荷蘭都5nm製程了，我國自研28nm光刻機有啥意義？對華為幫助多大

最近，由於美國對華為的全面制裁，讓中國晶片行業備受關注，能否在晶片領域擺脫美國的限制，成為中國科技現階段至關重要的一點。就在這個關鍵時刻，我國傳出了好消息，由上海微電子自主研發的28納米工藝沉浸式光刻機目前已經取得了突破，預計在2021年到2022年將交付第1臺機器。

目前全球最大的光刻機廠商是荷蘭的阿斯麥爾（ASML），它生產的光刻機已經支持7nm和5 nm製程的EUV批量生產。（這裡的5nm製程是指製作晶片時，連接電晶體的導線可以達到5nm的尺寸要求，一根頭髮的直徑大概是0.05毫米，5nm相當於頭髮的1萬分之一大小，製程越小說明技術越先進。）臺積電搭建的5nm晶片生產線使用的就是它，比我國自主研發的28nm光刻機要領先兩三代。

看到還有這麼大差距，可能有人會覺得這並不能解決我國目前存在的問題，認為它的交付意義並不大。但事實並非如此！

老提光刻機，光刻機是幹啥的？

我們發現每次提到晶片，光刻機都是一個必不可少的話題，那麼光刻機到底是啥？和晶片又有什麼聯繫？

之前我專門針對晶片技術寫過3篇科普文，在晶片生產過程中大概可以分為三個環節：晶片設計、晶片製造和晶片封測。

晶片設計就是華為海思所做的事，看的是晶片設計公司的架構設計能力，要設計怎麼在一塊小小的晶片上集成幾十、上百億個集體管並且還要將它們通過納米級的線路連接起來。據說華為麒麟990晶片有103億個電晶體，蘋果的A13是85億。

晶片製造和封測則是臺積電擅長的領域，也就是對晶片進行加工，主要包括了掩膜版製備和晶片製造、晶片封裝以及晶片測試環節。在加工過程中需要多種製造設備，比如刻蝕機、離子注入機、貼片機和鍵合機以及我們常常提到的光刻機。

之所以老提光刻機是因為其它設備相比來說對我們的影響並不大，比如國內中微半導體自主研發的蝕刻機已突破5nm技術大關，走在了世界的前列。而光刻機則不然，今年之前我國自主研發的光刻機只能滿足90nm製程的晶片生產，技術非常落後。

中微半導體 蝕刻機

另外一臺完整的光刻機重達十幾噸，佔地上百平米，據說有10萬個零部件組成，結構非常複雜，短時間內技術很難取得突破。加上美國借《瓦森納協定》脅迫荷蘭政府，禁止阿斯麥爾向我國出口先進的光刻機，中芯國際採購的光刻機一直沒交貨也是這個原因。所以光刻機一直是我國晶片行業的心病。

如果我國自主研發的28nm光刻機成功交付，可以解決哪些問題呢？

軍用晶片可以得到提升

即使現在沒有戰爭發生，世界看起來是和平的，我們也需要不斷增強軍事武裝力量。一個國家只有軍事力量強大了，才能擁有真的底氣。比如俄羅斯，經濟能力並不強，但憑藉強大的軍事能力依舊可以讓美國吃癟！美國敢對伊拉克、伊朗發起戰爭，卻不敢對我們國家動手也是這個原因。

評估一個國家軍事力量是否強大，最主要的因素是看這個國家的武器裝備是否先進，比如中國的東風飛彈、北鬥衛星、殲20戰鬥機等等都是世界前沿的武器裝備。不難發現，現在的武器變得越來越智能化，所以保障武器進行智能控制的軍用晶片自然必不可少。但是軍用晶片涉及到國家安全問題，如果從他國進口，既受別人的限制又很難保證使用時的安全性。

東風-26飛彈

值得慶幸的是，軍用晶片和民用晶片有著不同的需求和針對性，對製造工藝要求並不高。比如就工作溫度而言，民用CPU的工作溫度為0℃~70℃。而軍品級CPU的工作溫度為-55℃~125℃。製造工藝上目前高端的手機晶片為了追求極致的性能體驗，都採用7nm製程，不出意外，華為下半年將推出搭載5nm製程晶片的手機mete40。而軍用晶片追求的高穩定性、高抗幹擾能力，當製程變小時，晶片的穩定性和抗幹擾能力會變差，所以目前軍用晶片都採用90nm和65nm製程，即便半導體技術全球最牛的美國，很多軍用晶片依舊採用在很多電子發燒友看起來非常老舊的65nm製程晶片。

上面已經提到，上海微電子研發的光刻機已經滿足90nm製程的晶片生產，加上一些技術手段的處理，滿足軍用晶片的製造工藝不成問題，所以國內軍用晶片早就實現了自主化。等到上海微電子交付28nm光刻機，一方面可以利用新技術提升現有90nm光刻機設備，降低軍用晶片的製造成本，另一方面可以為將來探索新一代軍用晶片提供基礎，為研製更先進的軍用武器貢獻堅實的力量。這樣的意義是十分重大的！

28nm製程的民用晶片市場依舊可觀

除了對軍用晶片的貢獻之外，我們還需要知道一點，28nm的晶片雖然不是最先進的，但也並非沒有用處，在民用市場也依舊佔據著不小的份額。

以大陸最強的晶片代工企業中芯國際為例，按照中芯國際2020年一季度報表，銷售額為9.049億美元，其中14nm業務的收入佔比為1.3%，而28nm製程業務收入佔比為6.5%，比28nm或更落後的製程收入佔比92.3%。這樣來看，28nm光刻機幾乎滿足中芯國際所有的業務需要。

