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文 | 渣叔罗影

编辑 | 渣叔罗影

最近，国产芯片可以说是好消息不断，前几天广东立杨公司刚刚宣布全球首颗3nm芯片测试成功，这又传来消息，上海微电子公司自主研发的28纳米光刻机已经交付客户，这是中国在光刻机领域实现的重大突破。

可以说，2023年是中国半导体制造的大年，美国对芯片的封锁不仅没有击垮国内企业，反而促使我国走上自主自研发道路，过去几年，国产芯片自给率大幅度提升，我们正以肉眼可见的速度摆脱国外的技术依赖。

就在2023年的上半年，中国企业共取消掉516亿颗进口芯片的订单，而这些订单的产生也为我们减少了接近2399亿的金额，省下来的钱，将会投入到芯片的研发和制造领域，人们不禁发出疑问，在资金充足的情况下，中国能否在12个月内拿下7nm工艺？

要弄清这个问题，首先要了解7纳米工艺是个什么概念，如今消费电子产品市场火热，哪怕是科技小白，相信对于7nm制程工艺这个词也是有所耳闻的，但要说具体一点，7纳米制程工艺其实就是MOS晶体管的源和漏的距离。

我们都知道，1纳米等于10亿分之一米，一根头发丝的直径是0.02mm-0.12mm，1纳米大概是头发丝的七万分之一。

在芯片面积相同的前提下，工艺制程越小，芯片所能容纳的晶体管数量越多，芯片性能越强，像我们生活中常见的智能手机处理器芯片的晶体管数量能够轻松达到100多亿个，目前世界上可以实现量产最先进的芯片是3纳米工艺，只有台积电和三星这两家芯片制造巨头能做到。

仅从表面上看，7纳米和3纳米之间的差距似乎不大，但是数学和实践已经向我们证明，一个一平方厘米的3纳米芯片可容纳240亿个晶体管，相比同尺寸的7纳米工艺芯片，翻了整整一倍多，基本可以说是降维打击。

1986年，美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提到了精密电子元器件的制造技术，纳米尺寸非常小，比单个细菌的长度还要小的多，在如此精密的尺度下，一切都变得复杂，人类无法通过传统工业机器加工半导体材料，因为电路的线幅会随着制造工艺的减小而减小，使得构成电路的绝缘膜变薄，这样可能会破坏绝缘效果。

当时的人们普遍接受这种想法，直到后来，光刻技术崛起，人们开始用红外光刻机刻蚀芯，虽然过程很艰辛，但成果是非常丰硕的，一个最直观的感受就是，芯片供应变得更加顺利，价格也便宜了不少。

或许大家都听说过“大哥大”这个移动电话，在上世纪90年代，它的价格是两三万左右，那时的手机就像豪车、名表一样，只能沦为一种奢侈品，为商界的大佬服务。

然而，随着红外光刻机的突破，芯片终于实现量产，很快，价格就被打了下来，原先两三万的手机，在短短5年内降价到五六千一台，同时促使大批电子消费品制造企业拔地而起，比如诺基亚、三星、索尼相机等，这些企业涌入市场，直接扩大了芯片市场的需求，于是芯片制造企业加大投资，进入下一轮循环。

台积电就是那个时候创立的，公司全称叫台湾积体电路制造股份有限公司（tsmc），是世界上第一家专门提供专业积体电路制造服务的企业，也就是业界常说的“晶圆代工”（foundry）。

台积电的诞生，确实开创了芯片制造的新思路，这是一个分水岭，从那以后，芯片源头企业只需负责研发和设计，剩下的交给下游厂商代工就行，极大的节约了人力、财力以及时间成本。

这时候，中国刚刚实行经济改革开放，各行各业正处于起步阶段，尤其是半导体产业，主要依赖国外光刻机进口，在研发领域，人才更是稀缺，在这情况下，我们开始加大投资，扶持芯片行业的发展，尽管那时的美国还没有露出獠牙，我们依然抱着居安思危的态度，在半导体制造行业不断探索。

