截止今天，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)涌入了將近3000條回答，而各路答主們也紛紛就這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)了一系列腦洞大開(kāi)的聯(lián)想。
固然這個(gè)問(wèn)題有抖機(jī)靈的成分，但這也代表了國(guó)人對(duì)芯片的國(guó)產(chǎn)化有著多么高的關(guān)注度。
從中興到華為，缺“芯”問(wèn)題始終是懸在國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)頭頂?shù)囊话牙小?/p>
那么，國(guó)產(chǎn)“芯”什么時(shí)候才能“站起來(lái)”呢？我們與世界先進(jìn)水平之間有多少差距呢？了解這些問(wèn)題，我們才能正視自己的位置，找到一條正確的道路。
從“沙子”到硅片，我們的脖子越卡越緊
在網(wǎng)上經(jīng)?？梢钥吹骄W(wǎng)友們開(kāi)玩笑，說(shuō)“給我一車(chē)沙子，我也可以手搓出芯片”。
這個(gè)玩笑看似離譜，但也并不完全沒(méi)有依據(jù)。作為我們每天都會(huì)接觸到的產(chǎn)品之一，現(xiàn)在的芯片基本都是由單晶硅做為基層，也就是人們常說(shuō)的“硅基芯片”。
而普通河沙的主要成分，剛好就是二氧化硅（SiO?）。
這個(gè)笑話(huà)也同樣說(shuō)明了一件事：芯片的原料硅，是一種一點(diǎn)都不值錢(qián)的元素，它在地殼中的含量高達(dá)26．3％，我們隨手抓起的一把泥土中都有不在少數(shù)的硅元素存在。
當(dāng)然，硅基芯片的硅并不是從普通的河沙中來(lái)，而是硅含量更高的硅石。
硅石中的主要成分依然是二氧化硅。
而要將這些不值錢(qián)的石頭變成芯片，它們要經(jīng)歷的第一件事，就是反復(fù)的熔煉，將其變成一根“又黑又粗”的硅棒。
熔煉的步驟真要完全寫(xiě)下來(lái)，就會(huì)變得“又臭又長(zhǎng)”。并且這些步驟技術(shù)含量并不高，所得到的產(chǎn)品不論是工業(yè)硅還是多晶硅，都完全不存在“被卡脖子”的狀況，產(chǎn)量甚至還能吊打其他國(guó)家的總和。
所以這些步驟小黑就不多說(shuō)了。
當(dāng)一塊硅石變成多晶硅之后，接下來(lái)的步驟對(duì)我們目前的相關(guān)產(chǎn)業(yè)就不那么友好了。
要想“搓”出一顆芯片，我們就需要將多晶硅轉(zhuǎn)變成單晶硅。相比前者，單晶硅擁有更穩(wěn)定的電學(xué)性質(zhì)，甚至可以稱(chēng)得上是最純凈的物質(zhì)之一。
目前常用的生產(chǎn)方法是柴可拉斯基法。這種方法又稱(chēng)直拉法或者提拉法。正如名稱(chēng)所示，這種方法就是將一條單晶硅“種子”浸入多晶硅溶液中，邊旋轉(zhuǎn)邊向上拉，由于溫度逐漸下降，被拉出的多晶硅溶液逐漸凝固成固態(tài)的單晶硅棒。
之后，單晶硅棒還需要經(jīng)過(guò)滾磨、開(kāi)槽、切片、倒角、精研、背面處理、化學(xué)機(jī)械拋光、清洗等多達(dá)十余道步驟，才能制作出一片合格的硅片。
單論單晶硅棒和硅片的生產(chǎn)，我國(guó)依然可以吊打世界其他國(guó)家的總和。但單晶硅材料又根據(jù)制造流程的精度不同，被分為光伏級(jí)和半導(dǎo)體級(jí)——而我國(guó)的優(yōu)勢(shì)也僅限于精度要求更低的光伏級(jí)單晶硅。
而設(shè)備和精度要求更高的半導(dǎo)體級(jí)單晶硅領(lǐng)域，市場(chǎng)被日本、德國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)牢牢把持，其中日本的信越化工和盛高集團(tuán)兩家更是占據(jù)了50％以上的市場(chǎng)。至于我國(guó)的份額，甚至不到全球的5％，并且良品率也不高。
