美国全面断供华为，中芯国际又被威胁：中国芯片之路在何方
9月15日，是美国全面断供华为的日子。
一生都在关注中国芯片的倪光南，也发声了，他认为，对于关系到国计民生的关键信息基础设施以及一般的数据中心而言，采用先进的“中国体系”，足以缓解甚至基本不受高端芯片被“卡脖子”的影响。
最近，外媒报道一位国防部官员近日称，美国政府正在考虑是否要将中国最大的芯片制造商中芯国际（SMIC）加入贸易黑名单，从而达到加大对中国公司打击力度的目的。
随后，中芯国际公开发布声明表示“中芯国际愿以诚恳、开放、透明的态度，与美国各相关政府部门沟通交流，以化解可能的歧见和误解”。
虽然网络上一些舆论指责中芯国际表态太软弱，但就半导体产业而言，中国企业确实没有什么好的反制手段，因而只能卧薪尝胆。
01
其实不是所有芯片都被卡脖子。
那些事关国防应用的核心级别芯片，我们完全能够自主生产，满足所有的国防需要。
这些芯片对运算速度要求没那么高，但是要确保在极端条件、恶劣条件下的稳定性和可靠性，而且具有定制化、小批量，对价格不敏感的特点。
所以我们大可以放心，不管谁要卡我们的脖子，都危害不了国防安全。
还有，那些中低端的芯片，我们大部分都具备一定的生产能力。
水壶里要放一颗芯片来监控水温，玩具里要放一颗芯片来播放音乐，这些技术没人卡你。
还有空调控温的芯片，格力电器不是造出来了吗？
我们国家最大的芯片代工厂中芯国际，已经可以量产14纳米的芯片了，这些芯片可以应用在5G通信、高性能计算这些领域，也卡不住脖子。
像这样的芯片，中国的设计和制造能力是完全没有问题的，而且领先全球，只有中国卡别人脖子。
比如以后印度、东南亚的制造业和中国竞争，那中国就可以从芯片方面卡它们了。
02
中国主要被卡脖子的芯片，是最高端、最先进的芯片。
比如手机处理器芯片就是最高端的芯片，苹果手机的A系列芯片，华为手机的麒麟处理器，这些芯片既要求运算速度快，又得功耗低、功能全。
还得大规模量产，就要求良率高，性能参数稳定等等，全得是世界第一流的水平。
想要做出这些芯片可太难了，我们现在做不了了，这才有了卡脖子的问题。
所以你知道美国为什么要这样搞我们了吧。
要是最先进的芯片技术也被中国掌握了，那中国就是低、中、高端芯片全系列掌控者，多恐怖的制造能力啊，啥钱都给中国人赚了。
为了突破最先进的芯片技术，中国也是制定了很多计划，大力扶持相关企业去研发。
但芯片这项技术，不是砸钱就能搞起来的。
03
芯片的科学原理和生产工艺都很难。
为什么做芯片这么难呢？
我们可以从两个层面来理解这个问题。
首先得说，芯片技术本身，从科学原理上就非常难。
打个比方，人类研究芯片技术，就像让高中生参加数学奥赛，这本身就是在挑战他知识的极限。
像我们微电子这门学科，研究的就是芯片技术中的科学问题，比如半导体材料的哪些特性可以提高电子的传输速度，什么样的公式能够准确模拟纳米尺寸晶体管的电流特性，什么样的电路结构才能承担5G信号的高速处理等等。
这些科学问题都是人类知识的最前沿，任何一丁点进步都是很不容易的。
拿最简单的加法器举个例子，这是电路里的一个常用结构，用来做“加法”。
同样这个功能，有的设计要用100个晶体管，有的只要80个就够了。
不过这两种设计各有优劣，80个的加法器面积小、功耗低，但可能速度慢。
100个的设计有更好的性能，当然面积和功耗也就高一些。
后来，有一位大神用50个晶体管就设计出速度又快，面积和功耗又小的加法器，这就是在原理层面突破带来的改变。
你可能还记得前几年大家抱怨iPhone信号不好的事，之前iPhone使用的是高通公司的基带芯片，后来换了另一家大公司的产品，结果信号差、网络不稳定的问题都来了，单看制造能力，两家公司可能差不多，但原理设计的差异就会带来这么大的影响。
可以说，芯片的制造，差之毫厘，谬以千里。
那么在这个行业，面对这样的科学挑战，想用先进的技术，就得给钱用人家做好的专利。
如果人家不给你用，就可能被卡脖子。
要么不用人家的专利，那就得自己想出更好的办法，可另辟蹊径谈何容易。
04
另一方面，就算是芯片原理上取得了突破，想把一颗芯片生产出来，它的生产工艺难度依然非常非常高。
做一颗芯片，你可以简单地理解成“3+2”的过程，3是指芯片生产过程可以分成3个步骤，分别是设计、加工和封测，也就是封装和测试。
+2是说，芯片加工需要2个非常重要的支撑，分别是芯片的制造设备和芯片加工需要的高纯度材料，这每一步都非常困难。
做芯片的流程，一颗芯片的设计、加工和封测三个步骤之间有非常明确的边界。
第一步设计，从产品指标开始一直到版图的输出，这颗芯片的版图就像建筑工程里的施工图，交给下一个步骤就可以按照图纸开始生产了。
第二步芯片的加工就是按照版图设计，通过一系列的工艺步骤，从一个啥都没有硅片开始把芯片做出来。
但请注意，这时候的芯片也被称为裸片，还不能直接使用。
