芯片那些事儿_芯片_家当

文/渔夫

编辑/程墨

来源/万点研究

从个人电脑到智好手机，从汽车到家用电器，芯片不可或缺。
而芯片制造技能以及芯片环球供应链的繁芜性，使其成为了当下国际竞争的焦点。
芯片制造作为当代科技的前沿领域，其理论研究和技能探索历史承载着人类聪慧的结晶，如备受关注的阿斯麦EUV光刻机，更是被誉为迄今为止人类制造的最为繁芜的机器。
从最初的晶体管观点到如今的纳米级集成电路，芯片制造技能的进步见证了环球科技的飞速发展。
这一进程中，理论与实践的紧密结合，推动了芯片制造技能的不断改造和打破。

芯片作为当代科技的基石，其影响力渗透到了社会的各个领域，有着不可替代的浸染，深刻影响着国家的安全计策、经济发展和民生福祉。
如在武器装备领域，芯片是实现智能化、网络化作战的关键。
无论是精确制导武器的导航系统、自动驾驶无人机的感知模块，还是军事通信网络的加密解密，芯片都是这些高科技武器的核心组件；经济层面，特殊是在人工智能（AI）领域，芯片是推动数据处理、算法优化和算力提升的关键驱动力。
无论是数据中央的高性能打算，还是边缘打算的即时相应，芯片的性能直接影响到AI技能的运用广度和深度，芯片作为算力的承载者，其主要性日益凸显；汽车工业的变革也离不开芯片，从传统内燃机汽车到新能源汽车的转型，从自动驾驶技能的兴起到车联网的遍及，智能驾驶、数据传输、能源管理等，无一不依赖于高效、稳定的芯片支持，芯片在汽车电子系统中扮演着核心角色。

2023年，环球半导体行业发卖额总计5268亿美元，从地域分布来看，亚洲地区，尤其是韩国、日本和中国台湾凭借其强大制造能力和家当链上风，成为环球芯片产量的中坚力量。
而中国在芯片生产上存在着明显短板，尤其是在高端芯片的制造领域，依赖入口的局势尚未根本改变。
巨大市场需求下，中国芯片产量虽逐年提升，但与环球前辈水平比较仍有较大差距，高端芯片设计和制造环节尤为薄弱，且芯片家当构造分布不屈衡，芯片设计企业数量弘大、但芯片制造和IDM（Integrated Device Manufacturer）模式的企业相对较少，导致家当链中存在“短板效应”。

小小一枚芯片，演绎着若何的故事？又如何成为大国博弈的焦点？本日，我们来聊聊，芯片那些事儿。

不雅观察者网，据路透社当地韶光3月28日援引三名知情人士宣布称，美国正在制订一份禁止吸收关键设备工具的中国前辈芯片制造工厂名单，以便企业更随意马虎阻挡技能流入中国。
个中一名知情人士称，这份名单可能会在未来几个月内公布。
随后，美国商务部下属工业和安全局（BIS）发布履行额外出口牵制的规定，这份166页的规定针对半导体项目出口，旨在使中国更难获取美国人工智能芯片和芯片制造工具。

中国作为环球第二大经济体，我国芯片家当的发展直接关系到国家安全和计策自主。
美国对中国发起的芯片战，不仅是一场技能竞争，更是对国家间计策平衡的寻衅。

最新2nm 制程工艺芯片

以史为镜，可以知兴替。
我们一起来回顾这段刚刚过去不久的历史......

2018年，复兴通讯因违反美国对伊朗的制裁而受到重罚，不仅被处以高额罚款，更加关键的是，美国商务部工业与安全局（BIS）对实在行了为期七年的技能禁运，禁止美国公司向复兴出售任何电子通讯设备、软件或技能。
这一举措直击复兴的核心业务，凸显了中国企业在芯片等关键领域过度依赖美国技能的薄弱性。

