被美国打压,中国芯片如何突围?

发布日期:2021-01-22 08:457 文章来源:友链网 点击:

被美国打压,中国芯片如何突围?

2020年10月22日,华为在Mate 40系列全球线上发布会上,公布了一款超强芯片,那就是麒麟9000。这是一款基于5NN工艺制程的手机Soc,集成多达153亿个晶体管,是如今看来,频率最高的手机处理器。

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对于它的性能,根据外媒GeekBench发布的数据,在多核表现下,麒麟9000能够跑分达到3704,超过搭载A13处理器的iPhone。不难看出,这已经是现阶段最强大的一款芯片,更加难能可贵的是,这是一款自研芯片,代表的是中国芯片设计的最高水平。

但可惜的是,在去年8月的一次公开活动上,余承东已经坦承,在美国多轮禁令的影响下,华为这款麒麟9000芯片,只被接受9月15日之前的订单,而在这之前,华为只有交付给台积电1500万颗订单,但因为禁令带来的影响,台积电也无法按时完成生产。

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不过即便生产时间受限,在停止生产之前,台积电还是顶着苹果、英特尔等订单的压力,完成880万颗芯片,说起来,其实也算仁至义尽。但这880万颗芯片终究是杯水车薪,无法支撑起华为庞大的消耗量。

很多人开始疑惑,这一款超强芯片是不是就此成为“绝唱”?

当年华为之所以决定转战芯片领域,就是为了防止被断供芯片,只是谁也没有想到,没有等到华为成为为茁壮大树,制裁断供就来得这么快。从现实角度出发,如果美国的禁令长期持续,那么华为很快就会面临到无芯可用的困境,这款880万颗的超强芯片,也会面临出一台少一台的困境,而它反映的,也是我国如今科技领域的困境,那就是“芯片难”的问题。

被美国打压,中国芯片如何突围?

 

中国快速发展的高新科技,成果虽然丰富,但在某些领域上,还是频繁出现被掣肘的情况,芯片就是其中一个。

据了解,中国是世界上最大的芯片消费市场,消耗全球约70%的芯片,但我们的芯片自给率却只有约30%。很多情况下,中国庞大的芯片需求,推动我们积极对外进口。2019年,单单是进口芯片,中国就得花费3000亿美元。

而这还是有所下降的情况,这两年美国打压华为后,我们就深刻认识到,自主生产芯片的战略意义和重要性。2019年,中国对外进口的芯片金额,同比下降2.1%,包括阿里、百度、腾讯、京东方、格力和小米等高科技企业也都投入芯片研发行列。

但全民造芯的浪潮下,中国发展芯片的速度就是快不了,客观来说,美国确实是卡住我们的软肋,那么小小的一个芯片,为何中国却怎么也造不好呢?

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事实上,并非是中国不能造芯片,芯片中国也是能够造的,但主流的最先进的芯片技术和工艺,我们尚且无法掌握。想要理解这个情况,就需要对芯片的纳米工艺有一个了解。

芯片的发展,说到底,就是将尽可能多的晶体管放到集成电路上,晶体管越多,芯片的性能就能够更全面,功耗也会更小。著名的英特尔创始人之一的戈登·摩尔就说过,集成电路可以容纳的晶体管数目,每18个月就会增加一倍。换言之,也就是处理器的性能每隔两年就能翻一倍,这就是著名的摩尔定律。

它说的是,芯片发展的快速,每隔一段时间就会出现技术爆发,越来越多的晶体管被放在一块小小的晶圆上,就诞生所谓的纳米级工艺。14纳米、7纳米和5纳米芯片,就是这样的体现。而主流芯片我们无法造出来,也不是因为我们没有经验,事实上,包括华为等中国企业,在芯片设计领域甚至还处于领先定位,但就是存在一个问题,那就是缺少设备。

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能力是有极限的,对于纳米级工艺,只有高尖端的机密仪器才能完成。就拿大家比较关注的光刻机来说,5纳米制程,是现如今的顶级芯片的标配,而能够完成这光刻任务的设备,以荷兰阿斯麦尔的EUV光刻机为主。

但这样的设备,是由10万个高精度的零件组成,中国是无法自己打造的,同时也无法进行购买,因此我们单单在光刻领域,就无法完成5纳米芯片的制造。那么中国如何破解这个局面呢?如何每年能够不再多花3000亿美元呢?主要有两个办法。

一个就是加入国际分工,事实上,芯片的制造涉及数十万工序,很少有国家能够真的不依靠外国设备或者外国技术,进行独立打造,即便可以,耗费的时间,发展速度和成本都会出现巨大问题。等到我们自己研究出5纳米芯片的制造方法, 可能世界主流的就已经是3纳米的工艺了,因此,加入国际分工是最好的方法。

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还是以光刻机来说,阿斯麦尔光刻机之所以会只供应部分公司,是因为阿斯麦尔的EUV光刻机是全球化的结果,它需要借助全球各国的技术。十万个高精度的零件,荷兰肯定是无法自己打造的,因此 10万个零件会被各国供应商承包,就是我们中国也承担了一部分。

但可惜的是,在阿斯麦尔最核心的17家供应商中,是没有中国企业的,他们分别来自4家中国台湾企业,3家日本企业,1家德国企业和9家美国企业,供应着全球目前最顶尖的技术。就比如德国的蔡司,它提供全球最好的光学镜片;就比如美国的CYmer,它提供的是最好的光源;日本则是提供最好的光刻胶。

这些企业签署的是一种类似同攻同守的协议,因此,这个光刻机在各种协定下,是不对我们开放的。而想要破解这种垄断,很简单,只要在光刻机或者其他芯片制造的核心领域,最新技术是被我们中国独自掌握的。全球需要这种只有被中国掌握的技术,他们就会打开大门,让中国加入国际分工,参与合作。

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而第二个方法,就是另辟蹊径。台积电的5纳米芯片,代表的是如今人类芯片制造的最高水平,但物理层面的芯片能不能继续突破,已经成为一个未知数。理论上说,5纳米芯片之后,是3纳米芯片或者2纳米芯片,但这样的芯片,一个晶圆要存放数百亿上千亿个晶体管,不说制造工艺有多难,就是制造出来,能不能用都是一个问题。

因为晶体管突破3纳米以下,很可能会发生量子隧穿效应,也就是晶体管的电子会发散,原本应该是关闭状态的晶体管,可能会被电子激活,产生漏电现象。因此,从物理层面发展芯片,就如今看来,已经开始触碰瓶颈。

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那么如何破解这个问题呢?比较主流的看法,就是发展专用化芯片。通过算法优化、AI或者是二次架构,来让芯片完成更高端的操作。这个说法说起来是比较笼统的,毕竟现如今人类依靠的依旧是纳米级芯片,目前有说法就指出,芯片未来的发展方向就是AI领域。

简单来说,中国在未来芯片方向,能够掌握核心技术,就能够制定新的规则,参与国际分工,缓解这个被卡脖子的情况。不过不管如何,相信最终中国是能够解决这个问题的。当年的原子弹我们都造出来了,一个芯片,又如何能够难得到我们呢?