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造“中國(guó)芯”有多難?制造一顆芯片就需要5000道工序
關(guān)鍵字: 中興芯片國(guó)產(chǎn)芯片據(jù)北京青年報(bào)23日?qǐng)?bào)道,近日,越來越多的人關(guān)注中國(guó)自主研發(fā)的芯片進(jìn)展。若想煉成一顆中國(guó)“芯”,需要怎樣的步驟?
有說法認(rèn)為,集成電路是比航天還要高的高科技 供圖/視覺中國(guó)
現(xiàn)狀:半導(dǎo)體芯片進(jìn)口花費(fèi) 已接近原油兩倍
也許不是人人都了解集成電路,但許多人聽說過摩爾定律。摩爾定律是指,當(dāng)價(jià)格不變時(shí),集成電路上可容納的元器件的數(shù)目,約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍,性能也將提升一倍。在半個(gè)世紀(jì)前,由英特爾創(chuàng)始人之一的摩爾提出的這一推測(cè),已經(jīng)延續(xù)了50多年。
摩爾定律揭示了集成電路領(lǐng)域的發(fā)展速度。在這樣的高速創(chuàng)新發(fā)展中,集成電路的產(chǎn)品持續(xù)降低成本、提升性能、增加功能。也是在這樣的高速發(fā)展中,各國(guó)集成電路技術(shù)的差距越拉越大。有業(yè)內(nèi)人士表示,中國(guó)若想在主要集成電路領(lǐng)域追趕上頂級(jí)公司,需要的不止時(shí)間,而是整個(gè)系統(tǒng)性提升。
海關(guān)總署公開信息顯示,集成電路進(jìn)口額從2015年起已連續(xù)三年超過原油,且二者進(jìn)口差額每年都在950億美元以上。其中,2017年中國(guó)集成電路進(jìn)口量高達(dá)3770億塊,同比增長(zhǎng)10.1%;進(jìn)口額為2601億美元(約合17561億元),同比增長(zhǎng)14.6%。2017年中國(guó)貨物進(jìn)口額為12.46萬億元,也就是說集成電路進(jìn)口額占中國(guó)總進(jìn)口額的14.1%,而同期中國(guó)的原油進(jìn)口總額僅約為1500億美元。中國(guó)在半導(dǎo)體芯片進(jìn)口上的花費(fèi)已經(jīng)接近原油的兩倍。
調(diào)查:芯片有幾十種大門類 上千種小門類
芯片,是指內(nèi)含集成電路的硅片,體積很小,常常是計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。芯片組,是一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合。它們相互依賴,組合在一起能發(fā)揮更多作用,比如,計(jì)算機(jī)里的中央處理器(CPU)及手機(jī)中的射頻、基帶和通信基站里的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等,就是由多個(gè)芯片組合在一起的更大的集成電路。而集成電路是非常精密的儀器,其單位為納米。一納米為十萬分之一毫米。這就對(duì)設(shè)計(jì)、制造工藝都有非常嚴(yán)格、高標(biāo)準(zhǔn)的要求。
芯片的種類很多,芯謀研究首席分析師顧文軍對(duì)北京青年報(bào)記者表示:“僅從產(chǎn)品種類來說,芯片的種類就有幾十種大門類,上千種小門類;如果涉及設(shè)備流程的話就更多了。美國(guó)是整體式、全方位處于領(lǐng)先地位,而我們只是在某些領(lǐng)域里面有所突破,并且這些領(lǐng)域也并非核心、高端的領(lǐng)域,比如中國(guó)在存儲(chǔ)器、CPU、FPG及高端的模擬芯片、功率芯片等領(lǐng)域,幾乎是沒有的。如果中國(guó)發(fā)力研發(fā),在某些小的門類中可能會(huì)有所突破。”
追訪:一臺(tái)通信基站內(nèi) 有上百顆芯片
以運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)為例,通信基站設(shè)備是其最主要的產(chǎn)品之一,而在一臺(tái)通信基站中就有上百顆芯片負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同功能。“簡(jiǎn)單來說,基站發(fā)射并回收信號(hào),收回信號(hào)后首先要有芯片濾波,穩(wěn)定信號(hào);然后還有芯片將這種特別小的信號(hào)放大;再有芯片進(jìn)行解析、處理;然后是芯片負(fù)責(zé)傳輸、分發(fā)?;竞诵母娔X類似,可以實(shí)現(xiàn)各種功能,但它可以支持多個(gè)手機(jī),因而速度更快,芯片更復(fù)雜。”上述人士表示。
