白癜风用什么治疗 https://m.39.net/disease/a_6160465.html近日,一篇《绝对的重大突破,中国4纳米芯片已量产,美方封锁彻底失败》的文章上了热搜,忍不住看了一下,实在是标题党啊!
这篇文章内容讲述了内地企业长电科技的4nm芯片封装技术,这和芯片量产根本不是一回事。
文中还提到绕开EUV光刻机,这更是无稽之谈。EUV光科技是全球领先科技的集大成者,耗费了多少人的心血,说绕开就能绕开?
那么问题来了,我国的芯片产业究竟什么水平?距离4nm芯片量产还有多久?
长电科技的封装
年11月21日,长电科技表示:公司已经实现4nm工艺制程的手机芯片封装,在芯片和封装设计方面和客户展开合作,可帮助客户将2.5D和3D等各类先进封装集成到智能手机和平板电脑。
就是这条消息让很多人误认为,国产芯片已经突破了4nm技术,实现了量产,其实这只是在封装环节中突破了4nm技术。
那么什么是芯片封装呢?
芯片封装是芯片制造完成后的一道工序,简单来说就是给芯片安装一个外壳,这个外壳具有密封、固定、保护芯片和增强电热性能的作用。
芯片封装虽然比不上芯片制造的重要性,但同样不可小觑。
芯片封装在某种程度上可以说是芯片制造的一部分,它从整个晶圆中挑选出合格的芯片,然后在芯片的外部焊接上对应的电路。
随着芯片技术的发展,芯片工艺从28nm到14nm、再到7nm、5nm、甚至4nm,晶体管之间的沟道越来越窄,制造难度越来越大,封装难度也越来越大。
长电科技能够实现4nm的封装,进入世界领先,也确实不易。
因为封装要求:
1、封装面积要尽量与芯片面积大小相同;
2、封装的引脚要尽量短小,从而有效降低延迟;
3、封装的引脚之间的距离要尽量远,以保证互不干扰;
4、封装要越薄越好,有利于散热。
此外,先进的封装还能助推Chiplet技术的快速发展。
Chiplet也就是“芯粒”或者“小芯片”,它可以在不改变制程的前提下提升芯片的整体性能和算力,同时保证芯片的良品率。
Chiplet需要先进的封装技术,尤其是3D封装技术。
因此,长电科技的4nm封装技术,对国产芯片的发展还是具有很大的实际意义的。
长电科技在芯片封装中究竟处于什么地位呢?
长电科技是内地第一,全球前三的芯片封装企业。排在前两位的分别是日月光、安靠。
但是在封装领域还有一家公司不可小觑,那就是台积电。
年3月,苹果公司发布的M1UltraSoC,这款芯片就是采用了台积电的CoWoS-S封装技术。
这种技术通过使用硅中介层将两个M1Max芯片连接在一起,以创建片上系统(SoC),这是一种2.5D封装模式,可能适用于MacPro核心芯片。
此外,英飞凌的芯片封装技术也很强大。也就是说,如果只论封装技术,国内的长电科技的劲敌很多,或许未必能进前三。
但无论怎样,拥有一家先进的封装技术也算是国产芯片的骄傲吧!
