中国能生产光刻机和5纳米芯片吗?
不能,至少短时间内不能,多得不敢说,三五年内中国是不能生产高端光刻机的;至于5nm芯片,如果能拿到现成的光刻机,那生产问题不大,但要是拿不到,凭我们自己的国产光刻机生产5nm,保守估计得十年以上。
不信大家可以看看上面这张截图,我国首台自主知识产权的光刻机在2007年底的时候才问世,由此可见我们在光刻机上的研发确实晚了一大截。目前国内的光刻机制造商主要是上海微电子,拥有国内80%的市场,应该说是国内唯一的光刻机制造商,目前上海微电子最好的光刻机是90nm,虽然一直有传闻2021年将交付一台28nm的光刻机,但到今天为止,我没有找到任何官方报道,这说明上海微电子突破28nm光刻机还有一定难度。并且能生产和能量产还有本质区别。
现在三星和台积电有4nm制程工艺,ASML的光刻机研发那肯定不止4nm,保守估计也是2nm或者1nm,所以上海微电子跟ASML的光刻机差距还是很大的。从两家的发展年限和发展轨迹来看,我给出10年的差距并不过分。那怕上海微电子现在量产28纳米,那还有14纳米、12纳米,再往前的7nm、5nm,我们就按照两年一更新的进度,这也得要10来年了(翻了一下高通骁龙800,这已经是2013年的产物了,用的就是28nm HPm技术)。
5nm芯片也不是那么容易的为什么这么说呢,看看三星代工的高通888就知道了,功耗一直受人诟病。目前国内最好的芯片制造企业是中芯国际,但中芯国际定的EUV光刻机因为漂亮国的限令未按时交付,所以目前中芯国际能生产制造最先进的芯片是14nm,老实说,这个制程工艺在2021年真有点不够看,看看联发科,连入门级的天玑720都是7nm制程,而稍微高端一点的800系列、900系列都是6nm制程,并且年底高通骁龙898、天玑2000都会切换到4nm,差距还是挺大的。
目前中芯国际困境也一样,想要拿到好的光刻机只能依赖ASML,参考美国允许高通供货4G芯片给华为一样。可能等大家都切换到3nm后,老美才会放开5nm制程的工艺限制,那时候中芯国际才能正式量产5nm,但那时候的5nm,怕是只能作为低端芯片了(现在的7nm也只能做个低端芯片,所以两三年后,5nm用在低端芯片上也用不着惊讶)。
如果中芯国际一直拿不到ASML的光刻机,想等到国产光刻机取得突破的话,那最起码也得是5年起步,甚至10年后也不是没可能。我们在这一板块差距确实挺大的,并且能突破的点非常有限。
中国能生产光刻机和5纳米芯片吗?
实事求是的说,二十年内都不能!最尖端光刻机全球只荷兰阿斯麦公司独此一家!这家由菲利普公司独立出来的高科技公司由十几家知名公司共同投资,西门子、佳能、英特尔、三星、台积电等等都是其股东,极紫外激光组件来自美国,机械行走部件来自德国西门子,造影剂来自日本佳能……,而还有一个重要条件:封装工艺!有了光刻机只代表你拥有了达到加工精度的工具,而能不能加工出合格的产品,以及良品率的高低,同样不是一朝一夕之功,我国至少还落后15-20年!正视差距才能提高,成天意淫、一叶障目只会越拉越远!
中国能生产光刻机和5纳米芯片吗?
