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一颗“芯”是怎么炼成的:制作一颗芯片需5000道工序

时刻:2018-04-23 14:46:31   作者:   来历:光明网   阅览:81   谈论:0
    2017年我国集成电路进口量高达3770亿块,同比添加10.1%;进口额为2601亿美元(约合17561亿元),同比添加14.6%。2017年我国货品进口额为12.46万亿元,也便是说集成电路进口额占我国总进口额的14.1%,而同期我国的原油进口总额仅约为1500亿美元。我国在半导体芯片进口上的花费现已挨近原油的两倍。
    近来,越来越多的人重视我国自主研发的芯片开展。若想炼成一颗我国“芯”,需求怎样的过程?
现状
    半导体芯片进口花费,已挨近原油两倍
    或许不是人人都了解集成电路,但许多人听说过摩尔定律。摩尔定律是指,当价格不变时,集成电路上可包容的元器件的数目,约每隔18个月便会添加一倍,功用也将提高一倍。在半个世纪前,由英特尔创始人之一的摩尔提出的这一估测,现已接连了50多年。
    摩尔定律提醒了集成电路范畴的开展速度。在这样的高速立异开展中,集成电路的产品持续降低本钱、提高功用、添加功用。也是在这样的高速开展中,各国集成电路技能的距离越拉越大。有业内人士表明,我国若想在首要集成电路范畴追逐上尖端公司,需求的不止时刻,而是整个体系性提高。
    海关总署揭露信息显现,集成电路进口额从2015年起已接连三年超越原油,且二者进口差额每年都在950亿美元以上。其间,2017年我国集成电路进口量高达3770亿块,同比添加10.1%;进口额为2601亿美元(约合17561亿元),同比添加14.6%。2017年我国货品进口额为12.46万亿元,也便是说集成电路进口额占我国总进口额的14.1%,而同期我国的原油进口总额仅约为1500亿美元。我国在半导体芯片进口上的花费现已挨近原油的两倍。
查询
    芯片有几十种大类别,上千种小类别
    芯片,是指内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。芯片组,是一系列彼此相关的芯片组合。它们彼此依靠,组合在一同能发挥更多效果,比方,计算机里的中央处理器(CPU)及手机中的射频、基带和通讯基站里的模数转化器(ADC)等,便是由多个芯片组合在一同的更大的集成电路。而集成电路是十分精细的仪器,其单位为纳米。一纳米为十万分之一毫米。这就对规划、制作工艺都有十分严厉、高规范的要求。
    芯片的品种许多,芯谋研讨首席分析师顾文军对北京青年报记者表明:“仅从产品品种来说,芯片的品种就有几十种大类别,上千种小类别;假如触及设备流程的话就更多了。美国是全体式、全方位处于领先地位,而咱们只是在某些范畴里边有所突破,而且这些范畴也并非中心、高端的范畴,比方我国在存储器、CPU、FPG及高端的模仿芯片、功率芯片等范畴,简直是没有的。假如我国发力研发,在某些小的类别中可能会有所突破。”
追访
    一台通讯基站内,有上百颗芯片
    以运营商事务为例,通讯基站设备是其最首要的产品之一,而在一台通讯基站中就有上百颗芯片担任完结不同功用。“简略来说,基站发射并回收信号,回收信号后首先要有芯片滤波,安稳信号;然后还有芯片将这种特别小的信号扩展;再有芯片进行解析、处理;然后是芯片担任传输、分发。基站中心跟电脑相似,能够完结各种功用,但它能够支撑多个手机,因而速度更快,芯片更杂乱。”上述人士表明。
    其间,最典型的是ADC芯片,我国现在还无法出产出可代替产品。ADC芯片是模数转化芯片,担任将天线接纳的接连的模仿信号转化为通话或上网的数字信号。现在ADC首要依靠亚德诺、德州仪器等公司供给。
    从软件方面来说,EDA仿真软件是另一个典型。运用该软件,电子规划师才能够在电脑上规划芯片体系,很多作业能够运用计算机完结,并能够完结多个产品的结合实验等。假如没有EDA仿真软件,则需求人工进行规划、实验,消耗的人力、时刻等本钱不行胜数。现在进入我国并具有广泛影响的EDA软件有十几种,根本都来自于美国。
重视
