《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > EDA與制造 > 業(yè)界動態(tài) > 芯片知多少,?

芯片知多少,?

2021-10-19
來源:5G通信
關(guān)鍵詞: 芯片

  2017 年 3 月,中興通訊因被指控違反規(guī)定,,同意接受了 11.9 億美元的罰款

  2018 年 4 月 16 日,,米國商務(wù)部發(fā)布公告,,未來 7 年內(nèi)禁止中興通訊向美國企業(yè)購買敏感產(chǎn)品

  隨即中興基本進(jìn)入休克狀態(tài),因?yàn)橥ㄐ旁O(shè)備中最主要的元器件 芯片,,基本依賴進(jìn)口

  最后,在美國深度干涉下,,中興不得不重組董事會,,開除部分指定高管,并賠償 4 億美金保證金

  華為進(jìn)入制裁名單后,,勢頭正盛的榮耀品牌只能被賣掉易主,,別無選擇

  近幾年,美國對外的制裁名單不斷的拉長,,受限的外國企業(yè)數(shù)量不斷增加

  芯片—成為美國手中最有效地制裁大棒

  芯片的作用很大,,因此大棒的威力很大,因此被打的受傷很深

  芯片到底個什么東東呢,?

  本文將一探究竟

  前世今生

  20 世紀(jì)的兩次世界大戰(zhàn),,把全世界拖入水深火熱中,,各國打的不可開交時

  美利堅(jiān)如同伊甸園,巧妙的成為少有的沒有受戰(zhàn)爭洗禮的凈土

  世界在打打鬧鬧,,好生熱鬧,,米國人也并非六根清凈

  閑著沒事干的山姆大叔,戴上眼鏡開始搞科學(xué)研究

  經(jīng)過幾十年的蟄伏研究,,到 40,、50 年代,米國已經(jīng)逐漸占據(jù)全球科技和高端產(chǎn)業(yè)的頂端了

  第二次大戰(zhàn)以后,,在大家忙著重建家園的檔口,,山姆大叔家憑借戰(zhàn)爭期間匯聚的大量 頂尖人才、戰(zhàn)爭收益

  通過完備的 科研體系 和 工業(yè)生產(chǎn)鏈條,,孵化出一個又一個堪稱劃時代的產(chǎn)品

  芯片便是其中之一,,而且成為后世影響最大的產(chǎn)品

  手指上的這個小家伙,如今支撐起全球上萬億美元電子設(shè)備市場,,被米國作為大國博弈的 “鎖喉技”

  這個指甲大小的面積上封裝數(shù)十億個晶體管

  一個針尖上就能放下數(shù)千萬到上億個管子

  果真,,神一般的存在

  半導(dǎo)體征程

  從開頭往后捯

  直接上圖,下面這張圖是世界上第一臺通用的電子管計(jì)算機(jī),,名曰:埃尼阿克

  直接說吧,,壯不壯觀?