到這里，在芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈中我們第一個(gè)被卡脖子的流程就出現(xiàn)了。
對(duì)了，用來(lái)生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)單晶硅的設(shè)備，我國(guó)依然需要進(jìn)口——因此會(huì)被卡脖子的不只是半導(dǎo)體級(jí)單晶硅的制造，連它的“爸爸”精密機(jī)械也同樣容易被卡脖子。
從硅片到芯片，國(guó)內(nèi)外差距逐漸增大
你以為切片之后的單晶硅棒就是傳說(shuō)中的晶圓，可以拿來(lái)造芯片了？
并不是。到硅片這個(gè)程度，也不過(guò)是剛剛進(jìn)入了芯片制造的門(mén)檻。從硅片蛻化成晶圓的過(guò)程中，我們還需要對(duì)它進(jìn)行一個(gè)重要的步驟：光刻。
顧名思義，光刻的意思就是用光來(lái)雕刻。但和我們印象中的雕刻不同的是，光刻本身就是一個(gè)包含多個(gè)步驟的復(fù)雜工序，用的也不是普通的光。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，光刻是利用光刻膠正膠和負(fù)膠的不同光學(xué)特性，通過(guò)曝光和顯影在硅片上刻出光掩膜上預(yù)先設(shè)計(jì)好圖形的操作。
當(dāng)然，說(shuō)起來(lái)容易，實(shí)際步驟可是相當(dāng)復(fù)雜。更重要的是，一塊硅片需要經(jīng)過(guò)反復(fù)光刻，一顆復(fù)雜的芯片光是導(dǎo)線(xiàn)層就可能達(dá)到20層以上。
而這一步，就需要光刻膠、光掩膜和光刻機(jī)共同作用。
光刻機(jī)的復(fù)雜性，大家應(yīng)該都有所耳聞，小黑之前也多次寫(xiě)過(guò)它在芯片制造領(lǐng)域的重要性。而光刻膠和光掩膜同樣有很高的技術(shù)門(mén)檻。
以光刻膠為例，2020年我國(guó)半導(dǎo)體光刻膠需求量有71％是由國(guó)外企業(yè)滿(mǎn)足的，其中KrF光刻膠自給率不足5％，Arf光刻膠和更先進(jìn)的EUV光刻膠則基本依靠進(jìn)口。
在芯片制造的流程中，光刻可以說(shuō)是基礎(chǔ)。正是基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的差距，成了卡住我國(guó)芯片制造業(yè)脖子的第二只大手——而且相比半導(dǎo)體級(jí)單晶硅，這是一只更有力、更致命的大手。
完成光刻后，就要進(jìn)入刻蝕和沉積兩個(gè)環(huán)節(jié)了。這兩個(gè)環(huán)節(jié)小黑在之前的文章中也有介紹，按下不表。
之后再將元件互連，一塊晶圓就此誕生。之后經(jīng)過(guò)檢測(cè)，接下來(lái)要做的就是將其切割、封裝。
切割（即劃片）這一步驟雖然簡(jiǎn)單，但同樣暗藏玄機(jī)。因?yàn)橄嚓P(guān)資料較少，小黑在這里也不多做介紹。
切割完成之后，這些小小的“芯片本體”還不能直接投入使用，而是要經(jīng)過(guò)另一個(gè)重要步驟：封裝。
我們可以把芯片的封裝看成是微觀世界中的“電路活”。在這一步，我們首先需要將芯片附著到基底上，并準(zhǔn)確無(wú)誤地鍵合兩者的接觸點(diǎn)。
之后，再安裝散熱部分和外殼模塊，最后經(jīng)過(guò)封裝測(cè)試，一塊芯片就這樣誕生了。
在封裝測(cè)試領(lǐng)域，我國(guó)的江蘇長(zhǎng)電、通富微電、天水華天確實(shí)能在市場(chǎng)上占據(jù)一席之地，但在整體份額、先進(jìn)技術(shù)方面，我們依然處于追趕者的位置。
