北京中科医院是怎么样 https://jbk.39.net/yiyuanfengcai/tsyl_bjzkbdfyy/iz4cbs6/
今天为大家讲述芯片的制造与设计，看看我国国内的高端芯片的真实水平！哪一个环节我们还有短板，能不能迎头赶上！
芯片的制造。它主要分两大块，一个是设计，一个是制造
有些公司自己设计和制造都能做，这些公司就厉害得不得了！
比如美国的英特尔，咱们的电脑CPU大部分都是英特尔的，还有韩国的三星。大部分的公司要么只有设计能力，要么是只有制造能力！
比如华为的海思就是这样，海思公司的设计能力已经达到国际的顶尖水平了。在arm这个架构的设计上已经可以和高通掰掰手腕了！但是华为海思没有制造的能力，高端芯片第一步就是要设计，设计是一个非常复杂的工程。就比如一个城市，如果一个干道上一个红绿灯的设计不合理，就很有可能引起堵车，更何况在一块芯片上。数亿的晶体管，多少的电路密密麻麻的。对于这些晶体管如何去调度，怎样高效地让它们运作。这极具技术含量！在高端芯片的设计领域，华为的海思已经达到了国际顶级水平，也是我们国内的最高水平了，但是海思也是有短板的。
芯片的设计主要植根于架构。我们都听说过，全球上有两个主要的架构，电脑的CPU主要是X86，手机上的芯片主要是ARM。这两大主要架构都不属于我们的，咱们也只是买别人的授权。有些朋友，读者可能对架构这个有些疑惑。为什么设计一个芯片必须要植根于一个特定的架构，在这我给大家简单的举个例子说明一下。比如说，这个广场上有辆车，你要去指挥他们，你就需要给这些车主下命令。这个命令就是指令，一系列的指令组合起来叫指令集也称为架构。全体倒车，这辆车齐刷刷的挂起倒挡向后倒车。一队向前开一点，就有10辆车向前方开，二队向右行驶等等这些。如果没有这些命令，这辆车就像废铁一样，什么活都干不了！另外，在基于特定的架构去设计芯片的时候，一定要高效的利用这些命令，也就是指令集。比如说一队向前方行驶，那么你在设计的时候就要在一队的前方给它留出空地来，可以让它向前行驶！这就是指令集在芯片设计中的基础性作用，我们在这方面是一个短板。有朋友可能会问，我们有没有自己的指令集。这个肯定是有的！比如我国的龙芯，龙芯采用的指令集，就是我们完全自主的。但是暂时来看效率不太高，华为现在也在研发属于自己的指令集，特别是在未来的云计算和AI计算。我们正在采用一个叫做RISC-V的指令集，这是我们今后的发展方向。但是就目前为止，主流的指令集还是使用国外的。另外在芯片设计上我们还有一个短板，我们使用设计的软件，没有国产的，另外设计芯片的测试方面，你不可能等芯片制造出来才进行测试！成本过于高。芯片的仿真测试软件，我们也没有，其实这方面也不要太过于大惊小怪，我们在软件这方面确实短板是比较大的，我们也别说高端的设计工业，就是民用上用的正常做一个图的PS软件。我们也不占优势。这个都需要我们的软件工作者奋起直追！在某些领域我们的设计能力已经达到世界的顶级水平了，但是！设计芯片的根本就是指令集，我们还没有一个成熟有效的指令集是属于我们自己的，设计需要用的工具（软件）还需要依赖于国外。
说完设计，接下来我们谈谈制造了。制造芯片世界上最强大的芯片代工厂是台积电！这个大家也不陌生。咱们国内最好的芯片代工厂是中芯国际，中芯国际肯定是落后于台积电的，在量产的这个层次上落后一代，中芯国际14纳米已经投入量产了，然而台积电是7纳米。但是在研发上要落后两代甚至是三代。台积电现在已经在研发5纳米甚至是3纳米的制程了，我们还没开始。聊完制造工厂的差距后，我们从工艺上一步一步地往下说。
首先就是原材料，晶圆（沙子提炼出高精度的单晶硅，做成硅锭。然后硅锭进行切割，切割成一片一片的晶圆）这方面技术我们国内是有的，而且是世界的先进水平。晶圆制作出来之后，就要往上涂一层光刻胶！这一层胶，目前是被日本与美国垄断的，日本的信越和美国的陶氏化学属于垄断地位。我们国内的光刻胶只能从事一些中低端的集成电路制作，在高端芯片上是空白。没有！把光刻胶涂在硅片上，这需要一个仪器叫做涂胶显影机，目前也是日本在垄断。我们国内没有。把胶涂在硅片上后，很多朋友，读者就知道接下来要进行什么了。对，没错！光刻机。很多朋友认为这是我国最大的短板，特别是高端的光刻机。
