2021年已臨近尾聲，但上海微電子子裝備（集團）股份有限公司上半年交付評審的SSA800／10 Atf光刻機項目，仍未傳出期待已久的捷報。

有些事情，一直沒消息就是最好的消息。至于另一些，遲遲沒有下文就意味著有了麻煩。

現(xiàn)在有不小的可能，這項關(guān)系到極端情況下芯片能否完全國產(chǎn)化的重大項目，將會延期至2022年——甚至更晚一些的時候。

關(guān)系重大的02專項，可能遭遇到了挫折。

01

被卡住的“核高基”

“核高基”這個詞，想來許多人都有所耳聞。雖然不太了解的朋友可能會將之誤解為國家核計劃相關(guān)，但實際上，這是“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”的簡稱。

在十五年前的2006年，全國人大通過了名為《國家科技重大專項（2006－2020）》的系列國家主導(dǎo)重大工程決議。計劃由國家力量來主導(dǎo)，以2020年為節(jié)點，推進(jìn)被歸納為十六個大項的重大戰(zhàn)略產(chǎn)品、關(guān)鍵共性技術(shù)和重大工程系列。

例如近年來接連告捷的中國大火箭、載人航天以及地外天體探測項目，匯總起來便是其中的載人航天與探月工程專項；國產(chǎn)大客機的C919項目乃至于預(yù)研中的C929項目，合并便是國產(chǎn)大型飛機專項。

在全部十六個專項中，除去三個涉及國防的保密項外，力爭關(guān)鍵“電子器件、芯片制造和相關(guān)軟件產(chǎn)品”自主的系列專項位列榜首，是之為“01專項”，即所謂的建立完全自主的“核高基”體系。其重要性僅從排名就可見一斑。

而想要完成這個“01專項”，就必須基于“02專項”這個前提，即突破自主知識產(chǎn)權(quán)的極大規(guī)模集成電路制造裝備以及相關(guān)成套工藝。而“02專項”給出的制程工藝目標(biāo)，便是突破28nm技術(shù)。

而本次極有可能被“打回票”的上海微電子 SSA800／10 Arf光刻機，單次曝光分辨率達(dá)到了38～41nm，基本滿足了“02專項”所要求的28nm工藝范圍。可以說，這就是一臺設(shè)計用來幫助中國自主芯片“突圍”的設(shè)備。

也許有人會嫌棄這個指標(biāo)。畢竟，28nm制程在十年前，大概還能算是先進(jìn)工藝，但在這個7nm遍地走，5nm產(chǎn)品已不止一款，晶圓工廠甚至開始“畫餅”3nm的今日，動用國家力量突破這一技術(shù)，卻又意義何在？

那么，請注意01和02這兩個專項，都提到的關(guān)鍵詞——自主。實際上，在全部十六個專項大類中，無論公開的還是保密的，“獨立”和“自主”都是重中之重。

而“02專項”的根本目的，就是立足于28nm這個不上不下的節(jié)點，實現(xiàn)28nm以及以下制程的完全自主化。

雖然我們?nèi)粘Ｊ艿礁鞣N電子產(chǎn)品廣告的“轟炸”，早就視7nm甚至5nm作習(xí)以為常。但不可否認(rèn)的是，28nm這種看似頗有點“不上不下”感覺的制程，卻是目前各類除商用移動設(shè)備除CPU、GPU等最尖端處理器外，其他類型半導(dǎo)體元器件的主流制程。

當(dāng)前，隨著半導(dǎo)體器件制程工藝逐步逼近其物理極限，“摩爾定律”實際上已經(jīng)失效。所以在可以預(yù)計的未來，只要掌握了28nm制程技術(shù)，就意味著可以解決除少數(shù)核心處理器外，絕大多數(shù)常規(guī)中低端部件的生產(chǎn)和制造。

近年來，雖然中國在載人航天、大飛機領(lǐng)域均捷報頻傳，但更加基礎(chǔ)的部分里想要取得突破，卻非常的不易。

然而即便如此，有些事情我們還是得堅持做下去。

02

兩條腿走路，做兩手準(zhǔn)備

由國家主導(dǎo)的重大專項系列，講究的是獨立自主有備而無患。然而在當(dāng)今這個頗為特殊的時期，“拿來主義”仍有其意義。

在芯片產(chǎn)業(yè)，所謂的“拿來主義”，就是暫時將“自主”的要求放寬，不再以百分百排除非美國技術(shù)設(shè)為先決條件，而講究在可以利用外國技術(shù)的時期，盡量基于可獲得技術(shù)去取得進(jìn)展。

事實上，國內(nèi)商用芯片在可預(yù)期的階段，似乎都離不開海外特別是美國技術(shù)。例如中芯國際、華虹集團、華潤微電子等，目前仍就必須大量使用荷蘭ASML生產(chǎn)的光刻設(shè)備。

