老和山下的小學(xué)僧

芯片，以儲(chǔ)量最豐富成本最廉價(jià)的二氧化硅為原料，成就了這個(gè)星球的科技之巔，頒一枚最佳逆襲獎(jiǎng)，實(shí)至名歸！

芯片原理和量子力學(xué)

很多文盲覺得量子力學(xué)只是物理學(xué)家的數(shù)學(xué)游戲，沒有應(yīng)用價(jià)值，呵呵，下面咱給計(jì)算機(jī)芯片尋個(gè)祖宗，請(qǐng)看示范：

導(dǎo)體，咱能理解；絕緣體，咱也能理解；小盆友們第一次被物理整懵的，怕是半導(dǎo)體了，所以先替各位的物理老師把這債還上。

原子組成固體時(shí)，會(huì)有很多電子混到一起，但量子力學(xué)認(rèn)為，2個(gè)相同電子沒法待在一個(gè)軌道上，于是，為了讓這些電子不在一個(gè)軌道上打架，很多軌道就分裂成了好幾個(gè)軌道，這么多軌道擠在一起，不小心挨得近了，就變成了寬寬的大軌道。在量子力學(xué)里，這種細(xì)軌道叫能級(jí)，擠在一起變成的寬軌道就叫能帶。

有些寬軌道擠滿了電子，電子就沒法移動(dòng)，有些寬軌道空曠的很，電子就可自由移動(dòng)。電子能移動(dòng)，宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)電，反過來，電子動(dòng)不了就不能導(dǎo)電。

好了，我們把事情說得簡單一點(diǎn)，不提“價(jià)帶、滿帶、禁帶、導(dǎo)帶”的概念，準(zhǔn)備圈重點(diǎn)！

有些滿軌道和空軌道挨的太近，電子可以毫不費(fèi)力從滿軌道跑到空軌道上，于是就能自由移動(dòng)，這就是導(dǎo)體。不過一價(jià)金屬的導(dǎo)電原理稍有不同，它的滿軌道原本就不太滿，所以電子不用跑到空軌道也能移動(dòng)。

但很多時(shí)候兩條寬軌道之間是有空隙的，電子單靠自己是跨不過去的，表現(xiàn)為不導(dǎo)電。但如果空隙的寬度在5ev之內(nèi)，給電子加個(gè)額外能量，也能跨到空軌道上，跨過去就能自由移動(dòng)，表現(xiàn)為導(dǎo)電。這種空隙寬度不超過5ev的固體，有時(shí)導(dǎo)電、有時(shí)不導(dǎo)電，所以叫半導(dǎo)體。

如果空隙超過5ev，那基本就得歇菜，正常情況下電子是跨不過去的，這就是絕緣體。當(dāng)然，如果是能量足夠大的話，別說5ev的空隙，50ev都照樣跑過去，比如高壓電擊穿空氣。

到這，由量子力學(xué)發(fā)展出的能帶理論就差不多成型了，能帶理論系統(tǒng)地解釋了導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的本質(zhì)區(qū)別，即，取決于滿軌道和空軌道之間的間隙。學(xué)術(shù)點(diǎn)說，取決于價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的禁帶寬度。

這里有個(gè)問題，一旦細(xì)軌道變少了，能不能擠成寬軌道就不好說了，所以能帶理論本質(zhì)上是一個(gè)近似理論，不適用于少量原子組成的固體。（圖1）

圖1

半導(dǎo)體離芯片原理還很遙遠(yuǎn)，別急。

很明顯，像導(dǎo)體這種直男沒啥可折騰的，所以導(dǎo)線到了今天仍然是銅線，絕緣體的命運(yùn)也差不多。

半導(dǎo)體這種曖曖昧昧的性格最容易搞事情，所以與電子設(shè)備相關(guān)的產(chǎn)業(yè)基本都屬于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，如芯片、雷達(dá)。（圖2）

