国产4nm芯片量产,美方封锁彻底失败重

近日，一篇《绝对的重大突破，中国4纳米芯片已量产，美方封锁彻底失败》的文章上了热搜，忍不住看了一下，实在是标题党啊！

这篇文章内容讲述了内地企业长电科技的4nm芯片封装技术，这和芯片量产根本不是一回事。

文中还提到绕开EUV光刻机，这更是无稽之谈。EUV光科技是全球领先科技的集大成者，耗费了多少人的心血，说绕开就能绕开？

那么问题来了，我国的芯片产业究竟什么水平？距离4nm芯片量产还有多久？

长电科技的封装

年11月21日，长电科技表示：公司已经实现4nm工艺制程的手机芯片封装，在芯片和封装设计方面和客户展开合作，可帮助客户将2.5D和3D等各类先进封装集成到智能手机和平板电脑。

就是这条消息让很多人误认为，国产芯片已经突破了4nm技术，实现了量产，其实这只是在封装环节中突破了4nm技术。

那么什么是芯片封装呢？

芯片封装是芯片制造完成后的一道工序，简单来说就是给芯片安装一个外壳，这个外壳具有密封、固定、保护芯片和增强电热性能的作用。

芯片封装虽然比不上芯片制造的重要性，但同样不可小觑。

芯片封装在某种程度上可以说是芯片制造的一部分，它从整个晶圆中挑选出合格的芯片，然后在芯片的外部焊接上对应的电路。

随着芯片技术的发展，芯片工艺从28nm到14nm、再到7nm、5nm、甚至4nm，晶体管之间的沟道越来越窄，制造难度越来越大，封装难度也越来越大。

长电科技能够实现4nm的封装，进入世界领先，也确实不易。

因为封装要求：

1、封装面积要尽量与芯片面积大小相同；

2、封装的引脚要尽量短小，从而有效降低延迟；

3、封装的引脚之间的距离要尽量远，以保证互不干扰；

4、封装要越薄越好，有利于散热。

此外，先进的封装还能助推Chiplet技术的快速发展。

Chiplet也就是“芯粒”或者“小芯片”，它可以在不改变制程的前提下提升芯片的整体性能和算力，同时保证芯片的良品率。

Chiplet需要先进的封装技术，尤其是3D封装技术。

因此，长电科技的4nm封装技术，对国产芯片的发展还是具有很大的实际意义的。

长电科技在芯片封装中究竟处于什么地位呢？

长电科技是内地第一，全球前三的芯片封装企业。排在前两位的分别是日月光、安靠。

但是在封装领域还有一家公司不可小觑，那就是台积电。

年3月，苹果公司发布的M1UltraSoC，这款芯片就是采用了台积电的CoWoS-S封装技术。

这种技术通过使用硅中介层将两个M1Max芯片连接在一起，以创建片上系统（SoC），这是一种2.5D封装模式，可能适用于MacPro核心芯片。

此外，英飞凌的芯片封装技术也很强大。也就是说，如果只论封装技术，国内的长电科技的劲敌很多，或许未必能进前三。

但无论怎样，拥有一家先进的封装技术也算是国产芯片的骄傲吧！

国产芯片真正的弱点还在架构、EDA、设备、材料、制造环节。

国产芯片架构

架构是芯片产业的第一项任务，它直接定义了芯片的类型和属性。

我们可以把它看成是房子的地基和主体框架，试想一下，你的房子能盖多高、功能如何、是写字楼还是住宅，基本都由地基框架决定了。

因此，架构对于芯片来说极其重要，当你决定做一款芯片时，首先要有芯片架构。

然而，现实是芯片架构基本被ARM、英特尔所把控，ARM、X86架构垄断了全球90%以上的芯片。

最近号称能够破局的RICS-V，也是一款“精简指令集架构”。但不同的是RICS-V是一款开源指令集架构，它允许任何人设计、制造和销售。

RICS-V实际源自加州大学伯克利分校，年时研发团队起草了RISC-1，是今天RISC架构的基础。

