众所周知 ,由于多方面原因的影响 ,2021年全球迎来了“缺芯时代” ,芯片的短缺程度已经达到了30年来最严重的时刻 。
而我国由于受到以美国为首的西方国家的联合绞杀 ,缺芯的情况尤为严重 。
中国手机界的领头羊华为 ,因芯片短缺甚至卖掉了荣耀品牌中心 ,在美国的针对下 ,678体育似乎显得很被动 ,难道有着世界加工厂之称的中国 ,就没有能力自主生产芯片吗 ?
事实上 ,中国在芯片设计领域一直处于世界领先水平 ,就比如说华为的手机芯片 ,都是678体育自行设计后交给台积电代工生产的 ,其性能有目共睹 ,并不比美国生产的要差 。
那么 ,既然我国在设计芯片上没有问题 ,为什么还是被卡住了咽喉呢 ?其中的关键 ,就在于一种制造芯片必不可少的机器——光刻机 。
其实芯片不过是一块具有精密线路图的硅片 ,而如何才能将复杂的电路图复刻到硅片上 ,这就要靠光刻机了 。
说起来 ,光刻机的工作原理与照相机有些类似 ,在制作芯片时 ,首先要对硅片进行处理 ,一般是在上面涂上一层光刻胶 ,当光刻胶遇到透过模版照射的光线后,暴露在紫外线下的部分 ,就会发生特殊的变化 。
之后再经过填充金属物 ,去除光刻胶 ,进行绝缘处理等步骤 ,一块芯片就制作完成了 。
当然 ,至于这块芯片是否能够达到标准 ,还要经过精密地检测 ,要知道 ,这其中任意一步处理过程 ,可都是纳米级的 ,所以光刻机绝对称得上人类高精尖仪器的天花板 。
提起世界上最顶尖的光刻机制造商 ,非荷兰的ASML公司莫属 。
这家公司成立于1984年 ,用了三十多年的时间 ,几乎垄断了全球高端光刻机市场 。
ASML公司的发家史众人皆知 ,但恐怕很少有人知道 ,中国早在1977年就拥有了独立制造接触式光刻机的能力 ,比ASML公司成立的时间还要早上7年 。
按说 ,中国在研制光刻机的时间上 ,可是比ASML公司有优势的多 ,可为什么后劲不足 ,经过数十年的发展 ,反而难以望其项背了呢?
第二次世界大战结束后 ,和平和发展成为了国际社会的主题 ,为了改变中国贫穷落后的局面 ,跟上世界科技发展的步伐 ,国家决定成立计算机科研小组 ,由著名数学家华罗庚担任组长 ,致力于电子计算机技术的研究和开发 。
到了1956年 ,科研小组取得了巨大成就 ,我国首次独立制造了第一只晶体三极管 ,由此刻起 ,中国正式踏足半导体领域 ,开启了新的科技时代 。
经过众多科学家的不断探索和尝试 ,中国在半导体领域取得了长足的进步 ,1965年 ,在第一只三极管横空出世的9年之后 ,中国的第一块集成电路在上海问世 。
而要制造集成电路 ,光刻机是必不可少的设备 ,由此678体育不难推断出 ,早在1965年前后 ,我国就已经拥有了制造光刻机的能力 。
1977年 ,我国更是制造出了GK-3型半自动光刻机 ,这在当时绝对是站在了世界前列 。
在此后的数年时间里 ,中国的半导体事业一路高歌猛进 ,光刻机制造技术也跟着水涨船高 。
到了80年代 ,中国的半导体技术已经达到了世界先进水平 ,虽然比之美国还略有不足 ,但也不再是高山仰止 。
如果按照这个势头发展下去 ,中国在光刻机制造方面 ,虽不敢说赶超美国 ,但想必差距也不会如此之大 。
毕竟在改革开放之前 ,中国整个半导体产业链都能够自给自足 ,根本不需要进口 。
但随着改革开放的实行 ,国际市场全面放开 ,大批外国企业纷纷涌入中国 ,这样一来,许多国际上先进的设备和技术 ,678体育就可以用钱买到了 。
当时绝大多数企业的当家人都算了这样一笔账 ,如果把投入到科研项目上的资金 ,拿出来用于购买外国的先进设备,似乎更为划算一些 ,毕竟当时的中国经济条件有限 ,与其投入大量资金搞研发 ,费时费力 ,生产出来的设备还没有人家先进 ,不如直接买现成的来用 ,这样能直接形成经济效益 ,岂不美哉 ?