不久后，福建晋华集成科技有限公司与联华电子株式会社（UMC）之间的轇轕进一步加剧了中美之间的芯片冲突。
2018年底，美国政府以国家安全为由，禁止美国公司向福建晋华出售产品和技能，指控其涉嫌盗取美国美光科技的商业机密。
这一事宜不仅影响了福建晋华的业务发展，也警示了中国芯片家当在知识产权保护和国际合规方面存在的薄弱环节。
紧接着，美国政府对华半导体出口牵制的范围逐渐扩大，不仅限于个别企业，而是上升到国家计策层面。

特朗普政府期间，通过《出口牵制改革法案》（ECRA）和《外国直接产品规则》（FDPR）等立法手段，美国对华半导体出口进行严格限定。
这些政策的出台，旨在遏制中国在高科技领域的崛起，尤其是在5G通信、人工智能、量子打算等前沿技能方面，美国试图通过技能封锁，减缓中国的发展速率。

进入拜登政府期间，只管在某些领域中美关系涌现了缓和的迹象，但在半导体领域，美国的出口牵制政策并未松动，反而在2021年6月通过了《美国创新与竞争法案》（USICA），进一步巩固了对华科技竞争的计策框架。
拜登政府延续了前任政府的强硬态度，连续限定中国获取高端芯片设计、制造和测试所需的美国技能、设备和软件，包括EDA工具和IP核等关键环节。

这些事宜和政策的连锁反应，加深了中美在芯片领域的对抗。
中国意识到，芯片家当的自主可控是国家安全的主要保障，也是未来科技竞争的关键所在。
因此，中国加大对芯片家当投入，推动芯片设计、制造、封装测试等百口当链的协同发展，力求在核心技能上实现打破，减少对外部技能的依赖，构建更加安全、可靠的海内芯片生态体系。

通过上述事宜和政策的剖析，我们可以看到，美国发起芯片战并非有时，是一步步、逐渐酝酿形成的打压遏制过程。
对付中国而言，这既是寻衅，也是机遇。

芯片的背后，牵扯广泛、错综繁芜，笔者认为：我们该当先科学认知芯片，再谈打破与创新，盲目评论辩论“弯道超车”，只会面笑于人。

芯片，或称集成电路（IC），根据用场和构造的不同，可大致分为通用型芯片和专用型芯片两大类。
通用型芯片包括微处理器、存储器和微掌握器等，广泛运用于个人电脑、做事器、智好手机等终端设备。
而专用型芯片则指为特定运用而设计的芯片，如图形处理器（GPU）、数字旗子暗记处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等，它们在通信、汽车电子、航空航天等领域扮演着重要角色。

芯片制造的理论研究始于20世纪初的物理学领域，科学家们创造了半导体材料在电子传输方面的独特性子，为晶体管的发明奠定了理论根本。
直至1959年，杰克·基尔比发明了集成电路，这是芯片制造技能探索进程中的一个里程碑。
基尔比的这一发明，不仅极大地简化了电子设备的制造过程，还大幅提高了电子设备的可靠性和性能。
随后，摩尔定律（预测芯片的密度和性能将每隔18个月翻一番）的提出，进一步推动了芯片制造技能的快速发展，而且这一预测在过去的数十年中被证明是准确的。
芯片制造的理论研究和技能探索，是一个持续的创新过程。
随着人工智能、物联网等新兴技能的崛起，对芯片性能和集成度的哀求日益提高，芯片制造技能面临着新的寻衅。
未来，量子打算、碳纳米管、二维材料等前沿科技，有望为芯片制造带来革命性的打破。
同时，可持续发展和环境保护的理念，也将推动芯片制造家当向更加绿色、高效的生产办法转变。

光刻技能，是当前芯片制造中的关键环节，人们的目光也聚焦于此。
从最初的干法光刻到湿法光刻，再到本日的极紫外光刻，每一次技能改造都极大地提高了芯片的集成度和性能。
ASML的EUV光刻机在芯片制造中的运用，标志着芯片制造技能进入了一个全新的时期，实现了纳米级的精密制造。
EUV光刻机是芯片制造领域最繁芜、最昂贵的设备之一，其每一个零部件都来自环球顶尖的制造商，这些零部件的精密合营，确保了EUV光刻机能够实现最高精度的芯片制造。

