在中國和“外國”這zhe兩liang國guo的de較jiao量liang中zhong,究jiu竟jing哪na一yi國guo更geng占zhan上shang風feng?有you說shuo中zhong國guo吊diao打da外wai國guo,有you說shuo外wai國guo輕qing鬆song把ba中zhong國guo摁en在zai地di上shang摩mo擦ca,雙shuang方fang都dou列lie舉ju了le林lin林lin總zong總zong的de例li子zi,整zheng得de我wo們men吃chi瓜gua群qun眾zhong一yi臉lian懵meng逼bi。當dang然ran,中zhong間jian派pai肯ken定ding說shuo兩liang國guo各ge有you利li弊bi,但dan這zhe結jie論lun雖sui然ran正zheng確que卻que沒mei啥sha營ying養yang。想xiang要yao在zai中zhong外wai兩liang國guo這zhe個ge話hua題ti上shang顯xian得de有you見jian識shi,得de先xian搞gao明ming白bai啥sha是shi技ji術shu?
核心技術到底是個啥?
把技術分分類,第一類姑且叫“可山寨技術”,或者叫“純燒錢技術”,有(you)人(ren)喜(xi)歡(huan)往(wang)左(zuo)邊(bian)燒(shao),有(you)人(ren)喜(xi)歡(huan)往(wang)右(you)邊(bian)燒(shao),於(yu)是(shi)就(jiu)燒(shao)出(chu)了(le)不(bu)同(tong)的(de)應(ying)用(yong)技(ji)術(shu)。這(zhe)本(ben)質(zhi)上(shang)是(shi)用(yong)舊(jiu)技(ji)術(shu)整(zheng)合(he)出(chu)新(xin)玩(wan)意(yi)兒(er),比(bi)如(ru),美(mei)帝(di)登(deng)月(yue)的(de)土(tu)星(xing)五(wu)號(hao),土(tu)工(gong)的(de)跨(kua)海(hai)大(da)橋(qiao),小(xiao)胡(hu)子(zi)的(de)鼠(shu)式(shi)坦(tan)克(ke),甚(shen)至(zhi)包(bao)括(kuo)中(zhong)國(guo)長(chang)城(cheng)和(he)埃(ai)及(ji)金(jin)字(zi)塔(ta)。打(da)個(ge)比(bi)方(fang),這(zhe)有(you)點(dian)像(xiang)吉(ji)尼(ni)斯(si)紀(ji)錄(lu):最長的頭發,最長的指甲,等等……這類東西,隻要錢到位,擱誰都燒的出,關鍵看有沒有需求,所以這些也可以叫應用技術。

比如這種架橋機,幾個工業大國都能搞,但搞出來隻能當玩具,隻有土工搞出來才賺錢。
tugongfajiahou,bengfachuhailiangxuqiu,tuidonggezhongshaoqiandeyingyongjishujingpen,zhuanleqianyoukeyizizibujuandiwanshangezhongxijie,yushi,keyibuchuiniudeshuo,zhongguodeyingyongjishuyijinghezhenggewaiguopingqipingzuo。
第二類技術暫且叫“不可山寨技術”,或者叫“燒錢燒時間技術”,任何牛逼設備,你拚命往細拆,最終發現都是材料技術。
做材料和做菜差不多,番茄炒蛋的成分可以告訴你,但你做的菜就是沒我做的好吃,這就是核心技術。 除了生物醫學之外,核心技術說到底就是材料技術。看一串例子:
發(fa)動(dong)機(ji),工(gong)業(ye)皇(huang)冠(guan)上(shang)的(de)明(ming)珠(zhu),是(shi)土(tu)工(gong)最(zui)遭(zao)人(ren)詬(gou)病(bing)的(de)短(duan)板(ban)。其(qi)核(he)心(xin)技(ji)術(shu)說(shuo)白(bai)了(le)就(jiu)是(shi)渦(wo)輪(lun)葉(ye)片(pian)不(bu)夠(gou)結(jie)實(shi),油(you)門(men)踩(cai)狠(hen)了(le)就(jiu)得(de)散(san)架(jia),無(wu)論(lun)是(shi)航(hang)天(tian)發(fa)動(dong)機(ji)、航空發動機、燃氣輪機,隻要帶個“機”字,土工腰杆都有點軟。
材料技術除了燒錢、燒時間,有時還要點運氣。還是以發動機為例:金屬錸,這玩意兒和鎳混一混,做出的渦輪葉片吊炸天,錸的全球探明儲量大約2500噸,主要分布在歐美,70%用來做發動機渦輪葉片,這種戰略物資,妥妥被美帝禁運。前幾年在陝西發現一個儲量176噸的錸礦,可把土工樂的,馬上拚了老命燒錢,這幾年苦逼生活才有了起色。

