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國產芯回憶錄：造光刻的去賣早點，搞 EDA 的去組裝電腦

點擊：  作者：馬超    來源： CSDN頭條號  發布時間:2020-08-18 12:17:43

 

作者 | 馬超

出品 | CSDN（ID:CSDNnews）

 

“十年長作江頭客，檣竿又掛西風席。”如今到了我國芯片產業的突破阻礙，浴火重生的時刻了。受美國限制令影響，臺積電上月表示 9 月 14 日后將不再對華為供貨， 8 月 14 日中芯國際也表示，將停止支持華為。

 

 

中芯國際此舉實屬無奈，雖然我們有 14nm 的制造工藝，但卻造不出 14nm 制程的光刻機，有關這點筆者在華為麒麟將成“絕版”，造芯為什么這么難？有過詳細論述，這里不加贅述。

 

最近有消息稱為應對美國的封鎖限制，華為啟動了意在“自力更生、奮發圖強”的制造項目“南泥灣”，據稱筆記本電腦、智慧屏和 IoT 家居智能產品等受美國技術占比較低的項目，在今年底前實現“南泥灣”，達到自給自足。

 

筆者個人認為這則消息可信度一般，因為目前筆記本電腦 90% 的以上市場份額，是由英特爾及 AMD 的 X86 架構芯片所占據，英特爾和 AMD 是美國公司，半年時間能搞定一個能取代 X86 架構的指令集，這明顯是不可能完成的任務；智慧屏的芯片“鴻浩”是臺積電給華為代工的，在芯片制造方面我們落后的較多，想在半年內建成像臺積電同樣水平的公司，有些天方夜譚。

 

但我們看到華為已行動起來，在芯片制造領域進行基礎科學研究。近日，華為消費者業務CEO余承東在中國信息化百人會 2020 年峰會上表示后悔當初沒有進入芯片制造領域，使麒麟終成“絕版”，但接下來華為將全方位扎根，突破物理學、材料學的基礎研究和精密制造，突破制約創新的瓶頸。包括 EDA 的設計、材料、生產制造、工藝、設計能力、制造、封裝封測等關鍵流程，全部被華為設定進今后的目標領域之中。

 

“忘記歷史就意味著背叛”，在重啟芯片制造領域基礎研究的時點上，我們有必要回顧歷史，分析我們在芯片領域到底是怎么落后的，從而總結歷史，更好地發展未來。

 

令筆者欣喜的是，有熱心讀者找到了我國光刻領域的開創之作《光刻掩膜版的制造》，并找到了在我國電子工業全面轉型過程中，光刻廠改制與 EDA 重組的親歷者，筆者與他們進行了交流，雖然他們不愿意透露名字，在聽了他們的經歷之后，筆者十分震撼，所謂“應是天仙狂醉，亂把白云揉碎”。如果不站在親歷者的視角，很難理解當時的歷史，接下來就帶大家聽聽他們的故事。

 

01

《光刻掩膜版的制造》背后

 

有不少文章都說，我國在光刻方面的落后是因為我們不重視基礎科學的研究，這種說法至少不適合光刻技術領域。在這方面我國起步并不晚，基本和美國同步，還略早于日本。在上個世紀 60 年代初，中科院立項開始研究光刻機了，在 1965 年成功推出了 65 型接觸式光刻機，這個光刻機在當時可謂國際領先，后來 1972 年武漢無線電元件三廠編寫了《光刻掩模的制造》。

 

在讀過這本書后，筆者才下定決定撰寫本文的，光刻與 IT 研發最大的不同點在于試錯成本相去甚遠，在 IT 的編程范式下，代碼的運行結果是可以瞬間反饋的，這極大降低 IT 研發的試錯成本；而光刻技術中很多工藝要靜置要等，沒有時間的積累根本就難以突破。

 

為了說清接下來的內容，筆者向大家簡要介紹下光刻技術。在一臺光刻機中激光器負責光源產生，首先是激光器發光，經過矯正、能量控制器、光束成型裝置等之后進入光掩膜臺，最終制成晶圓。

 

 

如果展開討論的話，從激光器、激光鏡頭、控制器到光掩膜版，都能單獨成文。本次筆者聯系上的光刻前輩，從事過光掩膜版制造的相關工作。所以咱們今天就重點和大家聊聊光掩膜。

 

光刻掩膜版（又稱光罩，英文為 Mask Reticle），簡稱掩膜版，是微納加工技術常用的光刻工藝所使用的圖形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜圖形結構，再通過曝光過程將圖形信息轉移到產品基版上，詳見下圖，這里需要特別提到的一點是在光刻膠方面，日本廠商幾乎占據了80%以上的市場份額，可以說單從一個看似簡單的光掩模來看，我們下大力氣去攻堅克難的方面都有很多，遑論整個光刻機的制造了。

 

 

超微粒干版作為光刻制版用的感光版的一種，其制造工藝的相關內容，無論是在《光刻掩模的制造》，還是在前輩的親述當中都有過介紹。其底板采用性能穩定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸銀、鹵化鉀和介質（明膠）三種材料為主配成乳膠液，再加入吡那金醇（增感劑）、三氮吲哚唎嗪（穩定劑）、明礬（堅膜用）等構成，書中截圖如下：

