作者 | 馬超
出品 | CSDN
" 十年長作江頭客，檣竿又掛西風(fēng)席。" 如今到了我國芯片產(chǎn)業(yè)的突破阻礙，浴火重生的時(shí)刻了。受美國限制令影響，臺積電上月表示 9 月 14 日后將不再對華為供貨， 8 月 14 日中芯國際也表示，將停止支持華為。
中芯國際此舉實(shí)屬無奈，雖然我們有 14nm 的制造工藝，但卻造不出 14nm 制程的光刻機(jī)。
最近有消息稱為應(yīng)對美國的封鎖限制，華為啟動(dòng)了意在 " 自力更生、奮發(fā)圖強(qiáng) " 的制造項(xiàng)目 " 南泥灣 "，據(jù)稱筆記本電腦、智慧屏和 IoT 家居智能產(chǎn)品等受美國技術(shù)占比較低的項(xiàng)目，在今年底前實(shí)現(xiàn) " 南泥灣 "，達(dá)到自給自足。
筆者個(gè)人認(rèn)為這則消息可信度一般，因?yàn)槟壳肮P記本電腦 90% 的以上市場份額，是由英特爾及 AMD 的 X86 架構(gòu)芯片所占據(jù)，英特爾和 AMD 是美國公司，半年時(shí)間能搞定一個(gè)能取代 X86 架構(gòu)的指令集，這明顯是不可能完成的任務(wù)；智慧屏的芯片 " 鴻浩 " 是臺積電給華為代工的，在芯片制造方面我們落后的較多，想在半年內(nèi)建成像臺積電同樣水平的公司，有些天方夜譚。
但我們看到華為已行動(dòng)起來，在芯片制造領(lǐng)域進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)研究。近日，華為消費(fèi)者業(yè)務(wù) CEO 余承東在中國信息化百人會(huì) 2020 年峰會(huì)上表示后悔當(dāng)初沒有進(jìn)入芯片制造領(lǐng)域，使麒麟終成 " 絕版 "，但接下來華為將全方位扎根，突破物理學(xué)、材料學(xué)的基礎(chǔ)研究和精密制造，突破制約創(chuàng)新的瓶頸。包括 EDA 的設(shè)計(jì)、材料、生產(chǎn)制造、工藝、設(shè)計(jì)能力、制造、封裝封測等關(guān)鍵流程，全部被華為設(shè)定進(jìn)今后的目標(biāo)領(lǐng)域之中。
" 忘記歷史就意味著背叛 "，在重啟芯片制造領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的時(shí)點(diǎn)上，我們有必要回顧歷史，分析我們在芯片領(lǐng)域到底是怎么落后的，從而總結(jié)歷史，更好地發(fā)展未來。
令筆者欣喜的是，有熱心讀者找到了我國光刻領(lǐng)域的開創(chuàng)之作《光刻掩膜版的制造》，并找到了在我國電子工業(yè)全面轉(zhuǎn)型過程中，光刻廠改制與 EDA 重組的親歷者，筆者與他們進(jìn)行了交流，雖然他們不愿意透露名字，在聽了他們的經(jīng)歷之后，筆者十分震撼，所謂 " 應(yīng)是天仙狂醉，亂把白云揉碎 "。如果不站在親歷者的視角，很難理解當(dāng)時(shí)的歷史，接下來就帶大家聽聽他們的故事。
《光刻掩膜版的制造》背后
有不少文章都說，我國在光刻方面的落后是因?yàn)槲覀儾恢匾暬A(chǔ)科學(xué)的研究，這種說法至少不適合光刻技術(shù)領(lǐng)域。在這方面我國起步并不晚，基本和美國同步，還略早于日本。在上個(gè)世紀(jì) 60 年代初，中科院立項(xiàng)開始研究光刻機(jī)了，在 1965 年成功推出了 65 型接觸式光刻機(jī)，這個(gè)光刻機(jī)在當(dāng)時(shí)可謂國際領(lǐng)先，后來 1972 年武漢無線電元件三廠編寫了《光刻掩模的制造》。
在讀過這本書后，筆者才下定決定撰寫本文的，光刻與 IT 研發(fā)最大的不同點(diǎn)在于試錯(cuò)成本相去甚遠(yuǎn)，在 IT 的編程范式下，代碼的運(yùn)行結(jié)果是可以瞬間反饋的，這極大降低 IT 研發(fā)的試錯(cuò)成本；而光刻技術(shù)中很多工藝要靜置要等，沒有時(shí)間的積累根本就難以突破。
為了說清接下來的內(nèi)容，筆者向大家簡要介紹下光刻技術(shù)。在一臺光刻機(jī)中激光器負(fù)責(zé)光源產(chǎn)生，首先是激光器發(fā)光，經(jīng)過矯正、能量控制器、光束成型裝置等之后進(jìn)入光掩膜臺，最終制成晶圓。
