華為80億重金研發光刻機:需要多少時間,需要哪些隊友?科技

2020-07-25

原標題:華為80億重金研發光刻機:需要多少時間,需要哪些隊友?

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文 | 華商韜略 吳蘇

芯片持續撬動著資本、民心和政策,想讓行業崛起也絕非一日之功。

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近日,臺積電正式宣布,在美國給出的 120 天寬限期結束后(9 月 14 日之后),臺積電不再為華為代工生產芯片。同時,中芯國際也曾在其招股書中表示,未來可能無法用美國的半導體設備為華為代工芯片。

如此一來,形勢變得更為嚴峻,除了購買第三方的芯片,自己制造芯片生產的核心設備光刻機,也是一個逼不得已的選項。

最近一則華為要生產光刻機消息,更是激起了輿論的巨大關注。

有媒體報道,華為方面已經開始著力自建芯片晶圓廠,并且已經在招聘光刻工藝工程師,工作地點在東莞松山湖。

還有消息稱,華為“確實去很多半導體設備廠挖人”,一家國產光刻機廠商“被挖走了不少人”。

消息傳出,大批網友感到振奮,“如果華為搞,可以直奔 5nm 制程去,其實 ASML 真干也只干了兩年”、“兩年搞定 5nm 芯片生產線”、“前期評估 5nm 光刻機 2 年內投入量產”之類的評論層出不窮。

此前, 美國官方聲明,將嚴格限制華為使用美國的技術、軟件設計和制造半導體芯片,以保護美國國家安全,并切斷華為試圖脫離美國出口管控的途徑。

但針對美國此次限制升級,5 月 16 日上午,華為通過心聲社區發文稱:沒有傷痕累累,哪來皮糙肉厚,英雄自古多磨難。回頭看,崎嶇坎坷;向前看,永不言棄。

此外,近期還有好消息。英國當地時間 6 月 25 日,華為公司正式宣布其位于劍橋園區的第一期規劃已經獲批,主要用于光電子的研發與制造。

該項目規劃經歷三年多時間,今年是華為進入英國市場的第 20 年,該公司目前在英國擁有 1600 名員工。

其實早在 2016 年,華為就申請了和光刻機相關的技術專利。也就是說,華其實在提前布局,相關數據顯示,華為已經在相關領域投資了 80 億美元。

只是想要打造自己的生產線和光刻機難度是無法想象的。

2.

華為足夠強,但想成功造就光刻機也絕非一日之功。光刻機的本質其實與投影儀+照相機差不多,但不過說起來,作為半導體行業“皇冠上的明珠”,想實現行業整體崛起必須打團體戰!

這是涉及到種種專利及供應鏈部件限制,并不那么容易突破封鎖。這從當年最大光刻機巨頭尼康的衰落這件事上就能一探究竟。

上世紀 90 年代,光刻機的光源波長被卡死在 193nm,成為了擺在全產業面前的一道難關。

但當初要強的尼康的零件技術卻想全靠自己搞定。尼康選擇了在 157nm 上一條道走到黑,卻沒意識到背后有位虎視眈眈的攪局者。

尼康晚了半步,卻一步錯步步錯。錯失 EUV 關上了尼康光刻機的大門,而 ASML 卻借機崛起,演繹出一場地地道道的美國式成功。

如今,ASML 成為全球光刻機的霸主,也是唯一能生產 EUV(極紫外線)光刻機的荷蘭廠商,截至 2018 年初,在全世界范圍內約有 12000 件專利和專利申請,在中國的專利申請就達到 1326 件。

不僅數量龐大,ASML 的專利也高度集中,幾乎都聚焦于光刻機及其零部件。專利背后,當時 ASML 擁有 160000 名員工,其中大部分都是研發人員。

事實上,ASML 能笑傲全球,不是荷蘭一個國家取得的成果,而是多個國家通力合作的產物。

因為,光刻機是一種集合了數學、光學、流體力學、高分子物理與化學、表面物理與化學、精密儀器、機械、自動化、軟件、圖像識別領域頂尖技術的產物。

若不是當年美國的小心思,拉偏見,提防日本崛起,根本就沒這個荷蘭公司的機會。

當時,掌握光刻機界話語權的是日本尼康、佳能。

1997 年,美國巨頭英特爾組織了一個叫 EUV LLC 的聯盟。這個聯盟里,除了英特爾和牽頭的美國能源部,還有摩托羅拉、AMD、IBM,以及能源部下屬三大國家實驗室:勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、桑迪亞國家實驗室和勞倫斯伯克利實驗室。

英特爾希望把尼康和 ASML 拉進聯盟,但美國將 EUV 視為推動本國半導體產業發展的核心技術,不大希望外國企業參與其中。

然而,EUV 光刻機技術要求太高,可以說逼近物理學、材料學和精密制造的極限,單打獨斗可不行,本國的光刻機企業 SVG 等又被來自日本的尼康“掃蕩”得扶不上墻,自然對尼康不放心,于是最后,美國選擇荷蘭的 ASML 合作。

