
这个问题非常好,提到光刻机,不能不说这是国人心中一个深深的痛。
中芯国际(SMIC)为了发展最先进的7纳米芯片制造工艺,在2018年初,以1亿多美元向荷兰ASML订购了一台EUV紫外线光刻机。然而,近两年过去了,ASML受到美国的各种施压,迟迟不向中芯国际交付这一台高端光刻机。而我们没有丝毫办法,这不能不说是店大欺客,欺人太甚。
上海微电子(SMEE)作为国产光刻机唯一的提供商,在目前本土高 科技 发展,尤其是芯片被美国穷尽手段阻断的情况下,它的存在无疑成为国内芯片制造的唯一希望。
那么上海微电子在光刻机领域的实力究竟如何呢?
其实这里要先说明一下光刻机的分类,从用途上区分, 其主要有四大类:制造芯片的前道光刻机,封装芯片的后道光刻机,制造LED/MEMS/功率器件的光刻机,以及制造TFT液晶屏的光刻机。
而上海微电子对这四种光刻机都有涉足,尤其是封装芯片的后道光刻机,其在国内具有80%的市场占有率,在国际上也有近40%的占有率,每年都有近60台的出货量。
其客户都是世界前十大封测工厂,比如国内的长电 科技 JCET,通富微TF,以及台湾的日月光半导体,这是非常了不起的成就。
上海微电子的研发实力也不容小觑,在光刻机领域的专利申请量有近3000项。在国内半导体设备厂商的综合排名中,位居前五名。
但是在半导体制造中,最核心的其实属于前道光刻机,其在半导体制造成本里占30%之多,中芯国际向ASML购买的EUV极紫外线光刻机就属于前道光刻机,可用于生产7纳米工艺的芯片。
而上海微电子目前可以提供的最先进前道光刻机,只能用于生产280纳米,110纳米和90纳米工艺的芯片。 从这方面讲,上海微电子与世界前三大光刻机生产商ASML,佳能Cannon和尼康Nikon的差距,是非常巨大的。
除了上海微电子之外,中科院和华中 科技 大学都有对光刻机的研发,但这都停留在实验室的阶段,很难进入商用。
比如中科院号称开发出的“22纳米光刻机”,采用表面等离子技术,不同于EUV极紫外光技术,具有很大的缺陷, 无法生产CPU和显卡GPU等电路非常复杂的芯片 ,这决定了,其无法进入商用领域。
华中 科技 大学国家光电中心甘棕松团队,利用双光束超衍射的技术,开发出的光刻机, 目前仅能用于微纳器件的三维制造,距离进行集成电路芯片制造,还有很多技术需要攻克,更别提进行成熟的商用芯片制造 。
由此我们可以看出,媒体上很多宣称打破国际封锁,开发出的几纳米光刻机,基本上距离商用都很遥远,有的甚至基于不同目的还偷换概念。
这从另一个侧面说明,上海微电子在国内光刻机领域,是唯一有希望进行更高端光刻机研发的企业,因此它的地位是无法替代的。
值得一提的是,从相关渠道了解到,上海微电子正在02专项的支持下,进行28纳米前道光刻机的研发,已经取得了很大的进展。从90纳米跨越到28纳米,如果能实现,也是一个了不起的进步,期待上海微电子的28纳米光刻机!
