各位聽眾朋友們，大家好，這里是十點(diǎn)測(cè)大盤。今天跟大家分享的這篇文章的名稱是“今天講點(diǎn)高端的內(nèi)容！”
本篇文章發(fā)表于十點(diǎn)測(cè)大盤21年10月22日。
今天信息量比較大，但是看懂了有助于大家理解很多新聞和書里的內(nèi)容，涉及到的上市公司也是不計(jì)其數(shù)。我已經(jīng)盡可能采取圖、文、動(dòng)畫結(jié)合的形式通俗易懂地講，我相信具有初中文化的人都能看懂。
先講兩個(gè)概念：
1、納米：這個(gè)長度單位比毫米還小很多，小到什么程度呢？一根頭發(fā)絲的直徑約為6萬納米，所以1納米是一根頭發(fā)直徑的六萬分之一。一個(gè)原子的直徑是0.1納米，真的夠小的，難怪人肉眼是看不到了。而現(xiàn)在芯片的制程已經(jīng)到了5納米，最新的2納米和1納米也即將推出來。制程又是什么呢？看下面第二個(gè)概念。
2、制程：要理解 “制程”這個(gè)概念，得先知道芯片的組成單位——晶體管（本質(zhì)上就是一個(gè)電路開關(guān)）。在晶體管結(jié)構(gòu)中，看下圖，電流從 Source（源極）流入 Drain（漏級(jí)），其中Gate（柵極）相當(dāng)于閘門，主要負(fù)責(zé)控制兩端源極和漏級(jí)的通斷（晶體管本質(zhì)上就是一個(gè)自動(dòng)開關(guān)）。由于這個(gè)過程中難免電流會(huì)出現(xiàn)損耗，而柵極的寬度則決定了電流通過時(shí)的損耗，表現(xiàn)出來就是芯片工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生的發(fā)熱和功耗，寬度越窄，功耗越低。而柵極的最小寬度（柵長），就是我們常說的芯片多少納米工藝中的數(shù)值，它決定著電流通過時(shí)的損耗。芯片的制程越來越小就是為了節(jié)約功耗，別看一個(gè)“開關(guān)”（晶體管）節(jié)約不多，你要想到一個(gè)芯片里面有幾億幾十億個(gè)開關(guān)，加起來節(jié)約很多很多，這樣才能讓我們的手機(jī)待機(jī)時(shí)間更長，處理能力更強(qiáng)！
知道了以上兩個(gè)概念，我們就可以講芯片了。芯片到底是什么玩意兒？通俗地講就是“機(jī)器人”的“大腦”，這個(gè)機(jī)器人包括電腦和一切電子設(shè)備終端，比如：ipad、手機(jī)、交通信號(hào)燈、電子手表、監(jiān)控設(shè)備等等都會(huì)用到芯片。而這些芯片中最厲害的要數(shù)電腦（或手機(jī)）的CPU，是人類芯片制造的最高水平。你要在當(dāng)今信息時(shí)代“打天下”，沒有芯片就像人沒有大腦，軍隊(duì)沒有司令部，完全廢掉了，你說重要不重要！尤其是高端芯片，比如：手機(jī)和電腦的CPU芯片，如果沒有了，那么寸步難行了。
芯片如此重要，但是制作芯片又是如此難，所以美國要打壓中國必須抓住中國的軟肋，從斷供芯片下手。一方面現(xiàn)成的芯片不賣給中國，另外一方面怎么做芯片又封鎖關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要讓中國走投無路。不賣給我們了，華為影響最大。封鎖做芯片的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是不賣給中國最先進(jìn)的光刻機(jī)。要講清楚這個(gè)問題，我先說說芯片制造的三個(gè)環(huán)節(jié)：設(shè)計(jì)、光刻、封裝測(cè)試。這就是好比造一個(gè)房子，先要出設(shè)計(jì)圖，然后建筑公司進(jìn)場(chǎng)施工，最后裝修和驗(yàn)收，交付業(yè)主入住。我們分別細(xì)說：
第一個(gè)：設(shè)計(jì)，這個(gè)環(huán)節(jié)就相當(dāng)于造房子的設(shè)計(jì)施工圖。