圖2

下面有點(diǎn)燒腦細(xì)胞。

經(jīng)過計(jì)算篩選，科學(xué)家用硅作為半導(dǎo)體的基礎(chǔ)材料。硅的外層有4個(gè)電子，假設(shè)某個(gè)固體由100個(gè)硅原子組成，那么它的滿軌道就擠滿了400個(gè)電子。這時(shí)，用10個(gè)硼原子取代其中10個(gè)硅原子，硼這類三價(jià)元素外層只有3個(gè)電子，所以這塊固體的滿軌道就有了10個(gè)空位。這就相當(dāng)于在擠滿人的公交車上騰出了幾個(gè)空位子，為電子的移動(dòng)提供了條件。這叫P型半導(dǎo)體。

同理，如果用10個(gè)磷原子取代10個(gè)硅原子，磷這類五價(jià)元素外層有5個(gè)電子，因此滿軌道上反而又多出了10個(gè)電子。相當(dāng)于擠滿人的公交車外面又掛了10個(gè)人，這些人非常容易脫離公交車，這叫N型半導(dǎo)體。

現(xiàn)在把PN這兩種半導(dǎo)體面對(duì)面放一起會(huì)咋樣？不用想也知道，N型那些額外的電子必然是跑到P型那些空位上去了，一直到電場平衡為止，這就是大名鼎鼎的“PN結(jié)”。但是PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕矗娏髦荒軓倪@一頭流向另一頭，無法從另一頭流向這一頭。

好了，我們現(xiàn)在已經(jīng)有了單向?qū)щ姷腜N結(jié)，然后呢？把PN結(jié)兩端接上導(dǎo)線，就是二極管。（圖3）

圖3

有了二極管，隨手搭個(gè)電路（圖4）：

圖4

三角形代表二極管，箭頭方向表示電流可通過的方向，AB是輸入端，F(xiàn)是輸出端。如果A不加電壓，電流就會(huì)順著A那條線流出，F(xiàn)端就沒了電壓；如果AB同時(shí)加電壓，電流就會(huì)被堵在二極管的另一頭，F(xiàn)端也就有了電壓。假設(shè)把有電壓看作1，沒電壓看作0，那么只有從AB端同時(shí)輸入1，F(xiàn)端才會(huì)輸出1，這就是“與門電路”。

同理，把電路改成這樣，那么只要AB有一個(gè)輸入1，F(xiàn)端就會(huì)輸出1，這叫“或門電路”。（圖5）

圖5

現(xiàn)在有了這些基本的邏輯門電路，離芯片就不遠(yuǎn)了。你可以設(shè)計(jì)出一種電路，它的功能是，把一串1和0，變成另一串1和0。

一不小心，我們就得到了芯片運(yùn)算的本質(zhì)：把一串1,0，變成另一串1,0。

簡單舉個(gè)例子，在左邊輸入1010，在右邊輸出0101，這就算完成了一次運(yùn)算。（圖6）

圖6

我們來玩?zhèn)€稍微復(fù)雜一點(diǎn)的局：

左邊有8個(gè)輸入端，右邊有7個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光管，7個(gè)發(fā)光管組成一個(gè)數(shù)字顯示器。從左邊輸入一串信號(hào)：00000101，經(jīng)過中間一堆的電路，使得右邊輸出另一串信號(hào)：1011011。1代表有電壓，有電壓就可以點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光管，于是，就得到了一個(gè)數(shù)字“5”。（圖7）

圖7

終于，我們已經(jīng)搞定了數(shù)字是如何顯示的！如果你想進(jìn)行1+1的加法運(yùn)算，其電路的復(fù)雜程度就已經(jīng)超過了99%的人的智商了，即便本僧親自出手，設(shè)計(jì)的電路運(yùn)算能力也抵不過一副算盤。

直到有一天，有人用18000只電子管，6000個(gè)開關(guān)，7000只電阻，10000只電容，50萬條線組成了一個(gè)超級(jí)復(fù)雜的電路，誕生了人類第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，重達(dá)30噸，運(yùn)算能力5000次/秒，還不及現(xiàn)在手持計(jì)算器的十分之一。不知道當(dāng)時(shí)的工程師為了安裝這堆電路，腦子抽筋了多少回。（圖8）

圖8

接下來的思路就簡單了，如何把這30噸東西，集成到指甲那么大的地方上呢？這就是芯片。

芯片制造與中國技術(shù)