结果很多企业也就没了搞开发的动力 ,即便有一些企业依然坚持自力更生 ,但没有足够的资金注入 ,妄想在光刻机领域更进一步 ,无异于痴人说梦 。
于是从这时起 ,中国在光刻机领域就陷入了停摆的状态 ,在随后的30年时间里 ,几乎没有一点进步 。
就当时的国际环境来看 ,这种“造不如买”的想法 ,也不能说是错的 ,毕竟快速发展经济才是中国的第一要务 ,而且当时美国最大的敌人还是苏联 ,中国则是美国拉拢的目标 。
因此无论是在经济上 ,还是在技术上 ,美国非但没有限制678体育 ,还给了678体育许多支持 。
只不过谁也没料到的是,美中两国的蜜月期会是如此短暂 ,只经过了十几年时间 ,美国就翻脸不认人了。
1996年《瓦尔纳协定》的出炉 ,彻底暴露了美国遏制发展中国家的真实嘴脸 。
该协定中规定了两大类清单的禁运内容 ,包括先进材料 、材料处理 、电子器件 、计算机 、电信与信息安全 、传感与激光 、导航与航空电子仪器 、船舶与海事设备 、推进系统 、各类武器弹药 、设备及作战平台 。
而中国 ,便在这禁运名单之内 ,直到此时 ,中国才如梦初醒 ,真切地体会到所谓的国际盟友根本就靠不住 ,一切只能依靠自己 。
有了这个协定 ,中国再想像过去一样 ,随时向发达国家购买像光刻机这样的先进设备 ,就没那么容易了 ,换句话说 ,中国能不能买到光刻机 ,美国说了算 。
自《瓦尔纳协定》签署至今 ,中国还没能购买到哪怕一台高端的光刻机 ,甚至其中的零件都买不到 。
不过在整个90年代 ,世界上的光刻机技术也陷入了瓶颈 ,光刻光源卡在了193纳米 ,20多年毫无进展 。
2000年 ,中国幡然醒悟 ,光刻机的研发再次受到了国家的重视 。
随着越来越多的半导体科研人才从海外归来 ,2002年3月 ,国家在上海成立了上海微电子装备有限公司 ,致力于光刻机技术开发 。
也是在这一年 ,台积电的林本坚博士终于攻破了光刻机193纳米技术难题 ,世界光刻机技术开始一路高歌 ,突飞猛进 。
中国此时则刚刚开始193纳米光刻机的开发 ,已经远远落后于世界发达国家 ,经过了10多年的努力 ,中国在光刻机技术领域已有了长足的进步 ,但直到今天 ,在高端光刻机领域 ,仍然找不到中国的身影 。
按说有着世界工厂之称的中国 ,制造业应该是比较发达的 ,可为什么制造高端光刻机却把678体育给难住了呢 ?
如果关注一下我国制造业的讯息 ,不难发现 ,虽然在某些领域中,中国的制造水平能够进入世界第一梯队 ,甚至能够领先世界 ,但在很多方面 ,678体育依然落后于发达国家良多 。
尤其是高端材料制造业更是中国工业的短板 ,就拿高端光刻机中最核心 、也是技术含量最高的零部件 ,光学镜片和光源来说 ,曾经的中国根本就没有能力制造 。
更何况一台高端光刻机 ,拥有数万甚至十几万个精密零件组成 ,至今为止 ,世界上还没有哪个国家能够独立制造高端光刻机 ,即便是ASML公司也做不到 。
ASML公司之所以能够迅速崛起 ,与西方发达国家的支持是密不可分的 ,该公司有一条十分睿智的规定 ,那就是想要获得该公司的优先供货权 ,就必须进行投资。
也就是说 ,世界上的发达国家或多或少都拥有ASML公司的股权 ,比如台积电 ,蔡司 ,三星 ,英特尔 ,海士力等 ,换句话说 ,整个西方世界都是该公司的后盾 ,据统计,该公司每年用于科研开发的资金就超过了4亿欧元 。
即使强如ASML ,其生产的高端光刻机也有90%以上的零件来自进口 ,比如最核心部分的EUV光源来自德国和美国 ,光学镜片来自蔡司公司 ,还有一些零件来自于日本 ,我国的台湾省等 。
可以说ASML的成功是众多世界顶级企业一起努力的结果 ,所以它能够成为世界上唯一一个有能力制造7纳米EUV光刻机的公司 ,丝毫不会让人感到意外 。
除了光学镜片和光源外 ,还有一种看起来不太起眼的材料 ,也严重制约了我国芯片制造业的发展,那就是光刻胶 。