稀土永磁體,就是用稀土做的磁鐵,能一直保持磁性,用處大大的。高品位稀土礦大多分布在中國,所以和“磁”相關的技術,土工比美帝還能嘚瑟,比如核聚變、太空暗物質探測等。據說,土工前幾年也對美帝禁運,逼得美帝拿錸交換,外加陝西安徽刨出來的那點錸,J20的發動機才算有些眉目。

作為“工業之母”的(de)高(gao)端(duan)機(ji)床(chuang),土(tu)工(gong)基(ji)本(ben)和(he)男(nan)國(guo)足(zu)一(yi)個(ge)水(shui)平(ping),隻(zhi)能(neng)仰(yang)望(wang)日(ri)本(ben)德(de)國(guo)瑞(rui)士(shi)。材(cai)料(liao)是(shi)最(zui)大(da)的(de)限(xian)製(zhi)之(zhi)一(yi),比(bi)如(ru),高(gao)速(su)加(jia)工(gong)時(shi),主(zhu)軸(zhou)和(he)軸(zhou)承(cheng)摩(mo)擦(ca)產(chan)生(sheng)熱(re)變(bian)形(xing),導(dao)致(zhi)主(zhu)軸(zhou)抬(tai)升(sheng)和(he)傾(qing)斜(xie),還(hai)有(you)刀(dao)具(ju)磨(mo)損(sun),等(deng)等(deng),所(suo)以(yi)對(dui)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)極(ji)高(gao)的(de)活(huo),土(tu)工(gong)還(hai)是(shi)望(wang)“洋”興歎。

