芯片基础知识入门：轻松掌握核心概念

为何芯片如此重要，我们为什么不能制造高端芯片

“因为没有中国芯片制造业能支持，面临着没有芯片可用的问题。”2020华为开发者大会上，华为消费者业务CEO余承东坦言，“现在唯一的问题是生产，华为没有办法生产。中国企业在全球化过程中只做了设计，这也是教训。”

正是由于没有独立的芯片制造，华为才显得如此的被动。为何芯片如此重要，我们为什么不能制造高端芯片？

芯片（又称微电路、微芯片、集成电路）是指内含集成电路的硅片。作为智能电器的核心部件，芯片一直充当着“大脑”的角色。从电脑、手机，到汽车、无人机，再到人工智能、脑机接口等，芯片可谓无所不在。

芯片体积微小，制造却极其复杂。以手机的核心处理器为例，在显微镜下，指甲盖大小的芯片上集成了数百亿的晶体管，仿佛一个微型世界。而半导体厂商Cerebras Systems生产的目前最大的AI芯片WSE，基于台积电16纳米工艺，更集成了1.2万亿个晶体管，40万个AI核心。16纳米工艺，意味着在芯片中，线最小可以做到16纳米的尺寸。制程缩小，则可以在更小的芯片中塞入更多的晶体管，芯片性能提升就更加明显。

可以说，芯片之于信息科技时代，是类似煤与石油之于工业时代的重要存在。

芯片行业包括一个庞大而复杂的产业链，整体上可以分为设计、制造、封装、测试四大环节。在封装、测试方面，中国已经处于世界领先地位。

依托庞大的下游市场，中国近年来在芯片设计领域同样发展迅速。然而，设计电子芯片必需的软件EDA则被3家美国公司Synopsys、Cadence、Mentor高度垄断。据统计，这3家公司共计垄断95%以上的中国芯片设计市场，而中国最大的EDA厂商只占1%的市场份额。

中国遭遇“卡脖子”最为严重的是在芯片制造环节。芯片构造极为精密，对制造设备的复杂度也有着超高要求。在全球光刻机市场当中，荷兰ASML公司毫无疑问占据了霸主地位。ASML公司生产的EUV光刻机制造难度极高，需要多个国家、多个领域的顶级公司通力合作，几乎代表着工业制造各领域的最高成果。EUV光学透镜、反射镜系统的制造难度非常大，精度以皮米计（万亿分之一米）。ASML的总裁曾介绍，如果反射镜面积有德国那么大，最高的凸起不能超过1公分。

然而，ASML公司也只是技术链条上的一环。EUV光刻机的镜头几乎由德国的蔡司垄断，激光技术在美国Cymer手中，ASML的核心技术只不过占光刻机的不到百分之十。正是由于全球化的分工和各国的通力合作，才能成就光刻机，成就整个半导体产业。

新中国很早就意识到了半导体产业的巨大潜力，投入资源建立了初级的半导体产业。以光刻机为例，中国1978年开发5微米制程半自动光刻机，此后，电子工业部45所、上海光机所、中科院光电所、上海微电子等单位持续推出多个版本的光刻机。与自身相比，中国芯片产业并未停滞，2019年生产集成电路2018.2亿个，40年来增长上万倍。

然而，由于芯片制造相关的基础科研能力不足，制程从微米深入纳米后，中国无法跟上世界顶尖企业的发展步伐，缺少足够的市场竞争力，差距逐渐拉大。

对于目前中国的芯片困境，中国工程院院士邬贺铨表示：“我国芯片受制于人，其中最大的原因是我们的工业基础——包括精密制造、精细化工、精密材料等方面的落后。”

中国芯片技术和产业的短板最终还是需要中国人踏实创新来解决！

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