众所周知,,由于多方面原因的影响,,,2021年全球迎来了“缺芯时代”,,,芯片的短缺程度已经达到了30年来最严重的时刻。。
而我国由于受到以美国为首的西方国家的联合绞杀,,缺芯的情况尤为严重。。
中国手机界的领头羊华为,,因芯片短缺甚至卖掉了荣耀品牌中心,,,,在美国的针对下,,,,我们似乎显得很被动,,,难道有着世界加工厂之称的中国,,,就没有能力自主生产芯片吗????
事实上,,中国在芯片设计领域一直处于世界领先水平,,,就比如说华为的手机芯片,,,都是我们自行设计后交给台积电代工生产的,,其性能有目共睹,,,并不比美国生产的要差。。
那么,,,既然我国在设计芯片上没有问题,,,,为什么还是被卡住了咽喉呢???其中的关键,,就在于一种制造芯片必不可少的机器——光刻机。。。
其实芯片不过是一块具有精密线路图的硅片,,,,而如何才能将复杂的电路图复刻到硅片上,,,这就要靠光刻机了。。。。
说起来,,光刻机的工作原理与照相机有些类似,,,,在制作芯片时,,,,首先要对硅片进行处理,,,,一般是在上面涂上一层光刻胶,,,当光刻胶遇到透过模版照射的光线后,,,,暴露在紫外线下的部分,,就会发生特殊的变化。。
之后再经过填充金属物,,去除光刻胶,,,进行绝缘处理等步骤,,一块芯片就制作完成了。。
当然,,至于这块芯片是否能够达到标准,,,,还要经过精密地检测,,,,要知道,,,这其中任意一步处理过程,,,,可都是纳米级的,,所以光刻机绝对称得上人类高精尖仪器的天花板。。
提起世界上最顶尖的光刻机制造商,,非荷兰的ASML公司莫属。。
这家公司成立于1984年,,,用了三十多年的时间,,,几乎垄断了全球高端光刻机市场。。。
ASML公司的发家史众人皆知,,,但恐怕很少有人知道,,,,中国早在1977年就拥有了独立制造接触式光刻机的能力,,,,比ASML公司成立的时间还要早上7年。。。。
按说,,,中国在研制光刻机的时间上,,可是比ASML公司有优势的多,,,,可为什么后劲不足,,,,经过数十年的发展,,反而难以望其项背了呢???
第二次世界大战结束后,,,,和平和发展成为了国际社会的主题,,,,为了改变中国贫穷落后的局面,,跟上世界科技发展的步伐,,,,国家决定成立计算机科研小组,,,,由著名数学家华罗庚担任组长,,致力于电子计算机技术的研究和开发。。
到了1956年,,科研小组取得了巨大成就,,,我国首次独立制造了第一只晶体三极管,,,由此刻起,,中国正式踏足半导体领域,,开启了新的科技时代。。
经过众多科学家的不断探索和尝试,,,,中国在半导体领域取得了长足的进步,,,1965年,,在第一只三极管横空出世的9年之后,,,,中国的第一块集成电路在上海问世。。。
而要制造集成电路,,,,光刻机是必不可少的设备,,,由此我们不难推断出,,早在1965年前后,,我国就已经拥有了制造光刻机的能力。。
1977年,,,,我国更是制造出了GK-3型半自动光刻机,,这在当时绝对是站在了世界前列。。。。
在此后的数年时间里,,中国的半导体事业一路高歌猛进,,,,光刻机制造技术也跟着水涨船高。。。。
到了80年代,,,中国的半导体技术已经达到了世界先进水平,,虽然比之美国还略有不足,,,但也不再是高山仰止。。
如果按照这个势头发展下去,,,中国在光刻机制造方面,,虽不敢说赶超美国,,,,但想必差距也不会如此之大。。。。
毕竟在改革开放之前,,,中国整个半导体产业链都能够自给自足,,根本不需要进口。。。
但随着改革开放的实行,,国际市场全面放开,,大批外国企业纷纷涌入中国,,,这样一来,,许多国际上先进的设备和技术,,,,我们就可以用钱买到了。。。。
当时绝大多数企业的当家人都算了这样一笔账,,如果把投入到科研项目上的资金,,,,拿出来用于购买外国的先进设备,,,似乎更为划算一些,,毕竟当时的中国经济条件有限,,与其投入大量资金搞研发,,,费时费力,,生产出来的设备还没有人家先进,,,不如直接买现成的来用,,这样能直接形成经济效益,,,岂不美哉??