中芯國際晶圓收入分析

再拿全球最大晶片代工廠臺積電來說，2020年第一季度，臺積電營收103億美元，有44.5%的晶片是28nm或更落後的工藝製程，同樣有很大的佔比。

臺積電第一季度銷售分析

從應用角度來看，28nm的晶片雖然在手機上早已過時，但是用在智能手錶、智能電視以及一些存儲器上還是不成問題的，備受關注的華為依舊也有28nm晶片的需求。

整體來看28nm的晶片在民用晶片市場的佔比依舊非常可觀，所以28nm光刻機交付可以為國內晶片產業帶來巨大的利益。

加速晶片產業自主化，增加信心和底氣

之前聽清華大學微電子研究所所長魏少軍教授講座時，他曾說：半導體是一個全球化最徹底的產業，美國是世界上最大的半導體產品出口國，臺灣是全球最大的半導體代工產業所在地，大陸是世界上最大的晶片市場，歐洲、日本、韓國的半導體產業則各具特色，在全球產業鏈中都扮演著非常重要的角色，任何一個國家都不可能實現半導體產業鏈所有環節的國產化。

魏少軍教授

其實，中國的晶片產業面臨的最大問題是無法保障供應鏈的安全，就拿這次美國制裁華為來說，先是禁止對華為出售晶片後來發現沒起到作用，現在又要禁止為華為代加工晶片。就因為目前國內沒有一套生產線可以給華為緩衝的機會，讓美國的陰謀得逞，使華為的未來發展充滿了不確定性。

在以往的晶片發展過程中，研發投入不足一直是我國晶片發展的弊病，即使在這樣的情況下，上海微電子通過默默耕耘竟從90nm製造工藝直接跳到28nm，大大提高了我國晶片行業自主研發的信心和底氣。我國也越來越重視晶片產業的發展，明顯加大了對晶片產業的研發投入，所以中國晶片產業的未來是值得期待的！

有利於去美化生產線的建設

美國以國家力量來遏制別國企業的發展，容不得別國企業發展得更好，這是一種科技霸凌，不僅中國反對，美國和世界其它國家和地區的產業界也不贊成。美國這麼做一方面直接讓晶片廠商們損失巨大的經濟利益；另一方面，各廠商同樣會擔心自己被霸凌的風險。

而避免風險的最好辦法就是降低美國技術的影響，脫離美國的技術掌控，所以在晶片領域一條去美化的生產線就顯得很有必要。而且如果真的能夠聯合三星、臺積電等國際頂尖廠商，合資搭建一條先進的去美化的生產線並非不可能實現。當時阿斯麥爾之所以能夠反超日本尼康成為世界頂級大牛，就是因為得到臺積電、三星和英特爾三大晶片廠商的支持。

當然打鐵還需自身硬，如果我們不能拿出一些真本事，是沒辦法讓這些頂級廠商提供幫助的，我們展現的實力越強，他們能看到的希望就越大，去美國化生產線可能性就越高。當我們的實力展示的足夠強大，讓他們看到的利益足夠多時，合作就水到渠成了！

所以，28nm光刻機的交付不僅能讓國內增加信心，對全球產業界來說都有影響。美國會因此重新思考對我國進行封鎖的代價和風險，其它國家的企業會評估和我國合作搭建去美化生產線的可能性和回報，在一定程度上肯定有利於去美化生產線的建設。

很可惜，28nm光刻機救不了華為

我發現很多關於上海微電子的文章都說28nm光刻機在通過其他技術加持下可以實現14nm甚至7nm製程晶片生產。通過在ASML、尼康和上海微電子官網了解了各自光刻機產品情況，我大致理解的是：光刻機最主要的參數是解析度，是指光刻機在待加工的矽片上能看到的最小距離。

ASML最先進的光刻機TWINSCAN NXE：3400C解析度是13nm，通過其他技術加持可以實現5nm和7nm製程的晶片加工；

阿斯麥爾 TWINSCAN NXE：3400C光刻機

尼康最先進的光刻機NSR-S635E解析度是38nm，號稱通過加持也可以實現7nm製程的晶片加工；

尼康 NSR-S635E光刻機

而上海微電子目前最先進的SSA600/20光刻機解析度是90nm,通過加持應該是可以滿足65nm製程的晶片加工。

上海微電子SSA600/20光刻機

而這些光刻機之所以可以進行低於解析度的製程加工晶片，是因為光刻解析度可以通過解析度增強技術進一步提高精度，技術手段包括光源優化、鄰近效應修正、添加輔助圖形等，這些技術手段過於專業我沒看懂，除此之外還可以通過對晶片多次曝光，以多層疊加的方式提高晶片的性能，間接提高晶片的製程。

這樣來看，上海微電子將要交付的光刻機如果是28nm解析度的話，是有可能通過技術手段實現14nm甚至更小製程的晶片加工的，但通過這種手段會大大提高晶片的製造成本，而且即使不考慮成本，等到第一臺光刻機交付成功，晶片的產量也不會很高，上海微電子光刻機的產能也不會很高（阿斯麥爾2019年只售出26臺光刻機）。所以，28nm的光刻機救不了華為，我們只能憑藉國內的市場優勢替華為周旋，為華為找到解決方式爭取時間。

中國半導體行業任重道遠，必須全力以赴

雖然中國半導體產業經過幾十年的發展已取得長足的進步，但我國晶片產業鏈整體還是落後很多，除了光刻機，晶圓製造、光刻膠等諸多領域和世界先進水平差距也很大，我們要正視自己的不足。只有腳踏實地的在某些領域做出世界矚目的成績，才能讓中國在全球半導體行業內擁有話語權。這個過程註定漫長且艱難，但是我們沒有退路，再苦，再難，我們也要全力以赴，拼出一片未來！