特別是在3D封裝技術(shù)上，我國(guó)與世界先進(jìn)水平還有著很大的差距，只有迎頭趕上，才能避免“卡脖子”的第三只手逐漸生成。
芯片制造，想要追趕差距并不容易
事實(shí)上，在中興、華為先后遭遇禁令之前，國(guó)內(nèi)對(duì)芯片制造領(lǐng)域的關(guān)注度始終不高，人們更關(guān)注的是整機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等市場(chǎng)更大的領(lǐng)域。
但雖然芯片制造領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模與之并不是一個(gè)量級(jí)的，但卻牢牢把控著電子產(chǎn)品、整車(chē)等行業(yè)的命脈。
在這件事情上，不僅華為有話(huà)要說(shuō)，連寶馬、理想這樣的車(chē)企都有話(huà)要說(shuō)。
好在隨著人們的關(guān)注，我國(guó)對(duì)芯片制造領(lǐng)域的投入越來(lái)越多，一度出現(xiàn)了“有錢(qián)無(wú)處投”的情況。
不過(guò)小黑覺(jué)得，要在芯片制造領(lǐng)域迎頭趕上，雖然是一件好事，但一定要保持清醒的頭腦。
且不論晶圓廠(chǎng)的投建就需要幾十、上百億美元的成本，一臺(tái)先進(jìn)制程的光刻機(jī)售價(jià)也在上億美元——并且能不能買(mǎi)到還是問(wèn)題，單說(shuō)追趕的過(guò)程就是一個(gè)遙遙無(wú)期且成本無(wú)上限的過(guò)程。
以10nm制程工藝研發(fā)為例，臺(tái)積電的10nm制程工藝從2013年開(kāi)始研發(fā)到2017年初實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，經(jīng)過(guò)了近四年的研發(fā)歷程，其中的投入更是天文數(shù)字。
即便有了財(cái)力、人力、物力，更先進(jìn)制程工藝的研發(fā)也絕非易事。
同樣擁有雄厚實(shí)力的英特爾就是很好的例子。開(kāi)始研發(fā)10nm制程工藝的時(shí)間，英特爾與臺(tái)積電相差不遠(yuǎn)，但由于研發(fā)過(guò)程中遭遇的種種困難，直到2019年年底，英特爾的10nm制程量產(chǎn)才姍姍來(lái)遲。
或許有的小伙伴要問(wèn)了：哪怕追趕的腳步慢一點(diǎn)，堅(jiān)持下去還是能趕上的呀。
這個(gè)道理本身沒(méi)有錯(cuò)，但芯片制造領(lǐng)域往往有一個(gè)“贏者通吃”的規(guī)律。還是以芯片代工領(lǐng)域?yàn)槔?，在先進(jìn)制程工藝上優(yōu)勢(shì)明顯的臺(tái)積電和三星吃下了七成的營(yíng)收，而之后的格羅方德和聯(lián)電均因?yàn)檠邪l(fā)成本高昂放棄了先進(jìn)制程的研發(fā)。
光刻機(jī)領(lǐng)域也遵循同一個(gè)規(guī)律。在2004年以前，尼康始終是光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大，但在研發(fā)過(guò)程中遇到瓶頸并被阿斯麥爾趁勢(shì)超越后，短短數(shù)年內(nèi)就跌落到幾乎無(wú)人問(wèn)津的地步。
前車(chē)之覆，后車(chē)之鑒。正是有了這許多的案例，我們才能從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，用冷靜的頭腦看待芯片國(guó)產(chǎn)化之路。
這是一條前途不明朗、投入十分巨大的路，但小黑覺(jué)得，我們依然有必要在這條路上不斷探索。如何避免尼康的舊事重演，如何不懼失敗、保持希望，將每一筆錢(qián)用在刀刃上，是芯片國(guó)產(chǎn)化最需要考慮的事情。
