硬核科普手机SoC制造全流程,看完就懂美国制裁华为究竟有多严重

中奇 万铎 黄阳 发自 凹非寺

鹅板凳 | 公众号 ebandeng

 

 

时隔一年,美国又对华为下手了,而这次,基本上是要下死手了。

近期,美国商务部再次发布公告称:正在制定更“全面”的计划,要求全球范围内所有使用美国设计或技术的公司,在给华为生产半导体芯片之前,必须先得到美国批准。再次打着“保护国家安全”的旗号,进一步打击华为半导体芯片供应。

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你是不是觉得即便没有麒麟,我们还有高通,还有联发科。自己造不出就找人买点不就成了么。一个芯片而已,不必这么紧张。

情况可能真没你想的那么简单。

如何生产一枚SoC

首先我们要明白的是,虽然手机上那颗芯片虽然我们也叫做“处理器”,但是CPU不是SoC

做个不恰当的比喻,CPU相当于一个solo歌手。

相比之下SoC则是一个团体,CPU是C位选手,这个团里还有负责图形画面计算的GPU、负责音频信号处理的DSP、负责摄像摄像相关图像计算的ISP、负责手机信号的基带等等。

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这些组成SoC的一个个选手,就叫做半导体IP核

搞清楚了区别,我们接着谈谈怎么生产一颗芯片。

设计芯片

SoC的设计其实和我们的盖房差不多,动手之前得先画图设计。

盖房子得讲究区域规划,除了最基础的客厅、卧室、厨房、卫生间以外,你要考虑要不要加个阳台、加个玄关、加个衣帽间。对应到SoC上,就是除了五大基本半导体IP核之外,还要加入哪些模块,各个IP核具体性能达到哪个水准等等。

但问题又来了,知道自己想要什么样的芯片还不够,还要实打实地画出来,还要求是原创的。这就带来两个问题,一个是很有可能你自己会想不会画,另一个是画出来可能带有太多其他人的痕迹,说白了就是撞人家专利上了。

所以从小白到入门,更多人选择找诸如英国芯片设计公司ARM这种专门“卖图纸”的公司买一个成熟的解决方案。

ARM的服务也很细致,有各种各样的套餐。比如苹果、高通、华为购买的就是指令集授权,自由度最高,可以在大神的成果上,根据自己的理解进一步发挥。买完了指令集,接下来的就可以继续进行针对性研发,好让芯片可以满足自身更高的要求,这部分工作就是芯片设计。

这设计也不是随便找一个软件写写画画就能做完了。芯片设计这种工作难度很高,需要使用专业的设计软件,一般将这类软件统称为EDA,它们非常重要,相当于你画图时用的笔,没有笔,想法再多也出不来,这点我们接下来还会细说。

制作样片

设计完了还不能直接卖,要先去工厂做个demo出来,行业术语叫

花了几百上千万美金流片一次后,工程师们拿着这个demo回到办公室,连上内存、硬盘、屏幕、镜头等硬件,做成样机,再测试一轮。

这要是遇到什么问题失败了怎么办?

不好意思,那就要再花个几百上千万再流片一次,直到跑通整个流程,这SoC才算合格,可以出道找工厂进行大规模量产了。

生产芯片

芯片生产首先要有原材料,具体来说,就是

硅是地球上第二丰富的元素,但地球上没有自然存在的纯硅,这种元素更多以化合物的形式存在。所以首先要做的就是一系列复杂的物理、化学反应,借助纯化、拉晶等方式,让沙子变成身价暴涨的纯硅材料。

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纯硅做出来之后是一个柱状体,用钻石刀将硅棒横向切成薄薄的圆片,圆片后期再经过抛光就成了芯片的基础,也就是晶圆

晶圆到手后,就可以正式去生产芯片了,整个流程有好几百道工序,主要分为金属层加工晶体管层加工

金属层加工的目的是在晶圆上布置导线,大致分为涂层、显影、蚀刻和去除光阻四步。完成线路的布置后,还要完成晶体管的加工,原理和流程与金属层类似。

做完这些,还要再检测一下,看看芯片好不好、稳不稳,一切安好,就可以切片、取出,然后放到带有引线的框架上,外面再套一层保护用的塑料壳封装。

做完这些,一枚芯片就算是能拿出去卖了。

 华为被卡在哪了

两个环节,一个是芯片设计,一个是芯片生产

先说芯片设计,美国禁令扩大后,华为用不了芯片设计上必须的EDA了。

EDA市场目前有三个巨头,Synopsys和Cadence都是美国厂商,市场份额合计超过了50%。另外一家Mentor Graphic虽然被德国的西门子收购了,但总部还是在美国。

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就像我们刚刚说的,EDA就是芯片设计的笔,现在笔都被人家收了,芯片制造这张卷子还怎么答?

值得庆幸的是,据说华为下一代5纳米制程的芯片已经设计完成,短时间内影响不大。

然后是芯片生产,一个现实的风险是,麒麟芯片以后可能无法生产了。

一方面,台积电三星等厂商受限于禁令,之后无法再给华为供货;另一边国内相关制造厂则是心有余而力不足,被荷兰公司ASML垄断的7纳米光刻机因为禁令无法发货,国产光刻机则因为起步晚,明年才能量产28纳米制程技术。

这对于设计制程7纳米起步的麒麟芯片来说,无异于杯水车薪。

美国为什么要千方百计弄死华为?

禁令之下,不难想象,以智能手机为核心的华为消费者业务将会受到巨大的冲击。

但是华为会因此倒下么?对这个问题我们也不必过于悲观。

手机芯片制程要求高,华为还有近一半营收来自运营商和企业业务,甚至消费者业务中的物联网等产品,对芯片性能和数量的需求远不如手机高,是可以找到美国企业以外的替代品的。

那么问题就来了,美国为什么要这样一而再而三地整华为呢?

因为华为的5G太强了,美国981万平方公里的国土上没有一个能打的。

那么你又会问了,5G现在这发展状况,好像除快点感觉也没别的了,美国这么大动干戈,至于么?

让我们回忆一下4G对我们的影响——

一开始,它也就是快一点,然后呢?

直播、短视频、移动支付喷涌而出,彻底改变了我们每个人的生活。这些在10多年前都是无法想象的,而这些新的生活和消费方式都是在新一代移动互联网技术成熟之后才催生出来的。

5G时代也是同理,现在5G有什么现象级的应用么?没有,但是对美国来说,我可以没有,但你不能先用,因为谁先用5G,谁就掌握了先发权,谁先掌握了先发权,谁就有可能孕育出全新的、甚至具有摧毁性的商业模式

美国今天市值最大的企业是什么?苹果、微软、亚马逊、谷歌和Facebook。他们是什么企业?基本都是互联网企业。你要是引领新业态了,美国这些巨头怎么办?美国互联网经济怎么办?

正因如此,美国才会一而再再而三的搞华为。

最后……

当然,大鹅说了这么多,并不是要求大家立即购买华为手机。更不提倡任何杀敌八百,自损一千的反智抵制外资品牌行为。就像华为员工萧谭辉在知乎里说的那样——

假如没了华为,并不会怎样。组成华为的人和支持华为的人还在,他们化整为零,还可以去其他公司,其他行业。支持华为没有错,不支持华为更没有错,我们都怀有朴素的爱国主义情怀。

作为一个普通人,我们能做的事很有限,但有限不代表没用

华为的事态未来如何发展,大鹅无法猜测。但大鹅坚信,在我们每个人的努力奋斗下,中国势力的崛起不可阻挡。

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