上海微电子(SMEE) 做为国内拥有最先进的光刻机设计制造技术厂商,目前能达到的最高工艺节点(tech node) 是90nm。90nm是什么概念呢?大致相当于2004年2月年英特尔的奔腾4,当时最强的Prescott架构3.8Ghz就是用的90nm光刻,也是那个时代晶圆厂最好的工艺代表。另外同期同制程节点的还有索尼Playstation2的处理器、IBM PowerPC G5、英伟达的GeForce8800 GTS等。当然实际光刻能力,涉及到晶圆厂的制造能力,最终会有不同。虽然光刻工艺只是芯片制造的上千道工艺中的一部分,但确实最关键的,光刻精度不够,后面任何步骤设计都会产生大量的偏移和失效。这在国际上,算是第四名,因为没有第五第六名。
而这台SSX600系列的90nm光刻机,大约是在2007年研发成功,真正上市时间未知。时至今日,上海微电子的主流产品还停留在前道90nm以及后端光刻系列。后端光刻主要用于先进封装形式,也就是晶圆级封装(WLP)及Bumping为主,对光刻精细度要求没有可比性,拜托有的人就不要把封测那边甚至是MEMS、液晶面板光刻的市场份额拿出来说了,完全两个世界。前道光刻才是真正的地狱难度。
那90nm的光刻机在2021年的今天,还能做什么?我们可以看看下面这个图:,55-90nm仅剩9%的产能,逻辑芯片(比如CIS,驱动芯片、控制芯片等)、e-Flash和DAO(电源类分立器件芯片,结构最为简单)为主。也就是说基本上不会是西方卡脖子的类别,器件设计上构造简单的芯片。
导致国产光刻机一直没用进步的原因有很多。实际上国家进行相关立项是非常早的,也不仅仅是一家公司一个研究机构进入项目。可无奈高端光刻机的大部分核心零部件,我们没有能力设计制造,导致一进口就被禁运。当然,我们的设备厂商、半导体材料研究机构、晶圆厂,都在积极寻求和国外机构、企业的合作,以达到研发和其他资源上的共赢,并规避一部分境外的技术、材料、部件的限制。只是离高端制程节点越近,这样的限制就卡得越紧。(大家可以查一下IMEC这个比利时的研究机构,他们在上海也有分店。)
我们可以先看看一台光刻机的主要组成部分有哪些:
稍微查一下材料,就可以看到国内到底哪些厂商有能力供应65nm以下光刻系统核心部件,是否已经拥有商业级别自主设计和制造能力。对,你猜得没错,几乎都没有——实验室里面有、研发基地里面有,但那不等于可以进行到商用级别,还只能停留在实验室里面做论证和分析。 而且加上瓦森纳协议《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》等西方世界针对 社会 主义国家的禁运玩法存在,就连跨国合作都被限定在非常清晰的框架内。 现实就是如此残酷!
一下子要跳到28nm,甚至14nm,不是上海微电子做不出来,而是这事情不能靠上海微电子一家去做。这是一个需要整合 社会 资源、进行多层次多路径全赛道起跑的一整套工业技术开发项目集合。那一条赛道慢一点,我们的下一个世代光刻机就要等等。资金,我们有的;人才,我们也有的;参照物也有的;政策也有明确的导向;舆论也给足了劲。剩下的就是给他们时间和空间,因为各专项有对应的企业和机构在攻坚了。小道消息,28浸没式DUV有在研发(对就是你们知道的02项),但还是需要些时间才知道是否能用到晶圆厂里。如果有吹14nm出来的,到今天为止可以直接当做某种对上海微电子乃至整个国产光刻机行业的捧杀。
少一点毒奶,多一点务实。 把他们吹上天,未必是好事。把他们贬得一文不值、冷嘲热讽,也不过是递刀子让境外渗透势力攻击我们的科研体制。让 社会 大众了解清楚现状,我们自己的舆论也责无旁贷。
上海微电子,前路漫漫,却依然是国产高端光刻机的希望。