光學晶體,土工的部分產品還能對美帝實施禁運,所以和光相關的技術都不弱,比如激光武器、量子通信。氣動外形,得益於錢學森那輩人的積澱,與之相關的技術也是杠杠的。

如果我們繼續羅列,就會發現,應用寬泛的基礎性材料,中國還是落後外國,應用相對較窄的細分領域,中國逐漸領跑。
小盆友們坐端正,重點來了!這種關鍵核心材料,全球總共約130種,也就是說,隻要你有了這130種材料,就可以組裝出世界上已有的任何設備,進而生產出已有的任何東西。
人類的核心科技,某種程度上說,指的就是這130種材料,其中32%國內完全空白,52%依賴進口,在高端機床、火箭、大飛機、發動機等尖端領域比例更懸殊,零件雖然實現了國產,但生產零件的設備95%依賴進口。這些可不是陳芝麻爛穀子的事情,而是工信部2018年7月發布的數據,還新鮮著呢。
核心材料技術,說一句“外國仍把中國摁在地上”,一點都不過分。這其實很容易理解,畢竟發家時間不長,而材料技術不但要燒錢,更要燒時間。
這裏得強調一下,應用技術並不比核心技術不重要,它需要資金、需求和社會實際情況的結合,雖然外國有能力燒,但也許一輩子都沒機會燒。這兒肯定有人抬杠了:人家隻是不願意燒,不然分分鍾秒殺你!嗬嗬,如果強行燒錢,後果參照老毛子。
磨嘰半天,該回正題了,半導體芯片之所以難,是因為它不但涉及海量燒錢的應用技術,還有眾多燒錢燒時間的材料技術。為了便於小盆友理解,這話得從原理說起。
芯片原理和量子力學
很多文盲覺得量子力學隻是一個數學遊戲,沒有應用價值,嗬嗬,下麵咱給計算機芯片尋個祖宗,請看示範:
導體,咱能理解,絕緣體,咱也能理解,小盆友們第一次被物理整懵的,怕是半導體了,所以先替各位的物理老師把這債還上。
原子組成固體時,會有很多相同的電子混到一起,但量子力學認為,2個(ge)相(xiang)同(tong)電(dian)子(zi)沒(mei)法(fa)待(dai)在(zai)一(yi)個(ge)軌(gui)道(dao)上(shang),於(yu)是(shi),為(wei)了(le)讓(rang)這(zhe)些(xie)電(dian)子(zi)不(bu)在(zai)一(yi)個(ge)軌(gui)道(dao)上(shang)打(da)架(jia),很(hen)多(duo)軌(gui)道(dao)就(jiu)分(fen)裂(lie)成(cheng)了(le)好(hao)幾(ji)個(ge)軌(gui)道(dao),這(zhe)麼(me)多(duo)軌(gui)道(dao)擠(ji)在(zai)一(yi)起(qi),不(bu)小(xiao)心(xin)挨(ai)得(de)近(jin)了(le),就(jiu)變(bian)成(cheng)了(le)寬(kuan)寬(kuan)的(de)大(da)軌(gui)道(dao)。這(zhe)種(zhong)由(you)很(hen)多(duo)細(xi)軌(gui)道(dao)擠(ji)在(zai)一(yi)起(qi)變(bian)成(cheng)的(de)寬(kuan)軌(gui)道(dao)就(jiu)叫(jiao)能(neng)帶(dai)。
有(you)些(xie)寬(kuan)軌(gui)道(dao)擠(ji)滿(man)了(le)電(dian)子(zi),電(dian)子(zi)就(jiu)沒(mei)法(fa)移(yi)動(dong),有(you)些(xie)寬(kuan)軌(gui)道(dao)空(kong)曠(kuang)的(de)很(hen),電(dian)子(zi)就(jiu)可(ke)自(zi)由(you)移(yi)動(dong)。電(dian)子(zi)能(neng)移(yi)動(dong),宏(hong)觀(guan)上(shang)表(biao)現(xian)為(wei)導(dao)電(dian),反(fan)過(guo)來(lai),電(dian)子(zi)動(dong)不(bu)了(le)就(jiu)不(bu)能(neng)導(dao)電(dian)。
好了,我們把事情說得簡單一點,不提“價帶、滿帶、禁帶、導帶”的概念,準備圈重點!
有(you)些(xie)滿(man)軌(gui)道(dao)和(he)空(kong)軌(gui)道(dao)挨(ai)的(de)太(tai)近(jin),電(dian)子(zi)可(ke)以(yi)毫(hao)不(bu)費(fei)力(li)從(cong)滿(man)軌(gui)道(dao)跑(pao)到(dao)空(kong)軌(gui)道(dao)上(shang),於(yu)是(shi)就(jiu)能(neng)自(zi)由(you)移(yi)動(dong),這(zhe)就(jiu)是(shi)導(dao)體(ti)。一(yi)價(jia)金(jin)屬(shu)的(de)導(dao)電(dian)原(yuan)理(li)稍(shao)有(you)不(bu)同(tong)。
但很多時候兩條寬軌道之間是有空隙的,電子單靠自己是跨不過去的,也就不導電了。但如果空隙的寬度在5ev之內,給電子加個額外能量,也能跨到空軌道上,跨過去就能自由移動,也就是導電。這種空隙寬度不超過5ev的固體,有時能導電有時不能導電,所以叫半導體。
如果空隙超過5ev,那基本就得歇菜,正常情況下電子是跨不過去的,這就是絕緣體。當然,如果是能量足夠大的話,別說5ev的空隙,50ev都照樣跑過去,比如高壓電擊穿空氣。
到這,由量子力學發展出的能帶理論就差不多成型了,能帶理論係統地解釋了導體、絕緣體和半導體的本質區別,即,取決於滿軌道和空軌道之間的間隙,學術點說,取決於價帶和導帶之間的禁帶寬度。

