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各種“卡脖子”,芯片制造為什么難?

關(guān)于芯片、操作系統(tǒng)和生態(tài),你需要這樣的理性認(rèn)知

眾所周知,10年前中國人的生活水平和10年后的生活水平完全是兩個(gè)概念,這種反差讓我們一邊感嘆科技發(fā)展的日新月異,一邊也更加深刻理解什么叫做“科技才是第一生產(chǎn)力”。

隨著中國科技的高速進(jìn)步,逐漸引起美國的關(guān)注,而美國人一擔(dān)憂,事情就會(huì)起變化。目前,中美之間的貿(mào)易戰(zhàn)已經(jīng)逐漸演化成成科技戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn),甚至金融戰(zhàn),中美關(guān)系正在焦灼中復(fù)雜前行。

在這個(gè)過程中,樂觀者有之,悲觀者有之。而對(duì)于科技領(lǐng)域,特別是大家關(guān)注的芯片、操作系統(tǒng)、生態(tài)的認(rèn)知,大多數(shù)公眾僅僅停留在催促行業(yè)快馬加鞭的狀態(tài)。而普通公眾對(duì)這個(gè)領(lǐng)域多一些了解和認(rèn)知,對(duì)于在風(fēng)口浪尖上前行的IT和通信領(lǐng)域,是非常有益的。

我們?cè)诜窒碇校o出來很多不一樣的思路和看法,而這些思路和看法,對(duì)于我們正確理解芯片以及相關(guān)的產(chǎn)業(yè),或許有所幫助。換句話說,我們希望國產(chǎn)芯片業(yè)盡快崛起,但如果我們有更加成熟和理性的認(rèn)知,則是行業(yè)之幸,也是公眾之幸。

芯片制造為什么難?

芯片,簡(jiǎn)單說就是一片集成電路,用半導(dǎo)體元件實(shí)現(xiàn)一些功能,最常見的就是電腦、手機(jī)的CPU。

同其他行業(yè)不同,芯片制造行業(yè)并不比芯片設(shè)計(jì)行業(yè)輕松,或者比芯片設(shè)計(jì)要更難。比如華為,是具備芯片設(shè)計(jì)能力的,但芯片的制造,他一般也是給到諸如臺(tái)積電、中芯國際等芯片代工廠來加工。

在芯片制造領(lǐng)域,芯片制造的難,關(guān)鍵是不斷地向物理極限發(fā)起挑戰(zhàn),而且不知道這個(gè)物理極限到底在哪里?

我們普通人關(guān)注的,邏輯芯片在器件上要解決的首要問題就是,隨著摩爾定律的推進(jìn)以及尺寸的縮小,CMOS器件在某些電性能方面出現(xiàn)了衰退,這就需要新的器件設(shè)計(jì)。

但邏輯芯片不僅僅要解決微電子器件的問題,當(dāng)尺寸縮小之后,工藝難度也會(huì)進(jìn)一步加大。

比如,為了讓尺寸縮小,分辨率更高,光刻工藝會(huì)采用浸沒式光刻。所謂的浸沒式,就是讓光源與光刻膠之間使用水來充當(dāng)光路介質(zhì),這就對(duì)光刻機(jī)以及工藝提出更高的挑戰(zhàn)。

尺寸的縮小不僅僅體現(xiàn)在圖案的尺寸上,垂直方向上的薄膜高度的要求也越來越高。在這樣的背景下,原子層沉積(ALD)技術(shù)被發(fā)明出來,這樣在薄膜厚度上可以精確地控制到只有幾層原子的厚度。

但是,工藝越先進(jìn),工藝缺陷與失敗的幾率就會(huì)大幅增加,用業(yè)界術(shù)語來說,就是工藝的window在縮小。所謂的window,就是允許的工藝參數(shù)浮動(dòng)的范圍。在關(guān)鍵的步驟里,一旦工藝指標(biāo)跑出了limit,芯片制造失敗的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)大大增加。因此,越是先進(jìn)的工藝,就越要保證工藝的穩(wěn)定性。

另外,芯片在制造上是一個(gè)成百上千步的過程,前后步之間相互影響非常大。

很多時(shí)候,前步出現(xiàn)了工藝調(diào)整,后步就要相應(yīng)地做出調(diào)整,而調(diào)整多少,怎么調(diào)整,帶來的是正面影響還是負(fù)面影響,往往都是未知的。這就需要不斷地進(jìn)行工藝驗(yàn)證以及新工藝的開發(fā),也會(huì)讓芯片研發(fā)的周期延長(zhǎng)。

而消費(fèi)者那邊,還在苦苦盼望著更先進(jìn)芯片的上市。殊不知,芯片廠里面的研發(fā)工程師,用盡了他們學(xué)到的所有科學(xué)知識(shí),消耗了本已殘存不多的腦細(xì)胞,辛苦搬磚。其實(shí)工程師比消費(fèi)者還想讓芯片盡快面市。

大國的競(jìng)爭(zhēng)在于科技,高科技的競(jìng)爭(zhēng)在于芯片,它是頂級(jí)科技的結(jié)晶。

而在中美摩擦的這個(gè)階段,更多人把目光聚焦到芯片這個(gè)領(lǐng)域。代表高科技的芯片產(chǎn)業(yè),中國一路走來并不容易。如今面對(duì)國外有些國家惡意發(fā)起的科技戰(zhàn),我們一定需要定力,只要我們通過人才的累積就可以突破這道坎,著急也沒什么用。

民用操作系統(tǒng)難在生態(tài)

現(xiàn)在說說操作系統(tǒng),我們認(rèn)為,目前這個(gè)階段,但凡在民用操作系統(tǒng)領(lǐng)域說國產(chǎn)化的,都要打個(gè)問號(hào)。

操作系統(tǒng)是一組主管并控制計(jì)算機(jī)操作、運(yùn)用和運(yùn)行硬件、軟件資源和提供公共服務(wù)來組織用戶交互的相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)軟件程序,同時(shí)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石。

如果是在國防設(shè)備上,比如飛機(jī)、坦克,那么操作系統(tǒng)是需要國產(chǎn)化。在這個(gè)場(chǎng)景下,成本、性能、生態(tài)與自主控制相比,都不那么重要,它也不需要與外國產(chǎn)品在國內(nèi)市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng),只要在國內(nèi)軍隊(duì)發(fā)展生態(tài)即可。

但是做一個(gè)商用操作系統(tǒng)就要難很多。如果一個(gè)操作系統(tǒng)推出之后,市場(chǎng)上缺少兼容它的軟件,又缺少兼容它的硬件,那么它造出來,哪怕質(zhì)量再高,也是難用的,因?yàn)樗鼤?huì)不支持現(xiàn)有的芯片,也不支持現(xiàn)有的應(yīng)用程序,用戶要如何使用它?

而生態(tài),可能正是操作系統(tǒng)廠家最大的商業(yè)壁壘。這也是一種網(wǎng)絡(luò)效應(yīng):軟件開發(fā)者和硬件開發(fā)者越愿意開發(fā)兼容這個(gè)操作系統(tǒng)的產(chǎn)品,這個(gè)操作系統(tǒng)的市場(chǎng)地位就越穩(wěn)固;而操作系統(tǒng)的市場(chǎng)表現(xiàn)越好,軟件開發(fā)者和硬件開發(fā)者就越愿意開發(fā)兼容它的產(chǎn)品。Windows、iOS、Android都是這樣的道理。

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