华为断供
自从9月15日,美国的芯片禁令开始后,英特尔、AMD、韩国的三星、LG、SK海力士等,以及日本的铠侠、索尼、东芝等芯片巨头,开始陆续宣布对华为断供。
虽然,英特尔和AMD后来都获得,重新向中国提供电脑芯片的准许证。可是,手机芯片一直没得到恢复,华为的手机业务可以说是直接被打趴了。
7nm工艺麒麟芯片无法生产,华为Mate 40系列手机立马成麒麟绝唱。
10月14日,ASML的首席财务官Roger Dassen就向中国出口光刻机的问题发表了口头声明。他说:“与中芯国际等中国客户的业务往来,表示一些情况下,出口DUV(深紫外)光刻机,无需美国许可。”
中国能生产光刻机和5纳米芯片吗?这是肯定的,但是目前为止,中国的光刻机和芯片离世界先进水平还有不少差距,不过中国正在加速追赶。
什么是光刻机?一台光刻机由上万个部件组成,有人形容光刻机是一种集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域顶尖技术的产物。
光刻机是芯片制造的核心设备之一。
按照用途可以分为好几种:
有用于生产芯片的光刻机;
有用于封装的光刻机;
还有用于LED制造领域的投影光刻机。
用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板。
光刻机被称为“人类最精密复杂的机器”,该领域的龙头老大是荷兰ASML,并已经垄断了高端光刻机市场。
荷兰ASML公司EUV光刻机的价格约为1.48亿欧元,折合人民币大概11.65亿元左右。而且ASML的EUV光刻机也产量很低,供不应求,必然会优先考虑自己的大客户,如台积电等。
数据显示,2019年全球半导体芯片市场销售额达4376亿美元,其中中国市场销售额达1942亿美元,约占全球总销售额的44%。
作为全球第一大市场,中国企业只要能拿下一半的市场份额,就足以跻身世界芯片制造大国的行列,因为目前世界芯片第一大国美国,每年的销售额在1000亿美元左右。
ASML第三季度财报显示,ASML当季总共销售60部光刻系统,净销售额为40亿欧元(约320亿人民币),净收入11亿欧元,毛利率达到了47.5%,营收攀升至39.58亿欧元,其中,中国贡献了21%的份额。
芯片的制造流程芯片和内存条一样,都是由集成电路组成的半导体,而它们的主要原材料就是沙子里面的硅。
那么从沙子里面的硅到一枚芯片需要经历原材料提纯,高温融化,切片成为半导体原料,之后就是刻画晶体管电路,放进高温炉里面烤形成纳米级的二氧化硅膜,完事之后还要在薄膜上铺一层感光层,为接下来最重要的光蚀"雕刻"做准备。
这前面的工作其实都挺简单的,光蚀"雕刻"才是难的,光刻机要在芯片上刻出20层的信息层,相当于在指甲片的晶圆面积上放下整个纽约市的地图信息,之后才是封装、切割、测试等后续工作。
光刻机制造有多么难?光刻机有一个外号——人类历史上最精密最复杂的仪器。
简单的说,一辆汽车的零部件差不多有5000件,而一台顶级的euv光刻机零部件能达到10万件,涉及到上游5000多个供应商,集合了力学,光学等顶尖物理技术,所以说一台光刻机的复杂程度难以想象。
现在最先进的光刻机制造商只有荷兰一家独大企业阿斯麦,其一台euv光刻机就值1.48亿美元,这代表你有钱还买不到,真正可以说的上是得光刻机者得芯片产业。
2005年的时候,阿斯麦、日本佳能和尼康都在研发,结果后来佳能和尼康熬不住了,没成果又没市场。
阿斯麦其实也熬不住想放弃,但客户不答应,联合又给他50亿欧元的经费支撑,才顺利生产了出来。
目前,中国光刻机什么水平?目前,我国大陆还没有一台这种顶级euv光刻机。
现有我国大陆光刻精度最高的只能做到14nm,还是买的光刻机。
不过台积电现在的制造工艺能达到5nm跟7nm。
那么,中国大陆现在能造出自己的光刻机吗?答案是:当然
上海微电子装备有限公司(SMEE)已经量产的光刻机中,性能最好的SSA600/20工艺只能达到90nm,相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准。
而国外的先进水平已经达到了7纳米,正因如此,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。
不过,国内在芯片代工技术上,已经开始有所突破。
10月12日,中芯国际官宣完成了FinFET N+1先进工艺的芯片流片和测试,所有环节全部是自主国产。
中芯国际联合CEO梁孟松曾在财报电话会议上披露,中芯国际N+1制程工艺与14nm制程工艺相比,性能提升20%、功耗降低57%、逻辑面积缩小63%、SoC面积减少55%。
而且N+1工艺在功率和稳定性方面和7nm工艺非常相似,不需要EUV光刻机,但在性能方面提升还不够,所以N+1工艺是面向低功耗应用领域的。
虽然现在这款芯片还在流片测试阶段,没进行量产。
可是从长期来看,这也算是中国芯发展进程里的一大进步,为国产半导体生态链再立新功。
在追赶国际先进水平方面,中芯国际仍有很长很长的路要走。
中国被称为世界工厂已经有20年时间,而中国最大的芯片制造企业中芯国际成立至今刚好也是20年。
《中国制造2025》也将EUVL列为了集成电路制造领域的发展重点对象,并计划在2030年实现EUV光刻机的国产化。
最后:随着国家对芯片领域大幅度投资和持续投入,相信中国的光刻机发展也将最终进入大规模自主生产的阶段。
对于中国来说,一切只是时间问题。
中国能生产光刻机和5纳米芯片吗?
