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一顆“芯”是如何煉成的
2017年中國(guó)集成電路進(jìn)口量高達(dá)3770億塊，同比增長(zhǎng)10.1%；進(jìn)口額為2601億美元(約合17561億元)，同比增長(zhǎng)14.6%。2017年中國(guó)貨物進(jìn)口額為12.46萬(wàn)億元，也就是說(shuō)集成電路進(jìn)口額占中國(guó)總進(jìn)口額的14.1%，而同期中國(guó)的原油進(jìn)口總額僅約為1500億美元。中國(guó)在半導(dǎo)體芯片進(jìn)口上的花費(fèi)已經(jīng)接近原油的兩倍。
近日，越來(lái)越多的人關(guān)注中國(guó)自主研發(fā)的芯片進(jìn)展。若想煉成一顆中國(guó)“芯”，需要怎樣的步驟？
現(xiàn)狀
半導(dǎo)體芯片進(jìn)口花費(fèi)
已接近原油兩倍
也許不是人人都了解集成電路，但許多人聽說(shuō)過摩爾定律。摩爾定律是指，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。在半個(gè)世紀(jì)前，由英特爾創(chuàng)始人之一的摩爾提出的這一推測(cè)，已經(jīng)延續(xù)了50多年。
摩爾定律揭示了集成電路領(lǐng)域的發(fā)展速度。在這樣的高速創(chuàng)新發(fā)展中，集成電路的產(chǎn)品持續(xù)降低成本、提升性能、增加功能。也是在這樣的高速發(fā)展中，各國(guó)集成電路技術(shù)的差距越拉越大。有業(yè)內(nèi)人士表示，中國(guó)若想在主要集成電路領(lǐng)域追趕上頂級(jí)公司，需要的不止時(shí)間，而是整個(gè)系統(tǒng)性提升。
海關(guān)總署公開信息顯示，集成電路進(jìn)口額從2015年起已連續(xù)三年超過原油，且二者進(jìn)口差額每年都在950億美元以上。其中，2017年中國(guó)集成電路進(jìn)口量高達(dá)3770億塊，同比增長(zhǎng)10.1%；進(jìn)口額為2601億美元(約合17561億元)，同比增長(zhǎng)14.6%。2017年中國(guó)貨物進(jìn)口額為12.46萬(wàn)億元，也就是說(shuō)集成電路進(jìn)口額占中國(guó)總進(jìn)口額的14.1%，而同期中國(guó)的原油進(jìn)口總額僅約為1500億美元。中國(guó)在半導(dǎo)體芯片進(jìn)口上的花費(fèi)已經(jīng)接近原油的兩倍。
調(diào)查
芯片有幾十種大門類
上千種小門類
芯片，是指內(nèi)含集成電路的硅片，體積很小，常常是計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。芯片組，是一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合。它們相互依賴，組合在一起能發(fā)揮更多作用，比如，計(jì)算機(jī)里的中央處理器(CPU)及手機(jī)中的射頻、基帶和通信基站里的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等，就是由多個(gè)芯片組合在一起的更大的集成電路。而集成電路是非常精密的儀器，其單位為納米。一納米為十萬(wàn)分之一毫米。這就對(duì)設(shè)計(jì)、制造工藝都有非常嚴(yán)格、高標(biāo)準(zhǔn)的要求。
芯片的種類很多，芯謀研究首席分析師顧文軍對(duì)北京青年報(bào)記者表示：“僅從產(chǎn)品種類來(lái)說(shuō)，芯片的種類就有幾十種大門類，上千種小門類；如果涉及設(shè)備流程的話就更多了。美國(guó)是整體式、全方位處于領(lǐng)先地位，而我們只是在某些領(lǐng)域里面有所突破，并且這些領(lǐng)域也并非核心、高端的領(lǐng)域，比如中國(guó)在存儲(chǔ)器、CPU、FPG及高端的模擬芯片、功率芯片等領(lǐng)域，幾乎是沒有的。如果中國(guó)發(fā)力研發(fā)，在某些小的門類中可能會(huì)有所突破。”
追訪
一臺(tái)通信基站內(nèi)
有上百顆芯片
以運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)為例，通信基站設(shè)備是其最主要的產(chǎn)品之一，而在一臺(tái)通信基站中就有上百顆芯片負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同功能。“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基站發(fā)射并回收信號(hào)，收回信號(hào)后首先要有芯片濾波，穩(wěn)定信號(hào)；然后還有芯片將這種特別小的信號(hào)放大；再有芯片進(jìn)行解析、處理；然后是芯片負(fù)責(zé)傳輸、分發(fā)�；竞诵母娔X類似，可以實(shí)現(xiàn)各種功能，但它可以支持多個(gè)手機(jī)，因而速度更快，芯片更復(fù)雜。”上述人士表示。
