起因,是9月9日国家工信部发布的一个通知:《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录(2024版)》。
这两行,是什么意思?是连一个形容词都没有,就突然静悄悄地官宣了中国自己的新光刻机吗?
下面那款光刻机的介绍里,怎么还有一个“≤8nm”?天哪,那不就是突破了卡脖子的“7nm”?
很快,有人说:太好了。轻舟已过万重山,实锤了。中国终于有了自己的7nm光刻机,可以造出自己的7nm芯片,不怕再被卡脖子了。
可是,还有人说:别激动。只是误会。那个“8nm”不是重点,它上面那个“65nm”才是。国产芯片还只在65nm的水平,努努力最多也就能够到28nm,离7nm还远得很。
“造出7nm芯片”,到底是个什么概念?做到这件事,真的很了不起吗?国家工信部《目录》里的那寥寥几个字,又意味着什么?我们在芯片上的脖子,还卡着吗?
我的感觉是,或许,可以先晚点再“感觉”。因为,对于大部分人来说,造芯片这件事,太陌生了。
“此次官宣的国产光刻机,是一个套刻≤8nm,分辨率65nm,干式,波长193nm,DUV光刻机。”
句子不算长,没有一个生僻字。但,如果不是对这行有了解的专业人士,有多少人能看懂?又能看懂多少个词?
一年前的8月29日,华为Mate60 Pro手机,在没有任何宣传的情况下,突然开售。
紧接着,那几天从各大热搜榜,到我的朋友圈,都被一个词刷屏了:7nm芯片。
很多第一批抢购到这款手机的人,无论国内国外,都在不约而同地做一件事:拆。
把手机里的那块麒麟9000S芯片拆出来,跑分,验性能,看做到了什么水平。
刚好,那段时间我的直播间请来了《芯片战争》的作者,余盛老师。我也借此机会看了一些资料,请教了一些朋友。
主打一个既有更多干活儿的员工,能帮你做更多更大的项目,又少耗你的电,少占你的地。
所以,注意,最开始聊芯片,说“你这是28nm芯片”,“我这是14nm芯片”时,28nm, 14nm,指的并不是芯片的大小,不是晶体管的大小,也不是晶体管和晶体管之间的距离,而是晶体管里的这个“沟道宽度”。
卷到“7nm芯片”时,“沟道宽度”是不是线nm,已经不是重点,各有说法了,但本质没变:
更小的纳米制程,就意味着更好的PPA,可以在更小的“办公室”里,塞下更多“员工”。
因为,光塞得下还不够,你怎么才能在指甲盖那么点地方,把这成万上亿的员工,安排得明明白白?
这事,说复杂,可以很复杂。一台光刻设备,十万多个零件,价格动辄上亿美金还不包邮,算下来比一台波音737还贵。就只为能干成这件事。
传统的胶片电影放映时,会先打出一束光,让光线穿过一个像放大镜一样的镜头,再穿过一层电影胶片,就能把胶片上的图案,投射到银幕上。
光刻也类似。也是打出一束光,穿过一组透镜系统,再穿过一层掩膜版,就能把掩膜版上刻着的电路图,投射到制作芯片的衬底,也就是晶圆片上。
区别只在于,放电影,是用“放大镜”,把小图投成大图。光刻,则是用“缩小镜”,把大图投成小图。
一张7nm芯片的电路图,要把几十上百亿个晶体管和其它电子元件,都安排得明明白白。
并且,从晶体管,到连接晶体管的导线,都精细到了纳米级,比你家菜刀的刀刃还要细上10万倍。
有行业里的人曾形容:这就相当于要在一个指甲盖大小的地方,刻出整个上海。而且不能刻漏一间房,不能刻歪一条路。
太疯狂了。这要怎么刻?怎么刻,才能 “快、准、稳”地刻出这种电路图的沟沟壑壑?靠激光吗?
可是,激光直写,纳米压印……一个个方法试下来,有的很贵,有的很慢,还有的很容易报废,很难商业化,谁这么刻谁亏钱。
涉及的工艺虽然很多,但思路大体上和“把大象关进冰箱”也差不多,主要就四步:
没线条遮着的地方,光透过去了,和光刻胶一照面,光刻胶就变成了另一种脾气。
光刻胶依然没被溶解的地方,相当于覆盖了一层保护膜,而光刻胶被溶解了的地方,会直接接触到腐蚀液,被“快、准、狠”地蚀刻出与电路图相对应的沟沟壑壑。
因为波长越短的光,衍射的扩散角度越小,换句话说,就是越会乖乖走直线,不糊不乱跑,你指哪儿它打哪儿。
你有没有能力在成本可控的前提下,稳定而持续地发出它?你的光刻胶和它来不来反应?你的其它工艺流程能不能和它兼容?