10万个零部件组成的ASML光刻机

芯片制造的每一个环节，都离不开前辈的制造设备和高质量的原材料。
制造设备的进步，如光刻机、蚀刻机、薄膜沉积机等，是芯片制造技能不断打破的关键。
ASML的EUV光刻机，作为芯片制造的“心脏”，其繁芜的设计和精密的制造，表示了环球供应链和跨国互助的力量。
在原材料方面，高纯度的硅材料是芯片制造的根本，而分外气体、化学品和光刻胶等，也在芯片制造过程中扮演着不可或缺的角色。

在硅片表面均匀涂布一层光刻胶，通过掩模将芯片设计图案投影到光刻胶层，通过化学反应形成图案，洗濯残留光刻胶和杂质确保蚀刻精确性，通过化学或等离子体方法将曝光后的光刻胶图案转移到硅片的材料层，形成纳米级电路构造.....

以上便是神秘的纳米级芯片制造工艺流程梗概，是不是看起来很大略？从零开始“手搓芯片”彷佛也不难？事实并非如此！
芯片之难，不可尽言，我们来一览梗概。

芯片制造的风雅工艺与繁芜性，表示在其每一项步骤和所利用的设备、材料上。
全体过程须要极高的精度与掌握，以确保电路的稳定性和芯片的良率。
涂胶、曝光、洗濯、蚀刻等工序，是核心流程、而非全部，而EUV光刻机等关键设备，高纯度硅、光刻胶等关键材料，则是确保这一流程顺利进行的基石。

高纯度硅是芯片制造的根本，其纯度哀求极高，一样平常需达到99.999999999%（11个9），紧张供应商包括美国Hemlock Semiconductor和日本三菱材料等；最前辈的光刻技能是EUV（极紫外）光刻技能，它利用了波长仅为13.5纳米的极紫外光源，可以实现7纳米以下的工艺节点，荷兰ASML公司是环球领先的EUV光刻机制造商，其设备集成了德国通快的高频激光脉冲源和蔡司的高精度反射镜系统，表示了环球顶尖技能和供应链的领悟；光刻胶是光刻工艺中的关键材料，其性能直接影响芯片制造的精度和效率，紧张供应商包括日本JSR、信越化学和美国Dow Chemical等；天车搬运系统（OHT），如日今年夜福（Daifuku）和美国Applied Materials等公司供应的产品，确保了芯片制造过程中硅片的高效、无尘运输，减少了污染和破坏的风险.....

芯片制造的每一个环节，都表示了环球科技的顶尖水平和家当链的深度整合。
从涂胶、曝光到洗濯、蚀刻，每一项工序都须要精密的掌握和高质量的材料。
ASML的EUV光刻机、高纯度硅和光刻胶等关键设备与材料，构成了芯片制造的基石。
环球供应商的格局，反响了芯片制造领域国际互助与竞争的繁芜性。
随着环球科技竞争的加剧，芯片制造的关键技能、设备、材料，成为计策博弈的焦点，其发展与创新将深刻影响环球半导体家当的未来。

为何要谈芯片设计？设计先行，芯片设计与制造相辅相成，都至关主要！

设计决定芯片功能、性能和运用，而制造则是实现过程。
如何在指甲盖大小的面积上堆叠数十亿乃至百亿个晶体管，必须依赖科学的设计工具。
在环球芯片设计领域，电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）工具扮演着至关主要的角色，它们是连接芯片设计理论与实际制造的桥梁。
美国在EDA领域的市场份额达到68%，在这一领域霸占主导地位，险些垄断了环球EDA软件市场，这不仅表示了其在芯片设计环节的技能领先地位，也反响了其在环球半导体家当链中的计策上风。

宛如指甲盖大小、却规模伟大的芯片构造

EDA工具涵盖了芯片设计的各个环节，从电路设计、仿真验证到版图设计，再到物理验证，这些工具能够帮助设计工程师实现从观点到产品的转换，极大地提高了设计效率和质量。
Cadence、Synopsys和Mentor Graphics，这三家公司被称作“EDA三巨子”，险些掌握了环球EDA市场的绝大部分份额，它们供应的工具和解决方案，覆盖了从消费电子到高性能打算、从汽车电子到航空航天等各个行业领域。