  列列數(shù)據(jù),,更不可思議

  這貨重量達(dá) 30 多噸,,占地面積 170 多平方米

  由 18000+ 只電子管,成千上萬個二極管,、電阻器等元器件組成,,內(nèi)部電路的焊接點(diǎn)多達(dá) 50 萬個

  耗電量據(jù)說超過 180 千瓦小時,此貨一開,,全鎮(zhèn)停電,,這影響力夠大吧

  更要命的平均每隔 15 分鐘燒壞一只電子管,每隔 15 分鐘就得停工檢修

  工程師不是張翼德,,于數(shù)萬器件中找那個壞的,,也真不是探囊取物

  往往一查幾天時間就過去了

  頗有點(diǎn) 充電好幾天,工作一刻鐘 的意思

  看來萬物不管日后多牛 X , 起步的時候都 LOW 的很

  于是乎,,就有人跳出來改進(jìn)了

  中間這位小哥,,大名肖克力,號稱 “晶體管之父”,,大約也就 30 來歲,,加班加的直接干禿頂了

  看來 996 不是如今互聯(lián)網(wǎng)的新詞,禿頂也是個泊來品

  經(jīng)過不懈的努力研究,肖大師發(fā)明了下面這個東東

  三根腳像個小燈珠,,但影響卻遠(yuǎn)勝過燈泡

  直到現(xiàn)在,,此 “三腳先生” 依然是模、數(shù)電路課程中的主角

  也得益于此肖先生,,上面那個占地 170 平的龐然大物得以減肥成功

  發(fā)明了這么個東東,,只是把原材料備好了

  真正烹小鮮的大師傅們還沒有開始登場

  古人云:“治大國如烹小鮮”

  造芯片當(dāng)然概莫能外,也是一步一步的往前走的

  第一位大廚,,大名:杰克-基爾比,,江湖號稱:集成威龍

  這深沉的小眼神,專注的小神情,,配得上這名號

  據(jù)說基爾比剛開始參加工作時,,沒有年假,當(dāng)其他老同事都去度假了,,他只能留守公司

  一天午睡醒來,,實(shí)在沒事可做,瞅了一眼實(shí)驗(yàn)臺上的元器件,,元器件們也瞅了一眼基爾比先生

  算是相識了

  然后,,這個剛畢業(yè)的青年開始 “騷操作” 了, 突發(fā)奇想,,把幾個電子元器件用電烙鐵焊到一塊,,會怎么樣?

  一個月后,,當(dāng)同事們度假回來了,,青年的這波操作也算是成功了

  在一塊板上集成了好幾顆鍺晶體管,性能還算不錯

  這就是集成電路的啟程之源

  很滑稽,,很好玩

  突然想起初中學(xué)拋物線時,,一哥們指著尿出的弧線,大喜,,原來拋物線可以這樣畫出來

  有點(diǎn)異曲同工

  集成概念一出,,第二位神廚隨即出現(xiàn)了,名曰:羅伯特·諾伊斯,,江湖號稱:硅霸王

  帥氣的外表下面,,有一顆優(yōu)秀的心,后續(xù)他的一系列開掛的人生值得大家學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

  后面再談

  是他,,發(fā)明了硅材料的集成 電路,是他,,是他,,就是他

  這是一個開創(chuàng)一個時代的創(chuàng)舉

  不知道 “硅谷” 的由來,與之有沒有關(guān)系,大概是有關(guān)系的

  這時候上面那個禿頂青年發(fā)現(xiàn)外面的世界這么精彩,,也耐不住寂寞了

  不甘心 “一個人,、一把椅子、一個實(shí)驗(yàn)室”,,開始往外看了

  于是乎,,肖先生成立了一個 “半導(dǎo)體中心”,號稱建立晶體管帝國,,因此,,真正的主角開始紛紛登場

  這八個青年從各地慕名而來,都準(zhǔn)備著為了芯片事業(yè)成為禿頂先生

  大家在一塊摸打滾爬,,經(jīng)過一段時間的努力,,估計(jì)蜜月都還沒過完呢

  無奈肖先生能發(fā)明晶體管,但不擅長管理團(tuán)隊(duì),,是個合格的工程師,,但不是個合格的項(xiàng)目經(jīng)理

  八大仙人很快就背叛了肖先生的半導(dǎo)體中心,這令肖先生很是生氣,,于是送了他們一個雅號 “八大叛徒”

  八大仙人也很無辜,,跟著你難以發(fā)揮自身的價值,只能借口:由于個人職業(yè)規(guī)劃的原因,,離開了

  后來這八個大仙團(tuán)入到了一個攝影小公司,,經(jīng)過他們的神操作改造

  硬是把這個以攝影為主業(yè)的小店面搞成了以生產(chǎn)芯片為主營業(yè)務(wù)的大公司

  這個小攝影公司發(fā)展成為了半導(dǎo)體之祖,也就是 “仙童”