說到芯片設(shè)計(jì)不得不說arm這家公司，arm有多重要，可以說沒有arm就沒有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能手機(jī)。arm的創(chuàng)始人一開始想用Intel的芯片設(shè)計(jì)架構(gòu)，而Intel很傲慢，這是美國人固有的這種傲慢，根本不給。當(dāng)然，一方面那時(shí)候的Intel跟window綁定壟斷PC時(shí)代，只知道不斷地脅迫用戶升級(jí)軟硬件賺更多的錢，殊不知到了移動(dòng)終端Intel這種高功耗的芯片架構(gòu)根本不適應(yīng)?，F(xiàn)在要不是arm的架構(gòu)，我們的手機(jī)一下子就沒電了。就是因?yàn)楫?dāng)年Intel不愿意公開CPU的設(shè)計(jì)架構(gòu)，所以arm公司的創(chuàng)始人在劍橋大學(xué)旁邊創(chuàng)立了arm，自己動(dòng)手豐衣足食?？墒菦]錢沒資源，所以只能做小芯片開始，而這恰恰奠定了arm設(shè)計(jì)低功耗芯片的基礎(chǔ)，為后面完全不同于Intel架構(gòu)的芯片誕生埋下了”種子“。而且也是因?yàn)闆]錢，所以自己沒法生產(chǎn)，只做架構(gòu)授權(quán)賺點(diǎn)授權(quán)費(fèi)。就是因?yàn)閍rm公開授權(quán)，讓芯片設(shè)計(jì)這個(gè)事情不那么難了，大家都可以居于arm的公開架構(gòu)來做簡單地搭建。這個(gè)就相當(dāng)于軟件領(lǐng)域，arm干的是操作系統(tǒng)的活，類似windows和OS，而普通的芯片設(shè)計(jì)公司，干的是開發(fā)應(yīng)用軟件的活。你說一個(gè)軟件公司如果都要從底層的操作系統(tǒng)開始干起，那么全世界不會(huì)超過10家軟件公司了，計(jì)算機(jī)今天的應(yīng)用也不可能那么豐富了。所以芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域如果一直是Intel一樣的封閉和壟斷，那么也不會(huì)有今天的芯片設(shè)計(jì)的豐富和繁榮。
我們國內(nèi)也產(chǎn)生了很多芯片設(shè)計(jì)公司，比如：華為海思、寒武紀(jì)、紫光銳展、展訊、中興微電子、華大、大唐、智芯、敦泰、士蘭、中星、格科等。全世界最高水平的芯片設(shè)計(jì)公司有英特爾、高通、博通、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科等。其中英特爾架構(gòu)不一樣，其余都是arm架構(gòu)，而且英特爾也差點(diǎn)采用arm架構(gòu)，但是終究傲慢戰(zhàn)勝了理性，還是放棄了，自己在折騰，好像也沒太大的花頭。我覺得美國對(duì)中國的芯片封鎖結(jié)果也會(huì)跟Intel一樣，落后于世界。你們看看現(xiàn)在幾乎沒有手機(jī)用Intel的芯片，最先用arm架構(gòu)的還是蘋果公司，安卓手機(jī)也是清一色的arm架構(gòu)。所以什么時(shí)候都不要傲慢，科技無止境，唯一全人類共享才有你自己的未來！還有一個(gè)反面案例就是當(dāng)年跟Intel狼狽為奸的微軟，幾乎沒有手機(jī)再用windows系統(tǒng)了，不是安卓就是蘋果os系統(tǒng)，而pc年代多少不可一世呢，幾乎都離不開windows！中華文明能夠延續(xù)5000年，不是你們美國佬短短幾百年的傲慢文化能夠理解的，還是多學(xué)點(diǎn)中國人的謙卑吧，會(huì)走得更遠(yuǎn)！
第二個(gè)：制作，這個(gè)環(huán)節(jié)就相當(dāng)于造房子的施工，技術(shù)難度最大的是施工用的光刻機(jī)制造。