美国在EDA领域的强势地位，不仅源于其在软件开拓和技能积累上的上风，也得益于其完善的家当链生态和强大的市场影响力。
美国芯片设计公司如高通、英伟达、博通等，与EDA工具供应商形成了紧密的互助关系，共同推动了芯片设计技能的创新和运用。
此外，美科研机构和高校在芯片设计和EDA工具的研发上投入巨大，培养了一大批高水平的科研和技能人才，为美国在这一领域保持领先供应了源源不断的智力支持。

然而，美国对EDA市场的垄断也引发了环球范围内的担忧。
随着中美科技竞争的加剧，美国对华的半导体出口牵制政策，EDA工具的限定对环球半导体家当链稳定性和安全性构成了寻衅。
中国芯片设计公司，如华为海思、紫光展锐等，虽取得打破，但在高端芯片设计上想要摆脱美国EDA的掣肘，还有很长一段路要走。

面对这一寻衅，中国正在积极寻求打破，加大对本土EDA工具的投入和研发，推动产学研互助，以期在未来能够减少对外部技能的依赖。
同时，中国也加强了与其他国家和地区的互助，探索建立更加开放、多元的芯片设计工具生态系统，以降落技能封锁带来的风险，保障芯片家当链的稳定性和安全性。

在环球化的大背景下，芯片设计工具的开放互助，不仅有利于促进技能的互换和创新，也有助于构建更加稳定和可持续的环球半导体家当链。
美国在EDA领域的主导地位，虽然短期内难以撼动，但通过加强国际互助，推动技能的多元化发展，可以为环球半导体家当的稳定和繁荣创造更加有利的条件。
在环球科技竞争日益激烈的本日，芯片设计工具的自主创新和开放互助，将成为推动环球半导体家当发展的关键动力。

长期以来，中国芯片家当寄希望于通过规模经济和供应链上风，以较低的本钱实现竞争力。
然而，在芯片制造领域，本钱上风的实现远非易事。
芯片制造的高投入、高风险特性，哀求企业必须拥有弘大且稳定的资金支持。
此外，芯片制造的核心设备，如EUV光刻机，其高昂的价格和繁芜的供应链，使得本钱掌握变得非常困难。
纵然能够实现大规模生产，也难以在短期内摊销高昂的前期投入。
因此，中国芯片家当追求本钱上风，更多是一种空想状态，而非实际可操作的策略。

另一方面，芯片设计和制造技能的发展，遵照着摩尔定律的预测。
然而，这一规律的坚持，依赖于持续的研发投入和技能创新。
中国芯片家当虽然在某些特定领域取得了打破，如在特定运用场置器的设计上，但在最前沿的制造技能，如3nm、5nm制程，与国际前辈水平存在明显差距。
追赶过程，须要不断投入巨额资金用于研究与开拓，同时面临技能路径选择的风险，一旦判断失落误，将导致投入的巨大丢失。

只管中科院、华为海思、中芯国际等企业在芯片领域取得了显著造诣，但中国芯片家当整体仍面临多重寻衅。
在芯片制造环节，尤其是前辈制程技能，中国与国际领先水平存在明显差距。
此外，EDA（电子设计自动化）软件、IP（知识产权）等关键环节，中国企业的市场霸占率较低，对外部技能依赖度高。

中国芯片家当的破局之路，在何方？

芯片专家普遍认为，技能创新是国产芯片家当实现打破的紧张条件。
中国芯片家当要想在环球竞争中霸占一席之地，必须在芯片设计、制造工艺、材料科学等核心领域加大研发投入，培养具备国际竞争力的创新力量。
技能创新不应仅仅局限于短期内的市场运用，更应重视长远的根本研究，以确保芯片家当的持续进步和自主可控。