水平不高
但不空白
坚持研发
踏实前进
一步一步
后来居上
故,最终赶超一流
#凌远长著#
上海微电子光刻机在全球属于什么水平?上海微电子光刻机在国内是最先进的光刻机研发制造企业,其前道光刻机能够实现90nm制程,在国内市场份额超过80%,并且也销往国外。但与国际先机光刻机相比,上海微电子光刻机却处于低端光刻机序列。
目前光刻机市场几乎被荷兰ASML、日本尼康和佳能、中国上海微电子设备集团四家所垄断。而在这里面,又分为三个档次,荷兰ASML垄断了高端光刻机市场份额,日本尼康和佳能处于中端但同时竞争中低端市场,而上海微电子只有低端光刻机市场。其中ASML采用13.5nm的光源,可以实现7nm的制程,未来还将会实现更小nm的工艺。而上海微电子目前只能实现90nm工艺制程,差距不小。
上海微电子集团成立与2002年,成立之初当时国外公司曾经嘲讽:“ 即使把图纸和元器件全部给你们,你们也装配不出来。 ”。然而上海微电子经过自力更生艰苦奋斗,硬是打脸了国外公司的脸, 在2007年研制出了我国首台90nm制程的高端投影光刻机 。
不过由于样机一出来因为采用了国外引进的高精度元器件,这时西方国家丑恶的嘴脸暴露了出来,摆出了《瓦森纳协议》共同对我国实现高精度元器件禁运。以至于到目前即使研究出更好的光刻机,要大量生产也受到了国内产业链的限制。但 上海微电子硬是凭借一口气,还是又研制出了另外的光刻机出来,并逐渐在国内赢得了市场 。
现在国内已经意识到光刻机相当重要的作用, 中芯国际已经花了将近1.5亿美元引进ASML高端光刻机,但过去了两年还未能交货 ,因为国外有阻扰要得到这台高端光刻机会经过不少波折,最后也不知道能不能成。国内相关的机构也在重点突破光刻机技术,比如中科院光电所已经研究出光刻分辨力达22nm的技术,结合双重曝光技术可以实现10nm芯片的制造。
不过光刻技术攻克后,要实现光刻机量产还有不少的时间。特别是需要几万个零部件要达到高精准度的高端光刻机,其中的关键高精度零部件比如镜头、光源、轴承等,目前国内产业链还达不到,也需要联合攻关才能取得,这需要花费不少的时间。就如中科院微电子所院士所说, 在光刻机方面国内与国外先进相比相差15-20年的距离。即使是国内最先进的上海微电子,也还有相当长的路要走。
如果说上海微电子的光刻机全球领先,大家都不会相信。荷兰ASML最新的光刻机为7nm制程工艺,即将量产5nm,上海微电子最新的量产光刻机是90nm,正在研发65nm光刻机。也就是说,我国的光刻机与世界先进水平还有很大的差距。
真正的差距在哪里?
上海微和荷兰ASML光刻机的差距,客观反映了 我国和西方发达国家在精密制造领域的差距 。一台顶级光刻机的零部件,来自于西方不同的发达国家,美国的光栅和计量设备、德国的光学设备和超精密机械、瑞典的轴承、法国的阀件等等,最要命的是,这些顶级零件对我国是禁运的。
荷兰ASML的光刻机,90%的关键设备来自于不同的发达国家,自己并不生产关键零部件,而是做好精准控制和集成,将13个系统的3万多个分件做好精准控制,误差分散到这13个系统中。上海微电子同样是一家系统集成商,自己并不生产关键零部件,所以在没有顶级零部件、没有突破关键技术的情况下,做不出7nm光刻机光刻机不是它的责任。
有钱买不到?
还有一个关键的问题,荷兰ASML的7nm EUV光刻机,处于垄断地位,全球只有ASML能够生产,而且产量有限,即便有钱也很难买到,原因有两点。
原因一:ASML的合作模式
ASML有一个独特的合作模式,只有投资了ASML,才能获得优先供货权,也就是说ASML要求客户先要投资它自己才行,通过这种合作模式,ASML从来不用担心钱的问题,包括英特尔、三星、台积电、海力士等都是ASML的股东,可以说大半个半导体行业都是ASML的合作伙伴。