  據(jù)說硅谷就是在它的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的

  從八大仙的角度來講,,平臺還真是很重要

  如果繼續(xù)在中心,,只能天天找別扭,估計(jì)干不出什么像樣的事

  找了個朝陽的小平臺,,就好像汽車上安裝了個火箭的發(fā)動機(jī),,飛速搞起來了

  后來,大仙們的能量不斷發(fā)酵,,一個仙童已經(jīng) 無法容納下這么大的能量了

  于是乎,,八大仙開始分封到各地,逐漸成為獨(dú)擋一面的諸侯

  帥氣的諾伊斯 和 摩爾,, 成立了大名頂頂?shù)挠⑻貭?/p>

  杰里-桑德斯成為了AMD

  鮑勃-韋勒和查爾斯進(jìn)入了體制內(nèi),,進(jìn)入國家隊(duì)——國家半導(dǎo)體公司

  上面這個 摩爾, 就是發(fā)明半導(dǎo)體界第一定律的那個 摩爾

  看來誰都不可能隨隨便便成功,,有硬貨是成功的必要條件

  至此,,半導(dǎo)體界的格局基本形成了,母體-仙童完成了孵化升級

  后來的另一個大神,,喬布斯評價:仙童半導(dǎo)體公司就像個成熟了的蒲公英,,你一吹它,,這種創(chuàng)業(yè)精神的種子就隨風(fēng)四處飄揚(yáng)了。

  這么多牛 X 的人物其實(shí)一直在圍繞著這個小東西作文章,,而且付出了畢生的心血

  真是物貴不在其大,,而在其精啊

  有點(diǎn)像一位大師說過的:大學(xué)不在于造大樓,而在于造大師

  包子有肉還真不在褶上

  無處不在的芯片

  手指上的那個小東西,,經(jīng)過一代又一代的發(fā)展迭代

  不斷往信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)滲透,,到目前為止,這小東西獨(dú)自支撐起 “高,、精,、尖” 科技的大半個江山

  它的身影可以在各行各業(yè)可見,關(guān)鍵的是還不可替代

  在上面的這些行業(yè)里,,只要這小家伙一罷工,,基本整個行業(yè)就得停工

  這和人的價值是一樣一樣的,當(dāng)你成長為不可替代的存在時,,你的價值才真正的開始體現(xiàn)出來

  手機(jī)基本人手一部了,,甚至多部,在這個家伙里面承載著數(shù)十顆芯片

  基帶信息處理的芯片,、射頻鏈路的芯片,、電源控制芯片、圖像處理芯片等等等等

  一切的應(yīng)用 APP 都離不了芯片的處理,,只要手機(jī)開機(jī)就必須得有芯片的運(yùn)行

  否則,,手機(jī)連一個電話都打不出去

  這個捆綁夠緊密的吧

  前面那個占地 170 平方的大家伙如今已經(jīng)成功瘦身為小巧玲瓏的本本

  在這個本子里有比手機(jī)更多、更精密的芯片模塊

  每天與我們打交道的計(jì)算機(jī)可以說是世界上少有的精密設(shè)備了

  一個 CPU 的制造就要經(jīng)過數(shù)百道精密工序,,那真不是有力氣就能夠造出來的

  最主要的部件還是 芯片

  數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ),,很難想象沒有數(shù)控機(jī)床的工廠是怎么樣完成生產(chǎn)的

  這每臺大家伙里,最最重要的其實(shí)就是里面的那幾顆控制芯片

  在那幾顆芯片的指令下,,機(jī)床才能夠順利地準(zhǔn)確切割和精確組裝

  芯片在汽車行業(yè)的作用就更加突顯了

  今年以來,,受限芯片生產(chǎn)企業(yè)的出貨量變少,汽車行業(yè)的產(chǎn)量被極大縮水

  有的汽車居然開始漲價了,,這真是個黑天鵝事件

  有的車企甚至因?yàn)槿毙径.a(chǎn)了,,漲價也買不到

  看來發(fā)動機(jī)再好也沒用,沒有這小東西,,發(fā)動機(jī)也得乖乖的熄火

  沒有那顆小東西,,相關(guān)的行業(yè)就得停產(chǎn)

