领导,你知道我们离芯片还有十万八千里吗(上)?【芯片真相系列二】

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楼主 2018-06-26 18:41:14
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【芯片真相系列二】

领导,你知道我们离芯片还有十万八千里吗(上)?


上期我们给领导们普及了半导体、芯片和集成电路的区别,算是扫了一下盲。最近又出了一档子事,应该说一系列事,让这个行业热闹无比。


说的是某国企,这家公司也是中国第二大的芯片应用企业,因为把涉外法律工作包给了领导的小姨子(还是小舅子),结果小姨子专业能力不靠谱,把公司的涉密文件放在公盘上随便下载,公司合规性的问题被老美抓了把柄,老美威胁不给芯片了,这家企业全然不顾小姨子已经赚了律师费走人的内部矛盾,祭出了被新八国联军迫害的大旗,到处哭着喊着不给我芯片就是帝国主义对中国人民(包括领导小姨子)的新压迫、新迫害!俨然回到了1900年的感觉!


所造成的结果自然是全国上下一片被迫害呼声,从领导到企业家,又一轮捶胸顿足,誓师大会,一定要在短期内搞出中国自己的芯片!有人也像当年的义和团声称发明了刀枪不入药一样,宣称自己已经突然逆科学规律搞出来了!惹得国家领导人也一阵兴奋,吃完武昌鱼就去调研,吓得这人赶紧从上海的外企借了几块芯片放在展示柜打上自己的LOGO,才算蒙混过关。。。


言归正传说技术,这芯片真的这么难搞吗?其实,芯片不是一个简单的单个产品吗,一个芯片的成品涉及到了几十道极其复杂的工业流程,真的不是一朝一夕能够突破的,我国目前在下游领域取得了一些进展,但是上游领域,按照一位芯片专家的原话:“美国企业在六七十年代做的很多实验数据,我们至今都不知道是做什么用的,毫无头绪,何谈突破?”当然这个专家的话,现实太残酷,我们的领导可能是听不进去的。

图片1:芯片制造流程图


上图所示,芯片产业链可以简单的分为芯片设计、晶圆制造、芯片封装、芯片测试四个上中下游环节,也可以进一步细分为十五个工业环节。事实上,现实真的很骨感,在每个环节中,我国都有关键性技术没有突破,甚至尴尬的落后了一个世纪。


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芯片设计,看着热闹,卵蛋在人家手里


可能现在有人会说,国内宣称能做芯片设计的厂商很多啊,老的像紫光啊,中芯国际啊,高大上的像寒武纪,科协主席都去过,MLU100自行设计芯片都成了标杆了,不像虚假繁荣,你这句话我不信。


诚然,国内的芯片设计产业其实挺热闹的,科研院所脱胎的老国企,创新的寒武纪,都弄出了不少好的设计,但是,有没有人知道,设计芯片,离不开设计工具就好像你写东西需要OFFICE,画图需要PHOTOSHOP,我们能山寨OFFICE和PHOTOSHOP,但这些芯片领域的设计工具,咱们可一个都弄不出来!


说到设计工具,就不能不提到三大EDA(电子设计自动化)厂商——Cadence(美国),Synopsys(美国),Mentor(美国)。这三家公司的软件涵盖了芯片设计流程的几乎所有所能用到的工具。


首先是Cadence公司,这家公司最重要的IC设计工具主要有candence IC系列,包含了IC 5141(目前最新版本是IC617),NC_VERILOG(verilog仿真),SPECTRE(模拟仿真),ENCOUNTER(自动布局布线)等等;Synopsys公司,最出名的是它的综合工具design complier,时序分析工具prime time,模拟仿真工具hspice等;Mentor公司最出名的工具是calibre(版图DRC LVS检查),modelsim(verilog仿真)。


图片2:Cadence软件界面


这些都是IC设计最常用的工具,无论是正向设计还是反向设计。可以说,国内任何一个厂商,离开了这些工具,都啥也做不出来。如果有任何人,说不用IC设计工具可以做芯片,十有八九,不,十有十都是忽悠!


当然,除了这三大EDA厂商的IC设计工具外,Altera 、Xilinx、Keil Software这三家公司的软件quartus ii、ISE、KEIL开发环境等,都是对于IC设计流程中必不可少的工具。它们分别是用于FPGA、单片机&ARM芯片的开发。这类软件在芯片的CP测试和芯片应用方案开发上会有用到。还有, 版图提取工具,NetEditorLite、ChipAnalyzer。算法设计工具,MATLAB。PCB版图工具,Altium Designer,Orcad,Allegro。等等!


