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余鹏鲲:国产光刻机的创新为何还解不了“缺魂少芯”
关键字:过去一年中一个关于半导体制造新工艺的是去年12月1日,《解放军报》报道了中科院光电所可加工22nm芯片的“‘超分辨光刻装备项目’通过国家验收”。
此次自主光刻设备由于采用了表面等离子体技术,使得光源的波长与线宽之比大大提高。由激光直写、激光干涉等技术的2-4:1提升至现有的17:1。这意味着用该自主光刻设备生产半导体的光源成本将大大降低,同时还将绕过西方发达国家在半导体领域经营数十年的专利壁垒,并且新技术还有较大的潜力可以挖掘。
该光刻设备的面世,填补了相关技术的空白,取得了一定的应用,达到了相当的水平。同时也应该看到,目前这种工艺存在技术应用还不太成熟,还无法加工像主流PC电脑CPU和显卡一样的复杂部件。
该项目的副总设计师胡松在接受央视13频道的《午夜新闻栏目》采访时说到该设备可以加工十毫米乘十毫米范围的芯片。这已经包括了几乎所有手机SoC(例如麒麟970、苹果A11芯片)能达到的大小。已经是非常不错的结果,不过显然还有进步的空间。
(该项目副总设计师披露的设备性能情况)
总之,利用新材料、新工艺往往能够得到某些突出的优势,但同时也存在着各种各样的局限。
新形势下非传统半导体材料和工艺逆袭的难度越来越大
除了新材料和新工艺存在的局限之外,目前围绕现有工艺构筑的成熟生态也限制了新材料、新工艺逆袭的可能性。
试想一下,如果如果武汉光电国家研究中心此次研究得是真的可以用于制造高端通用芯片的新工艺光刻机。就真的能很快生产出这样的芯片吗?
随着半导体芯片制造的制程越来越小,人类遇到了越来越多的新问题,半导体工艺与设计之间的关系也越来越紧密。目前半导体制造中换个工艺或者制程,芯片的电路部分很可能就要重新设计。如果新制程工艺优化得不好或是芯片没有根据新工艺做足够的调整,新工艺流片的芯片性能和稳定性不如老工艺是完全有可能的。
英特尔在2007年宣布了著名的“嘀嗒”(Tick-Tock)战略模式,“Tick-Tock”的名称源于时钟秒针行走时所发出的声响。一般一次“Tick-Tock”的周期为两年,“Tick”占一年,“Tock”占一年。Tick年(工艺年)更新制作工艺,Tock年(架构年)更新微架构。
但是2016年,英特尔打破了自己定下的这一战略,将这一战略修改为“制程-架构-优化”(PAO)的三步走战略。
(英特尔原本的“两步走”战略放缓到“三步走”)
英特尔之所以做出这样的改变,原因是多种多样的,既有合理化10nm难产、追求更高利润率的原因。另一方面,现有工艺与设计的耦合性越来越强恐怕也是很重要的原因。
要保证随着制程的提高性能一代更比一代强,恐怕确实需要多一年的时间来进行这样的优化。
对于目前的芯片设计而言,半导体生产企业必须要把足够多的参数和数据提前提供并不断更新才能保证设计的正常进行,这一过程中需要做大量的实验,花费巨额的资金,对于新工艺而言还有完全失败的可能性。
同时随着半导体制造企业出于保护技术秘密,降低设计企业开发成本等因素,往往还会提供给设计企业封装好的工艺库和工具箱,甚至于连设计用的IDE都必须由半导体制造企业定制。新工艺如果没有足够多的优点和可靠的财力支持很有可能倒在颠覆半导体制造方式的征程上。
因此,笔者不看好非传统半导体材料或是工艺的进步能够改变目前我国“缺芯少魂”的现状。同时,发展这些新材料和新工艺做一些特殊领域的芯片也还是有相当的前途的,不能一概否定。
或许有些人会为我们没能“弯道超车”在半导体制造工艺上追赶上国外而感到遗憾。不过大国造重器本来就没有太多的投机取巧,既不能放弃对先进技术方向的探索,也要在传统方向上一步一个脚印的追赶。
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- 最后更新: 2019-04-28 08:50:55
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