如果展開討論的話，從激光器、激光鏡頭、控制器到光掩膜版，都能單獨(dú)成文。本次筆者聯(lián)系上的光刻前輩，從事過光掩膜版制造的相關(guān)工作。所以咱們今天就重點(diǎn)和大家聊聊光掩膜。
光刻掩膜版（又稱光罩，英文為 Mask Reticle），簡稱掩膜版，是微納加工技術(shù)常用的光刻工藝所使用的圖形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜圖形結(jié)構(gòu)，再通過曝光過程將圖形信息轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品基版上，詳見下圖，這里需要特別提到的一點(diǎn)是在光刻膠方面，日本廠商幾乎占據(jù)了 80% 以上的市場份額，可以說單從一個(gè)看似簡單的光掩模來看，我們下大力氣去攻堅(jiān)克難的方面都有很多，遑論整個(gè)光刻機(jī)的制造了。
超微粒干版作為光刻制版用的感光版的一種，其制造工藝的相關(guān)內(nèi)容，無論是在《光刻掩模的制造》，還是在前輩的親述當(dāng)中都有過介紹。其底板采用性能穩(wěn)定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸銀、鹵化鉀和介質(zhì)（明膠）三種材料為主配成乳膠液，再加入吡那金醇（增感劑）、三氮吲哚唎嗪（穩(wěn)定劑）、明礬（堅(jiān)膜用）等構(gòu)成，書中截圖如下：
有不少網(wǎng)友將武漢無線電元件三廠和武漢無線電三廠搞混了，甚至還有人說武漢之前根本就沒有過光刻廠。在真正了解過相關(guān)情況之后，筆者可以肯定的講，我們之前武漢的半導(dǎo)體技術(shù)真的很強(qiáng)，在前輩的指導(dǎo)下看過《光刻掩模的制造》之后，依舊收獲不少。
抱定隨時(shí)再去賣早點(diǎn)的決心，才能搞光刻
這家在上世紀(jì) 70 年代獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的武漢無線電元件三廠，在國外廠商的價(jià)格戰(zhàn)下節(jié)節(jié)潰敗，在 1994 年全面改制，成為了賣早點(diǎn)、副食品的商鋪。
據(jù)前輩回憶，當(dāng)時(shí)絕大部分職工全部轉(zhuǎn)型成了商鋪售貨員，雖然有一部分職工南下廣東，應(yīng)該沒有繼續(xù)從事半導(dǎo)體制造的相關(guān)工作。
在當(dāng)時(shí) " 造不如買，買不如租 " 的理念下，武漢無線電元件三廠成為我國半導(dǎo)體制造行業(yè)全面衰落的一個(gè)縮影，上世紀(jì) 90 年代初，武漢有很多半導(dǎo)體、無線電廠，2000 年左右這些廠幾乎全部銷聲匿跡。
當(dāng)提到這段歷史時(shí)，與我溝通的前輩明確表示并不后悔，因?yàn)楫?dāng)時(shí)國外廠商的產(chǎn)品的確質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，既然技不如人，那么投子認(rèn)輸是坦蕩的選擇。
從當(dāng)時(shí)情況看，賣早點(diǎn)至少發(fā)揮了一些社會(huì)價(jià)值，算是為我國科技轉(zhuǎn)型的大潮做出了一定貢獻(xiàn)。老人家特別強(qiáng)調(diào)了一點(diǎn)，我國半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的歷程，與我們痛失大豆定價(jià)權(quán)，80% 依賴進(jìn)口的情況基本是一致的。
未來我們該如何應(yīng)對？如果繼續(xù)走市場競爭的方式，那么讓我們的光刻機(jī)廠直接和國外巨頭競爭，無異于讓未成年的孩子上擂臺與拳王較量，毫無勝算可言；而如果想繼續(xù)保留光刻技術(shù)團(tuán)隊(duì)，那么我們到底有沒有這個(gè)耐心與定力，能夠容忍一個(gè)持續(xù)虧損，還消耗資源的項(xiàng)目長久的持續(xù)下去呢？
如果光刻項(xiàng)目被砍掉，正如前文所說由于光刻屬于基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域，相關(guān)人員很難在企業(yè)內(nèi)部轉(zhuǎn)型去做 IT 研發(fā)工作的，他們是否又要去賣早點(diǎn)呢？To be or no to be，It ’ s a question。這是我長久以來所聽到最發(fā)人深思的問題了。