為了把30噸的運(yùn)算電路縮小，工程師們把能扔?xùn)|西全扔了，直接在硅片上制作PN結(jié)和電路。下面從硅片出發(fā)，說說芯片的逆襲之路。

第一：硅

把這玩意兒氯化了再蒸餾，可以得到純度很高的硅，不過這種硅原子排列混亂，會(huì)影響電子運(yùn)動(dòng)，就叫多晶硅吧。（圖9）

圖9

把多晶硅熔化了，按特定方法旋轉(zhuǎn)提拉，就可以拉制成原子排列整齊的單晶硅。（圖10）

圖10

所以成品就長這樣：（圖11）

圖11

硅的主要評(píng)判指標(biāo)是純度，你想想，如果硅原子之間有一堆雜質(zhì)，那電子就別想在滿軌道和空軌道之間跑順暢。

無論啥東西，純度越高制造難度越大。用于太陽能發(fā)電的高純硅要求99.9999%，這玩意兒全世界超過一半是中國產(chǎn)的，早被玩成了白菜價(jià)。芯片用的電子級(jí)高純硅要求99.999999999%(別數(shù)了，11個(gè)9)，幾乎全賴進(jìn)口，直到2018年江蘇的鑫華公司才實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，只是目前產(chǎn)量少的可憐，還不及進(jìn)口的一個(gè)零頭。難得的是，鑫華的高純硅出口到了半導(dǎo)體強(qiáng)國韓國，品質(zhì)應(yīng)該不錯(cuò)。不過，30%的制造設(shè)備還得進(jìn)口……

電子級(jí)高純硅的傳統(tǒng)霸主依然是德國Wacker和美國Hemlock(美日合資)，中國任重而道遠(yuǎn)。

第二：晶圓

把單晶硅圓柱切片，就得到了圓形的硅片，因此就叫“晶圓”。（圖12）這詞是不是已經(jīng)有點(diǎn)耳熟了？

圖12

切好之后，就要在晶圓上把成千上萬的電路裝起來的，干這活的就叫“晶圓廠”。各位拍腦袋想想，以目前人類的技術(shù)，怎樣才能完成這種操作？

用原子操縱術(shù)？想多了，朋友！等你練成御劍飛行的時(shí)候，人類還不見得能操縱一個(gè)一個(gè)原子組成各種器件。

晶圓加工的過程相當(dāng)繁瑣，咱說個(gè)大概輪廓，謝絕專業(yè)人士挑刺。首先在晶圓上涂一層感光材料，這材料見光就融化，那光從哪里來？光刻機(jī)，可以用非常精細(xì)的光線，在感光材料上刻出圖案，讓底下的晶圓裸露出來。然后，用等離子體這類東西沖刷，裸露的晶圓就會(huì)被刻出很多溝槽，這套設(shè)備就叫刻蝕機(jī)。再用離子注入機(jī)在溝槽里摻入磷元素，加熱退火處理，就得到了一堆N型半導(dǎo)體。

完成之后，清洗干凈，重新涂上感光材料，用光刻機(jī)刻圖，用刻蝕機(jī)刻溝槽，用離子注入機(jī)撒上硼，就有了P型半導(dǎo)體。整個(gè)過程有點(diǎn)像3D打印，把器件一點(diǎn)點(diǎn)一層層裝進(jìn)去。（圖13）

圖13

這塊晶圓上的小方塊就是芯片，一塊晶圓可以做多個(gè)芯片。芯片放大了看就是成堆成堆的電路，這些電路并不比那臺(tái)30噸計(jì)算機(jī)的電路高明，最底層都是簡單的門電路。只是采用了更多的器件，組成了更龐大的電路，運(yùn)算性能自然就提高了。

這是一個(gè)與非門電路：（圖14）

圖14

提個(gè)問題：為啥不把芯片做的更大一點(diǎn)呢？這樣不就可以安裝更多電路了嗎？性能不就趕上外國了嘛？

這個(gè)問題很有意思。一塊300mm直徑的晶圓，16nm工藝可以做出100塊芯片，10nm工藝可以做出210塊芯片，于是價(jià)格就便宜了一半，在市場上就能死死摁住競爭對(duì)手，賺了錢又可以做更多研發(fā)，差距就這么拉開了。

