主要是因为芯片制造商是台积电、三星与英特尔三家为主要的。华为与高通仅是芯片的设计公司,并不是制造厂家。所以说制程与设计公司关系不大,你设计出来,生产不出来也是白搭的。
目前全球芯片制造有三种模式:
第一种是IDM (integrated device manufacturers):主要玩家有因特尔,三星,SK海力士,镁光, 德州仪器等。他们自己设计芯片然后自己制造出来。
第二种是fabless (fab是fabrication的简写,fabless就是没有fabrication的意思).:主要玩家有华为,高通,苹果,英伟达,博通,AMD等等。他们只负责设计芯片,然后将设计好的版图交给代工厂 (就是最后一种foundry)去制造成芯片。
第三种是 foundry (代工厂).:主要玩家有台积电,Globalfoundries,联华电子,中芯国际。他们只负责将fabless的版图制造成芯片,不负责设计。
因此,从以上可以看出只有第一种和第三种是有真正的芯片制造能力的,其中有7nm制程的是三星和台积电。但其实intel的10nm和三星与台积电的7nm制程性能是差不多的。所以全球能做出高性能芯片的只有这三家。三星虽然是IDM,自己也提供代工服务,常年为苹果代工。中芯国际14nm制程刚投产,良率暂时还不足,要想追上台积电还需要一段时间。
这就是为什么大家在提到7nm芯片时,从不提华为高通苹果等等。因为他们都只负责设计完了画成图纸,你要愿意画成1nm也可以,就是没人能制造的出来,那也是没有意义的,能制造出来才是最厉害的。
另外与大家说说一些关于芯片的题外话:
这里提到7nm制程都是大家所说的CPU,GPU这样的芯片制造。其实还有一些别的公司也可以叫做IDM,他们可能是制造GaN上的射频芯片,MEMS传感器等等。和通用的CPU,GPU不是同一套制程甚至涉及其他材料。一般来说这些公司都被忽略掉了,其实很多都很厉害,垄断着一些市场没那么大的器件上。这个意义上讲长江存储应该和镁光一样,也是IDM。因为3D NAND是一套和逻辑芯片完全不同的制程,流程可以在网上找到,但是细节全是不能公开的内部机密。
多说一句,打磨制程是耗时耗力耗钱的过程,不是有了好的仪器就可以了。
foundry就是研究制作流程和调节每一步的具体细节,而不管仪器的制造。就算如此,(偶觉得)它也算是整个半导体行业中最烧钱的部分了。
制作芯片步骤包括但不限于:化学机械抛光,渗透,离子注入,热氧化,光刻,干刻蚀,湿刻蚀,蒸镀,溅射,化学气相沉积,退火。优化流程就像,你要是做一个20nm宽的沟道,你可以直接光刻一个20nm的。你要是想做一个衍射极限之下的宽度,就得想点办法了,这里有一些非常有想象力的骚操作,但是结果是这一层的形状有要求,fabless在设计的时候只有遵循这些形状的要求,不然做不出来,这些被称为production rule。有一些流程也可以多种选择,比如像在硅上长二氧化硅,可以用热氧化的方法直接把表面氧化成热氧化硅,也可以用CVD或者蒸镀来长。如果就长一层,那大家就用热氧化了,那样的SiO2质量最好。如果像3D NAND那样64层甚至128层,大家就会选择用CVD来长一层Si一层SiO2。现在MOSFET中的栅极绝缘层都用HfO2,那就只能ALD之类的方法长了。工艺的打磨是特别烧钱的,像AMD就曾经是IDM,后来烧不动钱了,就把整个fab砍掉了,变成了一个fabless,那个被砍掉的部门就发展成了后来的globalfoundries。
有了工艺,上面的每一步都对应一种仪器。仪器的提供商是另一些公司,主要有应用材料,东晶电子,Lam,ASML(只提供光刻机),KLA-tencor(主要提供检测设备),中微半导体(可以提供干刻蚀所学的等离子体刻蚀机)。
仪器中要用到的高纯度材料和化学品又由另一些化工材料的公司提供,包括化学机械抛光的抛光液和研磨垫,光刻胶,光刻胶显影液,干刻蚀所用的气体,化学气相沉积所用气体,溅射和蒸镀的靶材。电子级的靶材主要集中在美日,光刻胶,抛光液和研磨垫主要是一些巴斯夫,陶氏之类的公司提供。
可以说,制造一颗芯片那是动用了全球的资源进行的,任何一个环节出了问题都不能完整制造出一颗合格的芯片,以美国为首的一些垄断资本主义国家,看到了这几年中国发展迅速,威胁到他们的利益,就开始通过芯片来制裁中国,因此,这也是中国被人家卡脖力的无芯之痛,也许大家经过努力,举全国之力,全力追赶,也许在未来就可以完全实现真正的中国芯!
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