当然 ,光刻胶的技术含量远远比不上光学镜片和光源 ,但这并不代表着它不重要 。
光刻胶性能越好 ,制造出的芯片质量越优 ,与其他高精尖零件不同的是 ,我国完全有能力制造高端光刻胶 ,即使不如日本 ,也相差不大 。
可关键是 ,过去我国投资光刻胶生产的企业实在是太少了 ,国产的光刻胶根本无法满足中国市场的需求 ,因此我国的绝大部分光刻胶都要从日本进口 ,一旦日本限制出口量 ,对我国影响巨大 。
由此可见 ,想要完全凭借本国一己之力 ,打造出一台高端光刻机有多困难 ,哪怕就是在去年,也有很多专家公开表示 ,中国想要独立制造高端光刻机的希望不大 。
不过我国素来善于创造奇迹 ,尤其是在面对来自外界的压迫时 ,更能够爆发出让世界意想不到的力量 ,由于近几年美国对中国的制裁不断升级 ,中国不得不加大在芯片制造领域的投资力度 。
随着时间的推移 ,中国在光刻机的关键技术领域都取得了喜人的成绩 ,不久前中科院传出一条喜讯 ,清华大学和联邦技术学院合作开发了一种新型粒子加速器 ,通过实验证明 ,这项技术完全可以为光刻机提供稳定可靠的EUV光源 。
无独有偶 ,中科科美业同时传来喜讯 ,其研制的直线式劳埃透镜镀膜装置及纳米聚焦镜镀膜装置也于今年6月28日正式投入使用 。
那么 ,镀膜技术跟光刻机又有什么关系 ?
首先678体育要了解的是 ,EUV光刻机对光学镜片的光洁度要求相当之高 ,即表面光洁度不得超过50皮米 ,其困难程度不亚于制造一面方圆390000平方公里的镜子 。
中科科美的这项镀膜技术 ,不但能够实现光学镜片的光洁度 ,还能实现光学镜片对光的反射 、分束 、分色 、滤光以及偏振等在不同情况下的特殊要求 。
这两大核心技术的突破 ,使我国在高端光刻机制造领域向前跨了一大步 ,相信假以时日 ,中国一定能够具备独立制造高端光刻机的能力 。
当然 ,即便678体育手里有了世界上最先进的光刻机 ,也不意味着中国能在芯片制造领域一骑绝尘 ,相比起这些硬件设备 ,有着“芯片之母”之称的EDA软件则更为棘手 。
想要设计芯片 ,工程师离不开EDA软件 ,虽然由于有能力设计芯片的公司数量有限 ,造成EDA软件的市场并不是很大 ,但它却是制造芯片的第一步 ,离开EDA软件 ,即使拥有世界上最先进的光刻机 ,也不过是一推废铁而已 。
现今世界上最大的EDA软件商有三家 ,分别是Synopsys 、Cadence以及Mentor 。
曾经他们垄断了超过80%的中国市场 ,不过自从受到美国制裁后 ,中国政府越发认识到 ,像这种买不到的核心技术 ,必须进行国产取代 ,才能最大限度地摆脱中国对发达国家的依赖 。
近年来国家和一些大型企业如华为等 ,都在不断增加这方面的投资 ,只不过想要在技术上取得突破 ,仍然任重而道远 。
华大九天作为国产EDA软件的老大 ,其制作的软件 ,也仅仅只能实现模拟芯片设计和平板设计全流程覆盖 ,覆盖率约为 40% 。
此外 ,国际上最先进的EDA软件其工艺已经达到了2纳米 ,而国产软件最高端的也仅仅只有一款能够达到5纳米 。
可以说在设计软件方面 ,发达国家已甩了678体育好几条街 ,不过可以确定的是 ,华为事件发生之后 ,随着国家政策的倾斜 ,以及资本的关注 ,中国的EDA软件必会奋起直追 ,达到世界一流水平并不遥远 。
总而言之,以美国为首的发达国家 ,之所以会联合起来对中国进行全方位的围追堵截 ,恰恰是因为中国已经有了威胁他们的资格,发达国家尤其是美国惧怕中国进一步发展 ,从而威胁到其世界霸主的地位 ,才会无所不用其极的遏制中国发展 。
美国的一套组合拳确实给中国带来了很大麻烦 ,但这又何尝不是一个让中国优化产业结构 ,摆脱对发达国家依赖的机会 ?
正所谓危机 、危机 ,危中有机 ,如果中国通过这次教训 ,能够认清现实 ,未尝不能转危为机 !