芯片制造的难点在于材料和精度
制作芯片晶圆的硅虽然来源于沙子,但芯片制造的晶圆要求99.999999999%以上的纯度,目前全球重要有15家硅晶圆厂商垄断了95%以上的高纯度电子级硅晶圆。
地球上广泛地分布着硅元素(比如沙子的主要成分就是二氧化硅),但真正能制造晶圆的仅有石英砂,虽然沙子经过提纯也能够制备晶圆,但纯度是远远达不到的。新冠疫苗所用的玻璃引发的全球沙子不够用的热议,制造高纯度晶圆的沙子同样不够用了,足见材料对于芯片发展的贡献。
说到材料又不得不提到光刻胶,光刻胶同样是精细化工的顶级产物,光刻胶的种类有几十种,而我们只掌握了少数几种,绝大多数还是被少数的巨头垄断着。
芯片最为关键的一环就是芯片制造的设备光刻机,长期以来都要看AMSL的脸色,而且是有价无市,高端的极紫光刻机更是被AMSL垄断着,无人能望其项背。光刻机的光源制备是相当困难的,并且对于光学元件的要求极高,需要将镜片打磨得表面所有坑洼控制在1mm以下,所以也能能解光刻机的晶片为什么选择德国的蔡司。
AMSL的光刻机90%以上的零部件都是进口,比如美国的光栅、瑞典的轴承、法国的阀件等等,可以说是一台光刻机汇聚了全球顶尖智慧产物。但即使给你图纸和所有的零部件也很难调试出能生产芯片的精度,AMSL安装调试需要1年的时间。
技芯片是人类智慧的顶尖成果,难度堪比航天飞机。为什么一颗小小的芯片这么难造?到底难在哪儿呢?
第一,芯片设计难的。要在指甲大小的空间里,放上亿个半导体元件,每个元件都是纳米量级。要知道英特尔研发部门有上万人,80%以上都是博士,可见研发难度之大。
第二,芯片制造也很难,因为尺寸太小,需要通过紫外线加工,俗称“光刻”。目前世界上能做光刻机的厂商屈指可数,一台光刻机也是数亿美元,卖这么贵还供不应求。
第三,资金问题,芯片业同时也是资本密集型产业,技术、资金缺一不可。芯片从研发到标准化生产,花三五年时间都是正常的,这期间需要的研发费用巨大,国外高端芯片厂商研发费用都超过百亿美元。