光刻机这个产品，是集人类物理学，化学，电学，光学包括机械最高科技水平的结晶。这个世界上，高端的光刻机，没有任何一个国家能单独把它造出来！光刻机上使用的光源，加工7纳米制程的光刻机，光的波长要非常非常短，肯定要远远小于7纳米，只能采用极短的紫外线光！目前这个光源是美国垄断的。然后光线要通过镜片，这个镜片目前顶级光刻机，采用的是德国的蔡司镜头，搞摄影的朋友和读者都知道，世界上没有任何一家公司。论光学镜片的加工能超过蔡司的。另外，紫外线光通过镜片后光斑很小，也就是一个指甲盖那么大。但是晶圆很大，晶圆现在的尺寸现在大概12英寸。很明显光源是无法覆盖这个晶片的，那怎么办！只能这一片晶片在不停的移动，曝光一个地方后移动去曝光另外一个位置，始终这样不停的移动，不停的曝光。这种高精度的移动，它的精度要求有多高呢？我给大家举个例子，我现在人在北京，手里拿了一个篮球，篮板和球网在上海。我在北京投篮直接投到上海，要精准地落在篮网里面！精度要求就是这么高！这就是现在人类机械工业所能达到的精度的顶峰！国内的机械水平怎么样，我相信大家也是清楚的，好点的轴承都还需要进口。所以在光刻机上面，世界上高端光刻机只有荷兰的ASML公司能够生产。不是说荷兰的ASML公司他的技术有多高，而是他集成了这个世界上所有的高科技于一身。高端光刻机80%以上的零部件，都是从世界各地进口来的。ASML公司只是把它组装起来。高端光刻机并不是政策支持，投入巨额现金！我就能造出来，这个是不可能的。在这只是请大家认清这个客观的现实。低端光刻机我们还是可以制造出来的，在这就不多说了。
经过光刻机曝光之后呢，光刻胶有一层被洗掉，有一层继续在晶圆的表面。它就继续保护着晶圆的表面，然后蚀刻机就开始出动了。蚀刻机就是把露出表面的晶圆，把它刻成一条一条的凹槽，往晶圆里边注入别的元素，就需要凹槽！磷元素注入凹槽就会和硅元素形成一个N结，硼元素注入凹槽后就和硅元素形成P结。我们知道芯片上，成千上万的晶体管其实就是一个又一个PN结，这些PN结就构成一个又一个的门电路，在凹槽里面注入磷·硼元素就是为了形成一个又一个的PN结，当然这个步骤分两步走的，先刻槽·注入磷形成N结，然后把晶圆冲洗干净。再涂一层光刻胶，再进行曝光，再刻槽，然后注入硼元素形成P结。这两个步骤，就需要两种不同的机器。第一个就是蚀刻机。蚀刻机中国制造水平是处于世界的先进水平的，我们还是有先进行业的。国产的16纳米的蚀刻机已经投入量产了，7到10纳米的蚀刻机也能造得出来，居于国际的先进水平！但是在注入这些磷和硼元素的机器，它叫做离子注入机。这方面日本现在是处于垄断地位，没有哪个国家的水平比日本还要高。PN结形成后，还要依靠离子注入机，注入一些金银铜等元素形成导线，把一个又一个PN结连接起来。形成电路。大概就是这样一个原理，当然了具体的程序肯定是非常复杂的。
芯片制作成了之后还需要切割，切割成一个一个单独的芯片，然后进行封装。这些都是处在芯片制作行业的末端了，没有太高的技术含量。咱们国内的技术水平完全可以实现，做成一个又一个芯片之后，还要进行测试。测试结果要和你设计的仿真软件的结果是一致的，才可以交工。这就是整个芯片的制作过程！简单地说我国目前处于世界一流水平的只有蚀刻机，其他方面还仍需努力！
接下来我们简单的说下我国高端芯片怎么迎头赶上，怎样去追！这个高端芯片，发展到今天其实已经前面的路越来越窄了。台积电现在已经在研发5纳米和3纳米的工艺，3纳米才多大呢，其实就是十几个原子或者几十个原子的宽度。再往下研发，就要面对一个非常重要的问题，叫做量子效应！经典的物理学到量子物理学里边就完全不起作用。简单的举个例子吧，设计芯片的时候，设计的PN结，按照我的设计，这个PN结在符合某种要求的情况下应该导通。理论设计是没有问题的，但是如果说制程非常小，一纳米左右就会发生各种各样的问题，理论上他应该导通，实际上它可能导通，也有可能不导通。之所以会这样，因为量子的世界，它是测不准的。它和你设计理论分析已经没有必然的联系了。你设计得再好，到了量子世界，完全可能会出现另外一个结果。这就意味着国际的先进水平，随着制程的缩短，前面所能走的路是越来越窄，速度会越来越慢，已经到了天花板了，咱们在后边追，这个路暂时还是宽的，我们还可以跑得很快。另外，咱们还有一条捷径可以走，就是量子计算。量子计算这方面，咱们国内的研究水平居于世界的领先地位，我们完全可以从量子上面实现弯道超车，赶上世界先进水平。
此篇文章仅代表个人意见，有不巧当的地方希望大家在底下留言指正。