其中，最典型的是ADC芯片，中國(guó)目前還無(wú)法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品。ADC芯片是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，負(fù)責(zé)將天線接收的連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為通話或上網(wǎng)的數(shù)字信號(hào)。目前ADC主要依賴亞德諾、德州儀器等公司供應(yīng)。
從軟件方面來(lái)說(shuō)，EDA仿真軟件是另一個(gè)典型。利用該軟件，電子設(shè)計(jì)師才可以在電腦上設(shè)計(jì)芯片系統(tǒng)，大量工作可以利用計(jì)算機(jī)完成，并可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)產(chǎn)品的結(jié)合試驗(yàn)等。如果沒有EDA仿真軟件，則需要人工進(jìn)行設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，耗費(fèi)的人力、時(shí)間等成本不計(jì)其數(shù)。目前進(jìn)入我國(guó)并具有廣泛影響的EDA軟件有十幾種，基本都來(lái)自于美國(guó)。
關(guān)注
制造一顆芯片
需要5000道工序
一位芯片制造領(lǐng)域的專家向北青報(bào)記者介紹，一顆芯片的制造工藝非常復(fù)雜，一條生產(chǎn)線大約涉及50多個(gè)行業(yè)、2000-5000道工序。就拿代工廠來(lái)說(shuō)，需要先將“砂子”提純成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工廠包含前后兩道工藝，前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入；后道工藝主要是封裝——互聯(lián)、打線、密封。其中，光刻是制造和設(shè)計(jì)的紐帶。
其中許多工藝都在獨(dú)立的工廠進(jìn)行，而使用的設(shè)備也需要專門的設(shè)備廠制造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專門的化工工業(yè)。另外，集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進(jìn)行的，因此還需要排風(fēng)和空氣凈化等系統(tǒng)。
有說(shuō)法認(rèn)為，集成電路是比航天還要高的高科技。該業(yè)內(nèi)人士表示，這種說(shuō)法也不無(wú)道理，“航天的可靠性估計(jì)也就4個(gè)9、5個(gè)9的樣子(X個(gè)9表示在軟件系統(tǒng)一年時(shí)間的使用過程中，系統(tǒng)可以正常使用時(shí)間與總時(shí)間之比)�，F(xiàn)在硅晶圓材料的純度就要6個(gè)9以上。”
焦點(diǎn)
全球芯片
幾乎被美日歐壟斷
根據(jù)前瞻研究院的報(bào)告顯示，目前，全球芯片仍主要以美、日、歐企業(yè)產(chǎn)品為主，高端市場(chǎng)幾乎被這三大主力地區(qū)壟斷。在高端芯片領(lǐng)域，由于國(guó)內(nèi)廠商尚未形成規(guī)模效應(yīng)與集群效應(yīng)，所以其生產(chǎn)仍以“代工”模式為主。
截至2015年年底的數(shù)據(jù)顯示，全球共有94家先進(jìn)的晶元制造廠商，其中17家在美國(guó)，71家在亞洲(中國(guó)有9家)，6家在歐洲。日本在上世紀(jì)80年代處于領(lǐng)先地位，但自90年代開始其全球半導(dǎo)體市場(chǎng)份額顯著下降，至2015年僅有3家日本芯片制造商位列全球排名前二十——東芝、瑞薩電子和索尼。而與此同時(shí)，東亞其他國(guó)家已成為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器市場(chǎng)的主要公司。韓國(guó)三星電子和海士力目前是世界第二和第三大半導(dǎo)體公司。 1/2 1 2 下一頁(yè) 尾頁(yè) |
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