既然是施工就要機(jī)械設(shè)備，而制作過程中的光刻，主要施工設(shè)備就是”光刻機(jī)“，也就是現(xiàn)在美國人卡我們脖子的最關(guān)鍵點(diǎn)。光刻機(jī)這玩意兒的技術(shù)壁壘非常高，高到什么程度？世界上沒有一個(gè)國家獨(dú)立能夠制造出來，包括美國人一家也造不出來。制造光刻機(jī)全世界的最高水平是荷蘭一家叫阿斯麥爾的公司，賣一臺(tái)機(jī)器要10億人民幣，關(guān)鍵你有錢人家也不賣你。中芯國際下過訂單，美國人阻撓，到現(xiàn)在也沒有拿到貨。還有日本的尼康和佳能也能造出來，但是水平次之。不過，中國也不差，至少也能制造出低端光刻機(jī)。當(dāng)年老外聽說中國的上海微電子公司要做光刻機(jī)了，還被侮辱了一番：就算圖紙和元器件擺在中國人面前也造不出光刻機(jī)。不過，他們失算了，2007年上海微電子就研制出了90納米光刻機(jī)。據(jù)說今年可以交付28納米的光刻機(jī)，所以最近阿斯麥爾突然宣布對(duì)28納米光刻機(jī)降價(jià)，主要原因就是中國人已經(jīng)成功研發(fā)出28納米的光刻機(jī)，阿斯麥爾再不賣賺不到錢了，所以還得要自己有實(shí)力。
當(dāng)然，阿斯曼爾還是掌握著全世界最高端的光刻機(jī)技術(shù)，我們28納米，阿斯曼爾已經(jīng)是1和2納米了，差距就是這么大。成就ASML(阿斯曼爾）全世界最高水平的光刻機(jī)是全人類工業(yè)制造巔峰技術(shù)的組合，你們看看阿斯麥爾的光源技術(shù)是美國的，光學(xué)設(shè)備是日本的，軸承是瑞典的，閥件是法國的，機(jī)械臂技術(shù)是丹麥的，蔡司鏡頭是德國的，制造技術(shù)是臺(tái)積電和三星的。這些國家和地區(qū)都是美國的盟友，老大說不賣給中國人，其他人不敢放個(gè)屁。而我們現(xiàn)在就想僅憑自力更生迎頭趕上最先進(jìn)的技術(shù)真的很難很難，比造原子彈要突破的技術(shù)難點(diǎn)還多，制造光刻機(jī)就是一個(gè)系統(tǒng)工程。比如：一個(gè)激光光源就可以難倒我們，現(xiàn)在光刻機(jī)的主要兩種激光方式：一個(gè)是DUV，另外一個(gè)是EUV。
先講DUV：深紫外光，d就是deep，為什么用紫外光？波長短，精度高，這個(gè)很好理解，波長長了，光束晃來晃去無法精確控制。當(dāng)然，我們?nèi)庋劭吹降墓舛际侵本€，其實(shí)光是像波浪一樣曲線。所以激光一般都用短波長的紫外光，波長只有100多納米，頭發(fā)絲直徑的600分之一。激光治療近視就是用紫外光打掉一層角膜，這個(gè)也需要很精確，否則肯定要瞎掉。但是跟制造芯片的激光精度比起來，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以這個(gè)激光光源制造很重要，波長越短越好，如果你用紅外線激光的話，估計(jì)會(huì)脫靶。阿斯麥爾的DUV光刻機(jī)就是更深的紫外線，波長193納米，但是也只能做到25納米制程的芯片。而最新已經(jīng)到了5納米工藝的芯片，阿斯麥爾用的是更新的技術(shù)，叫做EUV光刻機(jī)，極紫外光刻（Extreme Ultra-violet）。這個(gè)厲害啊，光的波長只有13.5納米，相比于原來的DUV波長193納米，真的大幅度提升。用這樣的激光光源做芯片光刻肯定大大提升精度，據(jù)說可以做到1納米和2納米的制程工藝也不再話下。而我們國內(nèi)最先進(jìn)的工藝是28納米，這就是差距，不換光源估計(jì)再提升也很難了，先得突破制造光源的技術(shù)。
這個(gè)芯片”施工“的“建筑公司”最有名的公司就是臺(tái)積電，全世界最大的芯片代工廠。國內(nèi)就是中芯國際，其他的都是小芯片生產(chǎn)工廠。華為的海思屬于芯片設(shè)計(jì)公司，生產(chǎn)還是交給臺(tái)積電和中芯國際這樣的“建筑公司”代生產(chǎn)。一臺(tái)EUV光刻機(jī)一天能生產(chǎn)多少片芯片？理論計(jì)算一小時(shí)能夠生產(chǎn)60萬片芯片。但是芯片制造十分復(fù)雜、嚴(yán)苛，稍有不慎便可能使得整片芯片廢掉。因此，還不得不考慮到良品率。這樣一來，一塊12英寸晶圓能生產(chǎn)的芯片數(shù)量便降至500片左右。一天下來，EUV光刻機(jī)能生產(chǎn)50萬片芯片，這一數(shù)字依舊十分驚人，一年365天便是1.8億塊。2020年小米智能手機(jī)出貨量近1.5億臺(tái)、蘋果為2億臺(tái)。1.8億塊芯片完全可以滿足小米一年的芯片用量，蘋果也差不多夠用。只要你能買到一臺(tái)阿斯麥爾的EUV光刻機(jī)比印鈔機(jī)還厲害，芯片根本不愁賣。近十年的時(shí)間里，ASML僅生產(chǎn)了57臺(tái)EUV光刻機(jī)，可見EUV光刻機(jī)生產(chǎn)之不易。其中，臺(tái)積電搶下30臺(tái)，因此臺(tái)積電才有硬件實(shí)力成為全球最大的芯片代工廠商，并將全球90%的5G商用訂單都收于囊中。
