为什么芯片很难制造?:美国对中兴的一纸禁令,便轻而易举的让中兴陷入绝境,泱泱大国,竟也摆脱不了对美的依赖。缺”芯”的命门显露无遗,不禁让我们深:-芯片,
美国对中兴的一纸禁令,便轻而易举的让中兴陷入绝境,泱泱大国,竟也摆脱不了对美的依赖。缺”芯”的命门显露无遗,不禁让我们深思,芯片真的那么难制造吗?
并非所有的芯片都很难制造其实,并非所有的芯片都很难制造。如果你回家随便拆开一个蓝牙音箱、机顶盒、冰箱洗衣机,你便会发现,里面的核心芯片大部分都是国产品牌。但不可否认的是,这些芯片大多应用于消费类领域。在对稳定性和可靠性要求很高的通信、工业、医疗以及军事的大批量应用中,国产芯片跟国际一般水平相比,仍然还有很大差距。
为什么芯片很难制造?为什么芯片很难制造,原因主要有两点:①试错成本高;②排错难度大。
1、试错成本高
做一个app,可以一天一个版本,有bug也没关系,第2天就可以修复,试错和修改的成本几乎为零;
做一个电路板,设计时长在1-30天之间,生产周期在3-14天之间,出错重新投板,试错费用在几百到几千之间,最多数万块钱;
而做一个芯片,不算架构设计,从电路设计到投片,最少半年;投片到加工,2-3个月;一次投片的费用最少也是数十万元,先进工艺高达一千万到几千万。
如此高的试错和时间成本,对成功率有着极高的要求,需要多个工种密切配合,延长流程,反复验证,团队中一个人出错,3个月后回来的芯片可能就是一块儿石头。修改一轮,于是,又三个月过去了。
2、排错难度大
互联网编个软件,调试程序可以在任意地方设置断点,查看变量实时状态或者做出记录;
硬件电路板上,几乎任何一根信号线都可以拉到示波器上看波形;
而一颗小小的芯片,上亿个晶体管,能测量到的信号线却只有十几根到几百根。凭借这少得可怜的信息,推理出哪个晶体管的设计错误,难度可想而知。
模仿也好,抄袭也罢,在互联网,我们有BAT可以和facebook/google过过招;在电子整机,我们有华为中兴可以对抗思科爱立信;但在IT行业里,独独芯片,我们没有跟美国抗衡的能力。
虽然芯片很难制造,但好在我们有一个华为。麒麟处理器已在华为手机上得到实现,还是高端的类型,虽说暂时还拼不过高通,但也占据了一地之席。
君不见,十年前华为研发芯片的时候,我们对它嗤之以鼻,而今,它却成了唯一的安慰。
为什么芯片很难制造?“试错成本高”和“排错难度大”便是最根本的因素,啥也不说了,中国加油!
2在2018年的芯片危机,以及美国对中兴和华为的找茬,让我们认识到了芯片的巨大价值,以及我国在芯片制造领域与美国的巨大差距。芯片真的很难制造吗?是的,非常难制造。
芯片的投入非常巨大,而且时间非常的长,高通成立几十年在2017年的研发投入还有近90亿美元,也就是600亿人民币,连续投入了几十年。
芯片领域做的比较好的国产品牌华为,在2017年整体研发成本也是有900亿,分到芯片上的投入也是百亿水平。
无论是国家支持,还是风投支持,都很难持续的投入巨资来发展。
芯片研发难度也非常高,而且无法跨越式发展,这就形成了一步落后步步落后的现状。只有攻破每个技术难题才有可能做出最新的芯片,这是最难的,所以别看高通已经做了7nm芯片,我们开始做芯片还要从40nm开始做,难度非常高。
芯片领域除了高通,联发科,华为,苹果,三星,本来也有其他的玩家,但是芯片太难盈利了,只有做成细分领域最好的才能发展。
而且芯片卖的越多才能摊平成本,否则就会持续亏损,这对于新玩家,是巨大的难度。
不过好在我们有华为芯片,代表中国芯片先进性。
你认为华为芯片有可能超过高通芯片吗?3许多对电脑知识略知一二的朋友大多会知道 CPU 里面最重要的东西就是晶体管了,提高 CPU 的速度,最重要的一点说白了就是如何在相同的CPU面积里面放进去更加多的晶体管。
由于 CPU 实在太小,太精密,里面组成了数目相当多的晶体管,所以人手是绝对不可能完成的(笑),只能够通过光刻工艺来进行加工的。这就是为什么一块 CPU 里面为什么可以数量如此之多的晶体管。
