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[军事科普] 【原创】浅析中国目前芯片自造现状之一 - 没写过科普贴,原创求少骂,欢迎指正

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发表于 2017-3-14 21:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 westwindmil 于 2017-3-15 01:09 编辑

看越来越多的坛友开始关注芯片,有空索性来一发芯片自造的科普贴,给不太明白的坛友梳理下我们在芯片上自给自足的状况, 希望大家以后看到相关报道心中有数,不被忽悠。 网上拷贝的资料,不为挣钱引用应该没问题吧 :)

先是背景知识,大家知道芯片事关国家安全,有多严重呢, 就说两点,第一是大部分人知道的,中国2016年芯片进口额毛估大约1.6万亿(约2300亿美金),是石油进口的两倍以上,也快到中国军费开支的2倍了,外汇消耗规模巨大。 当然,考虑到全球分工,很多的进口是自然而然的,象从三星台积电进口其代工的iphone芯片,进来组装好再卖给全球,不值得拿来说事儿,之所以说芯片事关中国安危,还有第二点,瓦圣纳协议(Wassenaar Arrangement)。说句万恶之源的瓦圣纳也不为过呀。 上点年纪的或许还记得以前的巴统(多边出口管制统筹委员会,Coordinating Committee for Multilateral Export Control),作为对共产党国家禁运的协约组织,17个成员国的巴统可是当年报纸上的大魔王,颇有中世纪宗教裁判所的味道。 那如今的瓦圣纳呢,知道的人恐怕不多,但这个协约有40个成员国,包括俄罗斯,对象表面是朝鲜伊朗, 但美国用它攻击最多的其实是中国! 因为这个条约,任何向中国出售最新芯片和制造设备的实体都“可能”受到美国和全体成员国(包括毛子)的制裁,考虑到现在中国全球组装厂的定位,美国对出售芯片本身是放行的,而制造设备是禁止的,尤其是制程差距在一代内的(比如现在主流制程是14/16nm, 那28纳米的设备是禁止出口中国的)。到这里就都明白了,中国在花1.6万亿“求”购芯片这事儿上,是被以美国为首的“全世界”,“合法”的钳制和歧视的,能做的就是明面上的别人开恩放行(芯片)和私下的偷偷摸摸的走私(制造设备)。

自然靠不住别人就只能靠自己,国家的十二/三五规划里,集成电路自造被提升为国家战略,到如今情况如何呢? 先得说一句,道路还很长,我们也没停步。目标是有的,“中国制造2025”中给中国集成电路自给率的指标为2020年达到40%,2025年达到70%。业界普遍评论说不可能,不过天朝素来善于把不可能变为可能,加上反正是行业协会统计数据,怎么说也能纸面上达标吧. :p

说芯片,先要科普下,集成电路象CPU/DRAM等只是芯片的一个小部分而已,显示(LED),功率器件,传感器等都是芯片,从计算到动力再到照明显示等,芯片在我们周围已经无处不在了。找到个之前的产品市场占比图,大家参考。

芯片分类

芯片分类

从图里,大家能看出,CPU,逻辑IC(像家电里的控制器MCU,锂电池里的芯片等),存储,这三样占了芯片产品的绝大部分,下面我们聊芯片进口替代的现状和发展,也主要针对这些所谓的大规模集成电路产品(VLIC)。

说起集成电路(IC)的制造,先可以大致分IC设计和制造两部分。 设计上由于ARM/Android和各种开源系统的兴起,美国把持专利指令集的Wintel时代已经过去了,国内以海思为首的IC设计厂商基本和台湾的联发科分庭抗礼,虽说比高通/苹果/Intel还是有差距,但没有专利和设计工具进口管制等束缚下,大家相差也不多,归根到底是市场选择了,你设计的芯片有谁会用呢,而中国作为最大的PC/手机制造基地有天然的优先选择权,所以咱们讨论重点还是看IC制造部分的自给现状。

大致讲讲芯片是如何制造的。非专业科普角度,咱们把芯片制造分为前道(单晶)硅片制造(常见的大晶圆,wafer),中间的IC制造,后端切割测试三大块。下面是简化的流程图:

制造流程

制造流程

YY下,一袋袋二氧化硅(沙子)进入工厂入口,等比黄金的一颗颗芯片产品从工厂出口出来,真是耳熟能详的沙子一袋子,金子一屋子呀!