    制作一颗芯片,需求5000道工序
    一位芯片制作范畴的专家向北青报记者介绍,一颗芯片的制作工艺十分杂乱,一条出产线大约触及50多个职业、2000-5000道工序。就拿代工厂来说,需求先将“砂子”提纯成硅,再切成晶元,然后加工晶元。晶元加工厂包含前后两道工艺,前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入;后道工艺首要是封装——互联、打线、密封。其间,光刻是制作和规划的枢纽。
    其间许多工艺都在独立的工厂进行,而运用的设备也需求专门的设备厂制作;运用的材料包含几百种特种气体、液体、靶材,都需求专门的化工工业。别的,集成电路的出产都是在超净间进行的,因而还需求排风和空气净化等体系。
    有说法以为,集成电路是比航天还要高的高科技。该业内人士表明,这种说法也不无道理,“航天的可靠性估量也就4个9、5个9的姿态(X个9表明在软件体系一年时刻的运用过程中,体系能够正常运用时刻与总时刻之比)。现在硅晶圆材料的纯度就要6个9以上。”
焦点
    全球芯片、简直被美日欧独占
    依据前瞻研讨院的陈述显现,现在,全球芯片仍首要以美、日、欧企业产品为主,高端商场简直被这三大主力区域独占。在高端芯片范畴,因为国内厂商没有构成规划效应与集群效应,所以其出产仍以“代工”形式为主。
    到2015年年末的数据显现,全球共有94家先进的晶元制作厂商,其间17家在美国,71家在亚洲(我国有9家),6家在欧洲。日本在上世纪80年代处于领先地位,但自90年代开端其全球半导体商场比例明显下降,至2015年仅有3家日本芯片制作商位列全球排名前二十——东芝、瑞萨电子和索尼。而与此一起,东亚其他国家已成为动态随机存取存储器商场的首要公司。韩国三星电子和海士力现在是国际第二和第三多半导体公司。
    依据美国半导体工业协会(SIA)的最新计算数据显现,2017年1月至2月,我国和美国的芯片商场规划比例扩展,分别为33.10%和19.73%;日本和欧洲的芯片商场比例有所下降,分别为9.29%和9.12%。我国芯片商场是全球最大、添加最快的商场,可是对外依存度过高。
热门
    英特尔一向是、国际上最大芯片制作商
    自1993年1月以来,英特尔一向是国际上最大的芯片制作商。个人计算机所用的CPU处理器中,英特尔就占有了多半比例。人们耳熟能详的飞跃、赛扬、酷睿等处理器都来自英特尔。现在,英特尔的年营收率仍然在持续添加——无论是从PC、数据中心服务器,仍是物联网芯片。
    2016年英特尔仍是全球最大芯片供给商,全年芯片销售额达540.9亿美元,较2015年添加4.6%;商场比例达15.7%。
    而在手机芯片中,高通是另一大巨子。现在国内除了华为、三星等手机厂商外,其他安卓手机厂商选用的全部都是高通处理器。除了购买芯片的费用外,高通还向每台手机收取专利费用。此前,魅族就与高通对簿公堂,魅族副总裁李楠称,有100多家手机厂商都与高通签订了购买专利的协议。
亮点
    我国半导体前三,分别是华为、紫光、中兴
    而在国内,我国的半导体工业近年来也在加快开展。
    依据我国半导体职业协会计算,2017年我国集成电路工业销售额到达5411.3亿元,同比添加24.8%。其间,集成电路制作业增速最快,2017年同比添加28.5%,销售额到达1448.1亿元。规划业和封测业持续坚持快速添加,增速分别为26.1%和20.8%,销售额分别为2073.5亿元和1889.7亿元。
    来自海关总署的数据显现,2017年我国出口集成电路2043.5亿块,同比添加13.1%;出口金额为668.8亿美元,同比添加9.8%。
    一份由半导体协会和工信部我国电子信息工业开展研讨院发布的2017年国内十大集成电路规划/制作职业的最新排名陈述显现,在国内前十大集成电路规划企业傍边,华为海思半导体以361亿元销售额排名榜首;清华紫光展锐以110亿元排名第二;中兴微电子以76亿元排名第三。随后的还有华多半导体、智芯微电子、汇顶科技、士兰微电子、敦泰科技(深圳)有限公司、格科微电子和中星微电子。
财经调查
    我国能否跳离,美国IP核重整旗鼓?
