如何看待台积电,三星相继停供大陆7nm及更先进芯片?
漂亮,被举报了,没关系,总有人玻璃心,我改。
写一点对“someone you know who”或者大殖子都非常政治不正确的话。
我是麻薯,关注麻薯,不当韭菜不挨割。
我个人是非常不喜欢华为这家企业的,当然了,我是否喜欢毫无意义,不耽误别人。
经历了几年制裁,搞出了“xx+4G>5G”这种笑话后,在Mate60系列上市我真的狠狠地吹了一把,我真的以为国产先进制程崛起了,搞出来光刻厂这种大杀器了,结果是TM某个公司为了营销产品,找了一帮KOL混淆视听。
讲下芯片制造的流程吧,芯片制造有三大步骤,分别是设计、制造、封装测试。
芯片设计
我们现在耳熟能详的那些芯片公司,都是芯片设计公司。
在芯片领域,我国并不落后,矿潮时候三星有能力量产3nm,首批客户就是我国的矿机厂。但问题在于设计芯片需要指令集、EDA、IP核等等。
指令集目前全球主要就两家,一家是ARM的简单指令集,另一家是X86-AMD64的复杂指令集。现阶段几乎没有替代品,Higo天天吹来吹去的海思麒麟,依然在使用ARM的指令集,不过是买了永久授权。
EDA是电路设计软件,也是目前国内最为薄弱的环节。我们可以把它理解为一个芯片产业的CAD软件。芯片设计师们在EDA软件上画芯片的设计图,这个国内的软件都能做到,没什么门槛。关键的门槛在于软件还要对画好的电路进行验证,模拟芯片跑起来的效果。EDA模拟验证通过了,设计商才会考虑流片——也就是小批量试生产。生产出来的样品通过测试,后续就照着这个样子大规模生产了。
目前全球范围内EDA软件几乎被Synopsys(新思)、Cadence(楷登)、Siemes EDA(西门子)三家垄断,大约占据了全球80%的市场,尤其是Synopsys,数字前端、后端、验证测试是行业最强。国内的EDA厂家最强的是华大九天,也是国内唯一有全流程EDA产品的厂商。
至于IP核就很简单了,我们用今年的最新的手机SOC举例
骁龙8Elite的CPU部分使用2+6设计,2颗4.32Ghz的Oryou L超大核,6颗3.53Ghz的Oryou M大核。这里面的Oryou L和Oryou M就是IP核心,这两个IP核是高通基于ARM指令集研发的,和华为的泰山,苹果的M系A系一样。
隔壁家天玑9400则选择的则是ARM公版的新一代 Arm核心,1颗Cortex-X925超大核心,3个Cortex-X4超大核,4个Cortex-A720大核。
海思麒麟作为芯片设计商,今年的麒麟9010是麒麟9000S的小改款,1+3+4架构,1颗超频的泰山超大核,3颗没超频的泰山,外加4颗ARM的A510。
这里有个需要说明的,华为拥有ARMv9的指令集架构永久授权,ARMv8.2的永久授权,A510是ARM的公版IP核。
当完成了芯片设计,模拟软件跑通了,这就可以了?
不,来到了第二个难点,芯片制造
芯片制造
目前芯片制造最强企业是台积电,大家不要认为台积电使用的是ASML光刻机,只要有了这个谁都能造。事情没有这么简单,你看看三星就知道了。
芯片制造,首先要把沙子冶炼成金属硅,再提纯为多晶硅,然后融化拉成高纯度的单晶硅棒,经过切割、打磨等等一些列操作就成了硅片。
这一步国内工艺十分成熟了,有很多圆晶厂,没什么难度,难度在于后面。
硅片需要进行沉积氧化,形成氧化膜,在涂上光刻胶,放到光刻机中用紫外光线透过掩膜进行曝光,刻下电路图。接着送去蚀刻机蚀刻,清洗干净,送到离子注入机上注入高能量的离子束流。这些完成了再来一次气相沉积形成保护膜,研磨抛光。
以上工艺重复上百次,一块12寸的圆晶上就多了几百片芯片。
目前国内圆晶厂很多,但是有能力搞先进制程的厂子很少。对外公开数据最强的是中芯国际,成熟工艺上已经实现了14nm工艺,完了了7nm的研发,需要等EUV光刻机到货就能大规模开工。但目前14nm的量产是基于ASML的光刻机,以及美日的半导体设备,半导体材料才行。
目前中芯国际有能力用DUV采用多重曝光的方法生产7nm,比如麒麟9000S,麒麟9010,缺点在于良率,以及衍生出来的成本。而国产DUA通过多重曝光做到和ASML的DUV一样良率水平还很遥远。
中芯国际最近两年从未对自己先进制程研发进度进行过公开,基于美国商务部通过反向工程发现的910B来源是台积电,未见中芯国际,同时910B使用7nm制程。
所以要么推测中芯国际的7nm良率不佳,商业化价值不高,要么910B并未使用7nm制程。
如果完全国产化,目前勉强28nm。
在去年炒到飞起的光刻厂,准确讲是理论存在的,并没有投产,因为完全不具备市场价值——至于说有国防价值的,90nm都够用,更何况现在能搞到28nm。
在这个领域更佳有意义的是2024年9月9日工信部通告《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录(2024版)》
这个目录里面的套刻是指多次蚀刻,多重曝光,相对于人家用一张掩膜版,曝光一次。我们用多张掩膜版,曝光多次。强行搞能搞出来,带来的问题是成本和良率,这至少是0的突破。
现在芯片加工完了,就进入了最简单的环节,封装测试。
封装测试
国内厂家很多,水平已经到了世界一线水平,天水华天、通富微电、长电科技都能做3nm级别的芯片封测。
别怀疑,人家很成熟,你以为那堆3nm矿机是谁封测的?