当然实际上制作是发生在不同的车间/工厂里的, 咱们先说上面图里的第一项,也就是前道的基材硅片制造的情况。 这个是2015年的硅片市场占比:

硅片市场占比

硅片市场占比

第一第二的信越和Sumco都是日本企业,环球在台湾,siltronic是德企,传我们的大基金正谈收购,而LG哪的不用我说吧。 这张图可能让大家有些尴尬,那个...那个其他的2%里,也不全是中国的厂家呢?好在基材硅片不是IC制造的难点, 而且虽然眼前是黑暗的,但已曙光初现,现在一体化的12寸大晶圆厂已经是主流了,为了达到2025的目标,我朝已经明确未来5年筹建26座大晶圆厂(处理刻蚀一体),占全球产能扩张的40%,要知道每座厂投资可是以百亿记的! 其实现在有点脑子的芯片制造相关人才都在往国内跑,看诸多的报道什么爱国人士为中国芯回国的,心下一直不怎么认同,明明冲着商机来的,关爱国什么事呀,当然人才对国家的贡献谁都不否认,我只是觉得把与国有功和为国牺牲奉献搅到一起不合适,屌丝想法,不值一笑吧。拉回话题,计划谁都会做,能实现才有用。看到的业内人士对中国建厂计划基本还是认同的,这里晶圆制备的难点其实是后期处理的化学材料的研发和制备,而晶圆本身处理设备和流程包括高洁净度的环境都不是难点, 附上一个IC制造的化学材料占比供参考:

硅片耗材

硅片耗材

咱们是科普,主要关注自造程度,化学材料是啥就不一一细说了,这里硅片的主要厂商上面说过了,日本的信越和sumco, 其他材料大家知道主要厂商有陶氏(Dow)(CMP抛光液),巴斯夫(BASF)和乐思化学(Ethone)(电镀液)等就行了,好的地方是国内在这些化学材料上追赶是蛮快的,有不少还在A股上市了,像强力新材,南大光电啥的,还都涨的飞快,26座大晶圆厂呢, 资本市场都是人精呀。

有了晶圆硅片,下一步就是集成电路制造了,对应上面流程图中间那部分。 这里就遇到咱们真正的短板了 - IC制造设备的研发和生产,象大家反复说的光刻机就是其一。写了一小时了,这些就以后再细聊吧,笼统的说下,国内的一些厂家包括北方微电子和上海微电子基本上在28/40nm的制程已经有产品了,不过用户实在有限,就像以前的龙芯,国内联想方正等PC厂没听说有用的,可见市场不是科研,做出来不等于能用起来,该进口还是得靠进口,即使是走私。这个领域说实话一贯是欧美的大本营,韩国努力了十多年,都是芯片界老大了,自己的设备连老线都用不上,为保险只好入股ASML,日本努力了一把,到现在nikon/canon的光刻机怕是只有低制程老线还看得见吧,大家再看到某某国产打败尼康佳能光刻机啥的,就别太当真了。 前面说业内人士对2025规划不看好其实设备也是主因, 万恶的圣瓦纳是禁止高制程的设备出口中国的,国内芯片厂总做低一制程的芯片谁会要呀,一台光刻机7,8千万美元,老走私贵不说,关键是说卡你就能卡你的,那国内在EUV上的突破会不会带来弯道超车的机会呢,好吧,都是中国梦的一部分,晚了,大家梦里思量吧。

又找到一个更细一些的芯片制造的框图,给感兴趣的坛友参考。

芯片制造

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发表于 2017-3-14 21:20 | 显示全部楼层
不明觉厉,虽然自造前途困难重重,也只有努力坚持下去,国内出成绩的行业,哪一项不是在困难中拼博出来的呢
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发表于 2017-3-14 21:21 超大游击队员 | 显示全部楼层
欧美吃饭的玩艺儿,中国不是超人,慢慢熬吧
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发表于 2017-3-14 21:22 超大游击队员 | 显示全部楼层
继续啊!还有切割、封测和设计那?
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发表于 2017-3-14 21:26 超大游击队员 | 显示全部楼层
通过高通牵线搭桥,中芯,华为和IMEC合作,不是要在这几年搞出16-14纳米制程,那从ASML引进的光刻机不会太落后吧,
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发表于 2017-3-14 21:26 | 显示全部楼层
数据还是挺详实的 楼主很不看好中国芯片业啊
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发表于 2017-3-14 21:32 | 显示全部楼层
找资料辛苦了 但我还是问下 到底多困难呢 新闻上看的可比你说的乐观多了
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发表于 2017-3-14 21:45 | 显示全部楼层

RE: 【原创】浅析中国目前芯片自造的现状之一 - 没写过科普贴,原创求少骂,欢迎指正

zris110 发表于 2017-3-14 21:32
找资料辛苦了 但我还是问下 到底多困难呢 新闻上看的可比你说的乐观多了

造出来不算太难,难的是怎么卖出去,毕竟还是有代差的东西,换你你愿意买单么..
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发表于 2017-3-14 21:47 | 显示全部楼层
从lz的文章里,吾辈看到芯片很重要..

