2019年随着某国对华为的限制和打击，芯片尤其是高制程的芯片成了我们心中之痛，投资芯片行业周期长，见效慢，关键制造封装工艺和设备还都掌握在某一国手里。最近业内人士爆料，韩国三星电子对现有的芯片工艺路线图进行了调整，有可能直接撤销此前用于过渡的4nm，由5nm制程工艺直接上升至3nm。

华为的突破打破了某国的垄断，就成了大棒喝止，众矢之的。我们不禁要想：有没有人觉得高制程芯片就是某国挖的一个坑？芯片制造和设计里面有个很大的骗局？

· 高制程芯片的”摩尔定律”被打破

几十年以来，芯片制造商每18-24个月就引入一种新的工艺技术。以这种方式，供应商推出了基于最新工艺的新芯片，本来是以更低的成本实现了具有更高晶体管密度的设备，不过这个规律正在被打破。

这个公式从16nm / 14nm节点开始解开，突然之间，IC设计和制造成本飞涨，从那时起，全面扩展节点的节奏从18个月延长到2.5年或更长。

图片来源：台积电官网。台积电逻辑制程发展年度表

当然，并非所有芯片都需要高级节点。而且，当前放在一起的所有组件都无法从缩放中受益。

更高制程，更小，更加聚焦，制造工艺和设备都更加难以短期复制，再加上种种专利限制，跟随和”抄作业”真的是不容易。

实则高制程集成的SOC芯片适合的地方，也可以将较大的芯片分解成较小的系统，并根据需要进行混合和匹配，实则高制程芯片并不具有更低的成本和更高的良率。

· 台积电的专业也脱离不了设备依赖

如果说台积电是芯片行业的霸主，一点也不过分，其专业的设计、生产、制造、整合能力目前无人能敌，但是即便是他也得看某国的脸色，没有光刻机等一系列设备，他也只能干瞪眼，只能依照安排和占其市场份额20%的华为左右游离。

台积公司的5nm鳍式场效电晶体（Fin Field-Effect Transistor，FinFET) 制程技术是同时针对行动应用和高效能运算应用优化的制程选项。

5nm是台积公司第二代使用极紫外光（EUV）技术的制程，其已展现优异的光学能力与符合预期的良好晶片良率。

此一制程已于2019年三月进入试产阶段，并预计于2020年开始量产。

图片来源：光大证券，各大企业年度逻辑制程情况表

台积电的”步步为营”，总是落后一步的三星势必想要通过打开3nm这一突破口，来扳回一局，毕竟其需要拿出3nm这一杀手锏去取得大单，抢占市占率，进而释放其盈利空间，剑指这一竞争节点上最大的晶圆代工厂的美名。

图片来源：西瓜视频。12吋晶圆上的芯片。

显然，无论他们怎么开始高逻辑制程或者其他特殊制程已经系统级别的整合，都是基于光刻机和EDA软件，而目前我们有很大差距。

骁龙865到骁龙875，这是7nm和5nm制程的2款高端芯片，可以预见的是，排除其他因素，单纯的成本价格都将会有很大的提高，虽然会后更多的性能、能耗等方面的优势，但是”摩尔定律”已经被一次次打破。

· 即使是骗局，我们也能逾越过去。

常常关注科技资讯的你可能还记得，我国在碳基芯片上面已经取得了很大进展，有许多朋友就很悲观，说碳基芯片还是需要光刻机；还有的朋友说我们早就设计出2nm的芯片，苦于没有这个高端光刻机还不能生产；网友留言说哈工大被禁用MATLAB（美国的一款商业数学的软件），我们的基础软件还是太薄弱了。

图片来源：西瓜视频。华为的企业发展的路线

是的，我们过去在半导体尤其是芯片行业有许多不足的地方，从”贸工技”到华为的”技工贸”一路走来，有许多的困难，但是我们已经发展起来了，以华为为代表的民营企业已经打破了垄断的樊篱，而我们的科研院所和其他光学、电子等专业研究机构一直在努力超越。3年前中微国际第一款5那么蚀刻机下线，台积电迅速购买投入生产线；今年上海微电子（SMEE）宣布28纳米明年即可供货。

图片来源：国泰君安，光刻机的5代发展。

虽然和 阿斯麦的极紫外（EUV）光刻机还有代级差距，但是光刻机及其周边设备我们已经走在了正确的路上。

近日，网上有传闻称上海微电子预计在2020年12月下线首台采用ArF光源的可生产11nm芯片的SSA800/10W光刻机。

据网友爆料称，SSA800/10W光刻机采用NA 1.35透镜组，并搭载超精密磁悬浮双工件台和超纯水浸入系统。同时采用华卓精科工作台的套刻精度指标优于1.7nm。该光刻机采用深紫外光波长193nm，通过透镜成像，以及折射原理单次可达到28nm曝光效果，然后再利用双工作台进行多次曝光原理，有生产7nm制程的潜力。同时，该网友还贴出了上海微电子的双工件台曝光系统的操作控制界面。

