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从林本坚声称中国中芯手中现有设备就可以做到5nm芯片说起。

(2022-01-03 11:58:32) 下一个

林本坚是谁? 半导体制造行业的人都知道, 他是曾经服务于台积电的3位美国工程院院士之一(另外2位是张忠谋和胡正明),浸润式光刻技术的发明人。

光刻机和光刻技术现在中国几乎是家喻户晓, 主要是中国媒体很不负责任地大声疾呼, 把中国半导体制造落后的原因归咎于美国或西方对华光刻机限售。  其实,光刻以前从来就不是啥关键技术,早期芯片制造厂是自己动手制造光刻机, 到上世纪末期,日本人凭他们的精细打败了一群美国生产厂家,基本上统治了这块市场。

到了本世纪开头,原有光刻技术已经不能满足摩尔定律要求了,当时有2个新方向,一是157nm波长紫外光刻、以空气为介质的“干式”光刻技术的突破,日本人把主要力量放在这个方向, 2是EUV(极紫外光刻),这是美国人努力的方向,为此还成立了EUV联盟, 联合当时的6家巨头合作开发EUV。 这时刚转到台积电不久的林本坚, 却到处推销他的用水做介质的紫外浸润式光刻。

其实浸润式光刻是林本坚在IBM工作时做的工作,他后来回忆,当时IBM里面各个路线试尝都有,其中最被看好的是X光光源, 林于是在他的办公室门外贴个条子:beat X ray.  X光光刻后来没做出来,林的紫外光浸润式光刻做出来了, 但没引起公司的重视,这就是大公司的弊端之一了。 ps. 到了2019年,中科院什么所也用X光在实验室做了啥,在中国媒体上宣称取得所谓光刻“突破”,引起粉红们欢呼一片,唉,作为曾经粉红的我, 中国半导体行业放的卫星见得多不胜数,早就知道是怎么一回事,肯定又是无疾而终。

林本坚推销的浸润式光刻, 引起了2家公司的兴趣,一个是德国飞利浦公司的子公司,当时在光刻领域还是无名小卒的ASML。 还有日本的尼康, 至于为啥后来ASML打败日本的2家公司(尼康和佳能),  我在自己的博克里别的帖子里说过了,这里再贴一次: 日本人做事认真,但局限在自己的圈子里,而荷兰作为现代资本主义的鼻祖,走的是跨国利用全球人才和技术资源的路子, 它的技术开发人员是国际化的,技术和零部件来自全球各地,比如多达50%来自美国,镜头来自德国蔡斯,台湾也有它的零部件供应商,而它自己集中精力关注整机整合,实践证明,这套方式要比日本人有竞争优势。

总之,林本坚的浸润式光刻路线大获成功, 他也因此获得了应得的荣誉,凭浸润式光刻和胡正明发明的Finfet芯片结构,半导体制造业保持了摩尔定律, 从um级进步到7nm,  台积电用DUV(深紫外浸润式光刻), 使用多重暴光,在2019年量产了7nm级别芯片,但再往下做,用浸润式光刻就很困难了,这时EUV出场了。

前面提到美国的EUV同盟,因为进展缓慢,也做不下去了,同盟中也最后也只有intel还有芯片制造部门,AMD/motorola/ IBM 早就把自己的芯片制造部门剥离,就是美国现在唯一的芯片代工公司GF。 而荷兰公司ASML因为浸润式光刻的大成功,而瞄上了下一代光刻EUV, 投入开发后觉得自己力量不足,于是在2012年拉了下游3大客户intel/三星/台积电出资入股来共担风险来继续开发EUV,  intel是出资最多的, 买了15%ASML股份,三星我记得是5%,台积电最少,3%, 而且在2年后早早就把它的股份卖掉了,应该说,台积电原来是最不看好EUV的,我个人估计也与林本坚有关,林坚持认为EUV做不成,而他的浸润式可以长期往下做,可见,人很难跳出让自己大获成功的路径。

但具有讽刺意味的是,EUV在2017年终于实用化之后,反而是台积电应用得最成功,他们首先用EUV做出了7nm改进版(N7制程), 去年Q2又推出了5nm量产, 今年Q3有开始了3nm试产,按他们过去的历史规律,一年后应该会量产。

中国大陆的芯片制造,实际上与中国过去在我开发的历史是断开的,因为半导体行业迭代太快,中国自己在实验室仿制都远远跟不上,而引进的国外生产线,往往等自己能掌握的时候,已经给抛开几代以后了,而后续开发,因为官办机构固有蹩端,根本就跟不上,但牛皮倒是不断。 直到本世纪初,台湾人到上海办了中芯,全盘用了国外设备和主要是台湾的人才和技术,才等于重新开始中国大陆的半导体制造, 中芯在中国大陆一直保证头牌位置,技术也一直在进步,但与台积电比,进步没有台积电大,所以其差距反而在拉大。 中芯在2019年底就号称量产了14nm, 当时我就说了,他们实际上是在试产,原来我估计,它们最快一年后能量产,但直到现在,在他们的财报里,14nm制程营收还没有单独列出,也就是说,实际上至今还没有量产。