那么这次制裁韩国是不是给国内芯片行业腾地方?

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发表于 2017-3-14 21:49 | 显示全部楼层
好文,学习了!
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发表于 2017-3-14 21:50 超大游击队员 | 显示全部楼层
中芯国际已经有28纳米了,接下来就看14纳米了。
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发表于 2017-3-14 21:51 | 显示全部楼层
看起来没什么希望的样子。只好引爆大号emp,大家回归机械时代。
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发表于 2017-3-14 21:53 | 显示全部楼层
不急,慢慢来。我们还是要在教育改革和创新创造上多下功夫。
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发表于 2017-3-14 21:54 | 显示全部楼层
楼主总是说瓦圣纳,其实中国半导体发展与瓦圣纳没有甚关系

瓦圣纳只是限制出口产品,而就算买来产品了也没啥用,光刻机买了也没法仿制

中国现在面临的是西方对中国收购高科技企业的限制,瓦圣纳并没限制这些,美国没批准的那些收购案也没有一个引用瓦圣纳
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发表于 2017-3-14 21:58 超大游击队员 | 显示全部楼层
良心好贴~必顶
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发表于 2017-3-14 22:01 | 显示全部楼层

RE: 【原创】浅析中国目前芯片自造的现状之一 - 没写过科普贴,原创求少骂,欢迎指正

瓦森纳协议应该没有制裁三哥吧,三哥这行怎么样?
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发表于 2017-3-14 22:01 超大游击队员 | 显示全部楼层
先把设备搞出来再说

前天说刻蚀机有眉目了


光刻还没影


市场化就太难了

芯片有代差,成本也不一定便宜


不出几个两弹一星级别的牛人

想没代差不可能的

有代差市场就小了


想想就悲剧啊




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发表于 2017-3-14 22:12 | 显示全部楼层

RE: 【原创】浅析中国目前芯片自造的现状之一 - 没写过科普贴,原创求少骂,欢迎指正

tonyget 发表于 2017-3-14 21:54
楼主总是说瓦圣纳,其实中国半导体发展与瓦圣纳没有甚关系

瓦圣纳只是限制出口产品,而就算买来产品了也 ...

老欧洲基本没有芯片制造业,它们签这个协议不是在搞笑吗?
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发表于 2017-3-14 22:21 超大游击队员 | 显示全部楼层
我不懂专业的 但是据说现在快要逼近物理极限了 之后芯片方面的进步可能会停止 而且现在美国对中国芯片的发现特别警惕  只要能卡住的一定会卡住的  我的感觉是中国要想在商业上赶上世界主流水平在可预见的未来基本不可能了  关键是能否在涉及到国防 金融 等一些核心命脉部门能否用即使是落后两代的芯片技术来自主话?这样中国至少不会被美国要挟
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发表于 2017-3-14 22:23 | 显示全部楼层

RE: 【原创】浅析中国目前芯片自造的现状之一 - 没写过科普贴,原创求少骂,欢迎指正

qbasic00 发表于 2017-3-14 21:45
造出来不算太难,难的是怎么卖出去,毕竟还是有代差的东西,换你你愿意买单么..

如果是这样的  那就明白了  
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发表于 2017-3-14 22:32 超大游击队员 | 显示全部楼层
路漫漫其修远兮
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发表于 2017-3-14 22:32 | 显示全部楼层
强帖留名先。
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发表于 2017-3-14 22:33 超大游击队员 | 显示全部楼层
没说明清楚为什么高端芯片市场没有连低端芯片市场也没有?!低端市场也不小啊。
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发表于 2017-3-14 22:38 超大游击队员 | 显示全部楼层
楼主能不能给科普一下一堆沙子,变成芯片,都需要大约什么工序,每一道工序又需要什么技术,这道工序中国现状怎么样?此道工序的过去和未来的技术发展是怎么样的。
坛子里谈光刻机,可是很多ID连光刻机是干什么的都不清楚。
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发表于 2017-3-14 22:42 超大游击队员 | 显示全部楼层
luandong1937 发表于 2017-3-14 22:01
先把设备搞出来再说

前天说刻蚀机有眉目了

好吧,刻蚀机和光刻都是啥意思?它们在芯片制作过程起什么作用?为毛难制作?
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发表于 2017-3-14 22:48 超大游击队员 | 显示全部楼层
与楼主同感,报道国内科技时里面最少一半内容在写主人公如何吃苦不忘爱国,介绍国外则直奔主题,这种手法真应改改了。
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发表于 2017-3-14 22:49 超大游击队员 | 显示全部楼层
先给楼主点个赞。希望这个贴能成为个科普贴,知道的都写一些,不要被歪楼了。
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发表于 2017-3-14 22:52 | 显示全部楼层
科普好文,楼主继续啊!
希望楼主能建个科普高楼!
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发表于 2017-3-14 22:52 超大游击队员 | 显示全部楼层
九石弓 发表于 2017-3-14 22:38
楼主能不能给科普一下一堆沙子,变成芯片,都需要大约什么工序,每一道工序又需要什么技术,这道工序中国现 ...