结果很多企业也就没了搞开发的动力,,,即便有一些企业依然坚持自力更生,,,但没有足够的资金注入,,妄想在光刻机领域更进一步,,,,无异于痴人说梦。。。。
于是从这时起,,,中国在光刻机领域就陷入了停摆的状态,,在随后的30年时间里,,几乎没有一点进步。。。。
就当时的国际环境来看,,,,这种“造不如买”的想法,,也不能说是错的,,毕竟快速发展经济才是中国的第一要务,,而且当时美国最大的敌人还是苏联,,,中国则是美国拉拢的目标。。
因此无论是在经济上,,还是在技术上,,美国非但没有限制我们,,,还给了我们许多支持。。。。
只不过谁也没料到的是,,美中两国的蜜月期会是如此短暂,,,,只经过了十几年时间,,,美国就翻脸不认人了。。。
1996年《瓦尔纳协定》的出炉,,,,彻底暴露了美国遏制发展中国家的真实嘴脸。。。。
该协定中规定了两大类清单的禁运内容,,,,包括先进材料、、材料处理、、电子器件、、计算机、、、、电信与信息安全、、、传感与激光、、、、导航与航空电子仪器、、船舶与海事设备、、、推进系统、、、、各类武器弹药、、、、设备及作战平台。。。。
而中国,,,,便在这禁运名单之内,,直到此时,,,中国才如梦初醒,,,,真切地体会到所谓的国际盟友根本就靠不住,,一切只能依靠自己。。。。
有了这个协定,,,,中国再想像过去一样,,,随时向发达国家购买像光刻机这样的先进设备,,就没那么容易了,,,,换句话说,,,,中国能不能买到光刻机,,,美国说了算。。。
自《瓦尔纳协定》签署至今,,,,中国还没能购买到哪怕一台高端的光刻机,,,甚至其中的零件都买不到。。
不过在整个90年代,,世界上的光刻机技术也陷入了瓶颈,,光刻光源卡在了193纳米,,,,20多年毫无进展。。
2000年,,中国幡然醒悟,,光刻机的研发再次受到了国家的重视。。。
随着越来越多的半导体科研人才从海外归来,,2002年3月,,,国家在上海成立了上海微电子装备有限公司,,致力于光刻机技术开发。。
也是在这一年,,台积电的林本坚博士终于攻破了光刻机193纳米技术难题,,,,世界光刻机技术开始一路高歌,,,,突飞猛进。。。。
中国此时则刚刚开始193纳米光刻机的开发,,,,已经远远落后于世界发达国家,,经过了10多年的努力,,,中国在光刻机技术领域已有了长足的进步,,,但直到今天,,在高端光刻机领域,,,仍然找不到中国的身影。。
按说有着世界工厂之称的中国,,,,制造业应该是比较发达的,,,,可为什么制造高端光刻机却把我们给难住了呢????
如果关注一下我国制造业的讯息,,,不难发现,,虽然在某些领域中,,,中国的制造水平能够进入世界第一梯队,,甚至能够领先世界,,,但在很多方面,,,我们依然落后于发达国家良多。。。
尤其是高端材料制造业更是中国工业的短板,,,,就拿高端光刻机中最核心、、、也是技术含量最高的零部件,,,,光学镜片和光源来说,,曾经的中国根本就没有能力制造。。。
更何况一台高端光刻机,,拥有数万甚至十几万个精密零件组成,,至今为止,,,,世界上还没有哪个国家能够独立制造高端光刻机,,,即便是ASML公司也做不到。。
ASML公司之所以能够迅速崛起,,,,与西方发达国家的支持是密不可分的,,,该公司有一条十分睿智的规定,,那就是想要获得该公司的优先供货权,,,,就必须进行投资。。
也就是说,,,世界上的发达国家或多或少都拥有ASML公司的股权,,,比如台积电,,,蔡司,,,,三星,,英特尔,,,,海士力等,,,换句话说,,,,整个西方世界都是该公司的后盾,,,据统计,,该公司每年用于科研开发的资金就超过了4亿欧元。。
即使强如ASML,,其生产的高端光刻机也有90%以上的零件来自进口,,,比如最核心部分的EUV光源来自德国和美国,,,,光学镜片来自蔡司公司,,,还有一些零件来自于日本,,我国的台湾省等。。。
可以说ASML的成功是众多世界顶级企业一起努力的结果,,所以它能够成为世界上唯一一个有能力制造7纳米EUV光刻机的公司,,,,丝毫不会让人感到意外。。。。
除了光学镜片和光源外,,,还有一种看起来不太起眼的材料,,也严重制约了我国芯片制造业的发展,,,,那就是光刻胶。。。