  這句最土的話,卻概括了它最大的價值

  芯片,,已經(jīng)走進(jìn)人們生活的方方面面,,從工業(yè)生產(chǎn)、交通,、生活,,無處不在,,而又無所不能

  電視機(jī)上也有那么數(shù)顆芯片,,控制著高精畫面和高保真語音

  沒有芯片的支持,,電視就只能黑屏

  冰箱的溫控和自適應(yīng)調(diào)溫,電源控制模塊也是在芯片的指令下工作的

  上面這位也是一樣的,,越來越智能的背后,,都是芯片在幫人們思考和決策

  哪有歲月靜好,只不過有人在替你負(fù)重前行

  把衣服往里面一扔就完事了,,其實(shí)在背后是芯片在幫你決策什么衣物洗的程度,、洗的時間、洗衣液的數(shù)量等

  就連吃飯的家伙也是受芯片支配的,,你選擇不同的功能時

  是芯片讀懂了你的意思,,然后以指令的方式指導(dǎo)著電磁爐按照你的意思工作

  沒有芯片,恐怕你是無法和電磁爐直接對話的

  它也就不可能按照你的意思提供適應(yīng)的溫度

  每個成形的設(shè)備里面都有幾顆,、十幾顆,、幾十上百顆這樣的東西

  在有條不紊地極速的處理著一系列的 “0-1”,然后從這些數(shù)據(jù)流中讀懂人們的意圖

  再把人們的意思轉(zhuǎn)換成指令,,來和設(shè)備交流

  正是它的無處不在,,又不可替代,成就了它獨(dú)一無二的價值

  差距何在

  談到差距,,先從芯片的生產(chǎn)說起

  那一顆毫無重量的重量級芯片居然脫胎于一堆散沙

  想不到吧

  看似不起眼的東東,,在經(jīng)過精心打磨后也能價值非凡的

  先通過特殊手段把沙子提純,也就是去糟取精的過程

  取精到什么程度呢,?

  硅的含量得99.9999……%以上

  反正是越純越好,,就這一步基本就沒有幾家能做了,PK 掉大部分公司

  然后再用提純后的硅去作晶圓,,然后就是下面的這一系列操作了

  專業(yè)性太強(qiáng),,這里不大話了,只要知道這個過程很雕,,世界上沒幾個公司能干就 OK 了

  反正目前在制造芯片上,,我大中華還差一些意思

  被 “卡脖子”制裁的就是在這個環(huán)節(jié)上,因?yàn)槲覀兏悴涣?,這就是我們的七寸

  被別人拿捏的死死的

  當(dāng)然大中華的芯片設(shè)計(jì)能力還是不錯的

  有點(diǎn)紙上談兵的感覺呢

  經(jīng)過上面的這一系列的處理過程,,路才算走了一半,也就是剛打完了地基

  然后,,就是在這個地基上蓋房子了,,芯片內(nèi)部的三維模樣,像不像個建設(shè)中的宮殿,?

  每一個梁子,,每一道溝都是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)并論證了的

  這只是一個簡要的示意圖,,真實(shí)的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比這個復(fù)雜

  想象在指甲大小的薄片上,蓋成千上萬座故宮會是什么樣子,,其復(fù)雜程度可想而知了吧

  后面還需要一系列的神操作,,才能成為下面的這個樣子,只有成這個樣子了,,通電才能處理數(shù)據(jù)

  把上面的這家伙再和其他的元器件連起來就形成下面的電路板子了

  也就是我們拆開設(shè)備后能看到的樣子

  芯片就是站 C 位的最亮的那顆星

  板子上幾乎所有的模塊都與這顆最亮的星鏈接著,,形成一條條高速公路

  看著和每個芯片鏈接的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

  是不是有種 “條條大路通羅馬” 的感覺

  芯片就是這個羅馬城堡,是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng),,功能上類似于每個人的大腦

