为什么国产芯片制造那么难?
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发布时间：2022-04-23 10:27
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时间：2022-06-03 17:54
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【机械cax360第362期】由于中兴的事件，大家对国产芯片制造的关注度持续升高，那么中国制造芯片到底难在哪？
01国产芯片现状
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，体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分。它作为智能电器的核心部件，芯片一直充当着“大脑”的位置。
据专业机构预测，今年中国芯片进口量将突破2,000亿美元(约12,185亿元人民币)，远超一年石油进口的金额。作为全国芯片需求最为强劲、消耗份额居全国近七成的珠三角，却无一家先进的芯片制造厂。
中国芯片设计产业尽管奋起直追，涌现出了展讯、华为海思等逾500家企业，但中国芯片设计企业大多只是中低端设计。去年前十大集成电路设计企业总销售额仅为226亿元人民币，而排名全球第一的高通公司营业额已达131.8亿美元(约803亿元人民币)，是中国前十大芯片企业总销售额的3.55倍。
中国芯之痛：中国核心集成电路国产芯片占有率多项为0，贸易逆差高达1657亿美元。
看似中国出了很多大型高科技企业，如海尔，华为之类的，每年也出口很多的电子产品。但是作为电子控制系统核心的芯片，80%以上都需要进口。
目前做一些简单工作的辅助芯片，几角钱一个，大概国产可以占到50%市场，这些芯片可替代性强。但是做复杂或者核心工作的芯片(比如电脑的CPU之类)，从1元钱到成千上万元不等，几乎全部是进口，而且是系统中必不可少的。
02芯片设计制造
大多数人只知道手机电脑、各行各业里面都要用到电子器件，单片机、数控装备、汽车都离不开芯片，但是说起芯片的设计制造，却只有少数人知道。
芯片的技术含量和资金极度密集，生产线动辄数十亿上百亿美金。此外，人才也是这个行业的稀缺资源。技术又贵又难、人才难以培养，少数几家大企业垄断了行业的尖端技术和市场。
芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序、晶圆针测工序、构装工序、测试工序等几个步骤。其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段工序，而构装工序、测试工序为后段工序。
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。获得晶圆后，将感光材料均匀涂抹在晶圆上，利用光刻机将复杂的电路结构转印到感光材料上，被曝光的部分会溶解并被水冲掉，从而在晶圆表面暴露出复杂的电路结构，再使用刻蚀机将暴露出来的硅片部分刻蚀掉。
接着，经过离子注入等数百道复杂的工艺，这些复杂的结构便拥有了特定的半导体特性，并能在几平方厘米的范围内制造出数亿个有特定功能的晶体管。再覆盖上铜作为导线，就能将数以亿计的晶体管连接起来。
切割出合格晶片后报废的晶圆
一块晶圆经过数个月的加工，在指甲盖大小的空间中集成了数公里长的导线和数以亿计的晶体管器件，经过测试，品质合格的晶片会被切割下来，剩下的部分会报废掉。千挑万选后，一块真正的芯片就这么诞生了。
03芯片制造难点
制约集成电路技术发展的有四大要素：功耗、工艺、成本和设计复杂度，其中光刻机就是一个重中之重，核心技术中的核心。
光刻机是芯片制造的核心设备之一，按照用途可以分为好几种：有用于生产芯片的光刻机；有用于封装的光刻机；还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。
高端光刻机号称是世界上最精密的仪器，分辨率通常在十几纳米至几微米之间，堪称现代光学工业之花，制造难度极大，全世界只有少数几家公司能够制造。国外品牌主要以荷兰ASML(镜头来自德国)，日本Nikon(intel曾经购买过Nikon的高端光刻机)和日本Canon三大品牌为主。（ASML高端光刻机领域占据了全球90%的市场份额）
另一方面，中国集成电路制造工艺落后国际同行两代，预计于2019年1月，中国可完成14纳米级产品制造，同期国外可完成7纳米级产品制造。
长期代工模式导致设计能力和制造能力失配、核心技术缺失；投资混乱、研发投入和人才不足等问题，导致中国集成电路产业目前总体还处于“核心技术受制于人、产品处于中低端”的状态，并且在很长的一段时间内无法根本改变。
