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芯片制造

文 | 沧海阅铭

编辑 | 沧海阅铭

最近，中科大的朱士尧教授直言：“造5nm的芯片要比造原子弹难10倍以上”这番言论可引发了不小的轰动，毕竟原子弹可是关乎人类生死存亡的“大杀器。”

教授还直言“如果美国的软件工具不给我们用，我们将设计不出芯片”而芯片只不过是微小的零件，真有这么高的难度吗？

究竟是教授“夸大其词”还是正如教授所说呢？

朱士尧教授

当听见教授说芯片的制造难度是原子弹的10倍之上的时候，很多人都觉得教授说的有点夸张了，一个小芯片怎么能跟原子弹比？但实际上教授还真没夸张。

但是把芯片的制造原理和原子弹的制造原理都摊开来看的话，就会发现两个技术的难度差距可谓是天壤之别，如果说造原子弹的难点在技术上，那芯片的制造难点就是在全产业链上。

原子弹

如果想制造原子弹的话就需要克服两个关键的难点，那就是高浓铀/钚的提纯和核反应的控制，对普通国家来说确实难以克服，但是对一些强国来说，只要资源到位，技术并不难攻克。

目前世界上已经有了不少国家都掌握了制造原子弹的技术，除了联合国的五个常任理事国之外，印度、朝鲜、巴基斯坦等国家也拥有自己的核打击力量。

原子弹的拥有国

这也就表明只要一个国家有研究的决心，并且拥有一定的科研实力在加上资源的投入，制造原子弹的想法并不是天方夜谭，原子弹的难点主要在技术攻破上。

而且距离第一颗原子弹的研究成功，已经快近百年的历史了，随着核物理学的知识传播，原子弹的制造原理也不是顶级的机密了，甚至在网上都能找到一些公开的资料进行研究。

那制造芯片有什么不一样呢？

原子弹的内爆法

刚才也提到过，芯片制造的难点在全产业链上，可以说芯片的诞生是多个环节共同组装出来的成品，这就相当于自己家里的家具，来自不同的品牌，不同供应商共同组成了自己的家。

这种好处就是可以大大的减少了研发的时间，比如一百个项目自己研究的话就需要一项一项的研究，但如果将项目分出去，找一百个供应商来做，就可以同时研究，研发时间大幅缩短。

图源网络

而且芯片的设计也是非常精密的环节，设计人员得以芯片的具体用途为基础，用专业的EDA软件进行芯片设计才能有顶尖的性能，如果稍有差距就会导致问题百出。

举个例子来说，只有荷兰ASML一家公司能制作5nm芯片的EUV顶级光刻机，它包含了十多万个零部件，涉及了全球五千多家供应商，任何一个环节出问题都会导致芯片无法制造。

制造流程

这就导致芯片的制造难度呈几何倍数的增长，如果没有光刻机，将造不出芯片，如果没有EDA软件，连芯片都画不出来，没有材料、测试平台、封装技术连芯片的成品都拿不到。

相较于原子弹来说，不仅要克服技术层面的困难，还要克服产业链以及供应商的难题，如果所有的项目都自己来做的话，所需的时间和资金将会再次翻倍增长。

那这个EDA 软件又起到什么作用呢？

EDA软件

教授说的美国如果不给我们提供软件，会影响我们设计不出芯片的工具就是EDA软件，EDA软件可是称它为软件设计过程中的“超级大脑”，也是美国“卡脖子”的一种好手段。

不论是最初的电路构图设计，再到版图的精细绘制，以及后续的模拟仿真和验证优化，一直到最后供以生产的物理版图，每一步都离不开EDA软件，没有软件，设计工作都无法完成。

朱教授

而目前市面上90%的EDA市场都被美国的三个巨头公司，Synopsys、Cadence和Mentor所垄断，美国也深知EDA软件的重要性，牢牢地把握着相关的技术和市场。

一旦限制中国使用先进的EDA软件，中国的芯片企业就会因此陷入困境，而我国的华为公司就是很鲜明的例子。

被美国公司包揽

华为被美国列入实体清单之后，华为就无法获取到最新的EDA软件更新了，直接导致麒麟芯片后续高端版本研发受阻，华为先进制程的推进就只能暂时的搁置。

而且不止华为一家，国内众多芯片设计公司都面临着同样的困境，由于全球的EDA市场长期被美国企业垄断，国内自主的EDA软件虽然有发展，但是高端缺口在短时间内难以填补。

那我国该怎么打破困境呢？

EDA工具

在2022年的时候，美国就开始对我国实施了EDA的出口禁令，直接就针对我国下一代的GAA晶体管技术，即使有再强的制造能力，没有EDA,连芯片图纸都画不出来。

面对如此严峻的环境，我国并没有因此放弃，在被“卡脖子”的困境之下，我国的芯片产业开始另辟蹊径，就像华为，虽然被点名封锁，但是还是凭借着“芯粒”技术突破僵局。

EDA工具

华为的芯粒技术，说的通俗一点就是将许许多多的小芯片拼成一个“大芯片”，通过这种拼凑的方式能在一定程度上绕开一些美国的封锁，包括光子芯片也是传统芯片突破的希望。

而且光子芯片可以利用光子传输信息，速度快、功耗低，我国中科院研发钽酸锂光子芯片也取得了重大的突破，并且有希望摆脱对光刻机的依赖，如果能量产的话，对芯片产业将会有很大影响。

芯粒技术

并且刚才也提到过，芯片制造的难点是全产业链的合作，近些年来，我国开始通过政策扶持已经大量资金的投入，开始在材料、设备等领域形成自己的产业链。

像我国的中芯国际、华为海思、以及长江储存等企业，以后都会是国产芯片的中坚力量，还是教授也说了：“中国的芯片发展问题，急不得。”

光子芯片

芯片的产业发展是需要时间积累的，而且近些年来我国在各行各业取得的进步都有目共睹，不论是原子弹还是航空航天，从被国外封锁到现在的独立发展，我国都付出了时间进行耕耘。

现在的EDA软件和光刻机难题，经过我国的努力，总会能实现突破。

来源：沧海阅铭