jī),不然就無法造出高端芯片。
ASML 好比一家掌握著獨(dú)家秘方的私房菜館,別人不僅輕易學(xué)不到秘方,想吃他家菜還得斥巨資。也正因此,ASML 壟斷著 100% 的 7nm 以下光刻機(jī)市場(chǎng),是的 100%。更嚴(yán)重的是,中國想買它還不一定敢賣。
想買買不到
1996 年 7 月,美國召集 33 個(gè)國家,在奧地利簽署《瓦森納協(xié)定》(簡稱“瓦協(xié)” Wassenaar Arrangement),坊間稱這份協(xié)定為“來自華盛頓的敵意”,因?yàn)閰f(xié)定的主要目的,在于美國要限制他的小伙伴們,把先進(jìn)技術(shù)出口給其他國家。
前文提到中芯國際向 ASML 購買光刻機(jī),就曾遭遇不順。美國國務(wù)卿蓬佩奧,為阻止 ASML 出售光刻機(jī)給中方,甚至親自飛到荷蘭游說。這導(dǎo)致中芯國際明明已經(jīng)付款,但是 ASML 卻遲遲沒有發(fā)貨。
對(duì)此,馬超告訴 DeepTech:“商品價(jià)格是由供需關(guān)系決定的,全球只有 ASML 一家高制程光刻機(jī)供應(yīng)商,可謂別無分號(hào),因此價(jià)格決定權(quán)不在買家手中。而且光刻機(jī)本身的技術(shù)含量和研發(fā)成本也異常高昂,如果中國能用 10 億美元直接買到一臺(tái) EUV,我相信華為肯定會(huì)毫不猶豫地下單。”
那么,為什么中國非要買,不可以自己造嗎?
這得從多年前說起,中國最初的方案,是采購?fù)鈬酒?。?duì)此,馬超表示,當(dāng)時(shí)采購?fù)鈬酒?,?yīng)該說是一個(gè)正確選擇。
2003 年的 “漢芯事件”(上海交通大學(xué)微電子學(xué)院院長陳進(jìn)教授發(fā)明的“漢芯一號(hào)” 芯片造假,借助“漢芯一號(hào)”,陳進(jìn)又申請(qǐng)數(shù)十個(gè)科研項(xiàng)目,并騙取高達(dá)上億元的科研基金),也讓國人意識(shí)到基礎(chǔ)領(lǐng)域不單要有資金,更需要時(shí)間積累。
21 世紀(jì)初,中國的芯片技術(shù),比外國落后 30 年至 40 年,如果完全靠自主研發(fā),那么現(xiàn)在繁榮的數(shù)字經(jīng)濟(jì)、互聯(lián)網(wǎng) + 等景象,就不會(huì)如此迅速地誕生在中國。
那么,當(dāng)前中國的光刻機(jī)是怎樣的現(xiàn)狀?
中國光刻機(jī)現(xiàn)狀
就在美國再次打壓華為的前一天,5 月 14 日,無錫高新區(qū)管委會(huì)與 ASML 公司正式簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,后者將在原有基礎(chǔ)上,整合并提升資源,以加速光刻設(shè)備技術(shù)服務(wù)(無錫)基地的擴(kuò)建。
事實(shí)上,早在 2006 年,ASML 就在無錫建立了光刻設(shè)備技術(shù)服務(wù)基地。如今,ASML(無錫)基地是中國規(guī)模最大的光刻設(shè)備技術(shù)服務(wù)基地。
圖 | ASML 光刻設(shè)備技術(shù)服務(wù)(無錫)基地項(xiàng)目簽約儀式現(xiàn)場(chǎng)(來源:科技日?qǐng)?bào))
ASML 全球副總裁、中國區(qū)總裁沈波就此次擴(kuò)建表示:“光刻設(shè)備服務(wù)基地升級(jí)將強(qiáng)化我們和客戶的協(xié)作,快速回應(yīng)客戶需求,不斷提升對(duì)客戶服務(wù)的水準(zhǔn)。”
這或可以理解為,該基地的簽約,正是為了避免明明中芯國際已經(jīng)付款下單,但卻因?yàn)楸娝苤脑蚴詹坏截浀母厕H。與此同時(shí),國產(chǎn)光刻機(jī)制造商,也在快步追趕。
2019 年 4 月,武漢光電國家研究中心甘棕松團(tuán)隊(duì),采用二束激光,在自研的光刻膠上,突破光束衍射極限的限制,并使用遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)的辦法,光刻出最小 9nm 線寬的線段。最終該光刻機(jī)樣機(jī),一舉實(shí)現(xiàn)材料、軟件和零部件的三大國產(chǎn)化。
圖 | 武漢光電國家研究中心研制的“9nm 光刻機(jī)”
2020 年初,中科院對(duì)外宣稱已經(jīng)攻克了 2nm 工藝的難題,相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)布到國際微電子器件領(lǐng)域的期刊當(dāng)中。
5 月 19 日,上海微電子裝備(集團(tuán))股份有限公司稱,其自研的高亮度 LED 步進(jìn)投影光刻機(jī),是中國首臺(tái)面向 6 英寸以下中小基底先進(jìn)光刻應(yīng)用領(lǐng)域的光刻機(jī)產(chǎn)品,已從 1200 多個(gè)申報(bào)項(xiàng)目中成功突圍,入選“上海設(shè)計(jì) 100+”。
圖 | SMEE 的高亮度 LED 步進(jìn)投影光刻機(jī)
有進(jìn)步,當(dāng)然值得開心,但也必須意識(shí)到,這離國際先進(jìn)水平仍有一定距離。
認(rèn)清現(xiàn)實(shí)
2018 年中興事件之前,“全面趕超”“新中國四大發(fā)明”等,一度讓中國人很是驕傲。
近年來,在社交媒體上,一直都有來自歐美的博主,夸贊中國的手機(jī)支付有多普遍、高鐵有多快。有位來自美國的抖音博主“巴哥 bar”,拍過一則視頻:他從華為手機(jī)店買手機(jī)后,把手里的蘋果手機(jī)摔地上。
不排除部分外國博主,有取悅中國粉絲的傾向。但是,也側(cè)面印證近些年中國在科技方面的進(jìn)步。進(jìn)步的確有,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平。對(duì)于成績的贊美,當(dāng)然有必要,但也不應(yīng)躺在功勞簿上洋洋自得。
2018 年,“中興事件”發(fā)生后不久,前科技日?qǐng)?bào)總編輯劉亞東作過一場(chǎng)《除了那些核心技術(shù),我們還缺什么》的演講,其中就提到中國在光刻機(jī)上,仍需要進(jìn)步。他還表示:“明明是在別人的地基上蓋了房子,非說自己有完全、永久產(chǎn)權(quán)。如果只是鼓舞士氣也就罷了,可麻煩的是,發(fā)出這些論調(diào)的人忽悠了領(lǐng)導(dǎo),忽悠了公眾,甚至忽悠了自己,這就成了問題。”
馬超也對(duì) DeepTech 說,“我們光刻機(jī)方面就是比國外落后了 20 年,因此對(duì)于國內(nèi)的光刻企業(yè)還要給予耐心,不能急功近利。”
中國速度固然令人驚嘆,但速度和質(zhì)量齊頭并進(jìn),才能走得扎扎實(shí)實(shí)。
(來源:DeepTech深科技)