半導體離芯片原理還很遙遠,別急。
很明顯,像導體這種直男沒啥可折騰的,所以導線到了今天仍然是銅線,技術上沒有任何進展,絕緣體的命運也差不多。
半導體這種曖曖昧昧的性格最容易搞事情,所以與電子設備相關的產業基本都屬於半導體產業,如芯片、雷達。
下麵有點燒腦細胞。
基於一些簡單的原因,科學家用矽作為半導體的基礎材料。矽的外層有4個電子,假設某個固體由100個矽原子組成,那麼它的滿軌道就擠滿了400個電子。這時,用10個硼原子取代其中10個矽原子,而硼這類三價元素外層隻有3個電子,所以這塊固體的滿軌道就有了10個空位。這就相當於在擠滿人的公交車上騰出了幾個空位子,為電子的移動提供了條件。這叫P型半導體。
同理,如果用10個磷原子取代10個矽原子,磷這類五價元素外層有5個電子,因此滿軌道上反而又多出了10個電子。相當於擠滿人的公交車外麵又掛了10個人,這些人非常容易脫離公交車,這叫N型半導體。
現在把PN這兩種半導體麵對麵放一起會咋樣?不用想也知道,N型那些額外的電子必然是跑到P型那些空位上去了,一直到電場平衡為止,這就是大名鼎鼎的“PN結”。(動圖來自《科學網》張雲的博文)

這時候再加個正向的電壓,N型半導體那些額外的電子就會源源不斷跑到P型半導體的空位上,電子的移動就是電流,這時的PN結就是導電的。

如果加個反向的電壓呢?從P型半導體那裏再抽電子到N型半導體,而N型早已掛滿了額外的電子,多出來的電子不斷增強電場,直至抵消外加的電壓,電子就不再繼續移動,此時PN結就是不導電的。

當然,實際上還是會有微弱的電子移動,但和正向電流相比可忽略不計。

如果你已經被整暈了,沒關係,用大白話總結一下:PN結具有單向導電性。
好了,我們現在已經有了單向導電的PN結,然後呢?把PN結兩端接上導線,就是二極管:

有了二極管,隨手搭個電路:

三角形代表二極管,箭頭方向表示電流可通過的方向,AB是輸入端,F是輸出端。如果A不加電壓,電流就會順著A那條線流出,F端就沒了電壓;如果AB同時加電壓,電流就會被堵在二極管的另一頭,F端也就有了電壓。假設把有電壓看作1,沒電壓看作0,那麼隻有從AB端同時輸入1,F端才會輸出1,這就是“與門電路”,
同理,把電路改成這樣,那麼隻要AB有一個輸入1,F端就會輸出1,這叫“或門電路”:

現在有了這些基本的邏輯門電路,離芯片就不遠了。你可以設計出一種電路,它的功能是,把一串1和0,變成另一串1和0。
簡單舉個例子,給第二個和第四個輸入端加電壓,相當於輸出0101,經過特定的電路,輸出端可以變成1010,即第一個和第三個輸出端有電壓。

我們來玩個稍微複雜一點的局:

左邊有8個輸入端,右邊有7個輸出端,每個輸出端對應一個發光管。從左邊輸入一串信號:00000101,經過中間一堆的電路,使得右邊輸出另一串信號:1011011。1代表有電壓,0代表無電壓,有電壓就可以點亮對應的發光管,即7個發光管點亮了5個,於是,就得到了一個數字“5”,如上圖所示。
終於,我們已經搞定了數字是如何顯示的!如果你想進行1+1的加法運算,其電路的複雜程度就已經超過了99%的人的智商了,即便本僧親自出手,設計電路的運算能力也抵不過一副算盤。
直到有一天,有人用18000隻電子管,6000個開關,7000隻電阻,10000隻電容,50萬條線組成了一個超級複雜的電路,誕生了人類第一台計算機,重達30噸,運算能力5000次/秒,還不及現在手持計算器的十分之一。不知道當時的工程師為了安裝這堆電路,腦子抽筋了多少回。

接下來的思路就簡單了,如何把這30噸東西,集成到指甲那麼大的地方上呢?這就是芯片。
芯片製造與中國技術
為了把30噸的運算電路縮小,工程師們把多餘的東西全扔了,直接在矽片上製作PN結和電路。下麵從矽片出發,說說芯片的製作過程和中國所處的水平。
第一:矽