晶体管其实就是一个双位的开关:即开和关。如果您回忆起基本计算的时代,那就是一台计算机需要进行工作的全部。两种选择,开和关,对于机器来说即0和1。
那么如何制作一个CPU 呢? 以下我们用英特尔为例子告诉大家。
首先:取出一张利用激光器刚刚从类似干香肠一样的硅柱上切割下来的硅片,它的直径约为 20cm。除了 CPU 之外,英特尔还可以在每一硅片上制作数百个微处理器。每一个微处理器都不足一平方厘米。 接着就是硅片镀膜了。相信学过化学的朋友都知道硅(Si)这个绝佳的半导体材料,它可以电脑里面最最重要的元素啊!在硅片表面增加一层由我们的老朋友二氧化硅(SiO2)构成的绝缘层。这是通过 CPU 能够导电的基础。
其次就轮到光刻胶了,在硅片上面增加了二氧化硅之后,随后在其上镀上一种称为“光刻胶”的材料。这种材料在经过紫外线照射后会变软、变粘。然后就是光刻掩膜,在我们考虑制造工艺前很久,就早有一非常聪明的美国人在脑子里面设计出了 CPU,并且想尽方法使其按他们的设计意图工作。CPU 电路设计的照相掩膜贴放在光刻胶的上方。照相字后自然要曝光“冲晒”了,我们将于是将掩膜和硅片曝光于紫外线。这就象是放大机中的一张底片。该掩膜允许光线照射到硅片上的某区域而不能照射到另一区域,这就形成了该设计的潜在映像。
一切都办妥了之后,就要到相当重要的刻蚀工艺出场了。我们采用一种溶液将光线照射后完全变软变粘的光刻胶“块”除去,这就露出了其下的二氧化硅。本工艺的最后部分是除去曝露的二氧化硅以及残余的光刻胶。对每层电路都要重复该光刻掩膜和刻蚀工艺,这得由所生产的 CPU 的复杂程度来确定。尽管所有这些听起来象来自“星球大战”的高科技,但刻蚀实际上是一种非常古老的工艺。几个世纪以前,该工艺最初是被艺术家们用来在纸上、纺织品上甚至在树木上创作精彩绘画的。在微处理器的生产过程中,该照相刻蚀工艺可以依照电路图形刻蚀成导电细条,其厚度比人的一根头发丝还细许多倍。
接下来就是掺杂工艺。现在我们从硅片上已曝露的区域开始,首先倒入一化学离子混合液中。这一工艺改变掺杂区的导电方式,使得每个晶体管可以通、断、或携带数据。将此工艺一次又一次地重复,以制成该 CPU 的许多层。不同层可通过开启窗口联接起来。电子以高达 400MHz 或更高的速度在不同的层面间流上流下,窗口是通过使用掩膜重复掩膜、刻蚀步骤开启的。窗口开启后就可以填充他们了。窗口中填充的是种最普通的金属-铝。终于接近尾声了,我们把完工的晶体管接入自动测试设备中,这个设备每秒可作一万次检测,以确保它能正常工作。在通过所有的测试后必须将其封入一个陶瓷的或塑料的封壳中,这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。
目前,英特尔已经量产10nm芯片,7nm芯片还在研发之中。尽管微处理器的基本原料是沙子(提炼硅),但工厂内空气中的一粒灰尘就可能毁掉成千上万的芯片。因此生产 CPU 的环境需非常干净。事实上,工厂中生产芯片的超净化室比医院内的手术室还要洁净1万倍。“一级”的超净化室最为洁净,每平方英尺只有一粒灰尘。为达到如此一个无菌的环境而采用的技术多令人难以置信。在每一个超净化室里,空气每分钟要彻底更换一次。空气从天花板压入,从地板吸出。净化室内部的气压稍高于外部气压。这样,如果净化室中出现裂缝,那么内部的洁净空气也会通过裂缝溜走-防止受污染的空气流入。
但这只是事情一半。在芯片制造厂里,Intel 有上千名员工。他们都穿着特殊的称为“兔装”的工作服。兔装是由一种特殊的非棉绒、抗静电纤维制成的,它可以防止灰尘、脏物和其它污染损坏生产中的计算机芯片。这兔装有适合每一个人的各种尺寸以及一系列颜色,甚至于白色。员工可以将兔装穿在在普通衣服的外面,但必须经过含有 54 个单独步骤的严格着装程序。而且每一次进入和离开超净化室都必须重复这个程序。因此,进入净化室之后就会停留一阵。在制造车间里,英特尔的技术专家们切割硅片,并准备印刻电路模板等一系列复杂程序。这个步骤将硅片变成了一个半导体,它可以象晶体管一样有打开和关闭两种状态。