ASML的高端光刻机产量本来就不高,早早就被英特尔、台积电等这些公司预定了。
原因二:技术封锁
我国进口高技术设备时,无法绕开的一部法令是《瓦森纳协定》,美国和欧盟等国家都是其成员国,这是一部全球性的法令,我国就在被禁名单之内。这个协定也不是完全禁售,而是禁售最新几代的设备,比如2010年90nm以下的光刻机对我国禁售,2015年改成65nm。
我国的晶圆厂中芯国际,早在2018年就从ASML成功预订了一台7nm EUV光刻机,先是因为ASML的合作伙伴失火,导致订单延期,无法交货,后是因为受到美国的牵制,荷兰不予签发许可证,所以,中芯国际至今仍然没有收到,其中的原因大家可以想一想。
总之,在光刻机领域,我国与世界先进水平还有巨大的差距,而且光刻机的研发不能实现跳跃,没有突破65nm之前,是无法研发24nm的。同时,ASML向我国晶圆厂出售高端光刻机时,有保留条款,禁止给国内自主的CPU代工,比如给龙芯、申威等,但不影响给ARM芯片代工,很大程度上影响了自主技术和我国半导体产业的发展。
上海微电子是国内唯一的高端光刻机整机厂商,目前量产的最先进光刻机只能支持90nm制程。
前几年宣传过要生产65nm光刻机,不过65nm与90nm都属于上一代技术了,已经落后,就算造出来,就技术或者市场来说意义都不大,比较鸡肋,后来就不提了,看来已经取消。
65nm是一个坎,90nm和65nm都属于深紫外(DUV)干式光刻机,优于65nm的就是深紫外浸没式光刻机,工件台浸泡在水里,技术革新幅度比较大。佳能和尼康就是因为开发这一代产品失败,止步于高端光刻机市场。
国产光刻机的下一个目标是28nm。能定下这个指标本身就很了不起, 荷兰阿斯麦的DUV光刻机单次曝光最高只能到38nm 。要实现28nm需要大量技术创新才行。
从全球来看,处于最低档的水平,离最强的ASML应该至少有10年以上的差距。
为何这么说,目前上海微电子光刻机还是处于量产90nm的阶段,目前还在研发65nm,而ASML目前最牛的光刻机可用于生产5nm的芯片,具体的各个级别的光刻机分类如下:
如上所示,如果分为四类,分别是超高端、高端、中端、低端的话,上海微电子处于最低端,而这个技术,ASML10年前就有了,所以说离ASML至少是10年的差距,这还要ASML停留在原地等才行。
那么从90nm到5nm,从当前的芯片主工艺来看,至少可以分为65nm、40nm、28nm、20nm、16/14nm、10nm、7nm、5nm等。
而这些节点技术,有好几个台阶要上,首先是45nm的台阶,再到22nm的台阶,再到10nm台阶,再到7nm的台阶,真的是一步一个坎,有些坎几年都未必能够更新出一代来。而这些节点,真的是一步一台阶,越到后面越难,所以这个差距真的是非常大的。
网上一直流传着一句话,ASML曾说就算他公开图纸,别人也生产不出和他一样的光刻机来,因为光刻机的技术,很多是经验积累,并且和芯片制造厂商的合作一起研发,并不是靠着元件就能够解决的,而国内芯片制造技术本来就落后,这样无法强强联手,很难追上ASML。
虽然说在光刻机领域中,上海微电子一直表现比较抢眼,但在市面上出售的光刻机,却着实有些令人感觉到差异,90nm的光刻机和荷兰ASML的7nm Euv的区别着实有点过大了。但是,这种“憋屈”,我们现在还得承受着,这是无奈之举。
我们得打破《瓦森纳协定》的束缚?
其实,我们知道,《瓦森纳协定》是成了禁锢我们发展的一大不可忽视的紧箍咒,不仅仅以美国为主的国家,极力的阻止我们在半导体领域的发展,还通过技术管制,让我们很难在技术中,得以进步。因为,最新的技术确实在美国等西方国家的技术钳制中!
