這兩年只要聊到芯片,總有人問:華為不是搞出麒麟9000s、麒麟9030了嗎?中芯國際不是能量產7nm嗎?那為什么3nm、5nm的芯片我們還是造不出來?這個問題其實不復雜,但要講清楚,得從幾個層面掰開了說。
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一、我們目前到底走到哪一步?
先說結論:大陸目前量產的最先進工藝,是等效7nm。注意這個"等效"兩個字。中芯國際用的是DUV光刻機,通過多重曝光的方式,硬生生做到了接近7nm的效果。這本身已經非常了不起,要知道全球能玩到這個水平的代工廠,掰著手指頭都數得過來。
但等效7nm,就是等效7nm,它不是真正的7nm,更不是5nm、3nm。這個差距意味著什么?拿手機芯片舉例,蘋果的A19 Pro用的是臺積電3nm工藝,第五代高通驍龍8至尊版也是3nm。更先進的制程意味著在同樣大小的芯片面積里塞進更多的晶體管,性能更強、功耗更低。你用等效7nm的工藝去硬做這些芯片,不是說完全做不了,而是做出來的東西在性能和功耗上根本沒法跟人家比。
所以現實就是:我們能做7nm級別的芯片,但5nm、3nm這個臺階,目前確實邁不上去。這不是什么丟人的事,全球能做到5nm以下的代工廠,也就臺積電和三星兩家。但問題在于,人家已經在往前走了,我們還卡在這兒,這個差距如果不解決,只會越拉越大。
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二、卡住我們的到底是什么?
答案其實大家都知道,那就是EUV光刻機。光刻機這東西,說白了就是芯片制造的"印刷機"。芯片上的電路圖案,就是靠光刻機"印"上去的。制程越先進,電路線寬就越細,對光刻機的精度要求就越高。
DUV光刻機的波長是193nm,通過浸沒式、多重曝光等各種技術手段,它能撐到7nm左右。但再往下走,DUV就力不從心了。就像你拿一支粗筆去畫細線,技巧再好也有極限。而EUV光刻機的波長是13.5nm,比DUV短了十幾倍。有了它,5nm、3nm甚至更先進的制程才能順利推進。可以說,EUV光刻機就是先進制程的入場券,沒有這張票,你連比賽都參加不了。
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而全球能生產EUV光刻機的,只有一家公司,那就是荷蘭的ASML。這不是ASML"恰好"領先了,而是EUV光刻機的技術難度實在太高了。一臺EUV光刻機重達150噸,內部有超過10萬個零部件,涉及光學、精密機械、材料科學、軟件控制等多個頂尖領域。光源要用高功率激光轟擊錫滴,每秒轟擊5萬次,產生EUV光;反射鏡的表面粗糙度要控制在原子級別,相當于把德國國土面積大小的鏡面,起伏控制在1毫米以內。
這種東西,不是一家公司、一個國家能搞定的。遺憾的是,ASML在各方壓力下,無法向我國大陸出售EUV光刻機。不只是EUV,連最先進的DUV光刻機也被限制出口了。這就意味著,我們現有的設備只能支撐到等效7nm,再往下走,設備就斷供了。這就是為什么中芯國際明明技術實力不差,卻始終無法突破到5nm、3nm的根本原因。不是不想做,是做不了啊。
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三、那么問題來了,我們能自己搞出來嗎?
說實話,很難。但也不是完全沒希望。先說為什么難,前面提到了,一臺EUV光刻機背后是超過10萬個零部件,這些零部件來自數千家供應商,分布在全球幾十個國家。光源技術來自美方的Cymer,光學系統來自德國的蔡司,鏡頭和反射鏡的精密加工技術是幾十年積累的結果,各種特種材料和零部件分布在歐洲、日本、北美等地。
這不只是一臺機器,這是一整套全球頂尖工業體系的結晶。所以經常有人說"舉國之力搞光刻機",這種說法其實低估了這件事的難度。你不是缺一兩個零件,你是缺一整個生態。從光源到鏡頭,從光刻膠到精密運動臺,每一個環節都是幾十年技術積累的產物,每一個環節都有極高的技術壁壘。
想在短時間內把這整個鏈條全部復制一遍,難度可想而知。但這幾年也確實有一些好消息,國內在光刻機領域一直在攻關,上海微電子在DUV光刻機方面取得了一些進展,雖然跟ASML的最先進產品還有代差,但至少在往正確的方向走。光源方面,國內也有團隊在做EUV光源的預研。光刻膠、掩模版等配套材料和設備,國內企業也在逐步突破。
說白了,EUV光刻機不是一個"造不出來"的東西,而是一個"目前還造不出來"的東西。它的技術原理是公開的,論文隨便查,難點在于工程實現和產業鏈配套。只要持續投入,逐步攻克各個環節,總有一天能做到。
但這個"總有一天"到底是哪天?說實話,誰也說不準。樂觀的人說三五年,謹慎的人說十年以上。我覺得都別太當真,技術突破這種事,從來不是線性的,可能某個環節突然突破了,整個進度就快起來了;也可能某個環節卡住了,又要拖幾年。
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芯片這件事,說到底是一場持久戰。我們在某些環節已經有了不錯的基礎,但在最關鍵的設備上確實被人卡著脖子。這不是靠喊口號能解決的,也不是靠砸錢就能速成的。認清差距,踏實追趕,這才是正路。好消息是,我國從來不缺能吃苦、能啃硬骨頭的工程師。只要方向對了,時間站在我們這邊。
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