中国是可以生产光刻机的,但是25nm的芯片,目前国际上最先进的芯片技术是5nm芯片,我国的光刻机是制造不出来5nm芯片的,未来十几年内也制造不出来,因为5nm需要的光刻机世界上也没有一个国家可以自己制造出来,现在荷兰制造5nm的光刻机也是集成世界最先进技术拼凑的,荷兰自己只占20%自主知识产权。
我国的光刻机和世界上上最先进的EUV光刻机差了两代半,理论上追赶需要15-20年,但现在我们国家也没有一台EUV光刻机,这个追赶速度理论上要超过20年。
中芯国际曾经订了一台花了9亿,美国出手干预结果没有成交,这给我们自主研发增加了困难。
华为每年在台积电花费超过20亿美元订购芯片,而中国每年进口额最多的也是芯片超过200亿美元,芯片进口额超过了石油,排在所有商品的第一位。
现在台积电已经研发出来3nm芯片技术,这又领先了全球5年,因为现在最先进的5nm技术后是4nm技术,三星已经定下军令状在5年内要直接跳过4nm技术研发3nm追赶台积电。
其实台积电内最珍贵的是那20多台EUV光刻机,如果我们能收复台湾,这些光刻机对于我国自主研发有质的飞跃,会直接缩短研发的进程。
如果我国自主研发出来5nm光刻机,直接和世界差距缩小到5年,未来加上努力超越世界也是有可能的。
中国能生产光刻机和5纳米芯片吗?
很遗憾,目前来说大陆境内还无法生产高端光刻机和5nm芯片!
去年华为突然受到美国的制裁让芯片和光刻机走到群众面前,原来我们引以为傲的麒麟芯片并不是纯国产,依然需要国外技术的帮助才能生产出来。
随着禁令的加深,麒麟芯片的生产工作彻底停摆,以至于华为手机业务随时都有“崩塌”的风险。在以往,海思麒麟芯片生产都是交给台积电完成的,华为并无制造能力!
虽然台积电表面上是一家中国公司,但其核心技术却有着美国的身影,就拿制造5nm芯片必不可少的EUV光刻机来说,没有美国点头台积电也是买不到的。
中芯国际
而大陆半导体发展缓慢的原因也大都在此,此前美国就对我们实行了技术封锁,以至于同为芯片代工厂的中芯国际即便花费2亿美元的天价也无法买到ASML的EUV光刻机,而它又是生产5nm芯片的必须设备,没有替代的可能!
既然买不到就自己造呗,拥有14亿人口的中国造得了飞机导弹难道还搞不定一台小小的光刻机吗?
恐怕还真要让您失望了,中国还真造不出和荷兰ASML同水平的光刻机!当然,这不是说中国的制造能力不行,而是全球没有任何一个国家能够独自造出顶级的光刻机。
这并不是妄言,一台顶级的ASML光刻机重达180吨,其内部的零件数量多达数十万个,其中螺栓都有4万多个,并且还要把这些零部件井然有序的组合在一起并实现运转,难度有多大可想而知!
