看了这个问题,感觉题主眼中的芯片制造和生产家电类似,有了世界先进水平的光刻机和刻蚀机,一按按钮,先进的芯片就生产出来了。实话实说,这是对芯片制造难度的误解。
一枚先进半导体芯片的诞生,要经历四个阶段:设计、制造、检测和封装,每一个阶段出现短板,都会拉低芯片性能。这其中,芯片检测和封装技术难度最低,目前我国已经掌握。
我国在高性能先进芯片上,缺少内核原创设计
但在高性能先进芯片设计上,我国同样存在短板。看到这里,有人会问,我们不是有华为海思这样的先进芯片设计公司吗,麒麟980已经和高通骁龙平起平坐,开始追赶苹果A系列芯片了,还能说有短板?
真的有。麒麟芯片中的CPU、GPU采用的是ARM的公版内核,也就是买的IP核授权,然后华为将它们和NPU、ISP、基带芯片等集成到一起,这就是麒麟系列芯片。可以看出,海思目前还不能做CPU、GPU内核的原创设计。
海思尚且如此,其它实力逊色一筹的芯片设计公司就更不用说了。
与英特尔、AMD等传统芯片商自己设计原创内核不同,海思的设计模式和高通、三星、联发科一样,都是从ARM购买设计好的CPU或GPU内核,然后做集成设计。能力强的,可以修改调整内核的逻辑电路模块,俗称“魔改”;省事的话,直接购买公版。“Mali"是ARM的GPU内核品牌,”Cortex-A"是ARM的CPU内核品牌,凡出现这两个品牌名,即可认为该芯片采用了ARM的公版内核设计。
可以说,缺少CPU和GPU的内核原创设计,是影响我国高性能先进芯片的最大障碍。
离最先进的芯片制造工艺还有四代差距
目前国内最先进的芯片制造厂是中芯国际,其最先进而且已经量产的制程工艺是14nm,12nm工艺制程的研发取得了突破,但与台积电的差距依然不小。
台积电目前量产的制程工艺是7nm,已经运用到苹果A12、骁龙855、麒麟980等芯片上,明年将导入5nm制程工艺。
中芯国际和台积电差着12nm、10nm、7nm、5nm,有着四代差距。这四代工艺制程差距,不是靠先进的设备可以一下弥补的。
芯片的制造技术主要有3大类:组件技术、集成技术和批量生产技术。这三大类技术对应芯片制造的两个阶段:研发和正式量产。
组件技术是指芯片制造工序的最小单位的工艺技术,包括成膜、光刻、蚀刻、抛光、离子注入、清洁等数十道工艺技术,而每一道工艺技术就称为一个组件技术。简单说就是,一个组件技术就是一道工序,这几十道工序必须无差错才能制造出合格的芯片,而光刻机和蚀刻机不过是负责数十道工序中的两道而已。
将这几十道工序结合到一起,构建出一整套工艺流程的技术,叫芯片制造的集成技术。组件技术和集成技术研发成功后,会进入下一个阶段:批量生产技术。只有这三大技术完成,芯片制造工艺的研发才算大功告成。
对芯片制造厂来说,先进设备只是关键的一环,不是全部,实际上,人才才是最关键的因素。人才的短缺,使得国产芯片制造厂即使得到先进制造设备,也难以制造出先进芯片。
左一为梁孟松。梁孟松加入中芯国际后,创造298天让中芯国际研发成功14nm工艺制程的记录。
说到人才,就不得不说中芯国际联席首席执行官梁孟松。梁孟松被业界称为芯片狂人,早年离开台积电加盟三星半导体后,让三星在制程工艺上实现了对台积电的反超。
国产芯片制造厂除缺乏梁孟松这样的大牛外,也缺乏能蹲生产线的工程师。这个缺口在未来估计有40万人。
说一千道一万,芯片制造是一个复杂的系统工程,需要每个环节都消除短板,不同于好莱坞电影中一两个超级英雄就能拯救世界,因此仅有先进的光刻机和蚀刻机是远远不够的。