說個(gè)題外話，中國軍用芯片基本實(shí)現(xiàn)了自給自足，而且性能杠杠的，因?yàn)檐娪貌挥?jì)較錢嘛！可以把芯片做的大大的。另外，越大的硅片遇到雜質(zhì)的概率越大，所以芯片越大良品率越低。總的來說，大芯片的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小芯片，不過對(duì)軍方來說，這都不叫事兒。

除了成本之外，大芯片的布線比小芯片更長，所以延時(shí)也更明顯，驅(qū)動(dòng)電流也大很多，由此導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)更臃腫，性能上還是會(huì)吃虧。反正，小芯片就是比大芯片好用。

第三：架構(gòu)

用70億個(gè)晶體管在指甲蓋大小的地方組成電路，想想就頭皮發(fā)麻！一個(gè)路口紅綠燈設(shè)置不合理，就可能導(dǎo)致大片堵車。電子在芯片上跑來跑去，稍微有個(gè)PN結(jié)出問題，電子同樣會(huì)堵車。所以芯片的設(shè)計(jì)異常重要，重要到了和材料技術(shù)相提并論的地步。

這么復(fù)雜的設(shè)計(jì)，必須得先有個(gè)章法。七十年代，英特爾率先想出了一個(gè)好辦法：X86架構(gòu)。詳細(xì)內(nèi)容不提了，簡單來說，這架構(gòu)雖然能耗高點(diǎn)、體積大點(diǎn)，但性能那是嗖嗖的，幾乎壟斷了電腦芯片市場，成就了如日中天的英特爾。

這相當(dāng)于，英特爾提出造汽車用4個(gè)輪子，以后其他人想造4個(gè)輪子的汽車，就得先付授權(quán)費(fèi)。這尼瑪怎么忍，隨后英國ARM公司提出了2個(gè)輪子的汽車方案：ARM架構(gòu)。

毫無疑問，2個(gè)輪子肯定跑不過4個(gè)輪子，ARM架構(gòu)雖然省電小巧，但性能實(shí)在有點(diǎn)寒磣，于是一直被英特爾摁著打。ARM熬到了九十年代，終于熬不住了，決定不再生產(chǎn)芯片，而是將ARM架構(gòu)授權(quán)給其他公司生產(chǎn)，賺點(diǎn)授權(quán)費(fèi)，這才保住了一條命。

人算不如天算，進(jìn)入21世紀(jì)，智能手機(jī)橫空出世，芯片的能耗和體積一下成了關(guān)注點(diǎn)，于是ARM架構(gòu)一飛中天，幾乎壟斷了手機(jī)芯片。（圖15）

圖15

圖15

小結(jié)一下：

X86架構(gòu)，能耗高、體積大、性能強(qiáng)。

ARM架構(gòu)，能耗低、體積小、性能弱。

于是，一個(gè)占了電腦，一個(gè)占了手機(jī)，直到今天，仍是主流設(shè)計(jì)方案。至于其他3個(gè)輪子或5個(gè)輪子的汽車，多多少少還是有些劣勢，沒有形成主流。

最近有新聞?wù)f，中國和ARM要成立中方控股的合資公司，ARM欲借此重回芯片制造商的角色。（圖16）

圖16

決定汽車用幾個(gè)輪子，距離造出汽車還差得很遠(yuǎn)。有了基本架構(gòu)，后面的設(shè)計(jì)依然是漫漫長征路，所以還得要有好工具：EDA軟件。

Synopsys，Cadence，Mentor，三巨頭幾乎壟斷了全球EDA市場，一水兒的美帝公司。直到最近，熬了三十年的華大九天終于露頭，這家中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的二級(jí)公司，連續(xù)多年以50%年增長率狂追，算是站穩(wěn)了腳跟。（圖17）

圖17

雖然借助EDA軟件的仿真功能可以判斷電路設(shè)計(jì)是否靠譜，但要真正驗(yàn)證這種精巧線路的靠譜程度，只有一種辦法，那就是：用！廣泛的用！長久的用！正因?yàn)槿绱耍酒O(shè)計(jì)不光要燒錢，也需要燒時(shí)間，屬于試錯(cuò)周期較長的核心技術(shù)。