現(xiàn)階段，受《瓦森納協(xié)定》限制，荷蘭政府禁止ASML對華出口極紫外光刻機（使用13．4nm極紫外光源）。但受目前已經(jīng)能自主生產(chǎn)的SSA600／20（90nm），以及本次未通過驗收的SSA800／10之惠，各類使用193nm深紫外光源（DUV）光刻機，卻并未被列入（或者說已經(jīng)被剔除出了）禁運目錄。

這一結(jié)果就是，中國企業(yè)近期一直在大量采購ASML生產(chǎn)的NXT系列浸沒式光刻機。目前，僅大陸廠商掌握的NXT 1980Di型DUV光刻機總數(shù)就超過了20臺，甚至還引進(jìn)了多臺最新式的NXT 2050i型。后者在每小時晶圓加工數(shù)量方面，有著較為顯著的提高，且設(shè)備可靠性也更佳。

當(dāng)然，有了適合的設(shè)備，卻不等于企業(yè)已經(jīng)掌握了對應(yīng)的制程技術(shù)。由于大陸企業(yè)在該領(lǐng)域起步過晚，目前在許多方面仍磕磕絆絆。

如中芯國際等國內(nèi)晶圓代工企業(yè)，在兩年前已經(jīng)基本掌握了28nm制程的生產(chǎn)工藝，目前良品率已基本和三星、臺積電等國際晶圓大廠接軌。但更進(jìn)一步的14nm制程技術(shù)，卻仍受困于良品率問題。

工藝外的另一個問題，是產(chǎn)能。

截至今年上半年，面對全球性芯片短缺這一難得的賺錢良機，中芯國際竭盡其所能，全部28nm產(chǎn)線的月產(chǎn)能也僅僅是勉強達(dá)到了1萬片（12英寸晶圓，下同）。

而作為對比，臺積電南京廠的28nm產(chǎn)線在擴產(chǎn)后，月產(chǎn)能是4萬片。作為先進(jìn)制程門檻的14nm，由于良品率的問題尚未得到根本性突破，所以截止2020年末，月產(chǎn)能一直徘徊在2000～3000片之間。

顯然，對于中芯國際等企業(yè)來說，盡快擴張產(chǎn)能才是當(dāng)務(wù)之急。在可以預(yù)見的未來，國內(nèi)對于各種芯片的需求將會更加熾烈，特別是隨著一大批無晶圓工廠隨著自主策略崛起以后，會有一波越來越旺盛的自主芯片替代潮涌起。

03

容易被忽略的短板

談到這里，就不得不說一下在芯片自主方面，除光刻機外的另一個重大短板：EDA（Electronic Design Automation）軟件問題。

在硅晶片誕生之初，芯片設(shè)計本質(zhì)上和機械作圖沒有什么區(qū)別。然而隨著最近30年來集成電路技術(shù)的突飛猛進(jìn)，集成電路的晶體管數(shù)量從數(shù)百上千，迅速增至幾萬、幾十萬、數(shù)百萬級別。

為了完成各種大規(guī)模集成電路的設(shè)計，計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）被引入進(jìn)來，并逐漸發(fā)展為獨立的EDA。

上月中日，阿里巴巴旗下平頭哥半導(dǎo)體公司，推出了自主設(shè)計的，基于最新ARMv9架構(gòu)的倚天710服務(wù)器專用芯片。該芯片以128核于600億晶體管規(guī)模，成為了迄今為止集成晶體管數(shù)量最多的量產(chǎn)芯片。

而如此規(guī)模的晶體管數(shù)量，其芯片的電路設(shè)計，已經(jīng)早就不是純?nèi)肆梢酝瓿傻牧恕?/p>

近20年來，幾乎每一款超大規(guī)模集成電路的背后，都有著EDA的身影。作為一類自動化設(shè)計軟件，其通常搭載有大量標(biāo)準(zhǔn)單元庫的概念——不同單元庫代表特定功能的電路。

在實際工作中，設(shè)計人員只需要調(diào)用不同的模塊，即可有序搭建芯片的基本架構(gòu)。

在EDA輔助下，設(shè)計人員已經(jīng)不再需要（實際也不可能）去了解每個芯片的所有細(xì)節(jié)部分。其大多數(shù)時候，實際近似于依托一個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模型在那邊搞設(shè)計。

而EDA，是一個幾乎被美國企業(yè)完全壟斷的市場。

EDA行業(yè)，有著所謂的“三巨頭”說法。即成立于1981～1988年間的三家美國企業(yè)：新思科技（Synopsys）、鏗騰電子（Cadence）和明導(dǎo)國際（Mentor Graphics），占據(jù)全球接近80％的市場。

