阻礙中國芯片發展的攔路虎
芯片哥向小伙伴請教一個問題:
如何發展中國的芯片?
我們都很清楚,發展國產芯片已經成為了每個人的共識。為什么?因為我們的芯片,就現階段而言,整體水平是要落后于國外的。
正所謂,在哪里跌倒,就要在哪里爬起。既然我們在芯片的領域吃過虧,那我們只能想辦法去彌補芯片領域存在的短板。
這就好比那個熟知的木桶原理,木桶能裝的水有多少,不是取決于木桶最長的木板,而是取決于木桶最短的木板。
把這個木桶原理,放到我們國產芯片行業里,那個最長的木板就是華為。
芯片
顯然,華為的芯片研發水平是代表不了我們國產芯片的整體水平的,盡管它的芯片設計能力在全球能排進前三。
既然已經知道最長的木板是華為,那最短的木板是誰呢?它又是什么呢?
按照木桶原理,找到這個問題的答案,或許就找到了阻礙中國芯片發展的攔路虎了。
01 芯片制造
現在一提到芯片制造,就會讓人不由自主的聯想到臺積電和中芯國際。這兩家公司,可以說是代表了我們國家最領先的芯片制造水平。
只可惜,相比較中芯國際,臺積電似乎不怎么聽我們中國大陸的使喚。臺積電已經成功量產了5納米的芯片制造工藝,而中芯國際就目前的芯片量產工藝水平只有14納米。
兩者的差距還有客觀存在的。
可能有小伙伴會說,這是因為臺積電擁有荷蘭ASML公司最先進的EUV光刻機,中芯國際就沒有。原因真的僅僅是這樣嗎?
EUV光刻機
芯片哥問你,中芯國際沒有荷蘭ASML公司的EUV光刻機,可能是因為受到相關的禁令影響。但其他國家和地區就沒有這樣的禁令,比如日本、印度和俄羅斯,這些國家就可以采購到EUV光刻機,為什么他們沒有發展起來芯片的制造工藝技術呢?
是因為他們對芯片沒有需求嗎?如果是這樣的話,那這些國家的手機、電視、電腦、汽車和家用電器,需要用到芯片設計制造的電子產品,全部是從國外進口的嗎?
答案顯然不是這樣的。
中芯國際與臺積電的芯片制造水平差距,這個問題出在哪里呢?是由什么引起的呢?
光刻機,固然是一個原因,但并非是全部。問題的關鍵在于人才以及相關的整個產業鏈配套。
舉例說明
制造空調,首先需要在車間搭配一條生產流水線,然后招聘合適的技術工人,再配上相應的機械設備,比如電動螺絲刀,氣壓泵,配電箱,傳送機械帶,電機控制柜,機械手臂,數控機床,光學檢測設備等等。
只給你數控機床這個核心設備,你能制造出來空調嗎?沒有技術工人去編寫數控機床的程序,它能正常工作嗎?
再說即使擁有這個數控機床,沒有光學檢測設備、電機控制柜、配電箱、氣壓泵這些“輔助”的設備,你也是制造不出來空調的。
這就是一個典型的系統工程,每個環節都缺一不可。
在這個例子中,空調的數控機床就好比芯片的EUV光刻機。阻礙我們中國芯片發展的攔路虎,其中一個就是芯片制造的產業鏈問題。
02 芯片材料
材料是什么?材料是產品發展的基石。沒有材料的基礎研究,就不可能在產品的創新上取得原創性的突破。
對于這個觀點,相信不是杠精的小伙伴,應該都會贊同吧。
在芯片行業,它的基礎材料是什么呢?是硅,是二氧化硅的硅。
硅從哪里提取呢?說出來可能小伙伴還不相信,它就是從沙子中提取出來的,因為沙子的主要成分就是二氧化硅。
沙子,每個地方都有,我們中國更是地大物博,更是不缺少沙子。那缺少什么呢?
缺少的是從沙子提取硅的技術。
沙子提取出硅,制成硅錠,硅錠然后切成硅晶圓片,然后交給芯片代工廠生產制造芯片。在從沙子提取出硅的工藝環節中,技術難度比較高的是它的純度,不能低于99.99999%,也就是提取出硅的純度,它的雜質含量不能超過千萬分之一。
千萬分之一?這是什么概念?
相當于如果從沙子提取1000萬公斤硅,它的雜質不能超過1公斤。這也相當于如果硅晶圓片是8英寸(直徑200mm),空氣中的灰塵直徑是10萬分之一毫米,那么按照硅的純度要求,就必須要控制不能超過2粒灰塵落在8英寸的硅晶圓上。
這就是為什么很多電子廠的車間是無塵車間的一個原因。
在硅材料做的比較出色的公司有日本的信越化學和SUMCO,臺灣地區的環球晶圓以及韓國的LG化學等等。
中國也有一些數量的公司在做硅材料的研發生產,只是占據的比重較小。
以2018年的數據說明,全球半導體材料的銷售額大約為520億美元,中國大陸的銷售額為84億美元,其中國產的份額僅為20%,其余的80%均為進口。
當然,除了硅材料,還有光刻膠及其配套試劑等材料問題,這些芯片的材料問題都是阻礙中國芯片發展的攔路虎。
03 芯片軟件
芯片的設計,除了需要來自工程師的研發能力之外,還需要輔助的EDA工具軟件才能完成。這就像畫家一樣,繪制一幅油畫
除了需要畫家擁有高超的繪畫水平以外,還需要良好的彩色油筆和精致的畫板。沒有良好的彩色油筆和精致的畫板作為工具,畫家的水平即使再高,也是畫不出優秀的作品。
設計芯片需要的EDA軟件有哪些呢?
行業內使用比較多的有Cadence,Synopsys和Mentor,這三個軟件在全球的市場份額分別占據22%、33%和10%,總和超過了65%。
無奈的是,這三個EDA軟件都不是國產的,全部是來自國外的。
難道國產就沒有EDA軟件嗎?
EDA軟件芯片設計截圖
有肯定是有的,只是占據的份額很少。用數字說話就知道了
2019年,EDA軟件在中國的營收為5.8億美元,接近40億人民幣,其中國產的EDA軟件銷售額僅大約為4億人民幣,也就是份額只占據了10%左右。
可見國產的EDA軟件還有很長的路要走。加油啊,少年們~~~
為什么EDA軟件對于芯片的設計工作那么重要?沒有EDA軟件,就不能開發芯片了嗎?
EDA軟件,全名叫做電子設計自動化軟件;工程師可以借助EDA軟件,完成芯片的電路設計、功能仿真,系統測試以及錯誤校正,尤其是功能仿真,它可以大大提高工程師的開發效率,優化工程師的芯片設計能力。
國產EDA軟件,除了華大九天之外,其他的軟件不是缺少系統測試功能,就是缺少電路仿真功能,總之就是功能不完善,不齊全。
這也就解釋了為什么設計芯片需要的EDA軟件,能成為阻礙中國芯片發展的攔路虎之一了吧。
04 寄語希望
寫到最后,芯片哥想說的是
指出國產芯片發展存在的3個不足,不是為了吐槽我們國產芯片發展不行,而是為了直面我們自身的不足,找出芯片行業木桶最短的短板。
找出自己的問題,才能對癥下藥。找出阻礙自己前進的攔路虎,才能行穩致遠。
只有這樣,中國芯片的發展才會越來越好,才會越來越強。