    有专家表明,我国集成电路的起步并不算晚,只比美国晚几年。但因为其间欧美技能关闭、国内历史问题等多种要素,现在与欧美的距离比较大,想要在短时刻内追逐有难度。
    一位从业者对北青报记者表明,从整个职业来看,美国卡的是“IP(常识产权)”,“环绕IP的战役更剧烈,就算你用了人家的技能,人家也有产权,你无法绕开它去解决问题。”材料显现,IP核将一些在数字电路中常用但比较杂乱的功用块,如FIR滤波器、SDRAM操控器、PCI接口等规划成可修正参数的模块。上述人士表明,我国集成电路职业一向盛行一个词语“弯道超车”,许多人在想,能否跳离美国的IP核而重整旗鼓,别的开发一整套的生态体系?但这实在太杂乱了。
    多位职业研讨人士表明,现在我国的集成电路是体系性落后,全体提高需求从根底性研讨和人才培育来做,需求比较久的时刻,“咱们需求先培育数学、物理等学科的根底人才。这些人提上来后,再由他们培育跟其他学科穿插的人才。他们需求把握工业规划等技能。”
个案展现
    华为海思半导体有限公司成立于2004年,前身是创建于1991年的华为集成电路规划中心。现在,海思总部坐落深圳,在北京、上海及美国硅谷和瑞典设有规划分部。其产品掩盖无线网络、固定网络、数字媒体等范畴的芯片及解决方案,成功使用在全球100多个国家和区域;在数字媒体范畴,已推出SoC网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。华为海思的产品在运营商事务、顾客事务等多个事务线都有使用,而一般顾客更多是因为华为手机搭载的麒麟处理器知道它,现在华为多款手机包含Mate系列、P系列及荣耀手机都有搭载。麒麟960还被外媒评为“2016最佳安卓机处理器”,体现超越高通处理器。海思总裁何庭波曾表明,“咱们在开端做7纳米,也在跟着业界一同看5纳米这些更先进的工艺。”
华为海思
    麒麟960被评为“2016最佳安卓机处理器”
紫光展锐
    正努力研发
国产自主可控架构的CPU
    紫光展锐则是紫光集团呼应国家的集成电路开展战略,而经过资本运作、企业布局等方法大力开展起来的。2013年12月,紫光集团收买在美国纳斯达克上市的国内排名榜首、国际排名第三位的通讯基带芯片规划企业展讯通讯公司,进而在2014年7月完结对同为纳斯达克上市公司、国内排名第二的通讯芯片规划企业锐迪科微电子公司的并购。2016年,紫光控股上海宏茂微电子公司,布局集成电路封装测验范畴。一起,2016年紫光控股武汉长江存储有限公司,并在成都、南京连续签约落地总投资额近1000亿美元的存储芯片与存储器制作工厂。
    据其官网音讯,2015年,紫光展锐与英特尔达到协作,开发出了根据英特尔x86架构的体系芯片并上市。现在,紫光展锐具有5000多名职工,其间90%以上是研发人员;在全球设有16个技能研发中心。紫光展锐正努力研发国产自主可控架构的CPU。

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