中国芯片技术为什么落后(为什么我国芯片技术差)

近几十年来,中国在各个领域的科学技术可以说是从落后开始突然猛进的发展。不仅如此,在诸多领域当中,中国的科技有许多属于后来居上,成为世界领先的技术,比如:盾构机,高铁技术,特高压技术和5G技术等等。

中国芯片技术为什么落后(为什么我国芯片技术差)

在军工领域,上世纪60、70年代,中国的科学家研发出了“两弹一星”,这里“两弹一星”指的是氢弹、原子弹、导弹和卫星。如果我们要给现在全球各国的科技水平排个序,那美国由于先发优势很明显,靠着家底位居全球第一,而中国大概率是仅次于美国的存在,已经跻身世界前列。那么问题来了,既然中国攻克了大量的难题,可是为什么偏偏在芯片技术上落后一大截呢?

中国芯片技术为什么落后(为什么我国芯片技术差)

芯片技术

芯片制造被认为是现代工业技术领域的皇冠,它属于精密制造,精密到程度超过了一般人的想象。

现在前沿的芯片制造技术已经是在纳米级进行操作,所谓的“纳米”是米的10万亿分之一,这尺度大概就是一个原子大小的十倍。我们常听新闻里说到“5纳米芯片”,“7纳米芯片”指的是芯片中的“栅极厚度”, 你可以简单粗暴地把“栅极”理解是控制一个物理栅的开关。

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说白了,芯片制造技术就是一项最精密的工业制造技术。现在国内的芯片中,华为设计并由台积电制造的麒麟9000芯片是最高端的手机芯片,它是5毫米芯片,在一颗小小的芯片,就有153亿个晶体管。

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不过,精密制造只是制造芯片的难度之一,制造芯片更难的在于“积累”。芯片技术本质上更像是在搭积木,这意味着当我们要向上搭,就需要依靠下面的“积累”,不可能凭空造出一个空中楼阁。这个“积累”体现在制造芯片的各个步骤上。

如果要制造一颗芯片,从头到尾需要上百道工序,甚至可能是上千道工序,在这些工序中需要用到几十门学科的前沿知识,需要用到制造设备也非常多,其中就有精密光学仪器,精密化工仪器,精密机床等等。制造芯片大体上可以分为三个主要的步骤,分别是设计芯片,制造芯片以及封测。

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首先是设计芯片。在这个领域中,华为自主设计的麒麟芯片已经是相当厉害的,华为旗下的海思公司也凭借着麒麟芯片跻身世界前十的芯片公司。不过,要设计一枚芯片需要用到专门设计芯片的软件,也被称为EDA软件。

华为要设计麒麟芯片也要用到这款软件,我们国家在这个领域算是落后的,在这个领域领先的是2个美国公司,和1个德国公司,但是这个德国公司的总部在美国。说白了就是在这个领域,美国几乎是垄断的,只要想设计芯片,就会涉及到美国的专利,很难绕过去。

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至于制造,涉及到的技术就更多了。首先,我们需要制造晶圆,它主要是用到的是二氧化硅,要提纯出单质硅 ,听起来很简单,实际上并非如此。因为,要制作芯片所需的单质硅纯度要求非常高,起码要达到99.999999999%,如果低于这个纯度,就会导致芯片的良品率贬低。而我们国家现在还无法制造出如此高纯度的晶圆,在这方面技术领先的是日本的企业。

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晶圆还只是制造芯片的原材料,而到了制造这个步骤,就需要用到光刻机。现在全球在这个领域最顶尖是荷兰的ASML(阿斯麦)。

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这个光刻机集成了大量各领域的前沿技术,需要各领域顶尖的企业为ASML提供支持,而这些企业大多都是欧美企业,由于美国企业起步是最早的,所以这里面大量的技术专利都属于美国企业。

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但不要以为有了光刻机就可以了。制造芯片的过程是需要对机器调试的,同时还要有足够的专业性和经验。在这方面台积电是领先于全球的,他们制造出来的芯片良品率高 ,而且已经可以量产5毫米的芯片。不仅如此,随着台积电制造的芯片越多,他们所掌握的信息和经验就越多,建立起来的技术壁垒就会越高。

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芯片制造的最后一步是:封测。在这个领域,我们国家的技术并不落后,相反做得不错。不过,封测是整个环节中最简单的一个,所以并不能体现出多大的优势来。

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除了上述几个步骤之外,还有很多其他的技术。比如:制造过程中还需要光刻胶,在这个方面主要是日本企业做得最好。

中国芯片会被卡脖子?

由于制造一颗芯片都需要这些技术的加持,而这些技术大多掌握在美国手里,部分掌握在其他欧美国家和日本手里。所以,当美国宣布禁止华为等企业使用相关的技术专利时,中国芯片就会面临卡脖子的困境。而美国等国家这些技术专利是上世纪50年代到现在几十年积累起来的。

如果我们想要一口气就实现弯道超车是不太现实的。这所面临的挑战堪比之前的“两弹一星”,甚至难度上还要更高一些。

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虽然很困难,但是绕过美国的各项专利,自主研发出高性能的芯片对于中国的重要性是十分明显的。所以,再苦再难,挑战再大,付出的代价再大,我们都必须迎难而上,完成“中国芯”的设计,制造以及封测。

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