《中国两条路径破解7纳米和5纳米技术难题,芯片制造瓶颈有望打破》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2023-02-27
  • 中国已经可以量产14纳米,7纳米、5纳米先进工艺受限于EUV光刻机的供应一直备受阻碍,不过近期的诸多消息显示中国已找到解决阻碍先进工艺的途径,或许不久中国就能实现先进工艺的国产化。

    一条是国内一家芯片企业公布的SAQP技术,可以利用现有的DUV光刻机开发7纳米工艺,并且已以该技术研发成功10纳米工艺,证明了以这种技术实现7纳米的可行性。

    SAQP技术其实就是多重曝光技术,以现有的DUV光刻机通过多重曝光最终量产7纳米,这个技术其实早已由台积电验证过。台积电当时为了确保7纳米工艺的量产,因此延续了此前的芯片制造技术,采用DUV光刻机量产了第一代7纳米工艺,在第一代7纳米工艺量产后再引入EUV光刻机,开发出第二代7纳米EUV工艺。

    这种技术对于中国的先进制造工艺来说无疑是最现实的办法,随着国内芯片制造企业将SAQP技术应用于10纳米,中国可望加速7纳米工艺的量产,当然这种技术也存着一些弊端,那就是可能导致7纳米工艺的成本过高,不过能解决7纳米工艺对中国芯片更具意义。

    另一个途径则是解决中国芯片制造的瓶颈问题,量产国产化的光刻机,这个是最根本的办法,这方面中国也已取得重要进展,近期哈尔滨工业大学公布了一项“高速超精密激光干涉仪”研发成果,并获得了首届“金燧奖”中国光电仪器品牌榜金奖,这就打破了中国在先进光刻机方面的瓶颈。

    中国在先进工艺方面的瓶颈就是光刻机,中国已解决了芯片制造的七大环节,刻蚀机和光刻胶都一达到5纳米,芯片封装更是达到4纳米,其他环节也已突破到14纳米,而光刻机一直都在努力打破28纳米。

    光刻机的难度如此之大,在于它本身就是一条很长的产业链,据了解ASML的EUV光刻机零件高达10万个,需要全球5000家企业配合才能生产出来,证明了先进光刻机的技术难度多么大,正是由于光刻机的难度太大,中国在研发光刻机方面一直面临困难。

    不过中国其实在光刻机方面也有不小的积累,中国是全球唯一一个在光刻机方面拥有更完整产业链的经济体,这在于中国受到众所周知因素的影响而难以获得光刻机的配件供应,无奈之下只能自己重新打造一条光刻机产业链,在中国的努力下,中国已逐步解决了双工作台、激光光源、物镜系统等,哈尔滨工业大学公布的技术可以实现将这些配件进行高精度整合,完成光科技的最后步骤,可以预期国产先进光刻机很快就能量产。

    中国在芯片制造方面的进展,在于中国长久以下打下的制造业基础,正是这种基础,让中国得以率先在更先进的光子芯片、量子芯片等方面取得突破,筹建了全球第一条光子芯片、量子芯片生产线,在更先进的芯片技术方面都能突破,那么在硅基芯片技术上逐步取得进展应该是无需质疑的。

    中国拥有全球最多的技术人员,自从2010年中国成为全球最大制造国后,中国就开始异常重视科技研发,随着中国对科技研发的力度不断加大,中国连续11年成为全球专利申请量第一名,有如此雄厚的基础,也就不奇怪中国能同时在诸多芯片技术方面同时推进了,相信光刻机这个难关必然将被解决。