既然是核心技術(shù)，自然就會(huì)發(fā)展出獨(dú)立的公司，所以芯片公司有三類：既設(shè)計(jì)又制造、只設(shè)計(jì)不制造、只制造不設(shè)計(jì)。

第四：設(shè)計(jì)制造

但凡要處理信息，基本都有芯片，包括通信芯片、服務(wù)器芯片、手機(jī)芯片、電腦芯片等等。早期的芯片復(fù)雜程度不算夸張，所以設(shè)計(jì)制造可以在同一家公司完成，最有名的：美國英特爾、韓國三星、日本東芝、意大利法國的意法半導(dǎo)體；中國大陸的華潤微電子、士蘭微；中國臺(tái)灣的旺宏電子等。

外國、臺(tái)灣、大陸三方，大陸的起點(diǎn)最低，早期的產(chǎn)品多集中在家電遙控器之類的低端領(lǐng)域，手機(jī)、電腦這些高端芯片幾乎空白！（圖18）

圖18

后來隨著芯片越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)與制造就分開了，有些公司只設(shè)計(jì)，成了純粹的芯片設(shè)計(jì)公司。如，美國的高通、博通、AMD，中國臺(tái)灣的聯(lián)發(fā)科，大陸的華為海思、展訊等。

大名鼎鼎的高通就不多說了，世界上一半手機(jī)裝的是高通芯片，AMD和英特爾基本把電腦芯片包場了。電腦和手機(jī)是芯片市場的兩塊大蛋糕，全是美國公司，世界霸主真不是吹的。

臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科走的中低端路線，手機(jī)芯片的市場份額一度排第三，很多國產(chǎn)手機(jī)都用，比如小米、OPPO、魅族。不過后來被高通干的有點(diǎn)慘，銷量連連下跌。

華為海思是最爭氣的，手機(jī)處理器芯片麒麟，市場份額隨著華為手機(jī)的增長排進(jìn)了前五。個(gè)人切身體會(huì)，海思芯片的進(jìn)步真的相當(dāng)不錯(cuò)。最近華為又推出了服務(wù)器芯片鯤鵬920，5G基站芯片天罡，5G基帶芯片巴龍5000，性能都是世界頂級(jí)的，隱隱看到在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域崛起的勢頭。

展訊是清華大學(xué)的校辦企業(yè)，比較早的大陸芯片企業(yè)。前段時(shí)間傳出了不少危機(jī)，后來又說是變革的開始，過的很不容易，和世界巨頭相差甚多。

大陸還有一批芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，晨星半導(dǎo)體、聯(lián)詠科技、瑞昱半導(dǎo)體等，都是臺(tái)灣老大哥的子公司，產(chǎn)品應(yīng)用于電視、便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，還挺滋潤。

在大陸的芯片設(shè)計(jì)公司，臺(tái)灣頂住了小半邊天，另大半邊天原本是塌著的，現(xiàn)在華為算是撐住了。（圖19）

圖19

還有一類只制造、不設(shè)計(jì)的晶圓代工廠，這必須得先說臺(tái)灣最大的企業(yè)：臺(tái)積電。正是臺(tái)積電的出現(xiàn)，才把芯片的設(shè)計(jì)和制造分開了。2017年臺(tái)積電包下了全世界晶圓代工業(yè)務(wù)的56%，規(guī)模和技術(shù)均列全球第一，市值甚至超過了英特爾，成為全球第一半導(dǎo)體企業(yè)。

沒錯(cuò)，晶圓代工廠又是臺(tái)灣老大哥的天下，除了臺(tái)積電這個(gè)巨無霸，臺(tái)灣還有聯(lián)華電子、力晶半導(dǎo)體等等，連美國韓國都得靠邊站。

大陸最大的代工廠是中芯國際，還有上海華力微電子也還不錯(cuò)，但技術(shù)和規(guī)模都遠(yuǎn)不及臺(tái)灣。最近臺(tái)積電開始布局大陸，落戶南京，這幾年臺(tái)資、外企瘋狂在大陸建晶圓代工廠，這架勢和當(dāng)年合資汽車有的一拼。（圖20）