中芯目前手上的设备,包括ASML的DUV光刻机, 理论上做到7nm量产是没问题的,台积电2019年量产7nm时的设备还没有中芯片现在好,比如ASML DUV 那时是1980Di款,现在已经进了2代了,到了2000i和2050i款了, 这些设备,至目前为止其销售对中芯是敞开的。 美国打坝子的,只是EUV,当时中芯已经定购了一台EUV用在实验室做研究,但在交货时,美国对荷兰政府施加压力,荷兰政府暂停了EUV对华出口许可证。

由此可见,光刻机过去和现在,都不是中国芯片制造卡脖子的关键,至于以后是不是,等到中芯把自己的7nm芯片量产出来再说吧,这在技术路线上已经被台积电证明是可行的。 当然,林本坚出于对自己浸润式光刻路线的偏爱,说不用EUV,中芯也可以做到5nm, 也许是也有可能吧。

 

 

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insoine2 回复 悄悄话 回复 '字母有大小写之分' 的评论 :

林本坚不是误导一代“强国人”, 的确中芯手中现有设备,理论上是可以做到7nm for sure. 5nm吗,就不知道了。 但这一过程需要时间和努力,我个人估计,也许3-5年吧。

但别人也在进步,可能进步更快, ASML已经初步开发出下一代EUV, 我估计到2025年以后才能实用化,届时台积电等3巨头,恐怕是能做到x埃米(nm的1/10)级别的芯片了。
insoine2 回复 悄悄话 回复 'zhirui' 的评论 :

看来是“卡脖子”的理解大家不同,的确,中国半导体制造几乎所有设备还有耗材,目前都依赖西方(主要是美国/日本/荷兰),而且以后在相当长的时间内都有可能被“卡脖子”。

但美国并没有做得很绝,也仅仅是近年来在EUV上卡了卡, 这是因为西方资本家要赚钱,资本家从来就是中国的好朋友(ps. 太平洋战争前美国商人也是日本的好朋友),而美国军界和大部分政客是相反,这就形成了平衡。具体到中芯,美国半导体设备公司目前在这个平衡中还是略占优势的,其产品还是经过特许批准卖给中芯,至于日本和荷兰,除了EUV,美国政府目前也没有对他们的对华销售设限。

我说的没卡脖子,就是这个意思,即美国有能力做到,但实际上没做, 而中国大陆舆论,为过去中国半导体落后到处找借口,典型的借口就是西方在设备和耗材上美国卡中国脖子, 而这是错误的信息。
zhirui 回复 悄悄话 举个小例子, 光刻胶是日本提供的, 中国能制造光刻胶吗? 远远没有这个能力! 还梦想制造整个DUV or EUV 设备? 呵呵

你文章的结论“光刻机过去和现在,都不是中国芯片制造卡脖子的关键,” 我不苟同! 你要说中国可以制造一般家用电器的芯片那确实没有多大问题, 至于制造高级芯片肯定是被别人卡脖子的, 而且在未来的30-50 年都会继续被卡脖子,中国在芯片领域有太多短板了,不信走着瞧。。。
zhirui 回复 悄悄话 大多数的中国人一直认为有钱能使鬼推磨, 可惜在芯片上真的不是仅仅砸钱就能干成的, 中国各大企业在芯片投资公开报道来说应该有几千亿人民币了, 可惜水平始终在原地踏步,无论是硬件或者软件。 你看中芯企业花钱可不少,可是工艺水平被台积电甩几条街。 譬如EUV 设备是美国, 德国;日本, 荷兰多国整合打造的皇冠设备, 如果让任何一个国家独自完成那是不可能的, 就连日本, 美国也做不到。中国想独自完成设备制造几乎是天方夜谭。
基度山101 回复 悄悄话
中国人也不要太急, 等到做到量子极限,1nm 一下,就再也小不下去了,大家都在原地踏步了,中国就有机会赶上来了。
zhirui 回复 悄悄话 insoine2

谢谢回复。"中芯艺不如人"是一方面, 关键还是他们没有皇冠设备EUV, 即使像你说的DUV 2000i和2050i款放开让中芯买, 难道就可以打造7纳米甚至5纳米芯片, 理论上他们仍然无法打造7纳米芯片,他们连14纳米水平都没有过关, 上次我在别的贴留言提到过这事情, 总结来说, 中芯不但工艺不行, 而且他们没有高级设备诸如EUV, 退一万步说即使授权给他们买DUV 2000i和2050i款 , 一样不行, 精密工艺/高级设备/高等人才这三者是打造芯片的必要条件, 缺一不可。
insoine2 回复 悄悄话 回复 'hagerty' 的评论 :