相关报告
  • 《再度突破,哈工大公布重要光刻机技术,国产芯片有望实现7纳米》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2023-02-20
    • 光刻机已是当下中国芯片制造的最大瓶颈,为此中国芯片产业链一直都在共同努力,力求打破这一难关,而哈工大公布的光刻机技术将有助于打破这个环节,国产芯片的先进工艺问题将因此得以解决。 光刻机的研发难度非常大,虽然全球仅有ASML可以生产出先进光刻机,然而ASML自身也无法完全搞定整个光刻机元件,它自己仅能完成其中10%的零部件,其他零部件需要全球20多个国家的5000多家企业配合,由此可见光刻机这条产业链多么长。 中国的光刻机研发进展落后于其他环节,恰恰就在于产业链需要逐步完善,由于众所周知的原因,中国不仅难以买到先进光刻机,连先进光刻机的元件都难以买到,迫使我们建设自己的光刻机产业链。 此前在国内产业链的支持下,已逐步解决了双工作台、物镜系统、激光光源等诸多光刻机零部件,这次哈工大研发的“高速超精密激光干涉仪”,这项技术是14纳米光刻机的重要技术,可以确保掩膜工作台、双工作台和物镜系统之间复杂的相对位置,实现光刻机的整体套刻精度,可以确保诸多元件整合成系统后的芯片工艺精度,已是光刻机的最后技术之一,也意味着国产先进光刻机即将完成最后的步骤。 对于芯片制造工艺来说,14纳米光刻机并不仅限于生产14纳米工艺,通过多重曝光技术可以实现接近7纳米的工艺,其实此前台积电和三星都并非是从14纳米一步迈进到7纳米,还研发了10纳米、8纳米等工艺,甚至在7纳米工艺上也有7纳米和7纳米EUV之分,故以14纳米光刻机生产接近7纳米工艺的芯片是有可能的。 国产芯片除了在芯片制造工艺方面努力之外,还积极开发小芯片技术,通过将两块芯片堆叠可以大幅提升性能;将不同工艺、不同功能的芯片封装在一起也能大幅提升性能,这些技术台积电、Intel都在尝试,因为当前的硅基芯片达到3纳米之后已接近极限,开发芯片封装技术已成为芯片行业发展的一个方向。 国产芯片制造工艺如果能达到7纳米,加上小芯片技术,那么国产芯片的性能可望进一步提升至接近5纳米,到那个时候,困扰国产芯片的最大障碍将被彻底解决,美国意图以先进芯片技术阻碍中国科技体系发展的图谋将破产。 其实国产芯片如今在多条途径上发展先进芯片,上述这些都是基于现有的硅基芯片技术,而欧美发展硅基芯片技术已有近百年历史,这让他们在硅基芯片方面保持着领先优势,中国除了在硅基芯片上加快追赶之外,还在开发更先进的芯片技术,如量子芯片、光子芯片、碳基芯片技术等,这将是中国芯片弯道超车的机会。 在这些先进芯片技术方面,中国已取得一些优势,2022年底至今,中国已先后筹建了全球第一条量子芯片生产线、光子芯片生产线,凸显出中国在先进芯片技术方面的突破,这些先进芯片技术在加速推进量产,一旦实现商用就将具有赶超欧美的实力。 总的来说美国阻碍中国芯片产业发展的计划已不可能,反而是激发了中国芯片行业的潜力,短短数年时间在诸多芯片技术方面都取得突破,中国芯片或许在不久的将来打破美国在芯片技术方面的领先优势,正是有见及此,美国才会在诸多技术方面施加限制,反过来恰恰说明了中国芯片确实取得了巨大的进展,让它深感威胁。
  • 《中兴通讯7纳米芯片规模量产,高端芯片赛道追赶仍需时日》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-10-14
    • 10月11日,一则中兴通讯自研7 纳米芯片实现市场商用的消息引发外界关注。 据媒体报道,中兴通讯副总裁李晖在第三届数字中国峰会上透露,在 5G 无线基站、交换机等设备的主控芯片上,中兴自研的 7 纳米芯片已实现市场商用,5 纳米还在实验阶段。 而在今年年中的股东大会上,中兴通讯曾透露5纳米芯片将在明年推出。 招商电子曾在一份研报中指出,单芯片方案进一步提升了基站芯片的门槛,使得国产厂商更加难以切入,而基站芯片的自给率几乎为零,成为了此前中兴通讯禁运事件里最为棘手的问题。近两年,中兴通讯在芯片领域,尤其是在基站芯片的研发上,开始做出更大力度的投入。 