把(ba)這(zhe)玩(wan)意(yi)兒(er)氯(lv)化(hua)了(le)再(zai)蒸(zheng)餾(liu),可(ke)以(yi)得(de)到(dao)純(chun)度(du)很(hen)高(gao)的(de)矽(gui),切(qie)成(cheng)片(pian)就(jiu)是(shi)我(wo)們(men)想(xiang)要(yao)的(de)矽(gui)片(pian)。矽(gui)的(de)評(ping)判(pan)指(zhi)標(biao)就(jiu)是(shi)純(chun)度(du),你(ni)想(xiang)想(xiang),如(ru)果(guo)矽(gui)裏(li)有(you)一(yi)堆(dui)雜(za)質(zhi),那(na)電(dian)子(zi)就(jiu)別(bie)想(xiang)在(zai)滿(man)軌(gui)道(dao)和(he)空(kong)軌(gui)道(dao)之(zhi)間(jian)跑(pao)順(shun)暢(chang)。
太陽能級高純矽要求99.9999%,這玩意兒全世界超過一半是中國產的,早被玩成了白菜價。芯片用的電子級高純矽要求99.999999999%(別數了,11個9),幾乎全賴進口,直到2018年江蘇的鑫華公司才實現量產,目前年產0.5萬噸,而中國一年進口15萬噸。
難得的是,鑫華的高純矽出口到了半導體強國韓國,品質應該還不錯。不過,30%的製造設備還得進口……
高純矽的傳統霸主依然是德國Wacker和美國Hemlock(美日合資),中國任重而道遠。
第二:晶圓
矽提純時需要旋轉,成品就長這樣:

所以切片後的矽片也是圓的,因此就叫“晶圓”。這詞是不是已經有點耳熟了?

切好之後,就要在晶圓上把成千上萬的電路裝起來的,幹這活的就叫“晶圓廠”。各位拍腦袋想想,以目前人類的技術,怎樣才能完成這種操作?
用原子操縱術?想多了,朋友!等你練成禦劍飛行的時候,人類還不見得能操縱一個一個原子組成各種器件。晶圓加工的過程有點繁瑣。
首shou先xian在zai晶jing圓yuan上shang塗tu一yi層ceng感gan光guang材cai料liao,這zhe材cai料liao見jian光guang就jiu融rong化hua,那na光guang從cong哪na裏li來lai?光guang刻ke機ji,可ke以yi用yong非fei常chang精jing準zhun的de光guang線xian,在zai感gan光guang材cai料liao上shang刻ke出chu圖tu案an,讓rang底di下xia的de晶jing圓yuan裸luo露lu出chu來lai。然ran後hou,用yong等deng離li子zi體ti這zhe類lei東dong西xi衝chong刷shua,裸luo露lu的de晶jing圓yuan就jiu會hui被bei刻ke出chu很hen多duo溝gou槽cao,這zhe套tao設she備bei就jiu叫jiao刻ke蝕shi機ji。在zai溝gou槽cao裏li摻chan入ru磷lin元yuan素su,就jiu得de到dao了le一yi堆duiN型半導體。
完成之後,清洗幹淨,重新塗上感光材料,用光刻機刻圖,用刻蝕機刻溝槽,再撒上硼,就有了P型半導體。
實際過程更加繁瑣,大致原理就是這麼回事。有點像3D打印,把導線和其他器件一點點一層層裝進去。

這塊晶圓上的小方塊就是芯片。芯片放大了看就是成堆成堆的電路,這些電路並不比那台30噸計算機的電路高明,最底層都是簡單的門電路。隻是采用了更多的器件,組成了更龐大的電路,運算性能自然就提高了。
據說這就是一個與非門電路:

提個問題:為啥不把芯片做的更大一點呢?這樣不就可以安裝更多電路了嗎?性能不就趕上外國了嘛?
這個問題很有意思,答案出奇簡單:錢!一塊300mm直徑的晶圓,16nm工藝可以做出100塊芯片,10nm工藝可以做出210塊芯片,於是價格就便宜了一半,在市場上就能死死摁住競爭對手,賺了錢又可以做更多研發,差距就這麼拉開了。
說個題外話,中國軍用芯片基本實現了自給自足,因為咱不計較錢嘛!keyibaxinpianzuodedadade。lingwai,yuedadeguipianyudaozazhidegailvyueda,suoyixinpianyuedaliangpinlvyuedi。zongdelaishuo,daxinpiandechengbenyuanyuangaoyuxiaoxinpian,buguoduijunfanglaishuo,zhedoubujiaoshier。