因此,如果打破不了《瓦森纳协定》的束缚,我们在光刻机方面,还是会处于不小的压力,这才是我们必须要知道的。
光刻机,需要多种技术的集合
什么是光刻机?光刻机是我们在生产芯片中的重要部分,其实简单的解释是,将光罩上的设计好集成电路图形通过光线的曝光印到光感材料上。因此,镜头、分辨率、套刻精度都非常重要。
我们经常说的nm是什么意思呢?其实,就是光刻机在365纳米光源波长下(深紫外光),单次曝光最高线宽分辨力达到多少纳米。
我们知道,光刻机的曝光系统常见光源分为:紫外光(UV)、深紫外光(DUV)、极紫外光(EUV)等等,如今能够在EUV中有所作为的,可能只有ASML了。其实,ASML的成功是集众家之长,比如德国蔡司提供的镜头,美国公司供应的光源,也囊括了海力士、三星、英特尔等多家公司,因为它们是ASML的股东,这就是阿麦斯聪明之处,想优先获得我的光刻机,就得成为我的股东。
技术集合的困难,是我国光刻机发展的难点。其实,上海微电子的发展已经很不错了,我觉得我们可能需要的是,换一种思路,打破国际惯例的技术限制,这就比如武汉光电国家研究中心的甘宗松团队,成功研发利用二束激光,生产9nm工艺制程的光刻机一样,未来的限制只会被打破。
上海微电子在全球是“全球第四”的水平。
但事情就怕说“但”,一说这词,后面的话就没那么振奋人心了。
理由就是,如果把目光聚焦到技术含量最高,利润也是最高的高端光刻机市场,就会发现这个市场特别小,小到了四家生产商都太拥挤了。现在来看,实际上哪怕只有一家,也能够让这个高端光刻机市场正常运作下去。 而且这个市场,现在也确实是一家独大的形势,荷兰ASML一家独揽了高端光刻机市场的大头,老二和老三的佳能和尼康还能捡点汤汤水水混个水饱,至于上海微电子这个老四,就真的是只能面对锃光瓦亮的锅碗瓢盆了!
现在在攀登最高端光刻机的道路上,老二和老三的佳能、尼康也是力不从心了,相继都宣布了不会去开发EUV光刻机,干脆地躺倒认输了。这或许给了目前第四的上海微电子机会,加把劲说不定就能变成第二了。
但在这这已经渐渐明朗的“垄断”行业中,龙头通吃的荷兰ASML会给上海微电子,以及另外两个输家佳能和尼康,还能留下什么就真不好说了。
总之,光刻机的路上,老大荷兰ASML已经一骑绝尘,剩下三个难兄难弟能跑多快,能跑多远,都是只能挣亚军了,而且是没有奖金的亚军,因为在这个赛道上,只有冠军能拿到奖金。
首先说下世界上生产光刻机的几个品牌
ASML
尼康
佳能
欧泰克
上海微电子装备
SUSS
ABM, Inc.
大家最熟悉的莫过于ASML了,经常有新闻报道这家人数不多的公司,每个高端光刻机的流向,都会引起人们瞩目,每一代高端cpu都离不开它的身影,而且有些型号还属于禁运品,可想而知它的重要性了。
下面我们说说国内的上海微电,由于各国对高端光刻机的控制,我国也于02年开始开发研制,主要提供90nm及以下的制造能力,还是面对低端市场,能很大解决国外垄断现象,提高我国芯片生产能力,主流的7nm生产工艺还主要在台积电,三星(只是使用方,没研发)手中,不过我们也是奋发图强,每年二三百台的出货量,大大提高我国芯片的竞争能力,如果分上中下三个等级的话,我感觉上海微电属于中等偏下水平,不过随着我们 科技 强国战略,这个等级还会随时变动,希望能造出超一流的设备,打造中国自己的高端芯片
AMD与英特尔的价格大战
AMD是美国一家专门设计和制造CPU的半导体公司,与英特尔并列为全球CPU双雄。
对于广大的普通消费者来说,更熟悉的是英特尔这个品牌。其实,熟悉电脑配置的人很清楚,AMD和英特尔一样,也是CPU产业中的佼佼者。两家公司都具有强劲的实力,二十年来,竞争从来都没有停止过。