封装其实很简单,就是标准工艺,把一片薄薄的硅片包裹到封装材料里面,同时引出针脚,让芯片可以正常使用。
测试稍微复杂一点,简单测试是上测试机,这边给测试的信号,看那边输出的信号是否与设计一致。也可以做系统测试,直接上机实操。
说到这里是不是发现一个有意思的事情,芯片里面不用写程序么?
不用,芯片只是一个电路结构,这边给一个信号,那边输出一个信号,具体怎么使用需要一来厂商的驱动。
这一点上,也是很多人对麒麟产生怀疑的地方——它到底是真的自己生产出来的先进制程,还是用白手套委托台积电生产的。
我个人倾向很明确,中芯国际代工华为的手机芯片并无DUV被停用风险,因此大概率是中芯国际代工,这是为什么华为是麒麟芯片手机很贵的原因,比较成本上升。但产能或者背后的法律风险可能导致了中芯国际无法,或者为了确保国内还有先进制程的产业,未代工910B。
我国芯片产业的未来其实并不在华为,而在于申威、龙芯、飞腾、鲲鹏、海光、兆芯他们身上。一个手机只是消费品,生产力相关的PC芯片更为重要。
指令集方面,有开源的RISC-V指令集,只要使用RISC-V标准可以自由设计,并不需要某一方授权。以X86-AMD64和ARM为例,如果要使用这两个指令集,需要支付费用,同时自己还不能改变ISA。
在今年第三代“香山”RISC-V开源处理器已经亮相了,性能水平进入全球第一梯队。
时间向前推,第一代香山“雁栖湖”2021 年 7 月投片,在 28nm 的工艺节点下达到 1.3GHz 的频率,2022 年 1 月,雁栖湖芯片回片并成功点亮,能够正确运行 Linux/Debian 等复杂操作系统,在 DDR4-1600 环境下初步实测 SPEC CPU2006 性能超过 7 分。
第二版架构代号是“南湖” 采用中芯国际14nm工艺,2023 年 11 月投片V1版本,在14nm工艺节点下频率达到 2GHz。V2版本包含了 MBIST 等改进设计,2023 年 4 月投片,2023 年 10 月回片并成功点亮启动 Linux,目前正在进行板卡的进一步功能和性能测试。V3 版本将包含更多的微结构、PPA改进,目前项目正在进行中。
关于芯片方面的进步,真正不考虑市场回报,不断投入去摸石头过河的这帮人,是真正值得钦佩的。
XiangShan 官方文档拓展一下开源的意思,开源就是知识产权为全人类共享,不存在卡脖子的问题。举个简单的例子,英国制裁俄罗斯,但是牛顿三定律在俄罗斯依然生效,俄罗斯人也依然可以使用牛顿三定律。
目前申威和龙芯两家有自己的指令集。
申威早期使用的是Alpha指令集,主要供应国内超级计算机使用。现阶段拓展了自己的SW-64指令集,应用到申威、太湖之光上。另外统信、联想、鼎甲等大量采购了申威的服务器芯片。这两个指令集都是RISC(简单指令集),和ARM一致。
龙芯早期基于MIPS指令,后续拓展了LoongISA指令集,现在有了自己的LoongArch指令集,也是RISC。龙芯最大的问题是生态少,虽然0到1有了,但是以来生态的1到100甚至10000,目前也需要龙芯自己开发。但这是目前世界范围唯一能和X86-AMD64以及ARM坐一桌的玩家了。
其他四家就不太理想了
早年间英特尔给过台湾威盛X86授权,兆芯收购了威盛,通过了十年时间的诉讼要到了授权,但是2018年开始授权到期,不能再继续获得最新的X86指令集。
飞腾和华为鲲鹏一样,购买了ARM的永久授权,卡在了ARMv8.2。其中鲲鹏未见有基于ARMv9的产品。
这里需要给个补充,拟文时候没有完整查证,海思的鲲鹏产品线还都是基于ARMv8.2,根据ARM自己公告v9给的是使用指令集的授权,不含IP核。目前华为的mate70系列有爆料获得了ARM的最新IP核授权
海光比较特殊,2016年AMD与海光签订技术许可协议,授权其x86和SoC IP用于芯片开发,AMD获得了价值2.93亿美元的现金注入(含特许权使用费)。AMD和英特尔因为X86和AMD64互相交叉授权,因此海光有了X86-AMD64的永久授权,但仅限国内使用。
当然,以上只是硬件基础,后续还有软件,也就是操作系统。
目前国内走的最远的几个操作系统都是基于Linux的在开发版本。
2022年开始,机关单位、国企开始逐步过渡,采购国产电脑。中标芯片为龙芯、飞腾、兆芯、海光,操作系统为麒麟和统信。
经过两年推动,目前已经解决大部分轻办公方面的生态建设,随着生态完善,会吸引芯新用户,而增加又回进一步完善生态。两点结合,才是未来国产芯片真正能从 To B 走向 To C 的关键。
只有远见卓识,才能不失前进的方向。
正视差距,才能砥砺前行。