可別把“龍芯”和“漢芯”混為一談
第三:設計與製造
用數以億計的器件組成如此龐大的電路,想想就頭皮發麻,所以芯片的設計異常重要,重要到了和材料技術相提並論的地步。
一個路口紅綠燈設置不合理,就可能導致大片堵車。電子在芯片上跑來跑去,稍微有個PN結出問題,電子同樣會堵車。這種精巧的線路設計,隻有一種辦法可以檢驗,那就是:用!大量大量的用!現在知道芯片成本的重要性了吧,因為你不會多花錢去買一台性能相同的電腦,而芯片企業沒了市場份額,很容易陷入惡性循環。
正因為如此,芯片設計不光要燒錢,也需要時間沉澱,屬於“燒錢燒時間”的核心技術。既然是核心技術,自然就會發展出獨立的公司,所以芯片公司有三類:設計製造都做、隻做設計、隻做製造。
半導體是台灣少有的仍領先大陸的技術了,基於兩岸實質上的分治狀態,所以中國大陸和台灣暫且分開表述。
早期的設計製造都是一塊兒做的,最有名的:美國英特爾、韓國三星、日本東芝、意大利法國的意法半導體;中國大陸的:華潤微電子、士蘭微;中國台灣的:旺宏電子等。
外國、台灣、大陸三方,最落後的就是大陸,產品多集中在家電遙控器之類的低端領域,手機、電腦這些高端芯片幾乎空白!

後來隨著芯片越來越複雜,設計與製造就分開了,有些公司隻設計,成了純粹的芯片設計公司。如,美國的高通、博通、AMD,中國台灣的聯發科,大陸的華為海思、展訊等。
挨個點評幾句。
大名鼎鼎的高通就不多說了,世界上一半手機裝的是高通芯片;博通是蘋果手機的芯片供應商,手機芯片排第二毫無懸念;AMD和英特爾基本把電腦芯片包場了。這些全是美國公司,世界霸主真不是吹的。
台灣聯發科走的中低端路線,手機芯片的市場份額排第三,很多國產手機都用,比如小米、OPPO、魅族。不過最近被高通幹的有點慘,銷量連連下跌。
華(hua)為(wei)海(hai)思(si)是(shi)最(zui)爭(zheng)氣(qi)的(de),大(da)家(jia)肯(ken)定(ding)看(kan)過(guo)很(hen)多(duo)故(gu)事(shi)了(le),不(bu)展(zhan)開(kai)。除(chu)了(le)通(tong)信(xin)芯(xin)片(pian),海(hai)思(si)也(ye)做(zuo)手(shou)機(ji)用(yong)的(de)麒(qi)麟(lin)芯(xin)片(pian),市(shi)場(chang)份(fen)額(e)隨(sui)著(zhe)華(hua)為(wei)手(shou)機(ji)的(de)增(zeng)長(chang)排(pai)進(jin)了(le)前(qian)五(wu)。個(ge)人(ren)切(qie)身(shen)體(ti)會(hui),海(hai)思(si)芯(xin)片(pian)的(de)進(jin)步(bu)真(zhen)的(de)相(xiang)當(dang)不(bu)錯(cuo)(這一波廣告,不收華為一分錢)。
展(zhan)訊(xun)是(shi)清(qing)華(hua)大(da)學(xue)的(de)校(xiao)辦(ban)企(qi)業(ye),比(bi)較(jiao)早(zao)的(de)大(da)陸(lu)芯(xin)片(pian)企(qi)業(ye),畢(bi)竟(jing)不(bu)能(neng)被(bei)人(ren)剃(ti)光(guang)頭(tou)吧(ba),硬(ying)著(zhe)頭(tou)皮(pi)上(shang),走(zou)的(de)是(shi)低(di)端(duan)路(lu)線(xian)。前(qian)段(duan)時(shi)間(jian)傳(chuan)出(chu)了(le)不(bu)少(shao)危(wei)機(ji),後(hou)來(lai)又(you)說(shuo)是(shi)變(bian)革(ge)的(de)開(kai)始(shi),過(guo)的(de)很(hen)不(bu)容(rong)易(yi),和(he)世(shi)界(jie)巨(ju)頭(tou)相(xiang)差(cha)甚(shen)多(duo)。
大陸還有一批芯片設計企業,晨星半導體、聯詠科技、瑞昱半導體等,都是台灣老大哥的子公司,產品應用於電視、便攜式電子產品等領域,還挺滋潤。
在大陸的芯片設計公司,台灣頂住了大半邊天!

