查看原文
其他

问鼎EDA顶会冠军之后,我们还有哪些路要走?

马超 CSDN 2022-04-06

作者 | 马超

在日前的ICCAD 2021(计算机辅助设计国际会议)上,华中科技大学的学生团队首次参赛,就拿到了EDA布局布线算法的第一。可以说我们在EDA方面后备力量上已经开始有了一些可喜的进展。

但是芯片领域需要物理学、材料学的基础研究和精密制造,突破制约创新的瓶颈。包括EDA的设计,材料、生产制造、工艺、设计能力、制造、封装封测等关键流程,全部被华为设定进今后的目标领域之中。

“忘记历史就意味着背叛”,在我们重启芯片制造领域基础研究的时点上,我们尤其有必要回顾一下历史,看一下我们在芯片领域到底是怎么落后的,为了写好本文我找到了我国光刻领域的开创之作《光刻掩膜版的制造》,带大家共同回顾一下我们光刻的发展历史。


神作-《光刻掩膜版的制造》


有不少文章都说,我国在光刻方面的落后是因为我们一直不重视基础科学的研究,其实这种说法至少不适合光刻技术领域,在这方面我国起步并不晚,可以说和美国基本同步,还略早于日本。甚至在上个世纪60年代初中科院就立项开始研究光刻机了,并且在1965年成功推出了65型接触式光刻机,这个光刻机在当时可谓国际领先,后来1972年武汉无线电元件三厂编写了《光刻掩模的制造》。

可以说正是读过这本书以后,笔者才下定决定撰写本文的,光刻与IT研发最大的不同点在于试错成本相去甚远,在IT的编程范式下,代码的运行结果是可以瞬间反馈的,这也就极大降低了IT研发的试错成本;而光刻技术中很多工艺都必须要静置要等,没有时间的积累根本就难以突破。

为了说清接下来的内容,笔者向大家简要介绍一下光刻技术。在一台光刻机中,激光器负责光源产生,首先是激光器发光,经过矫正、能量控制器、光束成型装置等之后进入光掩膜台,最终制成晶圆。

而如果展开讨论的话,从激光器、激光镜头、控制器到光掩膜版,都能单独成文。而本次笔者联系上的光刻前辈,从事过光掩膜版制造的相关工作。所以咱们今天就重点和大家聊聊光掩膜。

光刻掩膜版(又称光罩,英文为Mask Reticle),简称掩膜版,是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构,再通过曝光过程将图形信息转移到产品基版上,详见下图,这里需要特别提到的一点是在光刻胶方面,日本厂商几乎占据了80%以上的市场份额,可以说单单从一个看似简单的光掩模看去,我们下大力气去攻坚克难的方面都有很多,更遑论整个光刻机的制造了。

而超微粒干版作为光刻制版用的感光版的一种,其制造工艺的相关内容,无论是在《光刻掩模的制造》,还是在前辈的亲述当中都有过介绍。其底板采用性能稳定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸银、卤化钾和介质(明胶)三种材料为主配成乳胶液,再加入吡那金醇(增感剂)、三氮吲哚唎嗪(稳定剂0、明矾(坚膜用)等构成。可以说在前辈的指导下,下面将书中相关截图附上。


咬定青山不放松,才能搞芯片


不过就是这家在上世纪70年代独领风骚的武汉无线电元件三厂,在国外厂商大举来华,于1994年全面改制,成为了卖早点、副食品的商铺,据知情前辈回忆,当时绝大部分职工全部转型成了商铺售货员,虽然有一部分职工南下广东,但应该没有继续从事半导体制造的相关工作了。在当时“造不如买,买不如租”的理念下,武汉无线电元件三厂,是我国半导体制造行业全面衰落的一个缩影,90年代初武汉还有很多半导体、无线电厂,不过2000年左右这些厂有几乎全部销声匿迹。

说完光刻咱们再聊回EDA,从产值角度来看,EDA在集成电路产业链中占比不大,2018年全球EDA行业市场规模仅为97.04亿美元,这与动辙上万亿的半导体行业相比不算什么,但EDA同时又被称作是“芯片之母”,缺少了EDA,整个芯片产业都得停摆。而在EDA方面同样也是我们的短板,Cadence、Synopsys和Mentor Graphics三大美国EDA厂商,几乎占据我国90%以上的市场份额。不过与光刻情况也十分类似,其实我们EDA软件的研发方面起步也不晚。

1978年秋,在中央刚刚提出“科学技术是第一生产力”的时候,桂林阳朔举办了“数字系统设计自动化”会议,而这次会议被誉为我国“EDA事业的开端”,当时有67个单位,140多名代表参加了会议。不过据称有关EDA讨论还只停留在学术层面,而我国EDA元年是在1986年,当时为了更好推动集成电路产业,我国动员了全国17家单位,200多位专家齐聚原北京集成电路设计中心,开发自主集成电路计算机辅助设计系统”熊猫EDA”,7年之后的1993年“熊猫EDA”终于练成正式推出面世。

巧合的是EDA三巨头中的Synopsys、Cadence都在1993年入华,Mentor Graphics也在1995年在北京设立销售办公室,当时我们还处在襁褓中的熊猫EDA,当然无法在价格战中取得优势,国内EDA产业在1994年至2008年陷入了一段相当长时间的“沉寂期”,不过令人欣慰的是,熊猫EDA的研发,为我们的EDA项目保留了火种。从笔者实际沟通了解到的情况看,目前国产EDA产业的领军人物:华大九天的董事长刘伟平、蓝海微科技的董事长侯劲松都是熊猫EDA项目研发的亲历者。

当然能为EDA产品写代码的程序员,转型去做其它IT项目也不是什么难事,据称当时“熊猫EDA”团队有相当一部分都直接转型到了华大集团,也有人办起了电脑培训班,或者到中关村去攒电脑,据悉当时下海人员的收入普遍比在集成电路设计中心做EDA的研发要高十倍以上,所以对于转型带来的痛感不并算强烈。

虽然我国在EDA方面的火种一直没断,而且最近在EDA传统大赛中获奖也是一个好的趋势,但是我们也要清楚看到,想在工业软件方面取得突破我们依旧有很多坑要迈,很多路要走。现在台积电、三星等厂商在开发新工艺的时候,基本不会考虑与国内EDA厂商合作,使得我国EDA厂商的IP库不够丰富,这就像只有Photoshop却没有滤镜一样,会极大的限制芯片设计师的发挥。

而这方面如果想突破,就必须取得芯片方面全产业链的进展。而想在芯片制造的全产业链取得进展,没有捷径可言,只能靠时间的积累,最后祝我国的芯片界同仁,步步常由逆境行,极知造物欲其成!

作者:马超,CSDN博客专家,阿里云MVP、华为云MVP,华为2020年技术社区开发者之星。

新东方成立编程公司;某大厂挂“加班真好”标语;Chrome 96稳定版发布|极客头条

RISC-V 领导者出生;微软发布 Windows CE;电子管问世|历史上的今天

矛盾升级!GNOME 成员“炮轰”下,System76 首席工程师退出系统开发团队?

您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存