其中,最典型的是ADC芯片,中國(guó)目前還無法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品。ADC芯片是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,負(fù)責(zé)將天線接收的連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為通話或上網(wǎng)的數(shù)字信號(hào)。目前ADC主要依賴亞德諾、德州儀器等公司供應(yīng)。
從軟件方面來說,EDA仿真軟件是另一個(gè)典型。利用該軟件,電子設(shè)計(jì)師才可以在電腦上設(shè)計(jì)芯片系統(tǒng),大量工作可以利用計(jì)算機(jī)完成,并可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)產(chǎn)品的結(jié)合試驗(yàn)等。如果沒有EDA仿真軟件,則需要人工進(jìn)行設(shè)計(jì)、試驗(yàn),耗費(fèi)的人力、時(shí)間等成本不計(jì)其數(shù)。目前進(jìn)入我國(guó)并具有廣泛影響的EDA軟件有十幾種,基本都來自于美國(guó)。
關(guān)注:制造一顆芯片 需要5000道工序
一位芯片制造領(lǐng)域的專家向北青報(bào)記者介紹,一顆芯片的制造工藝非常復(fù)雜,一條生產(chǎn)線大約涉及50多個(gè)行業(yè)、2000-5000道工序。就拿代工廠來說,需要先將“砂子”提純成硅,再切成晶元,然后加工晶元。晶元加工廠包含前后兩道工藝,前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入;后道工藝主要是封裝——互聯(lián)、打線、密封。其中,光刻是制造和設(shè)計(jì)的紐帶。
其中許多工藝都在獨(dú)立的工廠進(jìn)行,而使用的設(shè)備也需要專門的設(shè)備廠制造;使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材,都需要專門的化工工業(yè)。另外,集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進(jìn)行的,因此還需要排風(fēng)和空氣凈化等系統(tǒng)。
有說法認(rèn)為,集成電路是比航天還要高的高科技。該業(yè)內(nèi)人士表示,這種說法也不無道理,“航天的可靠性估計(jì)也就4個(gè)9、5個(gè)9的樣子(X個(gè)9表示在軟件系統(tǒng)一年時(shí)間的使用過程中,系統(tǒng)可以正常使用時(shí)間與總時(shí)間之比)?,F(xiàn)在硅晶圓材料的純度就要6個(gè)9以上?!?
焦點(diǎn):全球芯片 幾乎被美日歐壟斷
根據(jù)前瞻研究院的報(bào)告顯示,目前,全球芯片仍主要以美、日、歐企業(yè)產(chǎn)品為主,高端市場(chǎng)幾乎被這三大主力地區(qū)壟斷。在高端芯片領(lǐng)域,由于國(guó)內(nèi)廠商尚未形成規(guī)模效應(yīng)與集群效應(yīng),所以其生產(chǎn)仍以“代工”模式為主。
截至2015年年底的數(shù)據(jù)顯示,全球共有94家先進(jìn)的晶元制造廠商,其中17家在美國(guó),71家在亞洲(中國(guó)有9家),6家在歐洲。日本在上世紀(jì)80年代處于領(lǐng)先地位,但自90年代開始其全球半導(dǎo)體市場(chǎng)份額顯著下降,至2015年僅有3家日本芯片制造商位列全球排名前二十——東芝、瑞薩電子和索尼。而與此同時(shí),東亞其他國(guó)家已成為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器市場(chǎng)的主要公司。韓國(guó)三星電子和海士力目前是世界第二和第三大半導(dǎo)體公司。
根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2017年1月至2月,中國(guó)和美國(guó)的芯片市場(chǎng)規(guī)模份額擴(kuò)大,分別為33.10%和19.73%;日本和歐洲的芯片市場(chǎng)份額有所下降,分別為9.29%和9.12%。中國(guó)芯片市場(chǎng)是全球最大、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng),但是對(duì)外依存度過高。
熱點(diǎn):英特爾一直是世界上最大芯片制造商
自1993年1月以來,英特爾一直是世界上最大的芯片制造商。個(gè)人計(jì)算機(jī)所用的CPU處理器中,英特爾就占據(jù)了八成份額。人們耳熟能詳?shù)谋简v、賽揚(yáng)、酷睿等處理器都來自英特爾。目前,英特爾的年?duì)I收率仍然在繼續(xù)增長(zhǎng)——無論是從PC、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器,還是物聯(lián)網(wǎng)芯片。
- 原標(biāo)題:一顆“芯”是如何煉成的
- 責(zé)任編輯:張晨靜
- 最后更新: 2018-04-23 07:50:09
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