當(dāng)然，芯片的制造不僅僅就光刻一個(gè)環(huán)節(jié)，但是這是一個(gè)最關(guān)鍵和最難的環(huán)節(jié)。芯片是一個(gè)立體結(jié)構(gòu)，是由很多層堆疊起來的，見上圖，光刻一次只能做一層，還需要鍍膜，刻蝕，清洗，研磨等等工序，下次我再詳細(xì)介紹芯片制作的整個(gè)過程。
第三個(gè)：封裝和測(cè)試，這個(gè)環(huán)節(jié)就像造房子的裝修和驗(yàn)收。
芯片做好后還是”毛胚房“，很小很細(xì)，如果不做“裝修”，那么生產(chǎn)手機(jī)或者電腦使用的時(shí)候很容易搞壞，所以有專門做封裝的公司需要”裝修“一下，外面加個(gè)套子，再”粉刷“一下，又漂亮又安全。一顆芯片相當(dāng)小且薄，如果不在外施加保護(hù)，會(huì)被輕易的刮傷損壞。此外，因?yàn)樾酒某叽缥⑿?，如果不用一個(gè)較大尺寸的外殼，將不易以人工安置在電路板上。
完成封裝后，便要進(jìn)入測(cè)試的階段，在這個(gè)階段便要確認(rèn)封裝完的芯片是否正常的運(yùn)作，正確無誤之后便可出貨給組裝廠，做成我們所見的電子產(chǎn)品手機(jī)、電腦等。主要的半導(dǎo)體封裝與測(cè)試公司有安靠、星科金朋、J-devices、Unisem、Nepes、日月光、力成、南茂、頎邦、京元電子、福懋、菱生精密、矽品、長電、優(yōu)特等。
2021年第二季度全球十大封測(cè)公司排名中，除了第二名的安靠是美國公司，其余都是中國大陸和中國臺(tái)灣的公司，所以在這個(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)我們中國已經(jīng)領(lǐng)先。
總結(jié)以上三個(gè)環(huán)節(jié)：設(shè)計(jì)、制作和封測(cè)，設(shè)計(jì)和封測(cè)我們基本都可以搞定了，特別是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，華為的海思已經(jīng)可以跟第一梯隊(duì)的高通、三星比肩。封測(cè)本身技術(shù)難度不大，我們已經(jīng)迎頭趕上。最難的是制作環(huán)節(jié)的光刻，由于美國封鎖了EUV高端光刻機(jī)，我們無法完成28nm以下的芯片制作。但是美國越這樣打壓，以中國人的韌勁，越打壓發(fā)展得越快。尤其國家力量的全力參與，一定會(huì)加快中國光刻機(jī)的研發(fā)?，F(xiàn)在制作高端光刻機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)，國家已經(jīng)部署科研機(jī)構(gòu)分頭攻克，相信不久的將來，一定會(huì)突破光刻機(jī)的生產(chǎn)，從而根本解決芯片短缺的問題。就像移動(dòng)通信領(lǐng)域1-4G都是西方的標(biāo)準(zhǔn)，到5G中國的華為遙遙領(lǐng)先，6G也已經(jīng)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)先。如果美國不打壓中國，我們還在花錢買光刻機(jī)，估計(jì)不會(huì)去花這么大的力氣去研發(fā)，所以短期這是壞事，長期是好事。
看完以上內(nèi)容，我再給大家梳理一下思路，找了一個(gè)通俗易懂的視頻，再花二分鐘看完，我相信你們都懂得了芯片的90%知識(shí)點(diǎn)。歡迎內(nèi)行業(yè)粉絲留言指正和補(bǔ)充！
