晶片體積微小、貌不驚人,卻集高尖端技術於一體。它作用非凡,應用廣泛,是資訊產業的核心和基石。它關國計民生與資訊保安,牽動著億萬國人的心。一個小小的晶片是一個國家先進技術的微觀表現,同時也代表著一個國家在科技方面的國際話語權。
晶片簡單來講,就是一種積體電路,它透過微細加工技術,把半導體器材聚集在矽晶圓表面上而獲得的一種電子產品。晶片的奧秘之處,就在於它可以將多達幾億個微小的電晶體連在一起,以類似用底汙洗照片的方式翻印到矽片上,從而製作出體積微小、功能強大的整合晶片。
晶片上的電晶體類似於一根頭髮絲直徑長度能並排放下1000個,且相互之間能協同工作,完成指定的任務。製造出來的晶片雖然只有指甲般大小,能耐卻大的驚人。它具有資訊採集、處理、儲存、控制、導航、通訊顯示等諸多功能,是一切電子裝置最核心的元件。在當今資訊社會,晶片無處不。在生活中,凡是帶“電”的產品幾乎都嵌有晶片,我們每天都離不開手機,它裡面的晶片就多達30多個,如果沒有晶片世界上所有與“電”相關的裝置幾乎無法工作。
晶片不僅事關國際民生,而且涉及資訊保安。近幾年隨著某些大國在科技上國際話語權的膨脹,將晶片技術視為一種貿易或戰爭的武器。輕則透過禁用,限售等措施制約相關國家資訊產業發展中,重則透過接入網際網路晶片的“後門”,進行情報收集或實時網路攻擊。如前幾年發生在某大國的“稜鏡門”事件,就是透過網際網路攻擊伊朗的核電站產生的,因此晶片不僅是資訊產業的核心,更是資訊處理與安全的基石。
01資訊社會不可或缺
隨著我國資訊科技的迅猛發展,晶片應用已經延伸到社會的每個角落。融入人們生活的方方面面,從日常生活使用的手機、電腦、洗衣機到工業領域的機床、發動機再到航空航天領域的導航以及星仔裝置都少不了晶片。在軍事領域,先進裝置武器指揮資訊系統,晶片更是不可缺。
如採集晶片可以使武器裝備擁有“千里眼”、“順風耳”,資訊處理晶片能給武器裝備裝上“智慧大腦”,通訊的晶片能將各種裝置與作戰單元連線起來進行體系對抗,儲存晶片則能儲存各種戰場資料而進行作戰效能和毀份評估等等,晶片已成為影響戰爭勝負的重要因素。
廣泛的應用需求,推動著晶片技術的迅速發展,隨著更好工藝的採用以及片上系統、微機電整合系統等技術的進步,晶片開始進入“自組裝”的奈米電路時代,競爭日益激烈。
應用廣,市場這塊蛋糕就能做大。美國半導體產業協會統計,2017年1月至2月,中國和美國的晶片是和規模份額分別為33.10%和19.7%。我國雖然是全球最大增長、最快的晶片市場,但許多高階晶片要進口。
晶片的設計製造是一個集精尖於一體的複雜系統工程,難度職工不言而喻,但究竟難在何處?
難點一,架構設計。
設計一款新品,科研人員有些明確需求,確定晶片規範,定義諸如指會集、功能、輸入輸出管腳,效能與消耗等關鍵資訊,將電路劃分成多個小模組,清晰地描繪出對每個模組的要求。
然後由前端設計人員根據每個模組功能設計“電路”,運用計算機語言建立模型並驗證其功能準確無誤,後端設計人員則需要根據建路設計“版圖”,將數以億計的電路按其連線關係,有規律的翻印到一個晶片上。至此,晶片設計才算完成,如此複雜的設計不能有任何缺陷,否則無法修補,必須從頭再來,如果重新設計加工一般至少需要一年時間,再投入成千上萬的經費。
難點二,製造工藝複雜。
一條晶片製造生產線大約涉及50多個行業,一般要經過2000至5000的工藝流程製作,過程相當複雜,製作晶片的基礎材料就是普通沙子,它如何變成製造晶片的材料,沙子經過脫氧處理後透過多步淨化熔鍊成“單晶矽錠”,再橫向切割成圓形的單個矽片,這一過程相當複雜,而在晶圓上製作出新品了更難。
首先,將設計出來的整合電路板塊透過光刻、注入等複雜工序,重複轉移到晶圓的一個個管芯上,再將管芯切割後,經過封裝、測試、篩選等工序,最終完成晶片了製造,尤其的最大難度在於製造過程中,還需要使用大量高精尖裝置,其中高效能的光刻機又是一大技術瓶頸。如最先進的7nm紫外光刻機,目前只有荷蘭一家公司能製造,價格上億美元不說,一年僅生產23左右。
難點三,投入大,研製週期長。
一款複雜一出片,從研發到量產要投入,大量人力、物力和財力,時間至少需要3到5年甚至更長。處理器晶片還需要配套複雜的軟體系統,同樣需要大量的人力、物力來研製,美國英特爾公司每年研發經費超過百億美金,有超過5萬知工程師。
難點四,發展迅速、追趕難度大。
自20世紀50年代末發明積體電路以來,晶片的整合度一直遵循摩爾定律迅速發展,即每隔18個月提高一倍。半個世紀以來,晶片的效能和複雜度提高了5000萬倍,特徵尺寸則縮減至一根頭髮絲直徑的萬分之一。晶片領域競爭十分激烈,歐美等發達國家處於技術引領地位,我國晶片研發相對落後,短期內無法實現追趕。
02臺灣電積電為何上“黑名單”?
臺灣積體電路製造股份有限公司簡稱臺積電,屬於半導體制造公司,成立於1998年,是全球第一家專業積體建路製造服務商,企業總部與主要工廠位於臺灣新竹科學園區。
2017年領域佔有率50% ,而2018年一季度合併營收85億美元,同比增長6%,淨利潤30億美元,同比增長2.5%,毛利率為50%.3%,淨利潤為為36.2%。其中10奈米晶圓出貨量佔據了總晶圓營收的19%,另外7奈米FEF製程技術即將量產。截至2018年4月,美股TSM,市值2174億美元,靜態市盈率19。在2018年7月,全球同步財富世界五百強排名榜第368位。臺灣企及電路製造股份有限公司排名368位,2019年10月在福布斯全球數字經濟一百強榜排19位。
在這裡,我們為什麼要講臺灣的臺積電,因為中國生產不出來的晶片,臺灣可以生產出來,臺積電在全球晶片領域的地位是大陸所無法比擬的。但如今,美國又對其進行施壓,其原因很簡單,自臺積電赴美建廠的那一刻起,全球晶片格局就已預示著重新“洗牌”。如今,美國新立的規則也印證了當初這一猜想。
表面上來看,臺積電赴美建廠是為了拓展市場,為其在美國的客戶提供更好的服務。實際上這卻是美國早已布好的一個局,當初我們還在擔憂,美國會不會對電積電進行技術轉移,然後在制。裁現在看來,這一切都在成為現實。