幫人攢電腦，辦 WPS 培訓(xùn)班，EDA 工程師轉(zhuǎn)型
從產(chǎn)值角度來看，EDA 在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中占比不大，2018 年全球 EDA 行業(yè)市場規(guī)模僅為 97.04 億美元，這與動(dòng)轍上萬億的半導(dǎo)體行業(yè)相比不算什么，但 EDA 被稱作是 " 芯片之母 "，離開了 EDA，整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)都得停擺。
EDA 也是我們的短板，Cadence、Synopsys 和 Mentor Graphics 三大美國 EDA 廠商，幾乎占據(jù)我國 90% 以上的市場份額。與光刻機(jī)情況也十分類似，我們 EDA 軟件的研發(fā)方面起步也不晚。
1978 年秋，在中央剛剛提出 " 科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力 " 的時(shí)候，桂林陽朔舉辦了 " 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化 " 會(huì)議，這次會(huì)議被譽(yù)為我國 "EDA 事業(yè)的開端 "，當(dāng)時(shí)有 67 個(gè)單位，140 多名代表參加了會(huì)議。
據(jù)稱當(dāng)時(shí)有關(guān) EDA 的討論還只停留在學(xué)術(shù)層面，我國 EDA 元年是在 1986 年，當(dāng)時(shí)為了更好推動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)，我國動(dòng)員了全國 17 家單位，200 多位專家齊聚原北京集成電路設(shè)計(jì)中心，開發(fā)自主集成電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng) " 熊貓 EDA"，7 年之后的 1993 年，" 熊貓 EDA" 正式推出。
EDA 三巨頭中的 Synopsys、Cadence 都在 1993 年入華，Mentor Graphics 在 1995 年的北京設(shè)立銷售辦公室。
當(dāng)時(shí)處在襁褓中的熊貓 EDA 無法在價(jià)格戰(zhàn)中取得優(yōu)勢，國內(nèi) EDA 產(chǎn)業(yè)在 1994 年至 2008 年陷入了一段相當(dāng)長時(shí)間的 " 沉寂期 "。令人欣慰的是華大九天基本繼承熊貓 EDA 的相關(guān)技術(shù)，為 EDA 項(xiàng)目保留了火種。
為 EDA 產(chǎn)品寫代碼的程序員轉(zhuǎn)型去做其它 IT 項(xiàng)目不是什么難事，據(jù)稱當(dāng)時(shí) " 熊貓 EDA" 團(tuán)隊(duì)有相當(dāng)一部分都直接轉(zhuǎn)型到了華大集團(tuán)，也有人辦起了電腦培訓(xùn)班，或者到中關(guān)村去攢電腦，當(dāng)時(shí)下海人員的收入普遍比在集成電路設(shè)計(jì)中心做 EDA 的研發(fā)要高十倍以上，所以對于轉(zhuǎn)型帶來的痛感不并算強(qiáng)烈。
雖然我國在 EDA 方面的火種一直沒斷，想在工業(yè)軟件方面取得突破，我們依舊有很多坑要邁，很多路要走。
臺積電、三星等廠商在開發(fā)新工藝時(shí)，基本不會(huì)考慮與國內(nèi) EDA 廠商合作，使得我國 EDA 廠商的 IP 庫不夠豐富，這就像只有 Photoshop 卻沒有濾鏡一樣，會(huì)極大地限制芯片設(shè)計(jì)師的發(fā)揮。
這方面如果想突破，就必須取得芯片方面全產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)展。想在芯片制造的全產(chǎn)業(yè)鏈取得進(jìn)展，沒有捷徑可言，只能靠時(shí)間的積累，所以筆者擔(dān)憂光刻之問 " 美國如果放松限制，我們該如何應(yīng)對 "，在這里呼吁大家給予我國芯片產(chǎn)業(yè)以更多信心、耐心。最后祝我國的芯片界同仁，" 步步常由逆境行，極知造物欲其成 "！