最后一步，这个裸片就被送到最后的封测这一步，完成封装保护和性能测试。到此为止，一颗芯片就完成了。
虽然芯片制造的流程很清楚，但每一步想要实现都非常困难，都挑战人类加工能力的极限。
05
EDA软件和光刻机是先进工艺里的两大关键难点。
今天最先进工艺节点里面，最大的困难就是EDA软件和光刻机，我重点给你说说为什么这两个关键点这么难。
首先是设计阶段，一定要用到的EDA软件。
早年设计芯片，比如Intel著名的4004CPU处理器，里面有2250个晶体管，版图都是工程师用彩色铅笔一根根线画出来的，用不着软件。
可今天的芯片设计早就不是手工能完成的了，今天要在一个手指甲盖那么大的芯片上，布局上百亿个晶体管，还有错综复杂的连接线路，每一个步骤都需要有专门的软件来处理，这个软件就是EDA软件（电子设计自动化软件）。
如果没有EDA软件，就像同样是写几百页的书，人家用Word，我们用笔手写，那怎么能追上人家的效率、准确率呢？
那我们能不能自己做EDA软件呢？
非常难，有很多困难要解决。
比如说，单个器件能够准确模拟了，整颗芯片几十亿个器件规模的时候还准不准？能不能快速地算出结果？
尤其是现在要设计7纳米、5纳米的高端芯片，必须要考虑量子效应了，EDA软件的算法就决定了芯片设计的优劣。
如果没有一套高质量的EDA软件就不可能设计出高质量的芯片。
更重要的是，EDA是典型的工业软件，要紧密联系生产线的实际参数，软件计算的结果和真正加工出来的器件是不是一致？人家生产线愿不愿意给你这些参数？
这些都是EDA的难点。
06
再来看光刻机。
想要把设计的电路从版图转移到硅片上去，就要靠光刻。
这个过程，跟给货车喷车牌很像。
往车身上喷涂号码，就是要用一个镂空的号码牌做掩膜，把涂料往这个掩膜上喷。透过挖空的数字部分，涂料就能喷到车身上了，没挖空的部分，涂料就被掩膜给挡住了，不会喷到车身上。
这样，车牌号码就清晰地被印到车上了。
这个挖空的号码牌就对应了芯片的光刻版，喷涂料的过程就对应了离子注入、刻蚀、金属沉积等等其它芯片加工步骤。
这几个步骤交替进行，才能完成了芯片的加工。
现在最先进的加工工艺，一共要用到80多块光刻掩膜版，将近4000个步骤才能完成，每一步都要求非常高的准确度和稳定性，才能保证最终的芯片质量和产量。
可问题是光刻太难了，要实现这些，就一定要用到光刻机，就是现在大家都在讨论的对中国严格禁运的EUV光刻机，是用极紫外光来进行光刻的设备。
光刻机我们能自主生产吗？
也同样非常难。
全世界现在只有荷兰的ASML能生产这种高端设备。
极紫外光刻机最大的困难就是需要波长非常短的光，ASML光刻机的光源是13.5纳米，这相当不容易。
这还不算完，还有一个更严酷的要求就是极紫外光的功率要足够大，这是大规模生产的必然要求。
早期EUV光源功率只有80W，这个光源每小时只能生产60片硅晶圆片。
ASML卖的产品里面的光源提高到250W，产量提高到每小时125片，增加了2倍还要多。
工业生产里面，生产效率就是生命线啊，整个芯片生产的瓶颈就是卡在光刻这一步。
ASML能提高EUV的功率，靠的是跟德国蔡司合作，制作出高反射率的镜子。其中一些关键尺寸的精度到了皮米，也就是比纳米还要小1000倍。
07
EDA软件和光刻机还只是两个备受关注的难点，事实上生产芯片的每一步都非常难，而且想达到世界一流水平，那从设计、加工到封装测试，每个环节的要求都得是最高的才行。
制作一颗芯片真的太难了，尤其是要生产最先进、最高端的芯片，世界上没有哪个国家能够独立完成。
所以有一个说法，芯片产业是全球化最彻底的产业。
像iPhone手机的处理器芯片，芯片设计是在美国加州完成的，之后送到中国台湾的台积电把芯片生产出来，再送到马来西亚完成封装测试，最后这颗芯片被送到中国大陆，在富士康这颗处理器芯片和其它的部件，像显示屏、电池被最终组装到了一起，最后从中国深圳发往世界各地。
如果再考虑到芯片的底层架构是日本ARM公司的知识产权，台积电的光刻机来自荷兰ASML，刻蚀机来自中国的中微半导体和美国的泛林，光刻胶和大量的化学试剂来自日本、韩国。
这样看来，芯片产业确实是一个非常全球化的产业。
如果中国要彻底摆脱卡脖子，就相当于以一国之力，对抗全世界各国最顶尖的企业。
中国真要是办到了，就不是美国想卡中国脖子了，而是全世界都来卡中国脖子了。
因为全世界的钱都给你中国人赚了，谁愿意啊。
所以不管是从现实技术看，还是从国际利益关系看，中国突破芯片技术的关键，不是闭门造车，而是国际合作。
就像领导人说的那样，越是被打压，越要开放。
搞芯片，有钱不是万能，但没钱万万不能。
今年科创板融资轰轰烈烈，钱到位了，现在加油努力干吧。
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