我们的芯片设计商,无论国营民营,吹的再牛逼的,如果三大软件商软件断供,一夜回到解放前!而这些软件我们能做出来吗?实话就是,在辅助工具方面有部分突破,主要工具,特别是三大EDA软件方面,没有任何突破(国内做这领域的九天公司,技术水平有二十年左右的差距),即使有突破,整个芯片产业的格式也早已被三大EDA厂商垄断划定,就好比你再好的软件也得再WINDOWS上运行,我们只能做WINDOWS圈子里的孙悟空,逃不出这个手掌心,有朝一日WINDOWS不让你用了,你的软件还有用吗?


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硅片制造,人家是现代,我们还在大清国


设计问题已经是死结,让我们暂时跳过,假设老外给咱们傻乎乎的提供软件了,设计完了,那么按照产业链的顺序该造硅片了,也就是制造芯片的土壤。


硅片这东西简单说就是越大越好!要知道在电子制造领域,尺寸是摩尔定律持续有效的驱动力之一,尺寸越大单个硅片切割芯片数越多,对应的单位芯片成本也就越低。单晶硅片具有显著半导电性,在硅片上可加工制作成各种电路元件结构,是制作集成电路的重要材料。按照直径可分为 6 英寸、8 英寸、12 英寸及 18 英寸硅片,目前 12 英寸大硅片是市场主流。这里要注意啊,大不代表技术水平的降低,在硅片制造中“傻大黑粗”是不行的,如果只求大量不求质量,那和几十年前那场小作坊炼钢的活动就没区别了。


图片3:硅片尺寸演进图


我国是什么情况呢?事实上,我国 12 英寸半导体级的硅片一个月需求量约 50万片,自己根本造不出来!完全依赖进口近年来虽然国际大厂商纷纷在内地布局 12英寸代工厂,但是大硅片作为重要的上游材料(大硅片供应给晶圆厂,经过光刻、抛光等工艺,再进行封测最终制成芯片),供不应求的情况可能将持续很长一段时间。而更牛逼的18英寸大硅片,由于技术与成本的限制,需要对生产设备进行重新设计,国际巨头仍处于观望阶段,短期内可能无法大规模量产,我们自己就更别想了。


图片4:12寸硅片


大硅片为啥咱们就造不出来呢?还是技术壁垒太高!


硅片的技术壁垒在于单晶硅片的纯度与加工工艺我国在政府资金的支持下正在进行相关的研发工作,但是进度并不理想,上文中那位科学家说的“不知道人家六七十年代的数据是干嘛用的”就是来自这个阶段的工作。单晶硅片的制造主要可分为三步,硅提纯、单晶硅的生长以及成形。从硅砂(二氧化硅)出发,经过多步提纯得到纯度到达小数点后九位的多晶硅,由多晶硅再生产出单晶硅,目前国内完全无法实现如此高纯度的单晶硅制备。同时大尺寸硅片对倒角、精密磨削等加工工艺要求极高,国内生产的硅片良率低,基本上良品率不到50%(美国的良品率在90%以上)意味着即使我们通过偷着买等手段,买来了高纯度的硅,制造出硅片,依然要有超过一半的宝贵材料会成为废品!先不说人家有朝一日可能封锁你的高纯度硅买卖,即使没有,这种消耗率,完全没有商业上的可操作性,自己就把自己先玩死了。。。


上海新昇半导体科技有限公司承接国家 02 专项12 英寸大硅片的研发生产项目,技术上依靠中芯国际创始人张汝京博士团队,主要的设备依靠的当然还是进口设备,目前有望突破12英寸大硅片的部分应用。这让我想起大清国造火轮船的历史,江南造船厂的第一艘产品,全部依赖进口设备和专家,最终拼出来了一个黄鹄号,希望新晟的黄鹄早点到来吧。


图片5:中国第一艘国产轮船


但即使我们造出了12寸的硅片,目前国内依然没有可以制造合格生产硅片设备(单晶硅炉)的厂商,设备方面依然受制于人,不,应该叫无法解决。有的上市公司叫了几年说能生产单晶硅炉了,但是没见着谁用过(包括他们公司自己),希望不是纯忽悠。


下一期我们讲继续给大家讲述《领导,你知道我们离芯片还有十万八千里吗(下)?》敬请期待!

上期文章链接:领导,说实话你分得清“芯片”、“集成电路”、“半导体”有啥不一样吗?


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