国产芯回忆录:造光刻的去卖早点,搞EDA的去组装电脑
2020-08-18 07:55

国产芯回忆录:造光刻的去卖早点,搞EDA的去组装电脑

本文来自公众号:CSDN(ID:CSDNnews),作者:马超,题图来自:视觉中国


“十年长作江头客,樯竿又挂西风席。”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,有关这点笔者在华为麒麟将成“绝版”,造芯为什么这么难?有过详细论述,这里不加赘述。


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。


笔者个人认为这则消息可信度一般,因为目前笔记本电脑90%的以上市场份额,是由英特尔及AMD的X86架构芯片所占据,英特尔和AMD是美国公司,半年时间能搞定一个能取代X86架构的指令集,这明显是不可能完成的任务;智慧屏的芯片“鸿浩”是台积电给华为代工的,在芯片制造方面我们落后的较多,想在半年内建成像台积电同样水平的公司,有些天方夜谭。


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。包括EDA的设计、材料、生产制造、工艺、设计能力、制造、封装封测等关键流程,全部被华为设定进今后的目标领域之中。


“忘记历史就意味着背叛”,在重启芯片制造领域基础研究的时点上,我们有必要回顾历史,分析我们在芯片领域到底是怎么落后的,从而总结历史,更好地发展未来。


令笔者欣喜的是,有热心读者找到了我国光刻领域的开创之作《光刻掩膜版的制造》,并找到了在我国电子工业全面转型过程中,光刻厂改制与EDA重组的亲历者,笔者与他们进行了交流,虽然他们不愿意透露名字,在听了他们的经历之后,笔者十分震撼,所谓“应是天仙狂醉,乱把白云揉碎”。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。


一、《光刻掩膜版的制造》背后


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》。


在读过这本书后,笔者才下定决定撰写本文的,光刻与IT研发最大的不同点在于试错成本相去甚远,在IT的编程范式下,代码的运行结果是可以瞬间反馈的,这极大降低IT研发的试错成本;而光刻技术中很多工艺要静置要等,没有时间的积累根本就难以突破。


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。



超微粒干版作为光刻制版用的感光版的一种,其制造工艺的相关内容,无论是在《光刻掩模的制造》,还是在前辈的亲述当中都有过介绍。其底板采用性能稳定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸银、卤化钾和介质(明胶)三种材料为主配成乳胶液,再加入吡那金醇(增感剂)、三氮吲哚唎嗪(稳定剂)、明矾(坚膜用)等构成,书中截图如下:



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。


二、抱定随时再去卖早点的决心,才能搞光刻


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。


三、帮人攒电脑,办WPS培训班,EDA工程师转型


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”!


本文来自公众号:CSDN(ID:CSDNnews),作者:马超

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