很多人认为,用这把“光刀”的光刻设备,基本只能刻出20nm以上制程的芯片。
EUV,也是一种光的名字:Extreme Ultra-violet(极紫外光)。看名字就知道,这种光卷得更狠,波长可以短到只有13.5nm。
谁拥有了这把刀,谁就有机会再往前一步,刻出7nm,甚至,5nm,3nm这样更先进的芯片。
2018年,中国的中芯国际,拿出了相当于它全年利润的1.2亿欧元,向ASML订购了中国第一台EUV光刻设备。
但是,美国发声了。声称EUV光刻设备中有20%的美国零件,想要出口必须征求他们的同意。而他们不同意。
在晶圆表面和透镜之间,加上一层超纯水,纯净到不含矿物质、颗粒、细菌、微生物等任何杂质,只有氢离子和氢氧根离子的超纯水。
193nm的深紫外光,在水中的折射率为1.44,波长可以进一步缩短到134nm。
这个方法,把DUV光刻设备,从“在空气里刻”的干式时代,直接带进了“在水里刻”的浸没式时代。
靠这个方法迭代 “刀刃”,你有可能在你班里提提名次,把制造水平从28nm制程提升到22nm制程,但要一口气考上清华,搞定7nm制程,还是很难。
一颗头,有十几万根头发。要一次全部梳到位,那就造个至少也有十几万根梳齿的梳子。
把它拆分成线条间隔更疏朗的三个“图层”,再做成三张“掩膜版”,一张一张“刻”。最后,不也能套叠成一整张完整的“上海地图”?
所谓的LELE工艺,LFLE工艺,SAPD工艺,本质上都是多重曝光,多刻几次的办法。
首先,人家用一张掩膜版,曝光一次。你用三张掩膜版,曝光三次。谁在成本和效率上更有竞争力?
其次,要把全头梳到位,至少得梳一次,动一下手,把梳子对准到另一个位置梳吧?
一层一层地“刻”时,又怎么保证最后几张套叠在一起时,能100%完全吻合?
芯片的制造,不止是一道技术题,还是一道经济题。除了“能不能做”,还要兼顾“值不值得”。
用DUV光刻设备通过多重曝光制造7nm芯片,或许可以帮忙够到高一点的地方,但也有代价和天花板。
所以今天,很多资料都认为,综合考虑下来,就算加上浸没式光刻和多重曝光,造7nm芯片也几乎是DUV光刻设备的天花板了。
要继续往前,制造7nm芯片,乃至更先进的 5nm芯片,3nm芯片,还得靠EUV光刻设备。
如果说“用DUV光刻机造出7nm芯片”的难度系数是“过万重山”,那么“造出一台EUV光刻机”的难度系数,就是“过万重珠穆朗玛峰”。
手不能停。要保持每秒钟至少连续轰击50000次,才能保证它一直崩溃,一直电离,你一直有光,刻得很稳。
波长越短的光,有一个不靠谱的特点:很容易被吸收,还没投到光刻胶那里开始干活,就已经散得差不多了。
目前的EUV光刻机里,设了很多“镜子”,也就是聚焦反射器,来确保EUV的光,能更少被半路吸收,更安全地到达光刻胶。
翻译成普通话来说:如果把这面“镜子”放大到地球那么大,它上面只允许有一根头发丝那么细的凸起。
这,就是要造出一台和别人现在用的差不多的EUV光刻机,至少要爬的几座山峰。
“此次官宣的国产光刻机,是一个套刻≤8nm,分辨率65nm,干式,波长193nm,DUV光刻机。”
“套刻≤8nm”,指的只是一个“梳头”时的误差,而不是“可以造出7nm芯片”的水平。
“分辨率65nm”,意味着有机会能刻出65nm芯片,不计代价多重曝光的线nm芯片。
“波长193nm的DUV光刻机”,意味着前方还有一座“波长可以短到13.5nm的EUV光刻机”的珠穆朗玛峰要翻。
什么时候,我们才能线nm制程,乃至更先进,更能和世界水平比肩的国产光刻机,不再被卡脖子?
这几天,有人说,还很远。“可能还要十几年,因为世界当前最先进的ASML,走完这段路就是花了十几年。”
但很快,也有人说,不好说。“ASML花十几年做出来的背后,有全球几十个国家的合作,和国内外数千家供应商的配合。”
嗯,听说过。可是,各有各的说法,那我怎么判断?有没有,来自更前线的说法?
今年的手机发布会上,华为没有多说。但9月19日,华为副董事长、轮值董事长徐直军在华为的另一场大会上,曾简单说过2句:
1,“中国大陆的芯片工艺制造将在很长一段时间处于落后,我们要做好长期的算力解决方案。”
什么是“推广”?很先进,且可量产的。而投入量产的工厂之外,往往还有更先进的实验室。
再前几天,刷到“华为”的热搜,排在它下面的那一条是国产大飞机“C919”的量产和交付;
再之前呢?国家统计局公布了2024年上半年国民经济运行情况,其中,高技术产业投资同比增长10.6%,快于全部投资6.7个百分点......
确实,从没有7nm芯片,到拥有7nm芯片。从DUV,到EUV。从一份新文件,到一种新算力。江南体育官网