这些打开和关闭的状态对应于数字电码。把成千上万个晶体管集成在英特尔的微处理器上,能表示成千上万个电码,这样您的电脑就能处理一些非常复杂的软件公式了。
整理自网络。
4芯片,指内含集成电路的硅片,常常是计算机或其他电子设备的一部分。从目前的技术水平上来说,对于中国人来说,制造一枚合格的芯片确实要比外国人制造芯片要困难得多。据调研公司International Business Strategies Inc.估计,中国有近90%的芯片是进口或在华外企生产的,而国产芯片只占到国内需求的8%左右。为什么芯片很难制造?笔者认为有以下几个原因:
首先,芯片的设计需要非常高的技术积累。芯片设计的试错成本和排错难度大,消耗的时间周期非常长,并非简单的资金投入就可以完成。试错周期长,意味着需要逻辑严谨细致的工作态度,排错难度大证明需要一套科学的实验方法,这就对国家的技术水平提出了超高的要求。
其次,芯片的制造工艺非常复杂。一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。包括将“砂子”提纯成硅,再切成晶元,然后加工晶元。晶元加工厂包含前后两道工艺等繁琐的程序,每一道工序都缺一不可,每一项都非常关键。
另外,芯片的设计需要非常强大的通力合作的人才团队。除了美国,包括中国在内的大多数发展中国家人才都集中在技术应用中,但钻研算法、芯片等底层系统的人才太少。这就导致制造芯片的话语权一直掌握在美国等发达国家手中。正如北京邮电大学教授张平所言,现在很多青年学生更愿意“瞄准市场的需求,做一些应用,开发一些短平快的产品,这样能够被市场认可,也可融到巨资。而做芯片是要有情怀的,是很艰苦的,需要长期的攻关。现在的学生因为环境所迫,愿意去更容易挣到钱的。
所以,若想制造出合适的芯片,必须攻克以上几个难关。
5芯片半导体主要是由光刻机制造而成,难度就难在光刻机身上,光刻机也不是美国生产,世界上只有荷兰一家公司能生产,而年产光刻机的数量有限,真是一机难求,美国早就把全球所有盟友国高端技术对中国进行封锁,荷兰生产的光刻机也在其中,所以,半导体芯片一直是中国的难题。
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中国芯片肯定能近期赶超出来!原因是:
第一 现有国产麒麟芯片的功能不输美国,还有阿里的A1芯片在某些方面的设计构思和功能同样不输美国,只需在晶片线路的设计顶端和芯片问题查找更简捷方面更新思路,相信很快会赶美超英!
第二 芯片需要的基础尖端材料黑色光阻材料于近期被中国攻克,已经在宜兴以每年一千吨的規摸投产,这将会大大降低中国芯片的研发成本,对加快研究中国芯的速度提供了物资保障!
第三 中国985高校比国内省级高校在培养芯片制造人才方面具有明显优势!每年可为中国培养几十万芯片人才,这是世界上任何国家包括美国在內都不具有的科技人才优势。中国的后发优势开始显现!
第四 我国目前芯片上不去的一个主要原因不是薪片人才缺乏,而是不能人尽其才!每年几十万人才由于芯片领域得不到重视,待遇工资等条件的局限,很大一部分芯片人才都转移到网络电脑等领域。
第五 国家近期开始对集成电路,航天,医药科技等领域重视,证监会已经调研了这些领域,下一步将是重点扶持对象!
相信国家经过三到五年甚至用更短的时间,在芯片领域取得重大突破是大概率事件。
7现在的问题是好大喜功,砸钱做大,而不是在想做强做精。缺乏工匠精神。缺乏技术精益求精。仅仅想或者是通过资本运作就以为可以解决问题。大量的圈地造厂只会制造未来的产能过剩。精神积累,技术突破才是方向。
8因为芯片是一代一代升级的,我们的低级芯片制造也有很多家现在就算会造点低级的可是有谁会用呢?这就像先有好感,再恋爱,再结婚,羞羞,怀孕,产子的过程。不是头脑一热拿一把钞票给个女人,明天给老子下个老子的崽,快点。就是下了崽,也不是你得。一片大草原话糙理不糙!
