各種“卡脖子”,芯片制造為什么難?
眾所周知,10年前中國人的生活水平和10年后的生活水平完全是兩個概念,這種反差讓我們一邊感嘆科技發(fā)展的日新月異,一邊也更加深刻理解什么叫做“科技才是第一生產(chǎn)力”。
隨著中國科技的高速進步,逐漸引起美國的關(guān)注,而美國人一擔(dān)憂,事情就會起變化。目前,中美之間的貿(mào)易戰(zhàn)已經(jīng)逐漸演化成成科技戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn),甚至金融戰(zhàn),中美關(guān)系正在焦灼中復(fù)雜前行。
在這個過程中,樂觀者有之,悲觀者有之。而對于科技領(lǐng)域,特別是大家關(guān)注的芯片、操作系統(tǒng)、生態(tài)的認知,大多數(shù)公眾僅僅停留在催促行業(yè)快馬加鞭的狀態(tài)。而普通公眾對這個領(lǐng)域多一些了解和認知,對于在風(fēng)口浪尖上前行的IT和通信領(lǐng)域,是非常有益的。
我們在分享中,給出來很多不一樣的思路和看法,而這些思路和看法,對于我們正確理解芯片以及相關(guān)的產(chǎn)業(yè),或許有所幫助。換句話說,我們希望國產(chǎn)芯片業(yè)盡快崛起,但如果我們有更加成熟和理性的認知,則是行業(yè)之幸,也是公眾之幸。
芯片制造為什么難?
芯片,簡單說就是一片集成電路,用半導(dǎo)體元件實現(xiàn)一些功能,最常見的就是電腦、手機的CPU。
同其他行業(yè)不同,芯片制造行業(yè)并不比芯片設(shè)計行業(yè)輕松,或者比芯片設(shè)計要更難。比如華為,是具備芯片設(shè)計能力的,但芯片的制造,他一般也是給到諸如臺積電、中芯國際等芯片代工廠來加工。
在芯片制造領(lǐng)域,芯片制造的難,關(guān)鍵是不斷地向物理極限發(fā)起挑戰(zhàn),而且不知道這個物理極限到底在哪里?
我們普通人關(guān)注的,邏輯芯片在器件上要解決的首要問題就是,隨著摩爾定律的推進以及尺寸的縮小,CMOS器件在某些電性能方面出現(xiàn)了衰退,這就需要新的器件設(shè)計。
但邏輯芯片不僅僅要解決微電子器件的問題,當(dāng)尺寸縮小之后,工藝難度也會進一步加大。
比如,為了讓尺寸縮小,分辨率更高,光刻工藝會采用浸沒式光刻。所謂的浸沒式,就是讓光源與光刻膠之間使用水來充當(dāng)光路介質(zhì),這就對光刻機以及工藝提出更高的挑戰(zhàn)。
尺寸的縮小不僅僅體現(xiàn)在圖案的尺寸上,垂直方向上的薄膜高度的要求也越來越高。在這樣的背景下,原子層沉積(ALD)技術(shù)被發(fā)明出來,這樣在薄膜厚度上可以精確地控制到只有幾層原子的厚度。
但是,工藝越先進,工藝缺陷與失敗的幾率就會大幅增加,用業(yè)界術(shù)語來說,就是工藝的window在縮小。所謂的window,就是允許的工藝參數(shù)浮動的范圍。在關(guān)鍵的步驟里,一旦工藝指標(biāo)跑出了limit,芯片制造失敗的風(fēng)險就會大大增加。因此,越是先進的工藝,就越要保證工藝的穩(wěn)定性。
另外,芯片在制造上是一個成百上千步的過程,前后步之間相互影響非常大。
很多時候,前步出現(xiàn)了工藝調(diào)整,后步就要相應(yīng)地做出調(diào)整,而調(diào)整多少,怎么調(diào)整,帶來的是正面影響還是負面影響,往往都是未知的。這就需要不斷地進行工藝驗證以及新工藝的開發(fā),也會讓芯片研發(fā)的周期延長。
而消費者那邊,還在苦苦盼望著更先進芯片的上市。殊不知,芯片廠里面的研發(fā)工程師,用盡了他們學(xué)到的所有科學(xué)知識,消耗了本已殘存不多的腦細胞,辛苦搬磚。其實工程師比消費者還想讓芯片盡快面市。
大國的競爭在于科技,高科技的競爭在于芯片,它是頂級科技的結(jié)晶。
而在中美摩擦的這個階段,更多人把目光聚焦到芯片這個領(lǐng)域。代表高科技的芯片產(chǎn)業(yè),中國一路走來并不容易。如今面對國外有些國家惡意發(fā)起的科技戰(zhàn),我們一定需要定力,只要我們通過人才的累積就可以突破這道坎,著急也沒什么用。
民用操作系統(tǒng)難在生態(tài)
現(xiàn)在說說操作系統(tǒng),我們認為,目前這個階段,但凡在民用操作系統(tǒng)領(lǐng)域說國產(chǎn)化的,都要打個問號。
操作系統(tǒng)是一組主管并控制計算機操作、運用和運行硬件、軟件資源和提供公共服務(wù)來組織用戶交互的相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)軟件程序,同時也是計算機系統(tǒng)的內(nèi)核與基石。
如果是在國防設(shè)備上,比如飛機、坦克,那么操作系統(tǒng)是需要國產(chǎn)化。在這個場景下,成本、性能、生態(tài)與自主控制相比,都不那么重要,它也不需要與外國產(chǎn)品在國內(nèi)市場上競爭,只要在國內(nèi)軍隊發(fā)展生態(tài)即可。
但是做一個商用操作系統(tǒng)就要難很多。如果一個操作系統(tǒng)推出之后,市場上缺少兼容它的軟件,又缺少兼容它的硬件,那么它造出來,哪怕質(zhì)量再高,也是難用的,因為它會不支持現(xiàn)有的芯片,也不支持現(xiàn)有的應(yīng)用程序,用戶要如何使用它?
而生態(tài),可能正是操作系統(tǒng)廠家最大的商業(yè)壁壘。這也是一種網(wǎng)絡(luò)效應(yīng):軟件開發(fā)者和硬件開發(fā)者越愿意開發(fā)兼容這個操作系統(tǒng)的產(chǎn)品,這個操作系統(tǒng)的市場地位就越穩(wěn)固;而操作系統(tǒng)的市場表現(xiàn)越好,軟件開發(fā)者和硬件開發(fā)者就越愿意開發(fā)兼容它的產(chǎn)品。Windows、iOS、Android都是這樣的道理。
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