关于“芯”的那些事
2019-11-30

今年4月初,美国商务部对中兴通讯的一纸禁售令几乎置中兴于死地,9月19号,美国宣布将对中国出口至美国的2000亿产品,增加10%的关税,美方同时威胁,若中方对农产品等行业报复,美国将立即实施力度更大的关税征收措施,对额外的2670亿美金的进口商品征收关税。在中美贸易状况不佳的大背景下,国内科技公司在美国市场的每一个动作都如履薄冰,美国已经拿中兴、华为等高新技术企业开刀,这让我们逐渐意识到,在中国很多关键部件和核心技术节点还是受制于人,首当其冲的就是芯片行业,从今天开始我会分几个章节,跟大家聊一聊关于芯的那些事儿。

 

 

首先芯片行业分为几类,准确的说应该是半导体行业,分别是IP供应商、IC设计商(Fabless)、晶圆制造商(Foundry)和封测厂商,还有一种是以Intel为代表的IDM企业,IDM模式即包揽IC设计、IC制造、封装测试等各个环节(IC:集成电路),除了Intel外三星、东芝等也属于IDM企业。

 

 

处于行业最上游的IP供应商身份最为神秘,他们的商业模式也非常成功,业界最大的IP供应商就是ARM,ARM几乎垄断了整个移动设备的CPU,也就是所谓的ARM架构,近两年其Mali GPU方案也稳步提升,IP供应商是以软核、硬核等形式为Fabless公司和Foundry公司提供设计服务,并且从他们手中收取授权和版权费,所以说IP供应商本身不生产产品,一般来说这类公司的公司体量不大,但是对技术的要求非常高。

 

 

Fabless和Foundry也是大家很熟悉也是曝光率非常高的,例如 苹果、高通、联发科、华为海思、珠海全志、瑞芯微等芯片商就是Fabless,这些企业只负责IC设计,芯片设计好后就交给Foundry代工,最具代表性纯代工厂就是台积电、联电和GlobalFoundry。

 

  下面就详细的介绍一下芯片的制作过程:

第一:原材料-硅

 

首先把硅石氯化然后再蒸馏,可以得到很高程度的硅,切片后就是硅片,硅的评判标准就是纯度,太阳能级高纯硅要求99.9999%,国内生产了超过全球一半的产量,芯片级别的要求99.99999999999%,几乎全部依赖进口,高纯硅的霸主主要是德国的Wacker和美国Hemlock。

 

 

第二:晶圆

硅提纯时需要旋转,所以切片后的硅是圆的,因此就叫“晶圆”。

 

 

 

切好之后,就需要把晶圆上的成千上万的电路装起来,这就是晶圆厂的主要工作,那怎样才能完成这样的操作呢?

首先在晶圆上涂上一层感光材料,然后通过光刻机用非常精准的光线,在感光材料上刻出图案,让底下的晶圆裸露出来,然后,用等离子体这类东西冲刷,裸露的晶圆就会被刻出很多沟槽,这套设备叫刻蚀机,在沟槽里加入磷元素,就得到了一堆N型半导体,完成之后,清洗干净,再重新涂上光感材料,用光刻机刻图,在刻蚀机刻沟槽,在撒上硼,就是P型半导体。这块晶圆上的小方块就是芯片,芯片放大就是成堆的电路。

 

 

芯片的良品率取决于晶圆厂的整体水平,但是加工精密度完全取决于核心设备,就是上面说到的“光刻机”,荷兰阿斯麦公司(ASML)一家独大,虽然日本尼康和佳能也做,但是技术已经被阿斯麦远远的甩到身后,主要精力只能放在低端市场,

 

 

无论是台积电、三星、因特尔谁先买道阿斯麦的刻录机就是谁先具备了7nm工艺,哈哈哈,追不上我吧,就是这么强大,阿斯麦是唯一高端光刻机生产厂商,每台售价至少1亿美金,且年产量不超过20台,这些已经被台积电和因特尔抢完了,为什么我们不能买呢,这个主要是因为因特尔、三星、台积电都占有阿斯麦的股份,且美帝国主义的一些协议要求重要技术不能输出到我们国家。

那问题来了,芯片越大可以安装的电路越高,为什么芯片不是越大越好,而是越小越好呢?

答案很简单:钱

一块300nm直径的晶圆,16nm工艺可以做100片芯片,10nm工艺可以做210片芯片,于是成本便宜了一半,而且越大的芯片遇到杂质的概率越大,良率越来越低,这也是成本,而且大芯片功耗高,占用的空间大,小芯片功耗低,可以让设备更加小巧。

第三:封测

Fundry生产出晶圆,芯片需要从晶圆上一个一个切下来,接上导线,装上外壳,顺便还要测试通路,这个环节叫封测,封测厂排名第一是台湾的日月光,后面还有夕品、力成、京元电子,国内的有长电科技、华天科技、通富微电等,毕竟只是行业末端,技术含量不高。

昨天,阿里在“云栖大会”正式宣布自己要做芯片了,起名“平头哥”,阿里达摩院和中天微整合的新公司---平头哥半导体有限公司,恭喜马云爸爸,希望平头哥可以像它的名字一样,生死看淡不服就干,也希望我们国产芯可以做大做强。

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