更关键的一点是,光刻机所涉及的技术极其复杂,其中包括美国的光源、日本的光学设备、瑞典的轴承、法国的阀件、德国的蔡司镜头等等......这些都是一个行业的龙头企业,技术都是最顶尖的,在他们的配合下才能制造出最先进的光刻机。
然而除了荷兰的ASML,世界上再也没有第二家企业能把它们全部整合起来。ASML为何能够轻松获得这些元器件呢?这是因为它被这几大巨头联合控股,从中获得了大量的资金和技术支持,所以ASML的EUV光刻机才能够冠绝全球,其他人显然没有这个便利。也难怪ASML的CEO曾自信地说:“即便我们公开图纸,别人也无法造出光刻机!”
说完了光刻机再说芯片,前面也提到了EUV光刻机是制造5nm芯片必不可少的设备,现在我们连工具都没有自然不可能制造出5nm芯片了,这两个短板其实可以当做一个,只要搞定光刻机芯片自然也就顺便解决了。
另外要注意的是,我们是造不出高端光刻机而不是造不出光刻机,日前上海微电子制造的光刻机已经可以实现22nm芯片的制造工作,虽然距离5nm相差很远,但好在它是一款纯国产光刻机,不用依赖国外技术!至于芯片制程中芯国际已经实现14nm工艺的批量生产,7nm工艺也已经完成研发只待流片,如果成功将打破国产企业造不出高端芯片的尴尬局面。
结语从目前来看,不管是光刻机还是芯片我们都还处在末端,需要突破的地方还有很多!好在国内的企业已经意识到技术自主的重要性,开始布局相关领域,虽说超越西方国家很难,但三五年内实现自给自足还是没有问题的!
中国能生产光刻机和5纳米芯片吗?
根据梁孟松当年在辞职信中说的内容来看,中芯国际已经掌握了7nm制程工艺的技术,对于5nm以及3nm的技术发展,也正在有序推进当中。只要能解决EUV光刻机的问题,那么中芯国际的先进制程的芯片就可以进行流片测试。很可惜,我们暂时还达不到生产高精度光刻机的能力。
目前我国已知最先进的光刻机就是上海微电子出品的90nm光刻机,你说我国能生产光刻机吗?可以是可以,只不过生产出来的光刻机水平,相当于其他国际大厂已经淘汰的产品。
光刻机这种高精度产品,仅凭一家企业是不可能实现自研自产的。asml公司出品的EUV光刻机,在镜头上面是德国卡尔蔡司供应的硬件,在其他主要零部件上面,美国的企业占大多数,其次是我国的台湾供应商。
asml公司只是负责整合零部件进行制造销售,采购先进工艺的EUV光刻机基本都是美国的半导体制造企业占大多数,其次是韩国三星和我国的台湾台积电。对于我们现在的科技企业来说,能做到最好水平的产品,就是上微的DUV光刻机,支持90nm工艺的芯片生产。
至于芯片的生产,在不采用纯国产供应链的情况下,我们是可以在制造技术上面达到5nm工艺的。
中国大陆技术含量最高的半导体制造厂商就是中芯国际了,张汝京回国创建中芯国际之后,在他和江上舟的共同领导下,仅仅只用了396天,就实现了芯片的流片测试。在之后的3年内,就建立起了4条8寸产线和1条12英寸生产线,这个速度在国际上是史无前例的,堪称基建狂魔。
中芯国际在创立之后遇到的最大突破点,就是在2017年,在这一年,梁孟松加入了中芯国际。
当时中芯国际被卡在了28nm的良品率以及向下技术发展的阶段,梁孟松加入之后,带领研发团队只用了298天,不但稳定了28nm工艺的良品率,并且还把中芯国际的制程工艺从28nm直接发展到14nm。在14nm工艺成功之后,梁孟松就带队继续向先进制程工艺进发,并且在老旧的28nm以及14nm工艺上,逐渐采用国产供应链进行生产制造,开始走去美化路线。
2020年年底,美国把中芯国际列入实体清单,封控了中芯国际10nm及以下先进工艺的技术和设备材料供应,并且还对荷兰asml公司持续施压,不让其出口给中国光刻机。
话题又回到我最开始写到的,我们已经掌握了先进的制程工艺技术,但是没有解决EUV光刻机的问题,所以先进工艺的芯片没有办法进行流片。
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