還有一類隻製造、不設計的晶圓代工廠,這必須得先說台灣的台積電。正是台積電的出現,才把芯片的設計和製造分開了。2017年台積電包下了全世界晶圓代工業務的56%,規模和技術均列全球第一,市值甚至超過了英特爾,成為全球第一半導體企業。
晶圓代工廠又是台灣老大哥的天下,除了台積電這個巨無霸,台灣還有聯華電子、力晶半導體等等,連美國韓國都得靠邊站。
大da陸lu最zui大da的de代dai工gong廠chang是shi中zhong芯xin國guo際ji,還hai有you上shang海hai華hua力li微wei電dian子zi也ye還hai不bu錯cuo,但dan技ji術shu和he規gui模mo都dou遠yuan不bu及ji台tai灣wan。不bu過guo受shou製zhi於yu台tai灣wan詭gui譎jue的de社she會hui現xian狀zhuang,台tai積ji電dian開kai始shi布bu局ju大da陸lu,落luo戶hu南nan京jing。這zhe幾ji年nian台tai資zi、外企瘋狂在大陸建晶圓代工廠,這架勢和當年合資汽車有的一拚。

大陸的中芯國際具備28nm工藝,14nm的生產線也在路上,可惜還沒盈利。大家還是願意把這活交給台積電,台積電幾乎拿下了全球70%的28nm以下代工業務。
美國、韓國、台灣已具備10nm的加工能力,最近幾個月台積電剛剛上線了7nm工藝,穩穩壓過三星,首批客戶就是華為的麒麟980芯片。這倆哥們兒早就是老搭檔了,華為設計芯片,台積電加工芯片。
說shuo真zhen的de,如ru果guo大da陸lu能neng整zheng合he台tai灣wan的de半ban導dao體ti產chan業ye,並bing利li用yong靈ling活huo的de政zheng策ce和he龐pang大da的de市shi場chang促cu進jin其qi進jin一yi步bu升sheng級ji,土tu工gong追zhui趕gan美mei帝di的de步bu伐fa至zhi少shao輕qing鬆song一yi半ban。現xian在zai嘛ma,大da陸lu任ren重zhong而er道dao遠yuan呐na!

第四:核心設備
芯片良品率取決於晶圓廠整體水平,但加工精度完全取決於核心設備,就是前麵提到的“光刻機”。
光刻機,荷蘭阿斯麥公司(ASML)橫掃天下!不好意思,產量還不高,你們慢慢等著吧!無論是台積電、三星,還是英特爾,誰先買到阿斯麥的光刻機,誰就能率先具備7nm工藝。沒辦法,就是這麼強大!

日本的尼康和佳能也做光刻機,但技術遠不如阿斯麥,這幾年被阿斯麥打得找不到北,隻能在低端市場搶份額。
阿斯麥是唯一的高端光刻機生產商,每台售價至少1億美金,2017年隻生產了12台,2018年預計能產24台,這些都已經被台積電三星英特爾搶完了,2019年預測有40台,其中一台是給咱們的中芯國際。
既然這麼重要,咱不能多出點錢嗎?第一:英特爾有阿斯麥15%的股份,台積電有5%,三星有3%,有些時候吧,錢不是萬能的。第二,美帝整了個《瓦森納協定》,敏感技術不能賣,中國、朝鮮、伊朗、利比亞均是被限製國家。
有意思的是,2009年上海微電子的90納米光刻機研製成功(核心部件進口),2010年美帝允許90nm以上設備銷售給中國,後來中國開始攻關65nm光刻機,2015年美帝允許65nm以上設備銷售給中國,再後來美帝開始管不住小弟了,中芯國際才有機會去撿漏一台高端機。
不過咱也不用氣餒,咱隨便一家房地產公司,銷售額輕鬆秒殺阿斯麥,哦耶!