年发布RISC-II原型芯片，年发布RISC-III，年发布RISC-IV。

年，研究团队推出了RISC-V，RISC-V是一套基于BSD协议许可的免费开放的指令集架。

目前，形成了ARM、X86、RISC-V为主流的CPU架构。

ARM是移动市场的统治者，IP基本掌握在ARM公司手中。ARM对国内企业并不太友好，其最新研发的NeoverseV1、V2，就拒绝向国内芯片公司出售。

X86是传统PC的主流，主要处理复杂的大数据，IP掌握在英特尔和AMD手中，这两家企业是要遵守漂亮国的芯片禁令的。

至于RISC-V，目前来看的确是开源，而且优势也很大，但未来还真的不好说，毕竟起源于漂亮国。

国内也有自己的架构，就是龙芯的LoongArch架构。

LoongArch是真自主架构指令集，并且通过了第三的知识产权评估。通过评估，第三方机构认为LoongArch与ARM、X86、RISC-V、MIPS并不相同：

1、LoongArch的指令系统、指令编码、指令格式、寻址模式是自主设计；

2、LoongArch的指令手册、指令说明、内容表达上与国际主要指令区别明显；

3、LoongArch未对国际主要指令系统构成侵权风险。

尽管LoongArch架构是我国自主研发的，但是其整体性能、生态方面远比不上X86，与英特尔、AMD差距在5年左右。

LoongArch架构主要应用在桌面端、服务器端。在移动嵌入端，国内仍然是空白的。

可以说，在芯片最初的架构，我们就已经落伍了。

EDA软件

在芯片设计方面，我们的华为海思十分出色，麒麟芯片一度超越了高通骁龙，这是值得我们骄傲的。

但是，设计芯片的工具“EDA”同样掌握在欧美企业中。

EDA软件又称EDA工具，翻译成汉语就是电子设计自动化，是工业设计、电子设计不可或缺的一款工具。

EDA软件公司最强的是新思科技、铿腾电子、西门子EDA，三家公司占据全部市场的70%以上，并且技术十分强大，被称作“EDA三巨头”。

三巨头全面布局，又各具长处，同时又与芯片巨头们紧密联系。

新思科技以数字设计、静态时序验证、SIP为特长，长期与台积电、三星、英特尔合作。

铿腾电子以模拟、数模混合、数字后端、IP为特长，长期与台积电、ARM合作。

西门子EDA以后端验证、可测试性设计、光学临近修正为特长，长期与台积电、ARM、AMD合作。

三巨头的EDA软件都可以设计5nm及以下芯片。

国内EDA软件最强的是华大九天，其继承了熊猫软件的技术和市场，也拥有国内最强的EDA设计团队，但是拿到国际上只能算二流。

华为九天在液晶显示器设计方面达到了世界领先，电路仿真方面做到了5nm工艺，其他方面，如数字设计、模拟设计、静态时序、IP、SIP等方面只能设计16nm。

最要命的是，华大九天设计团队只有人，相当于三巨头的1/10，同时，华大九天无法与台积电、三星这类先进制造公司合作、也就无法验证先进EDA性能。

也就是说，如果要设计先进制程的芯片就必须采用三巨头的EDA工具，华大九天只能满足16nm及以上制程。

制造工艺

芯片制造环节是我们的弱点，这是众所周知的。

首先在制造工艺方面，台积电是当之无愧的世界第一，三星、英特尔也有EUV光刻机，但是与台积电差距仍然很大。

国内芯片制造最强的是中芯国际，目前可以做到12nm量产，与台积电相差3代。

台积电是年量产12nm芯片的，到现在量产3nm，时间线上差不多是5年半。