圖20

大陸中芯國際的14nm生產(chǎn)線剛剛上路，還在尚需努力的階段。大家還是更愿意把這活交給臺(tái)積電，臺(tái)積電幾乎拿下了全球70%的28nm以下代工業(yè)務(wù)。

悄悄說，三星和臺(tái)積電的大股東都是美帝財(cái)閥，不然人家怎么能叫美帝呢？

說真的，如果大陸能整合臺(tái)灣的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，并利用靈活的政策和龐大的市場促進(jìn)其進(jìn)一步升級(jí)，中國追趕外國的步伐至少輕松一半。現(xiàn)在嘛，中國任重而道遠(yuǎn)吶！（圖21）

圖21

第五：核心設(shè)備

芯片良品率取決于晶圓廠整體水平，但加工精度完全取決于核心設(shè)備，就是前面提到的“光刻機(jī)”。

光刻機(jī)，荷蘭阿斯麥公司(ASML)橫掃天下！不好意思，產(chǎn)量還不高，你們慢慢等著吧！無論是臺(tái)積電、三星，還是英特爾，誰先買到阿斯麥的光刻機(jī)，誰就能率先具備7nm工藝。沒辦法，就是這么強(qiáng)大！（圖22）

圖22

日本的尼康和佳能也做光刻機(jī)，但技術(shù)遠(yuǎn)不如阿斯麥，這幾年被阿斯麥打得找不到北，只能在低端市場搶份額。

阿斯麥?zhǔn)侨蛭ㄒ坏母叨斯饪虣C(jī)生產(chǎn)商，每臺(tái)售價(jià)至少1億美金，2017年只生產(chǎn)了12臺(tái)，2018年24臺(tái)，這些都已經(jīng)被臺(tái)積電三星英特爾搶完了，2019年預(yù)測有40臺(tái)，其中一臺(tái)是給咱們的中芯國際，不過最近聽說莫名其妙被燒了，得延期交貨。

既然這么重要，咱不能多出點(diǎn)錢嗎？

第一：英特爾有阿斯麥15%的股份，臺(tái)積電有5%，三星有3%，有些時(shí)候吧，錢不是萬能的。第二，美帝整了個(gè)《瓦森納協(xié)定》，敏感技術(shù)不能賣，中國、朝鮮、伊朗、利比亞均是被限制國家。

有意思的是，2009年上海微電子的90納米光刻機(jī)研制成功(核心部件進(jìn)口)，2010年美帝允許90nm以上設(shè)備銷售給中國，后來中國開始攻關(guān)65nm光刻機(jī)，2015年美帝允許65nm以上設(shè)備銷售給中國，再后來美帝開始管不住小弟了，中芯國際才有機(jī)會(huì)去撿漏一臺(tái)高端機(jī)。

不過咱也不用氣餒，咱隨便一家房地產(chǎn)公司，銷售額輕松秒殺阿斯麥，哦耶！（圖23）

圖23

2018年底有消息讓人驚出一身冷汗，最早中科院只是淡淡說了句光刻項(xiàng)目通過驗(yàn)收，然后鋪天蓋地的“中國光刻機(jī)終于翻身農(nóng)奴把歌唱”，鬧到最后連人民日?qǐng)?bào)都坐不住了，直接批“國產(chǎn)光刻機(jī)自嗨文”誤導(dǎo)公眾，損壞中國科研形象。引一句原文：“這臺(tái)光刻機(jī)想應(yīng)用于芯片，還要攻克一系列技術(shù)難題，距離還相當(dāng)遙遠(yuǎn)。”

相比于光刻機(jī)，中國的刻蝕機(jī)要好很多，16nm刻蝕機(jī)已經(jīng)量產(chǎn)運(yùn)行，7-10nm刻蝕機(jī)也在路上了，所以美帝很貼心的解除了對(duì)中國刻蝕機(jī)的封鎖。

