本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
华为的子公司海思半导体自从2004年成立以来 ， 10多年就跻身全球半导体TOP10榜单 ， 这样的增速在这近几十年的半导体行业是前所未见的 。 可这也引起了美国的注意 ， 并且在近1年来 ， 不断地通过这种手段来限制 ， 这导致台积电无法给华为生产5纳米制程的芯片 ， 麒麟9000的芯片很有可能成为绝唱 。
很多人可能会纳闷 ， 明明中国的科技水平在全球已经算是很不错的了 ， 为什么会被一颗小小的芯片难住？难不成芯片技术比“两弹一星”还要难？
两弹一星
客观地说 ， 两弹一星和芯片的难度是不能相提并论的 ， 因为它们压根是两码事 。 两弹一星指的是
核弹（比如：原子弹、氢弹） ， 导弹和人造卫星 。 能否制造出核弹 ， 有一个非常重要的因素：核材料的生产 。 二战时期 ， 英国就因为原材料的生产跟不上 ， 最终选择和美国合作；而德国也正是因为量子力学奠基人海森堡对原材料的计算出错 ， 让他认为德国所掌握的原材料不够 ， 而最终没制造出原子弹 。
所以 ， 一个国家是否可以制造出原子弹 ， 很大程度上取决于核弹原材料的制备能力 。 由于全球各国对于核弹原材料的监控十分密切 ， 这也导致很多国家没有办法掌握足够多的核弹原材料 。 因此 ， 拥有核武器的国家就很少 。
制造芯片有多难？
可是芯片的制造原理就和原子弹完全不同的 ， 芯片制造属于精密制造 ， 可以说是现代工业技术的皇冠 ， 那到底有多精密呢？
我们常听到的5纳米芯片 ， 7纳米芯片 ， 这里的“纳米”是10^（-9）米 ， 大概就是原子大小的10倍左右 ， 它指的是芯片中“栅极的厚度” ， 栅极属于专有名词了 ， 不懂也没事 ， 你只需要记住 ， 一颗米粒上就可以排列上亿个晶体管 。 就拿最新的华为麒麟9000的芯片来说 ， 它就属于5纳米工艺制程的 ， 这颗芯片上集成了153亿个晶体管 。
要加工这么一颗芯片 ， 至少需要几百甚至上千道工序 ， 涵盖了几十门学科的知识 ， 涉及到的制造设备更是数不胜数 ， 包括精密光学、精密化工和精密机床等当前各领域中最顶尖的技术 。 一般来说 ， 制作芯片一共要分为三个步骤 ， 我们就以手机芯片为例 。
第一步：设计有一家叫做ARM的公司会有很多基础款 ， 有需求的企业可以买来在这个基础款上设计 ， 设计所需要用的软件是EDA ， 全球EDA软件一共三家 ， 两家在美国 ， 一家是德国企业 ， 但总部在美国 。 也就是说 ， 从设计开始 ， 有大量的专利掌握在美国企业的手里 。
第二步：制造设计好图纸后 ， 就要交给制造芯片的企业 ， 目前全球在这个领域最顶尖的是台积电 ， 制造所需要的仪器叫做光刻机 。 全世界最顶尖的光刻机来自于荷兰的ASML ， 光刻机上就有大量的技术集成 ， 需要各国的顶尖企业来供货 。 由于美国在这方面有大量的技术积累 ， 因此 ， 这里很多技术都属于美国企业 。
第三步：封测封测说白了就是给芯片加个保护套 ， 再测一下是不是好用 ， 我们国家在这个方面并没有落后 ， 相反还做的不错 。
这里只是粗略地介绍这三个步骤 ， 实际上远比你想象中的要复杂得多 。 就拿制造这个步骤来说 ， 在制造过程中 ， 还会涉及到了原料提纯问题 。 就是把二氧化硅转化成多晶硅 ， 然后再把多晶硅提炼成单晶硅 ， 最后把单晶硅切成一个个小圆盘 ， 这也被我们称为：晶圆 。 而制造说白了就是在晶圆按照设计图纸安排这个元器件 。 这里对多晶硅的纯度要求很高 ， 需要达99.999999999% ， 这个技术是日本做得比较好 ， 我们国家还做不出如此纯度的晶圆 。
除此之外 ， 晶圆需要做到足够平整 ， 这个也需要长时间的技术积累 。 再比如：在制造过程中还需要许多其他的材料 ， 比如：光刻胶 ， 这方面也是日本也是做得比较好 。
所以 ， 制作一颗芯片 ， 实际上需要用到大量的技术 ， 其中的技术都属于高度机密的 ， 涉及到许多国家的企业 ， 主要以美国企业为主 ， 还有一部分的欧美和日本企业 ， 它们都是几十年来逐渐积累下来这些技术 ， 有极其强的技术壁垒 。
中国芯片的挑战
【中国芯|芯片再难，比两弹一星还难吗？为何我国无法独立制造“中国芯”？】之前华为的海思在十几年内做到半导体top10已经震惊了许多西方国家 ， 这才使得华为海思引来了美国的卡脖子 ， 但我们要知道的是华为海思也仅仅是用EDA软件设计出了足够优秀的芯片 ， 但还不能自己制造 。 因此 ， 要想绕过这些技术壁垒 ， 自己做出一颗高端的手机芯片是很困难的事情 ， 不是一朝一夕的 。 需要我们国家的技术人员同心协力 ， 花费许多年的时间来攻克几千甚至是几万个技术难题 ， 这会是一个极其浩大的工程 。
虽然前路漫漫 ， 且很难看到尽头 ， 但是半导体技术对于一个国家而言的重要性不言而喻 。 因此 ， 无论有多难 ， 我们都有必要去攻克它 ， 即便是付出再大的代价 。
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