也就是说，即便现在中芯国际拥有全球一半的EUV光刻机，到量产3nm芯片也要5、6年，如果算上技术、工程师的差距，恐怕时间会更长。

但现在连EUV光刻机都没有，谈3nm真的有点扯啊！

EUV光刻机

我们都知道7nm及以下制程的芯片需要EUV光刻机，但EUV光刻机只有ASML能够制造，因此很多国家、研发机构都在试图绕过EUV光刻机。

什么激光光刻机、X射线光刻机等等，都提上了研发日程。

其实，早在上世纪80年代，电子束光刻、离子束光刻、EUV光刻就开始同步研发了。ASML经过全方面的对比，选择了EUV光刻。

事实证明ASML是正确的，也是幸运的，13.5nm的EUV光刻机经过3次曝光后，恰好能够生产3nm芯片。

此时，幻想着采用激光、X射线等等来代替成熟的EUV光，可以说是天方夜谭，即便未来几年能够做出来，也已经落后了，因为ASML的EUV光刻机正在升级。

有人提出了量子芯片，可以绕过EUV光刻机。

这是正确的，量子芯片的确可以绕过EUV光刻机，因为它比传统的芯片强大的多。马云就曾说：量子计算只要一台服务器就可以替换掉阿里云的万台服务器。

这样强大的量子芯片难度只会比EUV光刻机难度更大。

最为关键的是，量子芯片中的量子是如何产生的呢？还是要依靠传统技术，借助传统的更强大的物理设备、电子技术，芯片技术，进行复杂的计算产生。

而传统的芯片技术又绕不开EUV光刻机，又回到了原点。

因此，技术革新是离不开传统技术支持的，不搞2G、3G、直接搞5G、6G是不会成功的。不会走路直接跑步必然要摔个大跟斗。

因此，EUV光刻机还是要做，EUV光源、透镜、精密轴承等依然要做，即便它号称无法单独完成，即便它是集成了全球的精密技术。

所以，从EUV光刻机的研发上来看，短时间内仍然是无解的。

半导体材料

半导体材料众多，但大都被日、美、欧、韩所掌握，其中日本是妥妥的优等生。

半导体材料中的高纯度氟化氢、光刻胶和氟化聚酰胺基本被日本所垄断。

这些材料，基本无法逆向分析出技术及含量，因此“模仿”不了。这些材料的制造需要精细的工艺及操作步骤，同时需要长时间去沉淀经验。

例如，高纯度氟化氢需要将杂质控制在万亿分之一以下，没有充足的时间和耐心是不可能达到的。

再例如，光刻胶是光刻过程必须的材料，它由树脂型聚合物、光引发剂、溶剂、单体和其他助剂共同组成。

同时，光刻胶需要良好的分辨率、对比度，同时需要一定的敏感度、粘滞度、粘附性、抗蚀性，同时对表面张力、存储等也有很高的要求。

如何能满足7nm芯片制造的需求呢？这就需要搞清楚各种试剂的制作方法，比例，不能出现一丝一毫的误差。年，台积电就出现了光阻材料污染，直接损失了近40亿人民币。

所以，要想掌握半导体材料的相关技术，没有几年功夫，不能一丝不苟、心无旁骛的潜心研究，是不可能掌握核心技术的。

而心无旁骛恰恰是我们最缺少的，大家一窝蜂的涌向金融、地产等来钱快的行业，谁还愿意搞费力不讨好的研究呢？

所以，半导体材料看似简单，其实更加考验我们的耐心。

写到最后

长电科技攻破了4nm封装技术，这固然是可喜可贺的，但凭此就认为我国已经量产了4nm芯片，着实夸张了点！

国内芯片真实现状是：2、3年时间可以实现28nm成熟工艺的全国产化，而7nm及以下工艺依然受制于架构、EDA软件、制造、EUV光刻机、半导体材料。

那么何时能够实现4nm芯片的量产呢？3年？5年?或者10年？这个很难说的准。

我的意思是，莫问前程，努力研发，希望就在前方！

我是科技铭程，欢迎共同讨论！

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