  再回到對 “羅馬” 的制造過程

  對 C 位主角的制造過程精密而復(fù)雜,,多達(dá)幾百道工序,其中最重要的一道工序就是下面這個工具-光刻機(jī)完成的

  芯片一般人造不了,,制造芯片的工具,,一般人更造不了

  ASML 這個荷蘭公司以造這玩意為生,每年不多造,、也造不出來,,太復(fù)雜了,一年十幾臺完事

  想買的人排了老長的隊(duì)伍了,,關(guān)鍵是有些連排隊(duì)的資格都沒有,,因?yàn)楸幌拗屏?/p>

  中芯國際訂購了一臺價值 1.2 億美元 的極紫外光刻機(jī)

  這幾乎相當(dāng)于這家中國大陸最大的芯片加工企業(yè) 2017 年的全年利潤了

  而且這還只是買了個人家不用了的,更先進(jìn)的,,我們是買不到的

  在米國的安排下,,我們是連排隊(duì)打飯的資格都沒有的

  可以認(rèn)為,就是像光刻機(jī)類似的生產(chǎn)工具,,嚴(yán)重制約了我們的芯片產(chǎn)業(yè)

  進(jìn)而制約著我國高新興,、高精尖的信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

  外國拿這些工具性的東東,死死的卡位,,我們就死死的動彈不了

  經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域受到極大的影響

  毫不夸張的講,,在高科技信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,我們是處于極為被動的位置

  再往深處想一想,,像航天,、網(wǎng)絡(luò)完全、軍事這樣的領(lǐng)域

  一旦也被外國類似的操作卡位了,,我們的危險(xiǎn)系數(shù)會變得多大,?

  細(xì)思極恐

  所以,在高科技這條路上,,我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)

  總書記多次提到,,一定要重視自主研發(fā),創(chuàng)新不問出身

  因?yàn)楹诵募夹g(shù)是買不來的,,更是化緣化不來的,,只能由自己切實(shí)的搞研發(fā)去掌握

  能引起總書記重視的問題,,不可謂不大了吧

  這就是芯片問題的本質(zhì)和我們的處境,以及我國研發(fā)核心技術(shù)的志向

  前方的路

  大中華正處于 “缺心少魂” 的被動處境中,,也就是硬件,、軟件均處于弱勢 的狀態(tài)

  硬件缺心:缺少芯片的生產(chǎn)制造能力

  軟件少魂:缺少通用及專用操作系統(tǒng)

  中國生產(chǎn)全世界 80% 以上的手機(jī),90% 以上的電腦

  能量不可謂不大,,但也僅僅是 “代工”,,利潤薄的幾乎透明, 仍然是幾億件襯衫的利潤換一架飛機(jī)的狀態(tài)

  從計(jì)算機(jī)角度來講,,主流設(shè)備還是以英特爾的 ARM 結(jié)構(gòu)為主的硬件框架 + 以微軟為主的 Windows系統(tǒng)搭配的 Wintel 架構(gòu)

  雖然幾乎全世界的電腦都由中國生產(chǎn),但是在這兩個核心技術(shù)面,,大中華沒有絲毫發(fā)言權(quán)

  不掌握核心技術(shù),,只能是處于利潤的最低端

  一部手機(jī)中最關(guān)鍵的核心部件也基本是進(jìn)口來的,我們作為組裝的角色

  5G 通信系統(tǒng),,中國在世界上的話語權(quán)越來越大,,不管是民用通信、還是工業(yè)互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò),,都取得了突破性進(jìn)展

  但是核心部件的缺失和軟件系統(tǒng) 的不成熟,,仍然導(dǎo)致我們無法建立起產(chǎn)業(yè)生態(tài)

  因?yàn)椋虚g這顆東西仍然是處于和西方隔幾代的差距

  總結(jié)起來,,根本問題在于:

  基礎(chǔ)理論研究較西方更落后,,以前我們更擅長于照貓畫虎的引用過來,作山寨,,學(xué)標(biāo)不學(xué)本不可持續(xù)

  缺乏持續(xù)的用力,。類似于芯片是投資多、周期長,、風(fēng)險(xiǎn)大的產(chǎn)業(yè),,看不到及時的回報(bào),就喪失了繼續(xù)投入的動力

  關(guān)鍵性創(chuàng)新人才的缺失,。沒有形成完備的創(chuàng)新體系,,沒有大量的創(chuàng)新型人才。因此,,只作從 1 到 2 的修補(bǔ)工作,,少有作從 0  到 1 的開創(chuàng)工作

  開源不夠,思路閉塞,。開源才能煥發(fā)大眾的創(chuàng)新,,只有大家都參與 才能更有創(chuàng)新生機(jī)。但是在國內(nèi)幾乎不成立,,有了好東西是不會分享的,,生怕別人學(xué)了去

  在這種被動情況下,,我們走了很遠(yuǎn)一段路了,也曾不斷的探索破繭之路

  曾經(jīng)試圖 “以市場換技術(shù)”,,但往往的結(jié)果是市場被別人占去了,,真正的核心技術(shù)沒有引進(jìn)來

  曾經(jīng)試圖 “以租代造、以買代造”,,但結(jié)果是命門掌握到別人的手里去了

  “引進(jìn),,消化,吸收,,創(chuàng)新” 這條路本沒有問題,,但核心技術(shù)不能完全靠引進(jìn)

  所以,總書記講:核心技術(shù)靠化緣是要不來的

  我們只有踏下心去,,堅(jiān)定坐冷板凳的決心,,持續(xù)的投入研發(fā)

  或者也就這條路了

  當(dāng)今時代下,任何一個產(chǎn)品或者模式的成功不再是我們追求的目標(biāo),,我們想要的是一個生態(tài)

  一個這樣的生態(tài):自主研發(fā)的底層硬件和軟件系統(tǒng)搭配,,在這個基礎(chǔ)之上搭載各類功能應(yīng)用,以應(yīng)用反過來促進(jìn)底層基礎(chǔ)設(shè)施的演進(jìn)

  一個良性循環(huán)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)固然重要,,但是羅馬并非一日建成的

  在核心零件的研發(fā)上,,近年大陸出現(xiàn)了眾多的獨(dú)角獸,規(guī)劃以 “彎道超車” 的模式搞的 AI 芯片就是典型

  試圖通過搭載人工智能,、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,,從根本上改變原有芯片的模式,走出一條自己的產(chǎn)品之路

  也取得了不少的成績,,但是也注定是一條荊棘叢生的路

  革命尚未成功,,同志仍需努力吧

  小結(jié)

  回顧臺灣、韓國,、日本的芯片發(fā)展之路,,每一個走的都是篳路藍(lán)縷

  但從其殺出的一條條血路的經(jīng)驗(yàn)中,背后無不有著國家的意志

  相比,,我們更有兩種優(yōu)勢:

  制度優(yōu)勢,,能集中力量辦大事

  市場優(yōu)勢,任何先進(jìn)技術(shù)丟掉了市場也就成了無水之源了

  所以,,對于芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,,目前差距較遠(yuǎn),但是行將必至

  別人幾十年積累下來的核心技術(shù),,我們不奢望三,、兩年追趕上,但會、而且應(yīng)該一直在追趕的路上

  外國的高壓制裁下,,我們的產(chǎn)業(yè)鏈會崩嗎,?

  我覺得不會,他們的目的是企圖把高精尖的技術(shù)主導(dǎo)權(quán)抓在自己手里,,不會把整個產(chǎn)業(yè)鏈都扼殺掉

  否則,,丟了市場,技術(shù)便無用武之地了,,不也就沒有什么意義了嗎,?




1.png

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn),。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片,、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有,。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,,以便迅速采取適當(dāng)措施,,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話:010-82306118,;郵箱:[email protected],。