重要性僅次於光刻機的刻蝕機,中國的狀況要好很多,16nm刻蝕機已經量產運行,7-10nm刻蝕機也在路上了,所以美帝很貼心的解除了對中國刻蝕機的封鎖。
在晶圓上注入硼磷等元素要用到“離子注入機”,2017年8月終於有了第一台國產商用機,水平先不提了。離子注入機70%的市場份額是美國應用材料公司的。塗感光材料得用“塗膠顯影機”,日本東京電子公司拿走了90%的市場份額。即便是光刻膠這些輔助材料,也幾乎被日本信越、美國陶氏等壟斷。

2015年至2020年,國內半導體產業計劃投資650億美元,其中設備投資500億美元,再其中480億美元用於購買進口設備。
算下來,這幾年中國年均投入130億,而英特爾一家公司的研發投入就超過130億美元。
論半導體設備,中國,任無比重、道無比遠啊!
第五:封測
芯片做好後,得從晶圓上切下來,接上導線,裝上外殼,順便還得測試,這就叫封測。
封測又又又是台灣老大哥的天下,排名世界第一的日月光,後麵還跟著一堆實力不俗的小弟:矽品、力成、南茂、欣邦、京元電子。
大陸的三大封測巨頭,長電科技、華天科技、通富微電,混的都還不錯,畢竟隻是芯片產業的末端,技術含量不高。
中國芯
說起中國芯片,不得不提“漢芯事件”。2003nianshanghaijiaotongdaxueweidianzixueyuanyuanchangchenjinjiaoshoucongmeiguomaihuixinpian,modiaoyuanyoubiaoji,zuoweizizhuyanfachengguo,pianquwushuzijinherongyu,xiaohaodaliangshehuiziyuan,yingxiangzhieliekeweikongqian!以致於很長一段時間,科研圈談芯色變,嚴重幹擾了芯片行業的正常發展。

矽原料、芯片設計、晶圓加工、封測,以及相關的半導體設備,絕大部分領域中國還是處於“任重而道遠”的狀態,那這種懵逼狀態還得持續多久呢?根據“燒錢燒時間”理論,掐指算算,大約是2030年吧!國務院印發的《集成電路產業發展綱要》明確提出,2030年集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平,一批企業進入國際第一梯隊,產業實現跨越式發展。
當前,中國芯片的總體水平差不多處在剛剛實現零突破的階段,雖然市場份額微乎其微,但每個領域都參了一腳,前景還是可期待的。

極限
文wen末mo,習xi慣guan性xing抱bao怨yuan一yi下xia人ren類lei科ke技ji的de幼you稚zhi。芯xin片pian,作zuo為wei大da夥huo削xue尖jian腦nao袋dai能neng達da到dao的de最zui高gao科ke技ji水shui準zhun,其qi基ji礎chu的de能neng帶dai理li論lun竟jing然ran隻zhi是shi個ge近jin似si理li論lun,電dian子zi的de行xing為wei仍reng然ran沒mei法fa精jing確que計ji算suan。再zai往wang大da了le說shuo,別bie看kan現xian在zai的de技ji術shu紛fen繁fan複fu雜za,其qi實shi就jiu是shi玩wan玩wan電dian子zi而er已yi,至zhi於yu其qi他ta幾ji百bai種zhong粒li子zi,還hai完wan全quan不bu知zhi道dao怎zen麼me玩wan!
芯片加工精度已經到了7nm,雖然三星吹牛說要燒到3nm,可那又如何?你還能繼續燒嗎?1nm差不多就是幾個原子而已,量子效應非常顯著,近似理論就不好使了,電子的行為更加難以預測,半導體行業就得在這兒歇菜。
燒錢也好,燒時間也罷,燒到盡頭就是理論物理。基礎科學除了燒錢燒時間,還得燒人,燒的異常慘烈,100個高智商,99個都是墊腳石!工程師可以半道出家,但物理學家必須科班出身,基礎科學在中國被忽視了五千多年,如今每年填報熱度還不如耍戲的。
不能光折騰電子了,為了把中微子也用起來,咱趕緊忽悠,哎,不對,是呼籲更多孩子學基礎科學吧!