2006年7月24日,AMD宣布以54亿美金价格收购显卡双雄之一的ATI(Array Technology Industry)。这在当时是一条爆炸性的消息,因为ATI在显示芯片方面独霸一方。关于显卡,人们所言的A卡、N卡就分别来自ATI和英伟达。AMD早年和英伟达是密切的合作伙伴,在当时却一举收购其竞争对手ATI,令人大跌眼镜。而后,AMD顺势成为唯一一家集CPU与显卡业务于一体的公司。
不过,急功近利之下的AMD将大量资金分给显卡业务,却并没有如愿在显卡市场上有一番作为。2006年底,英伟达推出的8800GTX震撼了整个图形业界,然而AMD的产品却始终不见踪影。N卡具有领先的工艺水平,在2012年以后,英伟达和AMD在显卡的市场份额逐渐从五五分演变为三七分,更有英伟达一家独大的趋势。
同时,AMD忽略了老本行CPU的研发。AMD靠戴尔的订单取得了短暂的优势,但英特尔通过削减利润压低价格的方式又进一步抢夺了市场。陷入资金困境AMD,又面临来自英特尔的强压。从销量上来看,AMD的2016年的销量同比有很大的增长幅度,但因为与竞争对手英特尔大打价格战,产品的平均价格反而不断下跌。在2006年第四季度的财政报告中,AMD净亏损达5.7亿美元,平均每支股票的亏损就达到了1.08美元。一边是收购ATI的巨额支出,另一边是CPU价格的持续下滑,彼时AMD可谓腹背受敌。
在AMD收购ATI后的第三天,英特尔发布了基于65纳米制造工艺的酷睿2双核处理器。全新微架构酷睿结合了Netburst架构和Pentium M架构的优点,以双核和低功耗为人所知。酷睿2一经登场即取代了已有13年 历史 的奔腾,著名评测网站Anandtech评价其为“半导体有史以来最振奋人心的产品”。AMD当时最高级别的桌面级CPU Athlon(速龙)64 FX-62,也相形见绌。
英特尔凭借着强大的资金优势,在产品的宣传上占据主导地位。不仅如此,英特尔还提出了名为“Tick-Tock”的产品更新策略,一年用来提升工艺,次年则推出新架构,即遵循着“制程-架构”的钟摆节奏,交替进行的研发周期保障英特尔产品的稳步发展。在更强调性能的服务器市场,英特尔巅峰时全球市场占有率高达99%,AMD则不足1%。
但到了14纳米制程更新的节点上,英特尔的这一循环被打乱了。人们所期待的更高性能一再延期,新版本CPU的价格却照涨不误。那几年,英特尔落下了“挤牙膏”的坏名声,AMD则坐收高性价比的渔翁之利,扳回一局。英特尔不再“挤牙膏”而推出酷睿i9的同时,AMD即发布ThreadRipper线程撕裂者二代予以回应。
“AMD, YES”:更换代工厂,重夺市场
混战之际,AMD的晶圆厂便成为负担。
为了继续发展下去,AMD改变生产策略,把芯片设计和晶圆制造拆分,剥离的生产业务成立为格罗方德代工厂。
AMD在格罗方德成立之初,签订了将所有CPU和GPU都交给格罗方德制造的协议,并且专门采用了模块化设计,陆续推出了“推土机(Bulldozer)”架构和“打桩机(Piledriver)”架构。
按说,代工厂格罗方德有了更强大的资金注入,AMD的制造业务也有了更多选择的余地,理应是皆大欢喜的结果。不料,当AMD把大笔订单交由格罗方德完成,后者在32纳米、28纳米等制程的工艺却没能达到要求,存在诸如漏电和温控等问题,造成“推土机”和“打桩机”两个架构的CPU发热量过高,客户都不买账。
但是尽管格罗方德工艺上存在各种问题,双方的合作没有间断,合作的那几年里,格罗方德不仅良率有问题,产能还很不稳定,产品不能如期交付的情况时有发生。成都22纳米的FDX-SOI项目实质性停摆就是一例。
因此,AMD不得不一次又一次地调整方案,降低性能,很快在与英特尔的对决中逐渐败下阵来。2018年8月28日,格罗方德宣布暂停7纳米LP(Leading Performance)工艺开发,专注于14/12纳米的FinFET(鳍式场效应晶体管)节点。该技术研发效法三星,但等格罗方德掌握先进的工艺的时候,市场所剩无几,又造成连年亏损。
