原料短缺、技術(shù)壁壘高，“缺芯”危機(jī)何時(shí)才會緩解？

去年11月份，一則新聞登上了人民日報(bào)，“來自華中科技大學(xué)的中國團(tuán)隊(duì)在全球EDA比賽中獲得了冠軍”，報(bào)道瞬間吸引了數(shù)萬人閱讀。在美國對我國相關(guān)技術(shù)封鎖的背景下，這一比賽結(jié)果極大鼓舞了我國芯片領(lǐng)域相關(guān)的研究人員，提升了科研人員對獨(dú)立自主實(shí)現(xiàn)高端芯片制造的信心。

EDA獲獎證明及相關(guān)人員

來源｜華中科技大學(xué)官微

1. EDA和芯片的關(guān)系

EDA是電子設(shè)計(jì)自動化（Electronic design automation）的簡稱，是通過繪圖軟件CAD完成大規(guī)模集成電路芯片的設(shè)計(jì)。它被譽(yù)為“芯片之母”，是實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而這一屆的EDA賽題則是芯片設(shè)計(jì)中非常重要的布局布線設(shè)計(jì)算法問題。

來源｜pexels

隨著中美競爭問題的尖銳化，我國在多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)上均面臨著危險(xiǎn)，其中在芯片領(lǐng)域尤為嚴(yán)重，打破壟斷、讓芯片關(guān)鍵技術(shù)不再受制于人，對于我國來說是刻不容緩的事情，所以芯片設(shè)計(jì)軟件的自主研發(fā)對芯片領(lǐng)域的突破具有重大意義。

世界范圍的信息化浪潮正帶來智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的整體轉(zhuǎn)變，5G、AI、自動駕駛、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得對高性能芯片的需求也越來越旺盛。

來源｜pixabay

芯片為存儲、運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)、智能提供了多維度底層支撐，為數(shù)字升級、智能互聯(lián)建立了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此芯片被稱為“工業(yè)糧食”，其技術(shù)性能及產(chǎn)業(yè)規(guī)模代表了一個(gè)國家的發(fā)展水平及國際競爭力。

2. 芯片為何如此難造

難點(diǎn)一：原材料

在對二氧化硅進(jìn)行純化到獲得晶圓的過程中，需要用到生產(chǎn)爐、切片機(jī)等設(shè)備，每一類設(shè)備對技術(shù)水平要求很高，并且在提純的過程中對硅單晶的純度要求也極高，一般十億個(gè)硅原子中最多只能有一個(gè)雜質(zhì)原子。

單晶硅圓片

來源｜百度百科

難點(diǎn)二：高端光刻機(jī)，一機(jī)難求

高端光刻機(jī)的制造有兩個(gè)難點(diǎn)，分別是光源和鏡頭問題。光源的作用是將線路圖刻在硅片上，在每個(gè)元器件之間只有幾納米距離的情況下，就需要光源的波長足夠短才能進(jìn)行繪制，而要制造這樣的光源，需要使用13.5納米波長的極紫外光，而這種光源很難生成和控制。

極紫外光刻機(jī)內(nèi)部的光源

來源｜ASML

鏡頭是光刻機(jī)的核心部分，其作用是對光路進(jìn)行調(diào)整，使其聚焦，芯片對鏡頭的精密程度要求極高，需要鏡面的光潔度達(dá)到50皮米，而一米等于一萬億皮米。

難點(diǎn)三：技術(shù)壁壘高，生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)大

制造芯片需要大量實(shí)踐和應(yīng)用反饋，但芯片前期投產(chǎn)如設(shè)備購買、實(shí)驗(yàn)室搭建等，成本太高，并且風(fēng)險(xiǎn)很大。我國芯片產(chǎn)業(yè)根基薄弱，且下游產(chǎn)業(yè)基本上都有穩(wěn)定的供應(yīng)商，出于對品質(zhì)的把控，一般下游產(chǎn)業(yè)不會輕易更換上游的供應(yīng)商，導(dǎo)致上游供應(yīng)商的危機(jī)意識不強(qiáng)。

對企業(yè)而言，芯片制造的前期成本巨大，后期可能還面臨著良品率等其它供應(yīng)問題，導(dǎo)致試錯機(jī)會少，因此難以有技術(shù)積累；而沒有技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，就會加重實(shí)踐的盲目性。

3. 中國芯的現(xiàn)狀

芯片是信息時(shí)代的基石，也是未來科技的關(guān)鍵保證，但我國的高端芯片對國外的依賴狀況十分嚴(yán)重，每年在進(jìn)口芯片上的花費(fèi)就高達(dá)3000億美元。雖然國家早已將攻克高端芯片定位為國家戰(zhàn)略，但在當(dāng)前緊張的中美關(guān)系下，中國的硅基半導(dǎo)體發(fā)展舉步維艱，多數(shù)仍舊集中在中低端制造環(huán)節(jié)，雖然現(xiàn)在朝著高端方向發(fā)展，但任重道遠(yuǎn)。

制造芯片的過程主要有三個(gè)，設(shè)計(jì)、制造和封測，我國雖然在基礎(chǔ)的封測環(huán)節(jié)具備一定的能力，但在設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)這兩個(gè)環(huán)節(jié)來說，和最高技術(shù)水準(zhǔn)差距還是很大。

目前我國的低中端性能芯片已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)了，但在高性能芯片上，離追趕國際水平還有很大一段路要走。我國高端芯片的研發(fā)現(xiàn)狀，不是短期就能夠改變的，需要有耐心。

此外，高端芯片的快速發(fā)展推動電子信息技術(shù)的日新月異，這是全球化分工合作的產(chǎn)物。在逆全球化趨勢下必然造成芯片緊缺，威脅世界各國信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。