如今到了我国芯片产业的突破阻碍,浴火重生的时刻了。受美国限制令影响,台积电上月表示 9 月 14 日后将不再对华为供货, 8 月 14 日中芯国际也表示,将停止支持华为。中芯国际此举实属无奈,虽然我们有 14nm 的制造工艺,但却造不出 14nm 制程的光刻机。
最近有消息称为应对美国的封锁限制,华为启动了意在“自力更生、奋发图强”的制造项目“南泥湾”,据称笔记本电脑、智慧屏和 IoT 家居智能产品等受美国技术占比较低的项目,在今年底前实现“南泥湾”,达到自给自足。但我们看到华为已行动起来,在芯片制造领域进行基础科学研究。
近日,华为消费者业务 CEO 余承东在中国信息化百人会 2020 年峰会上表示后悔当初没有进入芯片制造领域,使麒麟终成“绝版”,但接下来华为将全方位扎根,突破物理学、材料学的基础研究和精密制造,突破制约创新的瓶颈。如果不站在亲历者的视角,很难理解当时的历史,接下来就带大家听听他们的故事。有不少文章都说,我国在光刻方面的落后是因为我们不重视基础科学的研究,这种说法至少不适合光刻技术领域。
在这方面我国起步并不晚,基本和美国同步,还略早于日本。在上个世纪 60 年代初,中科院立项开始研究光刻机了,在 1965 年成功推出了 65 型接触式光刻机,这个光刻机在当时可谓国际领先,后来 1972 年武汉无线电元件三厂编写了《光刻掩模的制造》。为了说清接下来的内容,笔者向大家简要介绍下光刻技术。
在一台光刻机中激光器负责光源产生,首先是激光器发光,经过矫正、能量控制器、光束成型装置等之后进入光掩膜台,最终制成晶圆。如果展开讨论的话,从激光器、激光镜头、控制器到光掩膜版,都能单独成文。本次笔者联系上的光刻前辈,从事过光掩膜版制造的相关工作。所以咱们今天就重点和大家聊聊光掩膜。光刻掩膜版(又称光罩,英文为 Mask Reticle),简称掩膜版,是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。
由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构,再通过曝光过程将图形信息转移到产品基版上,详见下图,这里需要特别提到的一点是在光刻胶方面,日本厂商几乎占据了 80% 以上的市场份额,可以说单从一个看似简单的光掩模来看,我们下大力气去攻坚克难的方面都有很多,遑论整个光刻机的制造了。有不少网友将武汉无线电元件三厂和武汉无线电三厂搞混了,甚至还有人说武汉之前根本就没有过光刻厂。
在真正了解过相关情况之后,笔者可以肯定的讲,我们之前武汉的半导体技术真的很强,在前辈的指导下看过《光刻掩模的制造》之后,依旧收获不少。这家在上世纪 70 年代独领风骚的武汉无线电元件三厂,在国外厂商的价格战下节节溃败,在 1994 年全面改制,成为了卖早点、副食品的商铺。据前辈回忆,当时绝大部分职工全部转型成了商铺售货员,虽然有一部分职工南下广东,应该没有继续从事半导体制造的相关工作。
在当时“造不如买,买不如租”的理念下,武汉无线电元件三厂成为我国半导体制造行业全面衰落的一个缩影,上世纪 90 年代初,武汉有很多半导体、无线电厂,2000 年左右这些厂几乎全部销声匿迹。当提到这段历史时,与我沟通的前辈明确表示并不后悔,因为当时国外厂商的产品的确质优价廉,既然技不如人,那么投子认输是坦荡的选择。从当时情况看,卖早点至少发挥了一些社会价值,算是为我国科技转型的大潮做出了一定贡献。
老人家特别强调了一点,我国半导体制造产业的历程,与我们痛失大豆定价权,80% 依赖进口的情况基本是一致的。未来我们该如何应对?如果继续走市场竞争的方式,那么让我们的光刻机厂直接和国外巨头竞争,无异于让未成年的孩子上擂台与拳王较量,毫无胜算可言;而如果想继续保留光刻技术团队,那么我们到底有没有这个耐心与定力,能够容忍一个持续亏损,还消耗资源的项目长久的持续下去呢?
如果光刻项目被砍掉,正如前文所说由于光刻属于基础科学研究领域,相关人员很难在企业内部转型去做 IT 研发工作的,他们是否又要去卖早点呢?To be or no to be,It’s a question。这是我长久以来所听到最发人深思的问题了。
从产值角度来看,EDA 在集成电路产业链中占比不大,2018 年全球 EDA 行业市场规模仅为 97.04 亿美元,这与动辙上万亿的半导体行业相比不算什么,但 EDA 被称作是“芯片之母”,离开了 EDA,整个芯片产业都得停摆。EDA 也是我们的短板,Cadence、Synopsys 和 Mentor Graphics 三大美国 EDA 厂商,几乎占据我国 90% 以上的市场份额。
与光刻机情况也十分类似,我们 EDA 软件的研发方面起步也不晚。1978 年秋,在中央刚刚提出“科学技术是第一生产力”的时候,桂林阳朔举办了“数字系统设计自动化”会议,这次会议被誉为我国“EDA 事业的开端”,当时有 67 个单位,140 多名代表参加了会议。
据称当时有关 EDA 的讨论还只停留在学术层面,我国 EDA 元年是在 1986 年,当时为了更好推动集成电路产业,我国动员了全国 17 家单位,200 多位专家齐聚原北京集成电路设计中心,开发自主集成电路计算机辅助设计系统“熊猫 EDA”,7 年之后的 1993 年,“熊猫 EDA”正式推出。
EDA 三巨头中的 Synopsys、Cadence 都在 1993 年入华,Mentor Graphics 在 1995 年的北京设立销售办公室。当时处在襁褓中的熊猫 EDA 无法在价格战中取得优势,国内 EDA 产业在 1994 年至 2008 年陷入了一段相当长时间的“沉寂期”。令人欣慰的是华大九天基本继承熊猫 EDA 的相关技术,为 EDA 项目保留了火种。
为 EDA 产品写代码的程序员转型去做其它 IT 项目不是什么难事,据称当时“熊猫 EDA”团队有相当一部分都直接转型到了华大集团,也有人办起了电脑培训班,或者到中关村去攒电脑,当时下海人员的收入普遍比在集成电路设计中心做 EDA 的研发要高十倍以上,所以对于转型带来的痛感不并算强烈。虽然我国在 EDA 方面的火种一直没断,想在工业软件方面取得突破,我们依旧有很多坑要迈,很多路要走。
台积电、三星等厂商在开发新工艺时,基本不会考虑与国内 EDA 厂商合作,使得我国 EDA 厂商的 IP 库不够丰富,这就像只有 Photoshop 却没有滤镜一样,会极大地限制芯片设计师的发挥。这方面如果想突破,就必须取得芯片方面全产业链的进展。
想在芯片制造的全产业链取得进展,没有捷径可言,只能靠时间的积累,所以笔者担忧光刻之问“美国如果放松限制,我们该如何应对”,在这里呼吁大家给予我国芯片产业以更多信心、耐心。最后祝我国的芯片界同仁,“步步常由逆境行,极知造物欲其成”!