笔者认为，人才是芯片家当发展的第一步棋。
华为任正非曾经讲过，“修桥、修路、修屋子，已经习气了，只要砸钱就行了，这个芯片砸钱弗成的，得砸数学家、物理学家、化学家，中国要踏踏实实在数学，物理、化学、神经学、脑科学，各个方面努力努力地去改变，我们可能在这个天下上站得起来。
”中国虽然拥有弘大的工程师军队，但在高端芯片设计和制造领域，人才短缺征象严重，培养具备国际水平的芯片设计与制造人才，须要永劫光的积累和投入。

学习精良履历，或许是第一步的思考。

视角一：台积电

在芯片制造领域，台湾积体电路制造株式会社（简称“台积电”）的崛起，是一个传奇。
台积电创始人张忠谋，扮演了至关主要的角色。
张忠谋，被誉为“台湾半导体之父”，他的远见卓识和计策决策，不仅塑造了台积电，也深刻影响了环球半导体行业的发展方向。

张忠谋于1987年创立台积电，这在当时是一个大胆的创新。
台积电的成立，标志着环球半导体家当的一个迁移转变点——它首次提出了专业集成电路制造做事（IC foundry）的观点，专注于芯片生产、不参与芯片设计。
这一模式的创新，办理了芯片设计公司和IDM公司之间的抵牾，极大地提升了芯片制造的效率和灵巧性，为环球半导体家当开辟了一条全新的道路。

台积电的成立并非一帆风顺。
在成立之初，面临着来自技能和市场的双重寻衅。
但张忠谋凭借其在半导体行业多年的履历和对市场的敏锐洞察，带领团队战胜重重困难，逐步建立起一套高效、高质量的制造体系。
台积电的工艺技能不断进步，从最初的0.5微米工艺，到如今的5纳米乃至3纳米前辈工艺，台积电始终走在行业前沿，持续引领环球半导系统编制造技能的发展。

台积电的成功，不仅在于其前辈的制造技能，更在于其卓越的管理理念和企业文化。
张忠谋倡导的“尊重人才、看重创新、追求卓越”理念，深深植根于台积电的企业文化之中，吸引了环球最精良的工程师和科学家加入。
台积电的员工，被视为公司最宝贵的资产，公司供应良好的事情环境和培训机会，引发员工的创新潜能，共同推动台积电的持续进步。

台积电在供应链管理、环境保护和社会任务方面也表现出色，赢得了环球客户的信赖和尊重。
台积电的成功，不仅表示在其市场份额的不断扩大，更表示在其对环球半导体家当和台湾经济的深远影响上。
台积电的模式，被环球半导体行业广泛效仿，成为了环球最大的专业集成电路制造做事公司，为环球浩瀚有名芯片设计公司供应制造做事，包括苹果、高通、NVIDIA等。

张忠谋与台积电的故事，是芯片制造领域的一段佳话，它不仅揭示了芯片制造之难，更展现了通过创新和不懈努力，可以战胜困难，引领行业发展的无限可能。
台积电的崛起，不仅是台湾半导体家当的骄傲，也为环球半导体家当的发展树立了典范，证明了专业集成电路制造做事模式的可行性和高效性。
张忠谋的领导力和台积电的成功，将连续勉励着后来者，探索芯片制造的更多可能，推动环球半导体行业向着更高、更快、更强的目标提高。

视角二：光刻机

早在20世纪90年代，ASML便开始探索EUV技能的可能性，但直到2010年代初，第一台商用EUV光刻机才得以面世。
这一漫长的研发过程中，英特尔、德国通快（Trumpf）和蔡司（Zeiss）等国际巨子扮演了至关主要的角色。

英特尔作为环球领先的芯片制造商，早在EUV技能尚处于观点阶段时，便预见到了其在半导系统编制造中的潜力。
英特尔的早期投资与技能互助，为ASML的EUV研发供应了关键的支持。
此外，英特尔与ASML共同开拓了新型的光刻胶，以适应EUV光的分外哀求，这一互助不仅加速了EUV技能的商业化进程，也为后续的家当运用奠定了根本。

