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”？

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

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

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/span>

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。