ASML 也很有決心,不僅同意在美國建立一所工廠和一個研發中心,用來滿足所有美國本土的產能需求,還保證 55%的零部件均從美國供應商處采購,并接受定期審查。

這是 ASML 甩掉尼康,依托 EUV LLC 研發人員發表的技術成果,一步步發展成全球霸主的原因,也是美國能禁止荷蘭生產的光刻機出口中國的原因。

說到底,ASML 的光刻機王朝,建立在國際合作的基礎之上,離不開美國光源技術,德國蔡司的光學技術支持……

所以,ASML 曾揚言,就算公開圖紙也不怕被山寨。因為西方合作供應鏈機制,沒人能山寨。有些東西,別人是不會賣給你的。他還特意解釋了為什么他不害怕中國會模仿出光刻機:

光刻機設備供應商 ASML 的首席執行官 Peter Wennink 此前表示:“這是因為我們是系統集成商,我們將數百家公司的技術整合在一起,為客戶服務。

這種機器有 80000 個零件,其中許多零件非常復雜。”

3

你可能覺得,華為剛起步,就拿來和國際龍頭相比,不太合適。

那么,可以用國產龍頭上海微電子來對比。

上海微電子成立于 2002 年,由國內多家企業集團和投資公司共同投資組建,長期專注研發光刻機,截止 2020 年 5 月,持有的專利和專利申請數量超過 3632 件,可以做到最精密的加工制程是 90nm 的光刻機。

90nm 的光刻機,可以驅動基礎的國防和工業,但只能算是最底層的水平。有分析說,上海微電子能造出來的芯片,相當于 2004 年的奔騰四處理器,“有十幾年的差距”。

不難看出,要生產光刻機,尤其是生產 5nm 芯片的 EUV 光刻機,需要長期的努力。

目前,中國芯片制造方面頂尖的中芯國際只有 28 納米的生產工藝,14 納米工藝才剛剛開始量產,且中國芯片制造只能占到世界 7.3%的份額。

美國的封鎖與打壓,短期看,的確制造很多困難,但長期看,只會激發中國放棄僥幸,集中力量,讓核心科技硬起來。半導體產業被持續加持,中芯國際的快速上市,本身就是例子。

從全球產業和市場格局看,中國半導體產業,也已到了可以突圍而上,加速發展的關鍵時刻。

一邊難度系數極高,一邊是生存之戰,所以華為要搞成光刻機,需要兄弟幫襯,需要直接面對,更要能夠整合全國相關的產業、技術和資源,“集中力量辦大事”。

其實,國產光刻機廠商中,上海微電子是一個不錯的合作對象。分析人士指出,上海微電子研發中的 28nm 分辨率的光刻機可以用于 14nm 芯片的生產,多次曝光情況下,甚至可以生產 12nm 的芯片。上海微電子擁有這樣的技術基礎,華為與其合作,能走不少彎路,也能彼此激發,共同創新,走得更遠。

當然,光刻機還有很多技術,國產廠商暫時沒法突破,這就更需要中國相關產業攜手前行,一起提升技術水平。事實上,中國很早就重視了半導體的大戰。最早可追溯至上世紀 60 年代。但在后來的發展中,由于自身路徑,國內產研環境,以及不友好的產業環境等多種原因,逐漸掉隊。

中科院微電子所院士表示,在光刻機方面國內與國外先進相比相差 15-20 年的距離。即使是國內最先進的上海微電子,也還有相當長的路要走。

但近年來,國家加大了對半導體行業的投入。大基金一期投入 1300 億,已收尾;二期預計超過 2000 億。但這些資金需要投資的項目也很多,涵蓋芯片設計、制造、封測、設備等諸多領域。以一期為例,累計投資 62 個項目,涉及 23 家上市公司。

單從 ASML 稱霸天下來看,這也是全人類努力的科技結晶。所以前方雖然艱巨,但前景卻很光明。

半導體行業向中國轉移的大趨勢不會改變。另一方面,國家也正進一步加大支持和投入,也給了國內企業追趕的機會。

但相關的專家也表示目前中國想自研光刻機漫漫長路,拿日本和韓國做例子,其實他們背后都有美國的影子,日本在美國技術的支持下完成了第一產業產業轉移,同樣的韓國也是,想靠一己之力幾乎不太可能,技術也有個積累的過程

所以,光刻機之戰需要打團體戰,唯有行業崛起,技術暴走,才能讓產業鏈整體雄起。這是一個需要積淀的行業,成為光刻機領域真正不可替代的國產希望,華為的路還要很遠,但慶幸的是,這條路越走越穩了。

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