后来,AMD果断做出决定,撕毁与格罗方德的合同,不惜赔偿了3.2亿美元,从而转向与台积电合作。掉头投奔台积电的AMD在生产工艺上很快就有了突破。
AMD推出了Zen架构,获得了巨大的成功,在高性能CPU市场有了一定话语权。AMD还在核心数上大做文章,很快,6核和8核成为市场的主流,AMD甚至推出了多达32核心的线程撕裂者CPU投放于高端市场。
2019年1月30日,AMD发布了2018年第四季度财报和全年财报,财报显示,当年总营收为64.8亿美元、净利润为3.37亿美元,季度营收为14.2亿美元,净利润达到3800万美元。财报发布后,AMD股价也有所上扬。
2020年初,陆续推出Zen 2和Zen 3架构CPU的全新产品,由于全部采用台积电7纳米及7+纳米制程,AMD得以趁着英特尔CPU供应短缺之际,成功抢占市场。成为台积电7纳米第一大客户的AMD,未来在5纳米制程上,还将会发布第一款移动芯片,命名为“AMD锐龙C7”,采用的是ARM芯片架构。AMD锐龙C7最快将会在明年上半年发布亮相。
扭转乾坤后的AMD,终于可以自信地喊出“AMD, YES”,苦于10纳米到14纳米制程的英特尔则倍感煎熬。由于英特尔CPU团队人手不足,设计开始落后,许多人离开团队。在向7纳米制程过渡的时候,英特尔还试图与台积电达成协议,找台积电代工。
英特尔名誉董事长戈登·摩尔经过长期观察,总结出著名的摩尔定律“集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过24个月便会增加一倍”,这一归纳在周期上有相应的修正,日后不仅成为一个精准的预测,而且有力敦促计算机芯片研发的进程。摩尔定律问世55年,人们不无惊奇地看到计算机芯片工艺水平的提高。而Google前CEO埃里克·施密特相应提出“反摩尔定律”的局面,也时时刻刻威逼着英特尔、AMD等公司:“一个IT公司即使当前卖掉和18个月前同样多的同一种产品,它的营业收入却会下降一半。”每一次的技术变革都可能有公司永远地倒下。
在半导体芯片制造技术创新方面,对于实力并没有远超英特尔的AMD来说,是没有一丝喘息的机会的。瓶颈突破、业绩冲浪的那一刻固然令人艳羡,但战线总在持续拉长,胜败并不明朗。
无论是追逐摩尔定律还是推动摩尔定律,最为关键的一点是巨额的资金投入。晶圆厂每年的支出都是一笔巨款,包括固定资产折旧、运营成本、研发费用等,因此要求晶圆厂的产能、良率、工艺水平,必须保持在极高的水平,否则就是巨额亏损。硅材料寿命终结的原因在于高温和漏电,这也正是格罗方德曾经一再耽误AMD生产的重要因素。
AMD这些年的发展,与代工厂的深度合作至关重要。AMD规划下一代产品发展将进入7纳米制程节点之际,也决定7纳米制程将会同时使用台积电及格罗方德两家的技术。比如,Zen 2使用台积电7纳米制程来制造,I/O控制芯片由格罗方德制造。
格罗方德正在继续扩大AMD产品的产能。比如12纳米LP工艺制造的Zen+,该制程工艺实际上是14纳米LPP工艺的改良版。以及格罗方德从32纳米SOI、28纳米升级到14纳米的FinFET LPP工艺,让AMD锐龙与Intel处于同一水平线。AMD跟格罗方德的合作显然还会持续下去。
“抢夺台积电”再思考
相比AMD有台积电和格罗方德二者的保驾护航,华为的境况可谓堪忧,丢了台积电事小,丢了经营话语权事大。
作为华为笔记本电脑CPU的主要供应商之一,AMD锐龙系列CPU被华为多款笔记本电脑所采用。有消息称,英特尔也已经获得了美国政府的许可证,可以正常供货给华为。英特尔公司全球副总裁、中国区总裁杨旭在9月21日还发表了署名文章,明确表示“英特尔不会撤出中国”。
