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中国为什么买不到EUV光刻机?

2020-11-06 08:55 作者:康斯坦丁 桌面版 正體 2
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【看中国2020年11月6日讯】自从中美贸易战开始之后,普通人对芯片制程的理解日益加深,也正因日益加深,才会对“自主研发、制造芯片”这事儿看得更理智一些,更确切地说:满腔热血,一泻千里,换来的是深深的绝望。

要制造高端芯片,需要10nm以下的制程,目前台积电、三星都拥有7nm生产线,占据着芯片代工业70%以上的份额。而要达到如此高精度制程就需要高端的光刻机,目前,仅有ASML生产的EUV光刻机能满足需求。尴尬的是,EUV光刻机每年的产量仅有几十台,而且早就被人提前预定,包括台积电、三星、英特尔,他们早就有先见之明,成为ASML的股东,享有EUV光刻机的优先采购权。相比之下,中国企业虽然有政府扶持、有知耻而后勇的决心,有大把的钱,但就是买不到EUV光刻机。除了产能紧张之外,更重要的原因是:中国企业还配不上10nm芯片制程。

最近十年,中国经济发展迅猛,比之欧洲的债务危机、日本企业倒闭潮,要光鲜得多。中国不仅有全球密度最大的电子产业代工厂,还涌现出华为、OPPO/Vivo、小米等品牌。如果再配上的市场,我们的企业理应有很好的前途,但美国的一纸芯片禁令让我们的步伐有些踉跄,繁荣盛世背后多少有点儿“心酸”的成分。

堪比登月,光刻机制造为什么难产?

台积电生产线前期的投资通常高达几十亿美金,要想盈利,良品率break even point高达90%,而芯片制造的流程都在1000个工站以上,这就意味着单工站的良率要达到99.999%才能最终实现90%的总良率,可见芯片制造难度非常大,但最起码,很多企业还能亏着本儿去模仿三星和台积电,既然生产不出来7nm,那就生产90nm的芯片。相比之下,光刻机的制造比芯片的制造难度更大,简直不是一个重量级的。有人调侃说:光刻机制造难道比登陆月球还困难吗?ASML董事长回答说:是的,比登月还难。

目前,最先进的光刻机是由荷兰ASML生产的EUV光刻机。如前文所述,台积电、三星的7nm制程都离不开它。事实上,一旦芯片的制程要求在22nm以下,就必须要采用EUV光刻机,截止到目前,全球仅有ASML可以供货。其最新一代的EUV光刻机,单台设备里超过100000个零件、40000个螺栓以及3000多条线路,仅仅软管加起来就有两公里长。如此庞大的设备,重量足足有180吨,从荷兰运输到台湾时,需要将之拆解,装到40个货柜里。单就看一眼如此密密麻麻的零件数量,就足以令普通人发懵。有参与制造的工程师在看到EUV光刻机的图纸时说:这真是一件艺术品,美不胜收,同时复杂程度又令人感到恐惧。基于如此复杂精密的设计,EUV光刻机的性能也日益强大。最新一代的机器已不需要多重曝光,首次就能爆出想要的精密图形,在生产周期、复杂程度、工艺控制、良品率方面都有显著提升。毫不夸张地说,摩尔定律就是由EUV光刻机完成的。

EUV光刻机是如此精密复杂,价值连城,自然汇聚了大量的底层技术。这些技术牵扯到一个叫瓦森纳协议的专利保护联盟,全球有42个国家是其成员国。如果AMSL想要向中国销售EUV光刻机,必须通过全部成员国的同意。显然,美国也在这个联盟里,而且有着非常强大的话语权。更尴尬的是,即便中国企业买回EUV光刻机也不会用。

文化缺失,中国不能奢望短期弯道超车

在过去二十年,中国的确取得了举世瞩目的经济成绩,以至于媒体动不动就说:中国在某些领域弯道超车,比如高铁、基建等等。于是,在芯片刚刚被人卡到脖子的时候,舆论也是踌躇满志,觉得自主做芯片不是什么难事儿。彼时的舆论更多的是感性,奢望凭着一股子精神力量就能于芯片领域弯道超车,但如前文所述,当我们对芯片制造以及光刻机理解越深刻,就越会感到绝望。最起码,不会天真地高喊:弯道超车什么的。

显然,不可能依靠哄抢EUV光刻机来快速实现高端芯片制造。纵然是我们能抢到一两台EUV光刻机,也不会用,更不会维护。要知道,EUV光刻机设备可不像电冰箱、电视机或者iPhone手机,买回去就能顺利使用,而是需要非常专业的技术团队进行调试。业内人士透露,一台光刻机需要2000位工程师协同调试,从粗调到精调,再到持久的运行状态,至少需要经历1.5年时间,这也是为什么台积电、三星在升级芯片制程时,都要以“年”为单位。调试团队的2000位工程师基本上属于天才类型的人,ASML纵然能生产出更多的硬件设备,也始终无法在全球各地安排如此大规模的运营团队。这个层次的经营就要讲究缘分了,说得难听点:如今企业的水准,还远远配不上EUV光刻机,更无法要求2000位天才陪跑,就不要奢望什么“弯道超车”了。

或许,举国体制、集中精力办大事能缩短冲刺的时间,但芯片制造行业肯定无法短期搞定,而是需要一种深层次的“文化氛围”来长期烘焙。事实上,评价一个国家和社会有三种层次,分别是技术、制度和文化,强势文化造就强者,弱势文化造就弱者。这里的强弱不特指军事力量,而是包括尊重自然规律、探索本质、学以致知、认真对待基础学科等行为。显然,欧洲、美国、日本在芯片领域推行强势文化,追求摩尔定律,追求举世无双的光刻机,长期积累下来领跑全球,而中国一向是弱势文化,总喜欢Copy,总喜欢等救世主降临来协助自己。从宏观上来讲,如此文化是造成我们在科技电子领域远远落后的重要原因。

痛定思痛,中国是时候来革新自己的文化了。

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