当然,,,光刻胶的技术含量远远比不上光学镜片和光源,,但这并不代表着它不重要。。。
光刻胶性能越好,,制造出的芯片质量越优,,,与其他高精尖零件不同的是,,,我国完全有能力制造高端光刻胶,,即使不如日本,,,,也相差不大。。
可关键是,,,,过去我国投资光刻胶生产的企业实在是太少了,,,国产的光刻胶根本无法满足中国市场的需求,,因此我国的绝大部分光刻胶都要从日本进口,,,一旦日本限制出口量,,对我国影响巨大。。。。
由此可见,,想要完全凭借本国一己之力,,,打造出一台高端光刻机有多困难,,哪怕就是在去年,,也有很多专家公开表示,,,,中国想要独立制造高端光刻机的希望不大。。。。
不过我国素来善于创造奇迹,,,,尤其是在面对来自外界的压迫时,,,,更能够爆发出让世界意想不到的力量,,,由于近几年美国对中国的制裁不断升级,,,,中国不得不加大在芯片制造领域的投资力度。。。。
随着时间的推移,,中国在光刻机的关键技术领域都取得了喜人的成绩,,,不久前中科院传出一条喜讯,,,,清华大学和联邦技术学院合作开发了一种新型粒子加速器,,通过实验证明,,,,这项技术完全可以为光刻机提供稳定可靠的EUV光源。。
无独有偶,,中科科美业同时传来喜讯,,,其研制的直线式劳埃透镜镀膜装置及纳米聚焦镜镀膜装置也于今年6月28日正式投入使用。。。
那么,,,,镀膜技术跟光刻机又有什么关系????
首先我们要了解的是,,,EUV光刻机对光学镜片的光洁度要求相当之高,,,,即表面光洁度不得超过50皮米,,,,其困难程度不亚于制造一面方圆390000平方公里的镜子。。。
中科科美的这项镀膜技术,,,不但能够实现光学镜片的光洁度,,还能实现光学镜片对光的反射、、、、分束、、、分色、、滤光以及偏振等在不同情况下的特殊要求。。
这两大核心技术的突破,,使我国在高端光刻机制造领域向前跨了一大步,,相信假以时日,,中国一定能够具备独立制造高端光刻机的能力。。。。
当然,,,,即便我们手里有了世界上最先进的光刻机,,,,也不意味着中国能在芯片制造领域一骑绝尘,,,,相比起这些硬件设备,,有着“芯片之母”之称的EDA软件则更为棘手。。。。
想要设计芯片,,,工程师离不开EDA软件,,虽然由于有能力设计芯片的公司数量有限,,造成EDA软件的市场并不是很大,,,但它却是制造芯片的第一步,,,离开EDA软件,,即使拥有世界上最先进的光刻机,,,,也不过是一推废铁而已。。。
现今世界上最大的EDA软件商有三家,,,,分别是Synopsys、、Cadence以及Mentor。。。
曾经他们垄断了超过80%的中国市场,,,,不过自从受到美国制裁后,,,中国政府越发认识到,,像这种买不到的核心技术,,,,必须进行国产取代,,才能最大限度地摆脱中国对发达国家的依赖。。。。
近年来国家和一些大型企业如华为等,,,,都在不断增加这方面的投资,,只不过想要在技术上取得突破,,,仍然任重而道远。。。。
华大九天作为国产EDA软件的老大,,其制作的软件,,,也仅仅只能实现模拟芯片设计和平板设计全流程覆盖,,,,覆盖率约为 40%。。。
此外,,,国际上最先进的EDA软件其工艺已经达到了2纳米,,,而国产软件最高端的也仅仅只有一款能够达到5纳米。。。
可以说在设计软件方面,,,发达国家已甩了我们好几条街,,,,不过可以确定的是,,华为事件发生之后,,随着国家政策的倾斜,,以及资本的关注,,,中国的EDA软件必会奋起直追,,,达到世界一流水平并不遥远。。。
总而言之,,,,以美国为首的发达国家,,之所以会联合起来对中国进行全方位的围追堵截,,恰恰是因为中国已经有了威胁他们的资格,,,发达国家尤其是美国惧怕中国进一步发展,,从而威胁到其世界霸主的地位,,,才会无所不用其极的遏制中国发展。。
美国的一套组合拳确实给中国带来了很大麻烦,,,,但这又何尝不是一个让中国优化产业结构,,,,摆脱对发达国家依赖的机会????
正所谓危机、、、、危机,,,,危中有机,,,如果中国通过这次教训,,,,能够认清现实,,未尝不能转危为机!!!