国产芯片真正的弱点还在架构、EDA、设备、材料、制造环节。
国产芯片架构
架构是芯片产业的第一项任务,它直接定义了芯片的类型和属性。
我们可以把它看成是房子的地基和主体框架,试想一下,你的房子能盖多高、功能如何、是写字楼还是住宅,基本都由地基框架决定了。
因此,架构对于芯片来说极其重要,当你决定做一款芯片时,首先要有芯片架构。
然而,现实是芯片架构基本被ARM、英特尔所把控,ARM、X86架构垄断了全球90%以上的芯片。
最近号称能够破局的RICS-V,也是一款“精简指令集架构”。但不同的是RICS-V是一款开源指令集架构,它允许任何人设计、制造和销售。
RICS-V实际源自加州大学伯克利分校,年时研发团队起草了RISC-1,是今天RISC架构的基础。
年发布RISC-II原型芯片,年发布RISC-III,年发布RISC-IV。
年,研究团队推出了RISC-V,RISC-V是一套基于BSD协议许可的免费开放的指令集架。
目前,形成了ARM、X86、RISC-V为主流的CPU架构。
ARM是移动市场的统治者,IP基本掌握在ARM公司手中。ARM对国内企业并不太友好,其最新研发的NeoverseV1、V2,就拒绝向国内芯片公司出售。
X86是传统PC的主流,主要处理复杂的大数据,IP掌握在英特尔和AMD手中,这两家企业是要遵守漂亮国的芯片禁令的。
至于RISC-V,目前来看的确是开源,而且优势也很大,但未来还真的不好说,毕竟起源于漂亮国。
国内也有自己的架构,就是龙芯的LoongArch架构。
LoongArch是真自主架构指令集,并且通过了第三的知识产权评估。通过评估,第三方机构认为LoongArch与ARM、X86、RISC-V、MIPS并不相同:
1、LoongArch的指令系统、指令编码、指令格式、寻址模式是自主设计;
2、LoongArch的指令手册、指令说明、内容表达上与国际主要指令区别明显;
3、LoongArch未对国际主要指令系统构成侵权风险。
尽管LoongArch架构是我国自主研发的,但是其整体性能、生态方面远比不上X86,与英特尔、AMD差距在5年左右。
LoongArch架构主要应用在桌面端、服务器端。在移动嵌入端,国内仍然是空白的。
可以说,在芯片最初的架构,我们就已经落伍了。
EDA软件
在芯片设计方面,我们的华为海思十分出色,麒麟芯片一度超越了高通骁龙,这是值得我们骄傲的。
但是,设计芯片的工具“EDA”同样掌握在欧美企业中。
EDA软件又称EDA工具,翻译成汉语就是电子设计自动化,是工业设计、电子设计不可或缺的一款工具。
EDA软件公司最强的是新思科技、铿腾电子、西门子EDA,三家公司占据全部市场的70%以上,并且技术十分强大,被称作“EDA三巨头”。
三巨头全面布局,又各具长处,同时又与芯片巨头们紧密联系。
新思科技以数字设计、静态时序验证、SIP为特长,长期与台积电、三星、英特尔合作。
铿腾电子以模拟、数模混合、数字后端、IP为特长,长期与台积电、ARM合作。
西门子EDA以后端验证、可测试性设计、光学临近修正为特长,长期与台积电、ARM、AMD合作。
三巨头的EDA软件都可以设计5nm及以下芯片。
国内EDA软件最强的是华大九天,其继承了熊猫软件的技术和市场,也拥有国内最强的EDA设计团队,但是拿到国际上只能算二流。
华为九天在液晶显示器设计方面达到了世界领先,电路仿真方面做到了5nm工艺,其他方面,如数字设计、模拟设计、静态时序、IP、SIP等方面只能设计16nm。
最要命的是,华大九天设计团队只有人,相当于三巨头的1/10,同时,华大九天无法与台积电、三星这类先进制造公司合作、也就无法验证先进EDA性能。
也就是说,如果要设计先进制程的芯片就必须采用三巨头的EDA工具,华大九天只能满足16nm及以上制程。
制造工艺
芯片制造环节是我们的弱点,这是众所周知的。
首先在制造工艺方面,台积电是当之无愧的世界第一,三星、英特尔也有EUV光刻机,但是与台积电差距仍然很大。
国内芯片制造最强的是中芯国际,目前可以做到12nm量产,与台积电相差3代。
台积电是年量产12nm芯片的,到现在量产3nm,时间线上差不多是5年半。
也就是说,即便现在中芯国际拥有全球一半的EUV光刻机,到量产3nm芯片也要5、6年,如果算上技术、工程师的差距,恐怕时间会更长。
但现在连EUV光刻机都没有,谈3nm真的有点扯啊!
