美国又对华为出手了,这次来了个终极套餐。

当地时间5月15日,美国商务部发表声明称,将华为及其附属企业列入美方「实体名单」。

简单来说,美国要拉黑我们了,禁止华为公司在未经特别批准的情况下,购买重要的美国技术;并在国家安全的基础上,有效地禁止其设备进入美国电信网络。

华为“备胎”,一夜转正-徽乐汇

难道华为也要和去年的中兴一样了吗?不,华为早已做好了应对准备。

今天凌晨,华为海思总裁何庭波发布了一封致员工的内部信,称华为多年以前就做出过极限生存的假设,预计有一天,所有美国的先进芯片和技术将不可获得,而华为仍将持续为客户服务。

何庭波表示,海思将启用「备胎」计划,兑现为公司对于客户持续服务的承诺,以确保公司大部分产品的战略安全,大部分产品的连续供应,“这是历史的选择,所有我们曾经打造的备胎,一夜之间全部「转正」!”

华为“备胎”,一夜转正-徽乐汇

所以,在不依靠美国企业的情况下,华为能否获得足够优秀的芯片?而大陆芯片相关企业,技术和世界先进水平差距又有多大?

在探究这些之前,我们得先看看芯片是如何诞生的。

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芯片又名集成电路,是半导体元件产品的统称。大致可分为两类,实现思考功能的芯片,如 CPU、AI;实现记忆功能的芯片,如存储芯片等。

造芯片的第一步,是设计电路图(IC设计),高通、英伟达、海思它们就是干这个的。集结无数专家,根据芯片的用途制定规格,再使用 EDA 软件完成细节设计。

设计好的电路图,需要拿到芯片工厂流片,也就是通过流水线一样的工艺,「试生产」个几片几十片,供测试用,测试通过了才能开始大规模生产。

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看起来简单,实则需要恐怖的人力物力财力。像麒麟 980,华为从2015年就立项研发,一次流片就几千万美元;如果流片失败不仅钱白花,还影响产品上市时间。

据悉,澎湃 S2 之所以至今未面世,是因为流片五次都失败了,小米几个亿砸下去连水花都没冒一个,雷布斯心里苦啊!

华为“备胎”,一夜转正-徽乐汇
 华为“备胎”,一夜转正-徽乐汇

造芯片的第二步,就进入到制作阶段。首先,需要找原材料沙子,这个沙子不是我们在沙滩上玩的那种,需要从石英岩中提取出来。

这个石英岩也是由沙子形成的,一些沙子随着时间的推移挤压在一起,在地球深处被加热,除石英外几乎所有元素都从岩石中消失了,所以从这种沙子里能提炼出的高纯度的硅。

怎么提炼呢?当然是用熔炉了,把它们和足量的碳混在一起,经过几千摄氏度高温炙烤,加上反复地酸化和蒸馏后,转变成纯度高达 99.999999% 的纯硅锭。

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这些纯硅锭再通过一种名为「直拉法」的工艺,一边旋转,一边冷却,最终成为一根黑大粗长的单晶硅棒。

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硅谷当年之所以取名硅谷,灵感就是来源于它,可见硅对于世界的影响。

接下来,这根硅棒会被切头去尾,因为那部分性能不好。随后经过外径研磨,把硅棒磨削成指定的尺寸,通常是 8 英寸或 12 英寸,直径越大,最终单个芯片生产成本就越低;但相应的,加工技术要求也越高。

再往下,要用钻石刀将硅棒给切成一片片又薄又平的圆盘,根据用途,厚度一般在 0.5~1.5 毫米。

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把圆盘进行抛光,磨得比家里的镜子还「亮」个上百倍后,就形成了硅晶圆,也就是制作芯片的底盘。

有点像造房子,硅晶圆相当于地基,把电路图「建造」在上面,便诞生出芯片。只不过其步骤之繁琐和苛刻,都快赶得上造一座城市了。

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由于芯片制造对工艺要求极高,需要在无尘环境中进行,所以在几个足球场那么大的工厂里,水和空气都经过多级过滤,比医院的手术台还要干净 10 万倍。

有点想去里面逛逛,感受下呼吸如此纯净的空气,是怎样一种感受......

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在这里面,硅晶圆将经历数百道工艺,最终成为芯片。

首先,会把硅晶圆送到「烤炉」中,在精确控制的温度和气体氛围下,于其表面烘焙形成均匀的氧化膜,接着在上面喷淋一种叫「光刻胶」的保护层。

有点像烤吐司,把表面烤焦,然后在上面抹一层酱。

之后,我们熟悉的光刻机就登场了。它将紫外线透过掩膜,把预先设计好的电路图投影到硅晶圆上,被照到的光刻胶会溶解,变成电路的形状。

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光刻完成的硅晶圆,将被浸泡在刻蚀试剂中,没有被光刻胶保护的部分(也就是光刻好的电路图),表面的氧化膜逐渐被腐蚀掉,裸露出硅基底,最终形成电路图。

这时,光刻胶的使命就完成了,被无情的清理掉。

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值得注意的是,光刻和蚀刻的制程工艺,与成芯后的性能息息相关。通俗点说,就是刻的越精细,每颗芯片上的晶体管就越多,性能便越强。

再往后,轮到离子注入环节了。离子就是带电的原子,它们会嵌入到硅里面,改变它们的极性,形成晶体管。

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如此一来,电流就只能从一个方向通过,而晶体管将扮演小型开关的作用,这样,CPU 就能理解我们的指令,并做出相应的反馈。