92016年,我国芯片进口额高达2271亿美元,连续4年进口额超过2000亿美元。而芯片进口的花费已经连续两年超过原油,过去十年已经累计耗资高达1.8万亿美元。芯片被喻为国家的“工业粮食”,普遍应用于计算机、手机、汽车、网络通信等几大核心领域,但是国内芯片产业却长期受制于人。不要说手机、电脑的芯片掌握在英特尔、三星等科技巨头手中,连空调、DVD播放机的芯片都要依赖进口。
芯片,作为集成电路的载体,是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果。根据企业在产业链所处的上游、中游和下游阶段的差异,可大致分为设计企业、IC制造企业、封装测试企业。我们熟悉的高通和联发科属于知名IC设计厂商,而台积电则属于制造代工领域。
虽然有龙芯、飞腾等老牌芯片设计单位,也有在商业上比较成功的海思、展讯等厂商。但是国内芯片产业从规模、技术水平、市场份额等方面都与上述国际领军企业有较大差距,即便与台资企业联发科等也有一定的差距,特别是在壁垒较高的高端芯片设计和制造上。造成这一局面的因素很多:
1、 国内芯片产业起步晚,导致技术的劣势比较明显,生产的芯片在品质和性能上难以保证。芯片生产涉及晶体管、电阻、电容、二极管等多个精密器件的生产、制造和组装。虽然我们是制造大国,但确实非制造强国,大量高技术要求的精密元器件少有公司可以完成。
2、 很多国内芯片企业早起给予政府支持,一定程度上脱离市场规律,存在投机取巧心理,过度依赖政府扶持,导致核心能力不强,难以正真走向市场。
3、 芯片产业更新换代速度很快,且产业门槛较高,属于高投入、高研发,但是回报可能较慢。因此,一般企业很难有如此资金和资源能力,因此借力国外知识产权,缩短产品开发周期,也是可取的选择。
4、 目前国内的芯片产业仍处于成长期,而产业链的整体发展水平和垂直整合直接影响国内芯片产业发展和效率的提升。企业联合起来发展战略联盟类似的相互信任和合作机制还未形成。导致不少国内芯片产业长期居于下游,服务于国际巨头,但是自身份额不高,缺乏议价能力,自然难有可观盈利。
但是,随着国内如海思及展讯等一批自主设计厂商的日渐崛起,国家千亿集成电路基金等多项政策的鼎力扶持。国内芯片的崛起依然可期。毕竟进入到人工智能时代,芯片依然是绕不去的,需要解决的坎。
“芯片技术是买不来的,必须走自主创新的道路”,这句话已经喊了很多年,但是为什么美国人一掐脖子,中国芯片产业还是喘不过气来?为什么国产芯片的路如此艰难?
近年来,国产芯片取得了很大的成绩,但中国的芯片还是主要依靠进口,这是一个基本事实。2017年中国集成电路的产品国内自给率仅为38.7%。
制造芯片是一个很长的产业链,芯片国产化涉及到技术、产业、政策、人才等全方位的因素,而国内目前人才都集中在技术应用层面,算法、芯片等底层的人才非常短缺,即使是国内的企业,核心技术团队中本土化的人才也不多,很多企业还面临人才融合的问题。
言归正传,芯片为什么这么难制造?
一、集成电路被誉为工业粮食,芯片的种类很多,一个智能手机里就可能涉及数十种不同的芯片。芯片也分低端、中端和高端芯片,在中低端领域,国内企业已经有一定的产业基础,但是在高端芯片领域,国内产品基本不存在竞争优势。
二、设计工艺复杂,一口吃不成胖子。国外先进企业的芯片工艺,都是从60纳米、45纳米逐步发展到10纳米、7纳米,如果要求国内企业从28纳米,一下子追赶到先进水平是很难的。目前与国外的差距大概有5年的时间。
三、设备问题。由于西方国家对中国高科技设备出口有限制,国内很难买到国际先进的芯片生产设备。
四、知识产权问题。国际存储器巨头发展得早,已经在芯片知识产权方面做了大量工作,新企业很难跨过这些知识产权障碍,除非另起炉灶。