CPU的制造难点在哪?为什么我们还不能用上自主生产的CPU芯片?

时间:2024-04-10 07:47:46

总而言之,还是芯片制造太难了,世界上大部分的芯片公司都需要美国设备和技术。那么芯片制造的难点到底在哪里?美国在芯片领域到底有何强项?这里就为大家细细解读一下吧。首先我们要了解芯片的制造流程,一款芯片从图纸阶段到实物阶段,大概需要经过2个步骤,分别是芯片设计和芯片制造。打造一款芯片就像是建造一栋大楼,而芯片设计就像给大楼设计建筑图纸。
 

美国在芯片设计领域,占据了绝对优势,并且马上就会达到一枝独秀的境界。美国的英伟达公司是全球可编程图形处理技术领袖,该公司定义了GPU,重新定义了现代计算机图形技术,并彻底改变了并行计算(这是划时代的技术,对世界科技进步贡献很大)。有消息显示,美国英伟达公司正在收购英国的ARM公司,并且取得了重大进展。ARM公司是全球领先的半导体知识产权提供商,全球超过95%的智能手机和平板电脑都采用的是ARM架构。一旦英伟达公司收购了ARM公司,那么美国便将成为芯片设计领域的无冕之王。

CPU的制造难点在哪?为什么我们还不能用上自主生产的CPU芯片?

芯片设计领域又可以细分为两个领域,一是框架设计,相当于建造一栋大楼的主体框架,这个最重要,全球仅ARM做得最好,他占据了全球超90%的市场,这个是最难的一部分,也是我国最缺的一部分,能框架设计的公司,我们可以把它比作是建筑公司,比如中国一建、二建、中铁建设等;二是芯片装饰设计,相当于房间布局设计,大楼主体框架修好后,每层怎么布局房子,房子里怎么装修,就属于装饰设计阶段,能进行芯片装饰设计的公司,我们可以把它看作是装修公司。华为就属于这个层次,相当于一个装修公司,全球这种公司很多,因为技术含量并不太高。而设计芯片的软件全球最著名的有三款,其中有两款是美国研发。设计芯片的软件可以把它比作是修房子的熟练工人、罐车、塔吊等工具,没有它们就造不出大楼,没有设计软件也研发不出芯片。所以在芯片设计领域需要解决这三个难题,我们就缺两个:缺先进的软件和芯片框架设计能力。

而在芯片制造这一环节,美国也拥有巨大优势,硅晶圆制作过程主要分为湿洗、光刻和刻蚀等几大步骤。其中,湿洗是最简单的,这个环节并不需要太高级的设备,使用各种化学试剂清洗硅晶圆,除去杂质就行了。难的地方是光刻和刻蚀这两个阶段,想完成这两步工作,必须要使用专门的光刻机和刻蚀设备。

据悉,全球最强的光刻机制造公司ASML,就与美国有着深厚关系,ASML公司的最大股东,就是美国MSI资本国际集团,所以ASML公司其实就是一家美国控股公司。而在刻蚀设备方面,美国的泛林半导体公司,便占据了全球近一半的市场份额。从芯片设计架构,到光刻机和刻蚀设备,美国都是一家独大,在这种情况下,谁敢和美国翻脸,谁就会被美国赶绝。

 

光刻机的技术难点究竟在哪里?全球仅三个国家能制造。

说起光刻机,想必关注芯片产业的网友们,一定是熟悉得不能再熟悉了。这是芯片制造过程中必不可少的一种设备,且是工时占比最高、成本占比也是高的设备。

最重要的是,这种设备目前全球仅三个国家能生产,用很多人的话来说,比原子弹还难制造,因为拥有原子弹的国家可不只三个。

CPU的制造难点在哪?为什么我们还不能用上自主生产的CPU芯片?

目前全球最厉害的光刻机厂商是荷兰的ASML,已经能够生产用于5nm芯片制造的光刻机了,而中国最强水平还在90nm节点,较5nm节点,至少是10年甚至更久的差距。

而除了中国、荷兰之外,还有一个能生产光刻机的国家是日本,尼康、佳能也能生产光刻机,其中佳能和中国的技术差不多,尼康稍强一点,在28nm节点技术。

CPU的制造难点在哪?为什么我们还不能用上自主生产的CPU芯片?

那么问题就来了,为何光刻机这么难制造,究竟难点又是什么,为什么卡住了这么多国家,这么多的厂商?

光刻机的原理是投影+单反,利用激光源照射,把光罩上的芯片电路图,投影到涂了光刻胶的硅基上,最后硅基上形成了芯片电路图。

其中最重要的两个元件似乎就是光源、镜头了,目前激光源主要是美国生产的,而镜头则是德国、日本提供的。

CPU的制造难点在哪?为什么我们还不能用上自主生产的CPU芯片?

但这两个重要元件其实也并不那么重要,因为并没有限制出口,基本上大家都是能够买到的。真正厉害的是装配技术。

一台光刻机需要用到3万个以上的元件,这3万个元件要组装成一台光刻机,其中需要的装配工艺非常高,一般的企业和技术人员是达到不到要求的。

更重要的是,装配出来后,光源的分辨率要达到nm级别,比如5nm的芯片,就是5nm级别,这种精度,需要几十年,众多工程师来积累才行的。

更关键的是这个过程,要与芯片制造厂,不断的试验,磨合,配合才可以的,而ASML的大股东是台积电、英特尔、三星这些厂商,拥有最棒的合作伙伴,最好的试验场所,所以能够一直领先。

CPU的制造难点在哪?为什么我们还不能用上自主生产的CPU芯片?

反观其它厂商,一是技术落后,本来就节点不够先进,那么与这些厂商根本就没有与台积电等厂商试验先进工艺的机会。

那么在这个过程中,就会一步落后,步步落后,很难追上来的,所以光刻机的发展,一定要伴随着芯片制造技术的发展,不能孤立发展的,这也是日本半导体落后之后,光刻机发展慢下来的原因之一。