不過離子注入機(jī)又寒磣了，2017年8月終于有了第一臺(tái)國產(chǎn)商用機(jī)，水平先不提了，離子注入機(jī)70%的市場份額是美國應(yīng)用材料公司的。涂感光材料得用“涂膠顯影機(jī)”，日本東京電子公司拿走了90%的市場份額。即便是光刻膠這些輔助材料，也幾乎被日本信越、美國陶氏等壟斷。（圖24）

圖24

2015年至2020年，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)計(jì)劃投資650億美元，其中設(shè)備投資500 億美元，再其中480億美元用于購買進(jìn)口設(shè)備。算下來，這幾年中國年均投入130億，而英特爾一家公司的研發(fā)投入就超過130億美元。

論半導(dǎo)體設(shè)備，中國，任無比重、道無比遠(yuǎn)啊！

第六：封測

芯片做好后，得從晶圓上切下來，接上導(dǎo)線，裝上外殼，順便還得測試，這就叫封測。

封測又又又是臺(tái)灣老大哥的天下，排名世界第一的日月光，后面還跟著一堆實(shí)力不俗的小弟：矽品、力成、南茂、欣邦、京元電子。

大陸三大封測巨頭，長電科技、華天科技、通富微電，混的都還不錯(cuò)。（圖25）

圖25

小結(jié)

這全景圖大概描述了從硅片到芯片的全過程及中國的設(shè)備制造商，絕對(duì)是業(yè)內(nèi)專家所做，值得一看。（圖26）

圖26

中國芯

說起中國芯片，不得不提“漢芯事件”。2003年上海交通大學(xué)微電子學(xué)院院長陳進(jìn)教授從美國買回芯片，磨掉原有標(biāo)記，作為自主研發(fā)成果，騙取無數(shù)資金和榮譽(yù)，消耗大量社會(huì)資源，影響之惡劣可謂空前！以致于很長一段時(shí)間，科研圈談芯色變，嚴(yán)重干擾了芯片行業(yè)的正常發(fā)展。（圖27）

圖27

硅原料、芯片設(shè)計(jì)、晶圓加工、封測，以及相關(guān)的半導(dǎo)體設(shè)備，絕大部分領(lǐng)域中國還是處于“任重而道遠(yuǎn)”的狀態(tài)，那這種懵逼狀態(tài)還得持續(xù)多久呢？

國務(wù)院印發(fā)的《集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展綱要》明確提出，2030 年集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國際先進(jìn)水平，一批企業(yè)進(jìn)入國際第一梯隊(duì)，產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

從研發(fā)的過程來看，需求不缺，資金不缺，只要燒足了時(shí)間，沒理由燒不出芯片。當(dāng)前，中國芯片的總體水平差不多處在剛剛實(shí)現(xiàn)零突破的階段，雖然市場份額不多，但每個(gè)領(lǐng)域都參了一腳，而且勢頭不錯(cuò)，前景還是可期待的。（圖28）

圖28

極限

文末，習(xí)慣性抱怨一下人類科技的幼稚。芯片，作為大伙削尖腦袋能達(dá)到的最高科技水準(zhǔn)，作為其根基的能帶理論竟然只是個(gè)近似理論，電子行為仍然沒法精確計(jì)算。再往大了說，別看現(xiàn)在的技術(shù)紛繁復(fù)雜，其實(shí)就是玩玩電子而已，頂多再加個(gè)光子，至于其他幾百種粒子，還完全不知道怎么玩！

芯片加工精度已經(jīng)到了7nm，雖然三星吹牛說要燒到3nm，可那又如何？你還能繼續(xù)燒嗎？1nm差不多就是幾個(gè)原子而已，量子效應(yīng)非常顯著，作為基石的能帶理論就不好使了，半導(dǎo)體行業(yè)就得在這兒歇菜。

燒錢也好，燒時(shí)間也罷，燒到盡頭就是理論物理。基礎(chǔ)科學(xué)除了燒錢燒時(shí)間，還得燒人，燒的異常慘烈，100個(gè)高智商，99個(gè)都是墊腳石！工程師可以半道出家，但物理學(xué)家必須科班出身。

不能光折騰電子了，為了把中微子也用起來，咱趕緊忽悠，哎，不對(duì)，是呼吁更多孩子學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)吧！