美国下禁令后又松口,逐步且缓慢地放开美国半导体公司对华为的出货限制,于是,当前局势下,华为的高端芯片仅能获得来自美国企业的供货。因此,不排除有这样的可能:未来华为所有上游供应链都将受到美国芯片公司的钳制,而走上了联想的老路。
AMD之所以在美国首先获得许可证,与其在CPU业务方面的领先地位不无相关。尽管从长远来看,开放许可对于中国华为并不一定是件好事,但我们仍能从AMD的发展中获得启示。
在半导体行业,技术的制约招招致命。如上所述,AMD也曾因为代工厂格罗方德的工艺瓶颈而萎靡不振,台积电7纳米技术的加持,则使其顺利渡过难关。被关键技术“卡脖子”的滋味众所周知,甚至我们提到的摩尔定律,也因为技术而有了失效的迹象:按照摩尔定律推算,英特尔早在2015年就应该生产出10纳米制程的芯片,然而事实是,直到2019年,英特尔才努力将芯片的电路尺寸减小到10纳米。在此期间,AMD推出的Zen架构CPU抓住机遇,赢得了市场。
再先进的研发技术,都需要市场的迭代,投入市场加速资金流动和技术升级,才是企业得以长远经营的王道。左右台积电等技术持有者做出相应决策的因素,很大一部分正在于资本和市场。台积电的身份暧昧的如今,不仅是AMD和英特尔,全球多家企业都在争取台积电的订单,华为当然也在其中。有消息称,台积电已经获得了对华为的出货许可,不过只限于成熟制程,如华为电视、相机、机顶盒等产品采用的28纳米以上的制程,台积电先进制程芯片出货依然不在允许范围内,继而目前各大半导体厂商奋力追逐的10纳米、7纳米、5纳米等。台积电方面对此的表态则是“不回应毫无根据的市场传闻”。这是一场技术的抢夺,也是资本的较量,对于入局者而言,翻身的契机正暗藏于绝境中。
这也是我们在国际形势更为复杂的情况下,更加强调国产自主研发的重要性的原因。
过去几十年来,国内涌现出中国科学院研究所、国防 科技 大学、国家高性能集成电路(上海)设计中心和苏州国芯等一批研究单位,研发龙芯(Loongson)系列、飞腾(FT)系列、申威(SW)系列等CPU产品。推动对自主计算芯片的研究,并加快攻破设计技术壁垒的进程,设计拥有自主知识产权的国产CPU的脚步正在加快。国产CPU厂商的市场份额虽远不及英特尔、AMD,但在国产化浪潮的推动下正获得新的发展机会。
在国产芯片中,龙芯的自主程度相对较高,这款芯片诞生之初就主张源代码自己写,CPU核独立设计,以拥有自主发展权。龙芯曾支撑2015年中国发射的北斗卫星,如今宣布放弃所有美国技术,转而研发一套完全采用中国技术的指令集LoongArch,离自主可控也更进了一步。
禁令之下,培育国内的自主产业链的生态体系更加迫在眉睫。龙芯这种从下到上都是自主设计的芯片,虽然整体技术相对市场主流有点落后,作为国家战略的技术储备也一直不断推进研发,而其他如国产的芯片,电脑,服务器,办公软件,都需要相应的资金投入和更大范围的测试与使用。CPU生态结构一般需要一到两个核心企业,引领整个行业的发展。但是在国内,各处理器设计企业在指令集选择上五花八门,尚未能够形成领导行业生态的力量。而就基于MIPS架构的龙芯而言,打破桌面平台X86+Win的生态垄断并非易事,但十几年来CPU研发积累的宝贵经验、培养出一大批的人才,都为日后的爆发奠定了基础。后续的推进,仍需要大量的资金、人员投入,以及国家产业政策的持续支持。
AMD在与英特尔的竞争中成长,在低谷里积蓄力量,成为半导体行业中的佼佼者,也有赖于多方合作形成的完整生态。而如今,在市场更具不确定性的情况下,企业应该做好迎战冲击的预案,尤其是在关键技术的自主研发和产业生态培育方面,既有政府的支持,更要同心协力加速研发和迭代,积极迎接竞争和挑战。
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