中兴5G芯片迭代至第三代 芯片犹如心脏,是很多电子设备最关键的零部件,尤其是在外部环境不断变化下,芯片的自给率以及能力成为备受业内外关注的话题。 在过去,中兴通讯主攻的三大应用领域里,芯片门槛最高的板块是基站领域,这一领域要想实现国产化,需要较长时间。光通信和手机产业链门槛相对较低,一些细分领域的国产芯片方案甚至于成为了国际龙头,但整体来看,还是偏低端应用。在业内看来,基站芯片的成熟度和高可靠性和消费级芯片有所不同,从开始试用到批量使用起码需要两年以上的时间。 在今年的6月6日,也就是5G发牌一周年之际,中兴通讯虚拟化产品首席科学家屠嘉顺首次对外披露了芯片上的最新进展。他表示,目前中兴通讯已经发布了基于7纳米技术3.0版本的多模基带芯片和数字中频芯片,这些产品可以实现相比上一代产品超过4倍的算力提升和超过30%的AAU功耗的降低。同时,他表示,明年发布的基于5纳米的芯片将会带来更高的性能和更低的能耗。 这也意味着,中兴通讯在基站芯片上对海外厂商的依赖性逐步降低。 中兴对芯片研发可以追溯到24年前,1996年,中兴成立了IC设计部专门从事芯片研发。2003年,中兴微电子正式成立,2019年,中兴微电子的业绩收入约76到77亿元人民币,中国半导体设计公司排名第五名,主要产品包括用于手机基带芯片,多媒体芯片、通信基站及有线产品用芯片。 中金公司曾在一份研报中指出,中兴微电子净利率约15%~20%(根据中兴微电子2014~2017年净利率推测),公司供货芯片占中兴通讯总采购额11%以上(根据中兴微电子2017年情况推测),而7纳米芯片主要用于5G基站。 中兴通讯副总裁,TDD&5G产品总经理柏燕民曾对第一财经记者表示,基于7纳米工艺,中兴的5G芯片已经发展到了第三代产品,自研芯片最关键的还是考虑业务可持续性,考虑的是整个供应链的安全,同时追求更大的性价比。“现在在系统产品5G芯片关键领域都是采取的是自研产品,如基带处理、数据中频等。”柏燕民说。 7纳米芯片制造仍依赖外部厂商 中金公司表示,长期看,中兴通讯有望在全球5G建设浪潮下获得更多市场份额。2020年上半年,中兴通讯在国内5G招标中份额仅次于华为且有所提升。 在9月8日全球市场研究公司Dell'Oro Group公布的2020年上半年全球TOP电信设备制造商的市场份额中,中兴通讯排名第四,市场份额为11%,比2019年(9%)上升了2个百分点。 对于中兴自研芯片的能力,中兴执行副总裁、首席运营官谢峻石曾表示,中兴芯片是全流程覆盖的。最早架构设计、仿真、前端设计、后端物理实现、封测设计、封装测试和相应芯片未来失效分析等,全生命周期都可以实现研发设计。 记者从中兴内部了解到,5纳米芯片将主要用于中兴通讯新一代5G无线系列芯片和承载交换网芯片,未来将内置AI算法,主要为的是提高性能以及降低能耗。 经过多轮的发酵,中兴通讯在芯片上的进展一度被外界解读为中国芯片制造能力进入了7纳米甚至是5纳米时代,但事实上,中兴自主研发的7纳米芯片仍主要由台积电的工艺制造,日月光投控的2.5D/interposer技术进行封测,而中兴所擅长的为芯片的设计端,本身并不具备芯片生产制造能力。 从行业来看,芯片是全球最硬核的高科技产业,以纳米来计量的制造过程极为复杂,包括芯片设计、芯片制造、芯片封测、芯片材料、芯片设备几大领域,产业链涉及50多个行业,目前中国的半导体产业在设计、封装上达到了较高水平,但底层的高端装备、EDA软件、材料,还是以西方为主。而在制造芯片环节,以中芯国际为代表的本土厂商目前所占据的份额不到5%,与第一名的台积电54%的份额相比,差距依然比较大。 而从设计端来看,全球7纳米的设计工艺已经较为成熟,而目前也已有多家厂商开始了5纳米工艺的芯片量产。 在原来的计划中,搭载5纳米工艺的芯片将在Mate 40系列手机中首发,而在国际厂商中,高通在今年2月份发布了其第三代5G调制解调器骁龙X60,采用的也是5纳米工艺。不过这两款芯片主要用于手机领域,在基站芯片方面,目前鲜有公开的设计工艺数据。 不过对于中兴通讯来说,7纳米设计工艺的量产也标志着我国厂商在芯片赛道上做出了巨大努力,该工艺的量产对于厂商在5G市场的扩张起着积极作用。中兴通讯副总裁崔丽则表示,在5G份额方面,希望未来中兴国内5G的市场份额达到35%以上,在4G份额上进一步得到提升。