德国通快，作为激光领域的领导者，在EUV光刻机的核心组件——光源的研发中发挥了主要浸染。
EUV光刻机所需的光源，是一种产生极紫外光的高频激光脉冲，其能量密度和稳定性哀求极高。
通快的激光技能，不仅知足了这些严苛哀求，还极大地提升了光源的效率和可靠性，为EUV光刻机的稳定运行供应了坚实保障。

蔡司在EUV光刻机的研发中，卖力设计和制造高精度的光学系统，尤其是关键的反射镜组件。
EUV光刻机的光学系统，须要在极短的波长下保持高度的反射率和极低的热变形，这对光学设计和制造提出了前所未有的寻衅。
蔡司凭借其在光学领域的深厚积累，成功开拓出了知足EUV光刻需求的光学系统，为ASML的光刻机供应了核心竞争力。

EUV光刻机的研发之路，是一段充满寻衅与创新的旅程，是环球家当链深度互助的典范，显示了跨国企业间协同创新的力量。

中国芯片家当的破局之路，领悟了成本运作、市场策略、前沿科技探索以及国家层面的成本支持，是多元策略协同推进。
这一起径的探索，既表示了中国在环球科技竞争中的决心，也反响了其在芯片家当计策上的寻思熟虑。

并购计策：快速获取技能与市场

作为中国芯片家当破局的主要手段之一，旨在通过收购外洋前辈企业，快速获取关键技能和市场准入。
这一计策的履行，既有助于缩短技能追赶韶光，也能够迅速扩大中国芯片企业的国际影响力。
如闻泰科技成功收购荷兰恩智浦（NXP）的安世半导体，标志着中国企业在半导体领域的国际并购取得了本色性的打破。
通过并购，中国芯片企业不仅能够得到前辈的技能和知识产权，还能够利用被收购企业的环球发卖网络，加速自身产品和做事的国际化布局。

互助与共赢

市场换技能，是中国芯片家当破局的另一条路径。
通过开放中国市场，吸引外洋芯片巨子与本土企业互助，共享技能与履历，实现共赢。
中国弘大的市场需求，成为吸引国际芯片企业与中国本土企业互助的关键成分。
如英特尔与紫光展锐的互助，即是在中国市场换技能策略下的成功案例，双方在芯片设计与制造领域展开了深度互助，共同推动了中国芯片家当的技能进步与市场拓展。

探索未来技能

在传统芯片技能面临摩尔定律极限的寻衅下，中国芯片家当开始探索量子打算这一前沿科技领域。
量子打算以其超越经典打算机的潜力，被视为未来打算技能的革命性打破。
中国在量子打算领域的研究与开拓上投入了大量资源，力争在这一前沿科技领域霸占一席之地。
例如，中国科学技能大学潘建伟团队在量子信息领域的研究成果，为量子打算的硬件实现供应了理论根本和实验验证。
量子打算的探索，为中国芯片家当的技能创新开辟了新的方向，也为办理传统芯片技能瓶颈供应了可能的办理方案。

大基金：国家层面成本支持

大基金，即国家集成电路家当投资基金，自2014年景立以来，成为中国芯片家当发展的关键推手。
大基金的设立，旨在通过成本的杠杆浸染，勾引社会成本投资芯片家当，加速中国芯片家当的自主可控进程。
大基金的投入，不仅支持了芯片设计、制造、封测等关键环节的企业发展，还促进了家当链高下游企业的协同创新，为构建完全的芯片家当链生态供应了坚实保障。
大基金的运作模式，表示了国家层面对芯片家当发展的长期方案和计策支持，为实现中国芯片家当的可持续发展奠定了坚实根本。

总而言之，芯片之难，不仅表示在技能的高壁垒上，更在于环球供应链的繁芜性以及国际政治的不愿定性。
中国芯片家当在面临寻衅的同时，也在积极寻求打破，从加大研发投入，到推动家当链协同发展，再到培养本土人才，每一步都充满希望。
我们有情由相信，随着中国芯片家当的不断进步，未来将会有更多国产芯片在世界舞台上发光发热，为环球科技发展贡献力量。

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