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成功突破5nm芯片技术,这家中国芯片企业,照亮“华为”之路

发布日期:2020-06-26 01:40:09 【关闭】
摘要:

当今世界,中国14亿的巨大人口,以及电子类产品的巨大消费潜力和空间,已然使得中国成为世界上巨大的芯片消费国。据统计,2018年中国的芯片市场已经超过了4000亿美元,而每年中国用于芯片进口的资金大约为3000亿左右。在电子产品迅速蓬勃发展的情况下,芯片的制约成为行业发展的最大风险。繁华的背后,总有颗“芯”在默默地等待某个人能够照亮前进之路。

6月24日,一则消息 传遍了大江南北。华为全球最大(迄今为止)的一家线下旗舰店在上海南京东路正式开业,据悉,该店营业面积将近5000平方米,把产品体验区、全场景体验区和多功能区分布在了三层楼上。开业之前,很多人就在店门口排起了长队,人气相当火爆。很多人是冲着购买电子产品和参观未来5G、AI新技术去的,大家对华为的自主研发能力,充满了信心和期待。

说起华为的自主研发能力,那就不得不提及华为芯片的自主设计和研发。1991年,华为成立ASIC设计中心,2004年华为成立海思半导体,直到现在,华为“芯”之路,走过了近20年时间,已然成为中国自主芯片设计的杰出代表。华为如今究竟做了哪些芯片呢?经过详细调研,华为总共有五大类芯片:SoC芯片(麒麟系列等)、5G通信芯片(巴龙、天罡系列等)、AI芯片(昇腾系列等)、服务器芯片(鲲鹏系列等)和其他专用芯片,如路由器芯片、NB-IoT芯片、IPC视频编解码和图像信号处理的芯片等。

华为手机的SoC芯片一直都是华为的主力研究对象,麒麟980、990系列芯片,不管是性能上,还是设计上,均已经达到世界先进水平。2019年1月24日,华为针对5G,重磅推出业界首款5G基站核心芯片(天罡芯片)和5G终端多模芯片(巴龙5000)。华为的昇腾系列AI芯片-昇腾910和昇腾310(分别为7nm和12nm工艺制程),采用了“达芬奇架构”,具有开创性和可扩展性,能够实现从极致低功耗到极致大算力的全场景覆盖。同时,华为基于ARM授权提供的技术,进行优化调整,在2019年1月7日成功发布鲲鹏920、泰山服务器(基于鲲鹏920)和华为云服务。华为的凌霄系列芯片,主要用于家庭接入类的产品(如路由器,信号放大器等终端);华为也攻克了全球领先的窄带宽物联网无线通信模块——利尔达NB-IoT模组,以及IPCSoC芯片中使用到的视频监控核心技术——ISP技术和视频编解码。

华为自主设计的芯片,品类覆盖广泛,技术领先。然而,光有设计方案,就可以了吗?答案是否定的,最终的芯片要被应用到产品上,必须要有先进的加工设备来进行加工才可以,方案在云端,应用要落地。

在芯片的制造过程中,我必须要提到三大关键工序:光刻、刻蚀、沉积。在生产的过程中要不断地重复循环这三大工序,才能最终制造成芯片。

这三大关键工序的成功进行,必须要依赖于三种关键设备,分别是光刻机、刻蚀机和镀膜设备,这三大设备占据所有制造设备投入金额的25%、15%和15%左右,他们也是所有设备中技术含量和成本占比最高的设备,重要性可见一斑。

从提供芯片加工设备的厂商营销数据可以看到,芯片制造需要的这些设备提供商主要是以美系和日系居多,它们霸占了全球50%以上的市场份额。比如,应用材料(Applied Materials)的制造设备,类型多达上千种,几乎涵盖了整个半导体制造的流程,并连续多年雄霸芯片制造的设备市场。其中,荷兰的阿斯麦尔(ASML)则垄断了EUV光刻技术,而且EUV光刻技术是当前最先进的7nm、5nm芯片制造所需要的关键设备之一。此次美国针对华为等企业的限制和禁令,正式源于EUV技术的垄断性。因为美国享有对ASML EUV光刻机出口的审查权。

对于光刻机,我国的技术还是较为落后的,荷兰ASML已经实现了5nm工艺节点,而我国国内的水平还止步于90nm工艺节点上,这个差距至少是10年以上。

但在刻蚀机上,我国的技术却是领先世界的,这家厂商的刻蚀机,已经成功突破了5nm芯片刻蚀技术,并且已经在研发3nm的刻蚀机了。这家中国刻蚀机巨头,仅用15年做到全国第一,世界领先。它就是由海外归国的尹志尧博士,于2004年创办的中微半导体。经过这些年的发展,中微半导体先后成功开发并销售65nm、45nm、28nm、20nm、14nm、10nm、7nm制程的一系列等离子体芯片刻蚀设备,并于今年被台积电正式用于5nm芯片的生产,生产的芯片主要包括苹果A14和华为麒麟1020,麒麟1020因美国限制,要被暂停生产。台积电因为美国禁令,无法和华为继续开展更多合作,不过它还在和其他科技公司开展合作,用到的还是中微半导体的刻蚀机。随着中微半导体从65nm到5nm的显著进步,中国企业在该领域正式摆脱了对海外技术的依赖。

对于芯片的镀膜设备,日本的东京电子,则控制了芯片镀膜机和开发设备近90%的市场份额,我国在这个领域的研究也较为弱势。

如果要在芯片加工上实现独立自主,必须要掌握光刻、刻蚀、沉积这三大关键技术。中微半导体的成功,为中国的芯片事业带来了福音和希望。作为芯片加工设备刻蚀机的提供商,中微半导体是杰出代表。而作为芯片代加工全过程的中芯国际,2020年底前能实现7nm小规模制造,2021年有望解决5nm芯片的试制,它的成长为中国芯的崛起再一次增强了我们的信心。华为,作为芯片设计领域的佼佼者,作为5G通信技术的世界领先者,更是国人的骄傲。

在一次又一次的技术突破背后,总是能出现无数个“华为”的影子。中微半导体,让中国的芯片事业,得到了提升和鼓舞。5nm芯片技术的成功突破,照亮了后面多个“华为”们的前进之路。“华为”们如何破局,还需要结合芯片设计、制造、封测的整个产业链,进行资源互补和整合,才能实现资源的有效利用和最大化。

而在前进的路上,我们最需要的仍然是技术人才。希望我们的芯片企业,能够突破重围,不断招揽天下英才,共克时艰,能够造出属于我们自己的芯片光刻机和镀膜机。


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