而在中國國內(nèi)，來自于這3家企業(yè)的軟件服務(wù)，更是一口吞下了近90％的市場份額。

由于如此的市場占有率，所以對于中國企業(yè)而言，來自于EDA軟件的威脅，可能遠(yuǎn)比之光刻機上的“卡脖子”要來得直接。因為無論華為旗下海思半導(dǎo)體，還是阿里旗下的平頭哥，絕大部分號稱自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片，都離不開來自于國外公司的EDA工具。

所以，談到這里，是不是感覺就陷入了一個死循環(huán)了？首先，你必須掌握了先進(jìn)的計算機軟硬件，然后，才能設(shè)計出更強大的硬件和軟件……

并不是說國內(nèi)就沒有專注于開發(fā)EDA軟件的企業(yè)。然而，一款EDA工具的研發(fā)，通常有著極為漫長的周期。以理想狀態(tài)來說：軟件本身的開發(fā)周期大約3年以上，然后還有2年多的磨合期?，F(xiàn)實中，任何人想要交出一個可以使用的EDA工具軟件，至少需要耗費6年時間。

而且，這還只是初步完成而已。沒有大量實際項目的檢驗，產(chǎn)品覆蓋也注定不會全。現(xiàn)實中，鮮有企業(yè)愿意冒著流片失敗的風(fēng)險，會去為新的EDA工具充當(dāng)這個“小白鼠”的。

所以，三巨頭在這方面的優(yōu)勢不但明顯，而且?guī)缀蹼y以逾越。

以Synopsys為例，該公司提供的每套集成電路設(shè)計工具，都?xì)v經(jīng)十余年的打磨和迭代，并且能夠提供給IC公司的都是全套工具，因此具備絕對的競爭優(yōu)勢。

可以想象，在如此絕對的優(yōu)勢下，一旦美國對EDA軟件實施禁運（甚至不需要用到臭名昭著的長臂管轄權(quán)），那么我們企業(yè)卡的脖子的問題又會多出設(shè)計這一環(huán)節(jié)。這一切，正如華為在去年5月份所領(lǐng)教的那樣。上世紀(jì)90年代，由于特別的政治環(huán)境，國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)為完全依賴美國供應(yīng)，導(dǎo)致自主研發(fā)團隊瀕臨解散。近年來，隨著外部環(huán)境的變化，引來了資本的矚目，開始重新組織團隊開發(fā)EDA軟件，例如華大九天。

但可以預(yù)計的是，想要突破這一層封鎖，我們的企業(yè)還需要長期的投入以及漫長的磨合時間。

中國vs外國，是中文互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)內(nèi)一個爛大街的老哏，指的是不少人但凡涉及到中外對比，總要集全世界其他國家的一切精華，拿來和中國進(jìn)行對標(biāo)。

比軍事力量要選美國，比人均富裕程度必須是北歐國家，比國土遼闊必選俄國。凡此種種，堪稱中文社區(qū)一絕。

然而，隨著中美大國競爭帷幕的拉開，我們所面臨的，正是這樣一種“中國vs外國”——中國必須與美國外加其一切發(fā)達(dá)國家盟友進(jìn)行競爭。

而這場競爭的終點，必須是中國的力量足以勝過了當(dāng)今世界的全部發(fā)達(dá)國家的集合體……

實際上，在這場沒有硝煙的芯片爭奪戰(zhàn)中，中國所面對的，何嘗不是一敵眾強的局面？

EDA三巨頭，是美國電子科技界集40年經(jīng)驗和積累于一身的業(yè)界翹楚；至于荷蘭的ASML，更是整個歐美國家基礎(chǔ)工業(yè)的集大成者。

一臺ASM生產(chǎn)的極紫外光刻機，擁有10萬個以上的零配件，其中大部分零配件都需要進(jìn)口：鏡頭來自德國蔡司、光源設(shè)備由美國企業(yè)生產(chǎn)、微動機械來自日本和中國臺灣……

毫不夸張地講，光刻機本身便是當(dāng)今世界各發(fā)達(dá)國家優(yōu)勢技術(shù)的集合體。

上海微電子的挫折，源于打造28nm自主光刻機最大的問題，并非是制造設(shè)備本身。該項目之宏大，涉及到鏡頭、光源、精密機械，甚至是浸沒工藝必需的高純水，幾乎是考驗整個基礎(chǔ)工業(yè)。

實際上，推進(jìn)SSA800／10 Atf光刻機項目的過程，便是由上海微電子牽頭，對國內(nèi)相關(guān)工業(yè)體系所有“短板”，的一次集中清理工作。

并非是要為挫折和失敗找理由，但如此龐大的項目最后會有所疏漏，似乎在所難免。

然而，國人卻也不必就此灰心喪氣。在這場以年為單位的追趕中，我們不必以一時得失論成敗，更不必因暫時的成敗論英雄。對于正處于國家上升期的我們來說，只要做好每個人分內(nèi)的事情，時間就注定是我們最大盟友。