EUV光刻机
我们都知道7nm及以下制程的芯片需要EUV光刻机,但EUV光刻机只有ASML能够制造,因此很多国家、研发机构都在试图绕过EUV光刻机。
什么激光光刻机、X射线光刻机等等,都提上了研发日程。
其实,早在上世纪80年代,电子束光刻、离子束光刻、EUV光刻就开始同步研发了。ASML经过全方面的对比,选择了EUV光刻。
事实证明ASML是正确的,也是幸运的,13.5nm的EUV光刻机经过3次曝光后,恰好能够生产3nm芯片。
此时,幻想着采用激光、X射线等等来代替成熟的EUV光,可以说是天方夜谭,即便未来几年能够做出来,也已经落后了,因为ASML的EUV光刻机正在升级。
有人提出了量子芯片,可以绕过EUV光刻机。
这是正确的,量子芯片的确可以绕过EUV光刻机,因为它比传统的芯片强大的多。马云就曾说:量子计算只要一台服务器就可以替换掉阿里云的万台服务器。
这样强大的量子芯片难度只会比EUV光刻机难度更大。
最为关键的是,量子芯片中的量子是如何产生的呢?还是要依靠传统技术,借助传统的更强大的物理设备、电子技术,芯片技术,进行复杂的计算产生。
而传统的芯片技术又绕不开EUV光刻机,又回到了原点。
因此,技术革新是离不开传统技术支持的,不搞2G、3G、直接搞5G、6G是不会成功的。不会走路直接跑步必然要摔个大跟斗。
因此,EUV光刻机还是要做,EUV光源、透镜、精密轴承等依然要做,即便它号称无法单独完成,即便它是集成了全球的精密技术。
所以,从EUV光刻机的研发上来看,短时间内仍然是无解的。
半导体材料
半导体材料众多,但大都被日、美、欧、韩所掌握,其中日本是妥妥的优等生。
半导体材料中的高纯度氟化氢、光刻胶和氟化聚酰胺基本被日本所垄断。
这些材料,基本无法逆向分析出技术及含量,因此“模仿”不了。这些材料的制造需要精细的工艺及操作步骤,同时需要长时间去沉淀经验。
例如,高纯度氟化氢需要将杂质控制在万亿分之一以下,没有充足的时间和耐心是不可能达到的。
再例如,光刻胶是光刻过程必须的材料,它由树脂型聚合物、光引发剂、溶剂、单体和其他助剂共同组成。
同时,光刻胶需要良好的分辨率、对比度,同时需要一定的敏感度、粘滞度、粘附性、抗蚀性,同时对表面张力、存储等也有很高的要求。
如何能满足7nm芯片制造的需求呢?这就需要搞清楚各种试剂的制作方法,比例,不能出现一丝一毫的误差。年,台积电就出现了光阻材料污染,直接损失了近40亿人民币。
所以,要想掌握半导体材料的相关技术,没有几年功夫,不能一丝不苟、心无旁骛的潜心研究,是不可能掌握核心技术的。
而心无旁骛恰恰是我们最缺少的,大家一窝蜂的涌向金融、地产等来钱快的行业,谁还愿意搞费力不讨好的研究呢?
所以,半导体材料看似简单,其实更加考验我们的耐心。
写到最后
长电科技攻破了4nm封装技术,这固然是可喜可贺的,但凭此就认为我国已经量产了4nm芯片,着实夸张了点!
国内芯片真实现状是:2、3年时间可以实现28nm成熟工艺的全国产化,而7nm及以下工艺依然受制于架构、EDA软件、制造、EUV光刻机、半导体材料。
那么何时能够实现4nm芯片的量产呢?3年?5年?或者10年?这个很难说的准。
我的意思是,莫问前程,努力研发,希望就在前方!
我是科技铭程,欢迎共同讨论!