接着,开始沉积镀铜。在真空设备内,通过惰性气体离子束打在铜靶材上,将铜原子冲刷出来,然后沉积在硅晶圆上,一层又一层。相当于给硅晶圆上铺上几层「铜灰」。

镀上铜后,硅晶圆要拿回去,再次经历表面磨削、光刻、刻蚀等过程,把镀好的铜分割成细小的导线,达到连接晶体管的目的。

较为复杂的芯片,会重复镀铜到刻蚀这一步骤 20 次以上,形成 20 多层复杂的电路。里面有数公里长的导线,将几千万甚至上亿根晶体管连接在一起,令人叹为观止。

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经过这一系列的流程后,我们得到了布满芯片的硅晶圆,进入到最后一步封装测试。

用精细的切割器,将硅晶圆切成一个个集成电路裸片,然后和底板、散热片等部件拼装在一起,一颗完整的芯片就此诞生,通过最终检测后,便可以包装、销售了。

华为“备胎”,一夜转正-徽乐汇
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其实,以上这些看得人眼花缭乱的流程,已经是大幅简化后的版本。由此可见,一颗指甲盖大小的芯片中,包含了难以计数的元件,涉及无数前沿核心技术,工艺复杂又精妙。

小鱼想说,售价数千元的手机,才是真正的工业时代奢侈品,相比之下神马 LV 包包陀飞轮手表,技术含量弱爆了。

因此,一颗芯片的诞生,需要产业链上下游多家公司、数千名工程师、历经无数道工序完成。整个芯片产业链相关企业,大致可分为四类——IC设计、芯片制作、封装测试、设备制造。

IC设计,前面有提到,高通、英伟达、海思它们就是干这个的。因为有海思撑大梁,所以这一项中国芯片业和世界先进水平差距并不算太大。

2018年,海思营收为 75.7 亿美元,而全球排第一的博通营收 217.5 亿美元,是海思的 2.87 倍。

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目前,除了我们熟悉的麒麟系列手机芯片外,海思的产品还有服务器芯片(鲲鹏系列)、基站芯片、基带芯片、AI 芯片等等。这次海思能拿出充足的「备胎」,确保华为大部分产品的战略安全,其深厚的技术底蕴可见一斑。

唯一的问题是,IC设计中必须用到的 EDA 软件,基本被美国垄断。世界上三大 EDA 软件 Cadence、Mentor 和 Synopsys,全都是美国的,尽管海思也有自研,可技术上仍存在不小的差距。

芯片制作领域,典型代表台积电,三星、英特尔也有自己的制造厂。

目前大陆第一大制造商中芯国际2018年营收 33.6 亿美元,世界第一大制造商台积电,2018年销售额创纪录为 1.03 万亿新台币,约合 323 亿美元,差距为 10 倍。

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但更大的差距,还在制程工艺上。台积电作为 ASML 最大股东,能第一时间拿到 ASML 最新的光刻机,目前已经开始试生产 5 纳米芯片;而中芯国际的 14 纳米工艺才正准备量产,二者之间存在两代半左右的技术差距。

此外,芯片制作是芯片制造环节中,最烧钱的一项,而且随着制程工艺进步,所需投资成倍增长。从70年代的几千万美元,到几亿美元,十几亿美元,几十亿美元,上百亿美元......

去年三星、台积电投资的 7 纳米工厂,投资都超过了两百亿美元。它们是靠政府的全力支持,同时利用旧工厂的高利润,才撑得起新厂房的投入。

相比之下,中芯国际在利润上远不如它们,所以未来在追求先进制程工艺上,会显得极为吃力,希望不要像牙膏厂一样,变成 14 纳米++++~

封装测试,它的技术要求,相比设计和制造会低一些,所以我们和世界先进水平的差距也相对较小。

中国第一大封装厂长电科技2018年营收 238.56 亿元;世界第一大封装厂日月光2018年营收 1519.2 亿新台币,约合人民币 334.4 亿元,差距为 1.4 倍。

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设备制造,就是供应生产芯片需要的设备,如光刻机、蚀刻机等等。

这是中国芯片产业最大的弱项,一个光刻机便被卡的死死的,更别提各种高纯原料、清洗用研磨液、掩膜版等;甚至,我们连一些特殊原料的包装桶都需要进口。

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总的来说,目前大陆的芯片产业,还是处于极为薄弱的状态。

不过,只要海思能够在「备胎」有效的时间里,设计出足够优秀的芯片,台积电那边不出幺蛾子,满足华为产品使用还是做得到的。

引用一句网友的话:当你不够强大的时候,敌人的制裁,立刻会让你原形毕露;但当你足够强大的时候,敌人的制裁只会成为你的勋章。

而对于大陆的芯片产业来说,一切并非没有希望。

一方面,很多优秀的中国企业,已经在从各个细节入手,提升我们的综合竞争力。

如中微半导体,其创始人尹志尧,曾位居美国应用材料总公司(世界最大半导体生产设备供应商)副总裁,被称为硅谷最成功的华人之一。

2004年,尹志尧放弃一切,回国创业,仅用三年时间,便为中国填补了等离子体刻蚀机的空白。目前,中微半导体已研发出了 7 纳米刻蚀机台,与世界最先进的水平同步,并成为大陆地区唯一一家有资格向台积电供应设备的厂商。

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另一方面,目前摩尔定律在纳米阶段已逐渐失效。

以目前的工艺技术,到了 3 纳米以下的时候,电子在半导体内的流动,就不是按照我们所理解的理论来走了,而是会遇到神秘的量子效应,当前的工艺技术就会面临天花板。

所以在几年之内,各领先企业都会停滞在 3 纳米制程附近,正是中国赶上来的好机会。

今天的中国,拥有全世界最好的硬件产业基础,也拥有全世界最多的工程师、设计师,而且他们在共同文化背景下,可以很快协作起来。这形成了中国企业打造全球领先产品的能力。

所以,在芯片上,中国能否实现弯道超车,就让时间给我们答案。