中国海关数据显示,2023年12月,中国大陆从荷兰进口光刻设备金额高达11亿美元,同比暴增1000%,大幅超过10月的6.7亿美元,和11月的8.2亿美元。
全年进口半导体设备总额也接近400亿美元。
有网友就忍不住问,大批量进口光刻机,是因为国产光刻机没希望了吗?
国产光刻机的确无法满足我们的需求。芯片的种类和制程非常的繁杂,因为使用场景不同,芯片的工艺制程差距是很大的。
使用在导弹、卫星上的芯片,要求具备更高的可靠性、安全性和抗辐射性,但是性能方面要求不高,所以普遍为55nm、60nm以上的工艺制程。
使用在智能手机上的芯片,要求高性能、低功耗、同时还要具备逻辑、AI、通讯等多种功能,集成了CPU、GPU、ISP、NPU,所以普遍为7nm以下的工艺制程。
而国产光刻机能够量产、且商业化的只有上海微电子的600系列光刻机。
这类光刻机可以满足90nm、110nm、280nm的光刻需求,多重曝光后可以制造55nm芯片,但是良品率会降低,漏电率也会提升。比较适合于航空航天、工业工控等对制程要求不高的芯片场景。
我们日常使用的手机芯片、电脑CPU、AI芯片,则需要更精密的光刻机,能够满足条件的只有ASML。
ASML是荷兰的企业,成立于1984年,是全球光刻机龙头,市场份额高达85%,公司拥有G线、I线、KrF、ArF、ArFi、EUV 6种类型的光刻机。
我们可以看到,ArFi光刻机,也就是我们常说的浸润式DUV光刻机,多重曝光后可以制造7nm芯片。华为的麒麟990、麒麟9000S都是采用了这类光刻机制造的。
EUV光刻机是目前实现商用的最精密的光刻机,可以制造7nm以下的芯片,华为的麒麟9000、苹果的A16、A17,高通的8Gen1、8Gen2都采用了这类光刻设备。
ASML最近又推出了一款High NA(高数值孔径)EUV光刻机。普通EUV光刻机数值孔径在0.33,分辨率为13nm,能够制造5nm及3nm芯片。最新的高数值孔径EUV光刻机,数值孔径为0.55,分辨率为8nm,可以制造2nm、1nm芯片。
简单来说,ASML的光刻机可以满足所有场景的芯片的需求。
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这还不是最重要的,最重要的是ASML掌控着全球90%以上浸润式DUV光刻机、100%的EUV光刻机。
芯片制造厂商,但凡是你能叫上名字来的,代工厂商:台积电、三星、格芯、联电、中芯国际;IDM厂商:英特尔、三星、SK海力士、美光、长江存储,无一例外都在使用ASML的光刻机。
其他的设备厂商也积极和ASML配套,使整个光刻环节更加高效、芯片良品率也更高。
因此,在国产光刻机无法满足现有的芯片制造工艺时,购买ASML的光刻机不失为一种策略。
光刻机出口限制正在加大2023年6月30日,荷兰出台了先进半导体设备出口管制新条例,该条例规定未经许可,禁止从荷兰出口部分浸润式光刻机,条例于2023年9月1日实施,因特殊原因后调整至2024年1月1日。
这是在继EUV光刻机管控之后,又一次更加严苛的管控。
信息显示,ASML浸润式光刻机包括1980Di、2000i、2050i及2100i四款,分辨力都小于38nm,受到出口限制的为2050i和2100i。
2050i,2100i基本上可以视作当前最先进的DUV光刻机,广泛应用于28nm、14nm、10nm、7nm制程的芯片,理论上也可以制造5nm芯片。
1980Di是初代DUV光刻机,10年前的老设备,可以制造10nm芯片,系统正常运行时间只有定值的97%。
尽管台积电曾经使用此款光刻机制造出7nm芯片。但是,台积电的工艺制程我们都知道,水分很大,它的7nm可能还不如英特尔的10nm。
因此,大多数晶圆厂使用1980Di光刻机主要生产14nm及以上工艺芯片,很少使用它生产7nm芯片。
2050i对应的是亚7nm芯片,以及高级DRAM芯片,这个亚7nm可能也就是10nm左右。但是在缺少核心光刻设备时,恐怕也要用来制造7nm芯片。
简单来说,荷兰的光刻机出口限制,就是为了阻止我们获取14nm以下的逻辑芯片,高端DRAM芯片,以及128层以上的NAND Flash。
涉及的使用场景包括智能手机、个人PC、AI芯片、以及对应的存储领域。
尽管短期内不会对我们的军事、工业产生影响,但是对我们高科技领域影响非常大。
高新科技是强国之间角逐的主要阵地,你比如说AI,被誉为第四次工业革命,它带来的是翻天覆地的变化,一旦错失良机,后果不堪设想。
也有分析师认为,光刻机的限制,是对华为等中国科技巨头的制裁。但是,其目的是一样的就是为了限制高新科技的发展。
所以,我们必须要破局,要研发国产光刻机。
国产光刻机还有希望吗?国产光刻机一直是国家的机密,公开信息很少,再加上我们大量囤购进口光刻设备,以至于很多网友认为,国产光刻机出问题了。
其实,并非如此。
早在2022年时,就有官方背景的媒体报道,上海微电子28nm光刻机获得重大突破,将会于2023年交付企业,同时也肯定了中芯国际、华虹半导体在芯片代工领域的进步。
按照时间节点推算,28nm光刻机至少完成了首轮测试,现在处于第二、第三测试环节,用不了多久,就会与大家见面。
公开信息显示,28nm光刻机的核心部件均为国产。
光源由北京科益虹源打造,和ASML一样,都采用了193nm深紫外光;光学镜片由国望光学负责,工艺方面初步达到了28nm光刻机的要求,但与德国蔡司差距巨大。
华卓精科负责双工作台,背后由清华大学和华为提供技术支持。
启尔机电负责浸没系统,温度稳定性误差达到了0.001度,符合国际先进水准,整体实力仅次于ASML和日本尼康。
同时,国产EUV光刻机也在加大研发力度。
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2023年,ASML总裁温宁克访华时,中科院院长就视察了长春光机所,对国产EUV系统给予了高度肯定。
此举还一度惹恼了温宁可,称中国研发先进光刻机,是破坏全球产业链,将导致全世界的芯片产业链陷入危机。
领导视察+对手乱咬,这说明,国产EUV光刻机攻关速度非常快,触及到了真正的核心技术。
苏联专家和美国总统说,“中国人造不出原子弹”;结果我们拥有了原子弹和氢弹;
美国前防长说“中国造不出第五代战斗机”;结果我们有了歼20;
台积电的张忠谋说,“大陆就算花10万亿,也造不出高端芯片”;结果我们有了麒麟9000S;
ASML说给“中国人图纸,也造不出光刻机”;不知道这话还算不算数?如果算,那么很快ASML就要被打脸了。
我们进口荷兰光刻机,是为了扩大产能,确保自身的需求,同时减少进口芯片额度。但是,国产光刻机的研发,从来也没有放弃,并且研发进度越来越快,相信不久就会传来好消息。
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