这是个好问题,其实台湾芯片代工企业,除了台积电,还有联电,联电就是比台积电差一截。 竞争就是这样残酷,赢者通吃获得大部分利润,其它企业就喝点汤。 联电现在是仅次于台积电三星之后的第3名,但它的利润还不足以让它开发花费巨大的高阶制程,只好停留在所谓成熟制程阶段(>=14nm)。

中芯要是按商业规律,是没有钱做高阶制程开发的,但中芯是可以从国家拿到大量补贴的,所以它对高阶制程还是有野心的,但这也很可能同时把政府作风作派带进企业了, 这对企业当然不是好事
insoine2 回复 悄悄话 回复 'zhirui' 的评论 :

你还是没看懂,中芯艺不如人,就是这么简单的道理。 同样的设备,台积电能做到7nm,中芯至今14nm还没有量产。 华为的芯片,以前在台积电代工,是用7nm和5nm制程做出来的,现在中芯要做的话,也只能在还没有形成规模能力的14nm制程上,那做出的手机芯片,实际上是落伍几代的产品了,装到华为自己的手机里,傻子才去买呢。

另外,即使是华为不管中芯落后的制程,就要中芯代工,中芯自己都有顾虑, 虽然中芯也上了美国名单,但唯利是图的美国设备厂家还是能说服美国商业部批准来给中芯供货, 如果中芯替华为代工,很可能是把好不容易才勉强维持的供货关系哗啦给断了,那对中芯才是灭顶之灾。 
zhirui 回复 悄悄话 这个说法要是真的话, 华为开发的高端手机的芯片为啥没有让上海的中芯打造出来? 华为的手机业务已经在大幅萎缩了, 裁人很多。


”2000i和2050i款了, 这些设备,至目前为止其销售对中芯是敞开的。“
hagerty 回复 悄悄话 中芯不也是台湾人在做吗?到大陆的台湾人做不过岛上的台湾人?
字母有大小写之分 回复 悄悄话 挺好,林本坚又可以误一代强国人
洛城强爷 回复 悄悄话 谢谢楼主专业的介绍 !。城中有一位 笑X,自称在国内曾参与拉单晶硅的全过程,但将台积电说成是台基电,这可能是筆误,情有可原,但将最大的芯片代工厂台积电說成是只是把别人做好的芯片封装、测试一下就完成是外行话了 !。
镜中花 回复 悄悄话 感谢楼主的专业解说!以前看过一些报道,做精密度高的芯片,对设备条件与工艺精确度要求极高,如用水和真空的纯净度,等等,还有其他技术要求,在国内的那种官僚体制下不容易达到。
insoine2 回复 悄悄话 回复 'BeijingGirl1' 的评论 :

嗯,撒胡椒面投资,是中国大陆一贯的问题, 还有大盖产房,那是来料加工的思路,所谓筑巢引雀, 但不是做芯片制造的路径。 台湾当年发展集成电路(台湾叫积体电路)的思路是,先找对人,把德州仪器前副总张忠谋请来, 再找足投资,放手让行家张忠谋主持。
insoine2 回复 悄悄话 回复 '回首前尘' 的评论 :
过奖了。
insoine2 回复 悄悄话 回复 'dong140' 的评论 :

各家的制程名称几nm的,是不能对应的, Intel比较老实,而三星的制程名称比较水, 台积电介于之中。如果按晶体管密度看,intel的7nm, 实际上相当于台积电的5nm. 台积电的5nm已经量产1年多了, 而intel的7nm还没有消息,落后了整整一代,正如您说的,是工艺问题。
dong140 回复 悄悄话 謝謝分享。我投資了AMD的股票。所以一直在跟踪這方面的技術進展。英特爾和台積電使用相同的光刻機,後者可以量產7 nm芯片,但前者做不到,是工藝問題?
回首前尘 回复 悄悄话 楼主是行家
BeijingGirl1 回复 悄悄话 感觉你是真的懂造芯的。 前面文章我也一直跟读。 谢谢了。 中国造芯前两年一窝蜂地投资, 然后盖了好多厂房,烂尾。 据说在造芯的八步工艺中, 中国只有测试和封装是过关的。 看到去年发表的结果, 最新的封装材料和工艺已经投产。 14nm 也不清楚到底行不行。 7nm...
兵团农工 回复 悄悄话 希望国内认真做事,做出来。
insoine2 回复 悄悄话 typo. 飞利浦是荷兰公司,不是德国公司, 文章上了什么地方,所以自己不能修改,只好自己回帖改正了。
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