1987年，中国科学院物理研究所和武汉光电公司开始自主研发光刻机，这是一个起点，标志着中国对半导体制造的重视，然而谁都没想到，中国的这一举动，被西方发达国家看在眼里。

他们担心中国取得进展，撼动全球芯片产业的格局，但在当时，西方的光刻技术仍有很大提升空间，于是没有在光刻机这一块动手脚，避免打草惊蛇。

到了1991年，国内经济呈现爆发式增长，人们渐渐富裕起来，电视机、收音机、DVD影碟机迅速铺遍市场，成为广大民众必买的几种电子产品，再往细了说，其实就是芯片崛起，随着电子消费品越来越多，我们对芯片的需求也是越来越大。

然而，当时的国产光刻机正处在研发调试阶段，并不能实现自产，所以只能从国外进口高端芯片，维持各类电子消费品的生产。

渐渐地，人们发现市面上的电子产品越来越多，每年光是进口芯片，就得花掉一大笔钱，相当不划算，倘若中国可以自制芯片，那么电子产品的价格就会进一步下降，毕竟主流芯片的基材是硅，硅的本质就是沙子，对全世界任何一个国家来说，提炼就像烧开水一样，根本算不了什么难事。

更何况中国幅员辽阔，拥有全球排行前十的大沙漠，按照目前的消耗速度，这些沙子根本用不完，因为硅元素可以回收，只需几道简单的工序，将其融化提纯就可以实现，而这也就意味着，一旦中国芯片实现自产自足，那么美国将会失去很大一部分订单，中国劳动人口多，而且资源丰富，造出来的芯片只会比国外的便宜。

英特尔的创始人戈登·摩尔曾经说过：“集成电路上可容纳的晶体管数量在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍，换句话说，处理器的性能大约每两年翻一倍，同时价格下降为之前的一半。”

这本是一句经验之谈，却在之后十几年里完美符合了市场的实际情况，而他的这番言论，也被后人称作“摩尔定律”(Moore's law)。

或许当时的人们很难想象，在一个指甲盖大小的芯片上，竟能容下成百上千万个晶体管，放在微观层面，芯片的逻辑电路就像一座城市一样宏大，所以，芯片一直被认为是人类所能制造的最精密、集成度最高的产品，硅基芯片的极限工艺在1~2纳米左右，按照现在的科技水平，几乎快把芯片开发到物理极限。

如今摩尔已经去世，“摩尔定律”也在逐渐失效，取而代之的是“黄仁勋定律”，黄仁勋是英伟达公司（NVIDIA）创始人兼首席执行官，他以400亿美金的价格买下ARM，并指出：“AI芯片的性能每两年可提高一倍，其增长速度归功于软件以及硬件的升级。”

由此可见，国外高端芯片的发展已经陷入瓶颈，短时间内只能靠软件和架构的优化实现提升，在芯片产业放慢脚步的情况下，中国即将迎来机遇，顺利的话，甚至能实现弯道超车，从根源打破美国的封锁。

这里有一个十分明显的信号，就是上海微电子公司自主研发的28纳米光刻机成功交付，很多人觉得，28纳米光刻机是好几年前老掉牙的科技，没什么特别的，实则不然，28纳米光刻机不仅可以生产28纳米芯片，还能生产14纳米、7纳米芯片，只需采用“多重曝光”技术就能实现。

一般情况下，芯片行业把28纳米光刻机叫做28纳米“节点工艺”光刻机，它的光源精度很高，通过调节，可以跨越多个节点，从而达到生产7纳米芯片的效果，但有一点值得注意，这种工艺比较繁琐，任何一个环节出现问题，良品率就会大幅下降。

目前，科研团队正在想办法解决这项难题，如果国产7纳米芯片实现突破，将会解决国内90%的高端芯片空缺，真到那时候，美国的封锁将不攻自破。

微软创始人比尔盖茨曾公开表示，美国不出货芯片的话，只会加速中国芯片自给自足，还会让美国失去很多订单，基本等于搬石头砸自己脚，损人不利己。

截止到目前，中国芯在EDA、设计、封测上均实现了3nm，只等光刻机突破，中国就能彻底摆脱对国外芯片的依赖，期待这一天早一点到来。

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