 

 

有不少網友將武漢無線電元件三廠和武漢無線電三廠搞混了，甚至還有人說武漢之前根本就沒有過光刻廠。在真正了解過相關情況之后，筆者可以肯定的講，我們之前武漢的半導體技術真的很強，在前輩的指導下看過《光刻掩模的制造》之后，依舊收獲不少。

 

02

抱定隨時再去賣早點的決心，才能搞光刻

 

這家在上世紀 70 年代獨領風騷的武漢無線電元件三廠，在國外廠商的價格戰下節節潰敗，在 1994 年全面改制，成為了賣早點、副食品的商鋪。

 

據前輩回憶，當時絕大部分職工全部轉型成了商鋪售貨員，雖然有一部分職工南下廣東，應該沒有繼續從事半導體制造的相關工作。

 

在當時“造不如買，買不如租”的理念下，武漢無線電元件三廠成為我國半導體制造行業全面衰落的一個縮影，上世紀90年代初，武漢有很多半導體、無線電廠，2000 年左右這些廠幾乎全部銷聲匿跡。

 

當提到這段歷史時，與我溝通的前輩明確表示并不后悔，因為當時國外廠商的產品的確質優價廉，既然技不如人，那么投子認輸是坦蕩的選擇。

 

從當時情況看，賣早點至少發揮了一些社會價值，算是為我國科技轉型的大潮做出了一定貢獻。老人家特別強調了一點，我國半導體制造產業的歷程，與我們痛失大豆定價權，80% 依賴進口的情況基本是一致的。

 

未來我們該如何應對？如果繼續走市場競爭的方式，那么讓我們的光刻機廠直接和國外巨頭競爭，無異于讓未成年的孩子上擂臺與拳王較量，毫無勝算可言；而如果想繼續保留光刻技術團隊，那么我們到底有沒有這個耐心與定力，能夠容忍一個持續虧損，還消耗資源的項目長久的持續下去呢？

 

如果光刻項目被砍掉，正如前文所說由于光刻屬于基礎科學研究領域，相關人員很難在企業內部轉型去做 IT 研發工作的，他們是否又要去賣早點呢？To be or no to be，It’s a question。這是我長久以來所聽到最發人深思的問題了。

 

03

幫人攢電腦，辦 WPS 培訓班，EDA 工程師轉型

 

從產值角度來看，EDA 在集成電路產業鏈中占比不大，2018 年全球 EDA 行業市場規模僅為 97.04 億美元，這與動轍上萬億的半導體行業相比不算什么，但 EDA 被稱作是“芯片之母”，離開了 EDA，整個芯片產業都得停擺。

 

EDA 也是我們的短板，Cadence、Synopsys 和 Mentor Graphics 三大美國 EDA 廠商，幾乎占據我國 90% 以上的市場份額。與光刻機情況也十分類似，我們 EDA 軟件的研發方面起步也不晚。

 

1978 年秋，在中央剛剛提出“科學技術是第一生產力”的時候，桂林陽朔舉辦了“數字系統設計自動化”會議，這次會議被譽為我國“EDA 事業的開端”，當時有 67 個單位，140 多名代表參加了會議。

 

據稱當時有關 EDA 的討論還只停留在學術層面，我國 EDA 元年是在 1986 年，當時為了更好推動集成電路產業，我國動員了全國 17 家單位，200 多位專家齊聚原北京集成電路設計中心，開發自主集成電路計算機輔助設計系統“熊貓 EDA”，7 年之后的1993年，“熊貓 EDA”正式推出。

 

EDA三巨頭中的Synopsys、Cadence 都在1993年入華，Mentor Graphics 在1995年的北京設立銷售辦公室。

 

當時處在襁褓中的熊貓 EDA 無法在價格戰中取得優勢，國內 EDA 產業在 1994 年至 2008 年陷入了一段相當長時間的“沉寂期”。令人欣慰的是華大九天基本繼承熊貓 EDA 的相關技術，為 EDA 項目保留了火種。

 

為 EDA 產品寫代碼的程序員轉型去做其它 IT 項目不是什么難事，據稱當時“熊貓 EDA”團隊有相當一部分都直接轉型到了華大集團，也有人辦起了電腦培訓班，或者到中關村去攢電腦，當時下海人員的收入普遍比在集成電路設計中心做 EDA 的研發要高十倍以上，所以對于轉型帶來的痛感不并算強烈。

 

雖然我國在 EDA 方面的火種一直沒斷，想在工業軟件方面取得突破，我們依舊有很多坑要邁，很多路要走。

 

臺積電、三星等廠商在開發新工藝時，基本不會考慮與國內 EDA 廠商合作，使得我國 EDA 廠商的 IP 庫不夠豐富，這就像只有 Photoshop 卻沒有濾鏡一樣，會極大地限制芯片設計師的發揮。

 

這方面如果想突破，就必須取得芯片方面全產業鏈的進展。想在芯片制造的全產業鏈取得進展，沒有捷徑可言，只能靠時間的積累，所以筆者擔憂光刻之問“美國如果放松限制，我們該如何應對”，在這里呼吁大家給予我國芯片產業以更多信心、耐心。最后祝我國的芯片界同仁，“步步常由逆境行，極知造物欲其成”！