这个就非常大了。涉及材料,工艺,设备。甚至一个环节都有很多上下游企业。
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发表于 2017-3-14 22:54 超大游击队员 | 显示全部楼层
我很赞同其中一点,能做出来不等于能生存。很多国内公司热衷于获得政府资金扶持,靠各种关系得到那些芯片研发项目,赚到一笔研发费,可是然后呢?根本不去考虑市场化,似乎就只满足于赚到了政府给的研发费。反正项目年年有,这些企业的主要工作就是年年去跑项目而不是正儿八经的跑市场服务客户!只要产品能通过验收就行,卖不卖得动无所谓!
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发表于 2017-3-14 22:55 超大游击队员 | 显示全部楼层
干货贴,希望业内的行家里手也来科普一下,我国芯片领域的很多内容。
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发表于 2017-3-14 22:58 | 显示全部楼层

RE: 【原创】浅析中国目前芯片自造的现状之一 - 没写过科普贴,原创求少骂,欢迎指正

论坛不可连坐 发表于 2017-3-14 22:12
老欧洲基本没有芯片制造业,它们签这个协议不是在搞笑吗?

瓦森纳是高科技技术,产品都限制。(这是个松散的协议,签约国自觉报备,你愿意报就报,不愿意报,也可以不报。所以中国也没太当回事)
欧洲是芯片制造设备公司强啊。德国的镜片+美国的光源,综合到荷兰ASML光刻机上(Intel,三星,台积电送钱入股支持研发),别人产业分工分好了,你要撕逼,是和一个含多国的产业链撕啊。
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发表于 2017-3-14 22:59 | 显示全部楼层

RE: 【原创】浅析中国目前芯片自造的现状之一 - 没写过科普贴,原创求少骂,欢迎指正

电子级多晶硅国内不是已经做烂了吗?怎么才2%不到???
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发表于 2017-3-14 23:00 | 显示全部楼层
在微博留言看到一半导体业内人士,他说台积电好日子不会超过五年。
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发表于 2017-3-14 23:01 | 显示全部楼层
好贴,楼主多科普一下,文科生也喜欢看
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发表于 2017-3-14 23:01 | 显示全部楼层

RE: 【原创】浅析中国目前芯片自造的现状之一 - 没写过科普贴,原创求少骂,欢迎指正

orangeray 发表于 2017-3-14 22:58
瓦森纳是高科技技术,产品都限制。(这是个松散的协议,签约国自觉报备,你愿意报就报,不愿意报,也可以 ...

看到深紫外,我想下一步干脆X光算了。
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发表于 2017-3-14 23:06 超大游击队员 | 显示全部楼层
九石弓 发表于 2017-3-14 22:42
好吧,刻蚀机和光刻都是啥意思?它们在芯片制作过程起什么作用?为毛难制作?

好多年不看这些了,简单地说说,错了亲纠正。集成电路的基本原理就是在硅片上掺杂,形成半导体单元电路,然后结合产生复杂的逻辑功能。这样的话,单元越小,集成度越高。加工过程可以与电路板类比,在硅片画上图,然后去腐蚀硅片。那么来画图的就是光刻机,它在硅片上勾出线,刻蚀机就好像对不同的区涂色一样。为什么难制作就不用说了吧,现在集成电路的工艺已经是14nm,我记得原子尺寸大概是0.1nm水平,这个大小,量子力学都可以起作用了
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发表于 2017-3-14 23:08 | 显示全部楼层
留名,回来继续看
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发表于 2017-3-14 23:08 超大游击队员 | 显示全部楼层
论坛不可连坐 发表于 2017-3-14 22:59
电子级多晶硅国内不是已经做烂了吗?怎么才2%不到???

大概是说单晶硅吧,太阳能单晶硅陕西的企业也是全球最大的。但半导体単晶硅还刚起步。不过追起来应该很快。
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发表于 2017-3-14 23:13 超大游击队员 | 显示全部楼层
不懂帮顶。(不是装的是真不懂,摊手)
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