根据消息显示，该光刻机的光源激光系统由科溢虹源（中科院微电子所、中科院光电所等组成）研发；㓎没式双工作台由华卓精科研发；㓎液系统则由浙江启尔机电研发，最高支持11nm制程；透镜及曝光系统则由国望光学（长春光机所、上海光机所等组成）研发，而上海微电子则负责控制系统和总装。

消息有待进一步证实，但是对于光刻机的核心部件我们早已研究多年，无论是EUV光源还是光学透镜。各地的”光机所”一直以来都在持续研究。高端光刻机我们的起步不早，但是成果显然，需要的只是时间。

· 新的”衬底”材料才是决战取胜的法宝

随着摩尔定律的推进，制程工艺的难度和生产的工序都大幅增加，同时成本也大幅增加，特别是进入28nm以下制程之后的较长一段时间，20nm和16/14nm制程的成本一度高于28nm，这是摩尔定律运行60多年来首次遇到制程缩小但成本不降反升的问题。这也使得28nm一度作为最具性价比的制程工艺长期活跃于市场。

而今年高制程为技术核心的台积电的日子也不好过，根据官网的月度财务报告显示持续下降趋势，即使16nm以下制程已经占了54%。

图片来源：台积电官网。2020年月度财务报表，营业额持续走低

图片来源：台积电1Q20季度报告，16nm以下占到54%

当引导更高门槛的高制程芯片道路走去，难住你，困住你，让你只能买，只能租，只能拿来主义。这一切难道说不是一个阴谋与骗局？

当硅衬底芯片走到了摩尔定律的天花板，下一战必将是新的衬底材料，而我们的碳基芯片就是超越制造设备、专利限制的提前的基础研究。

2020 年 5 月 22 日，北京大学电子学系彭练矛院士和张志勇教授团队在《科学》杂志发表《用于高性能电子学的高密度半导体碳纳米管平行阵列》论文，介绍了该团队最新发展的多次提纯和维度限制自组装方法。这一成果，也将为碳基半导体进入规模工业化奠定基础。

图片来源：北大公众号。碳管高速集成电路的特性

一方面从新材料入手，一方面探索新工艺，另一方面从设备、专利、标准、基础软件我们完全可以超越，真正意义上的打破垄断。

对于半导体新材料研究正在深水区，我们最大的可能就是新材料和追赶的工艺完成超越。

· 希望已经在落实，只需要时间。

2020年6月29日安徽省经济和信息化厅印发了《重点领域补短板产品和关键技术攻关任务揭榜工作方案》，让企业来揭榜，其中5nm计算光刻国产化，定位下一代EDA的5nm工艺研发DTCO平台，15/14nm DRAM存储芯片先进工艺开发及产品研发，低功耗高速率LPDDR5 DRAM产品开发……一系列围绕5G、芯片、能源、显示、基础软件和硬件的任务已经定稿，接下来就是科研院所和企业通力合作的开始。

图片来源：西瓜视频，代工生产芯片，关键设备还是受限制。

而”5nm计算光刻国产化”研究内容包括：计算光刻EDA软件，提供高度智能化、自动化的EDA仿真软件，含OPC和SMO两大核心技术，同时将版图到掩膜版数据转换的全流程囊括其中，增加工艺探索、建模、图形验证、图形校正、数据准备5大模块，各个模块可以独立操作又能有效串连，对光刻工艺步骤构建适合的软件模型，以纯软件模型取代工程实验，达到降低研发成本的效果。通过内建人工智能算法引擎，从而提高收敛准确性，支持5nm光刻工艺和多重图形化（Multiple-Patterning）技术，实现Patterning图形全流程自动化，最大程度减少对人的依赖，还起到了提高开发效率、减少人力成本、缩短开发时间的作用。

这是聚焦安徽省新一代电子信息、智能装备、新材料等重点领域，征集遴选一批补短板产品和关键核心技术，组织具备较强创新能力的企业揭榜攻关，通过2-3年时间，重点突破一批制约产业发展的关键技术，培育一批优势产品，做强一批优势企业，不断提高制造业自主可控水平，促进制造业高质量发展。安徽只是产业发展的一个缩影，许许多多的地方也在向这一步迈进。国家大基金二期募集资金约为2000 亿元左右，主要聚焦集成电路产业链布局投资，重点投向芯片制造以及设备材料、芯片设计、封装测试等产业链各环节，支持行业内骨干龙头企业做大做强。

有钱、有人、有政策、有市场、有技术积累，还有什么办不成？

图片来源：西瓜视频，光刻机与刻蚀机的区别

· 总结：

解决了设备、工艺和基础软件，我们不单能做出来高制程的芯片，还能自动化的制作，再加上新材料领域的突破，人才培养的累积，半导体这个困扰日韩发展的樊篱必将从华为，从“科技技术是第一生产力”的中国打破。如果说3纳米直至1纳米硅基芯片已经无路可走的小时候，而新材料的衬底才是真正的竞争，而我们一方面跟随战略，一方面新材料弯道超越，僵局势必打破，脱颖而出只是时间问题。

写完文章，心中不禁想起李白的诗句：”两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”

本文素材部分来源于西瓜视频创作人”商悟社”：

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