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芯片知识科普

时间:2020-06-25 12:53:39 点击:78 次

近期关于芯片领域最大的两个新闻,一个是美国禁令之下,要求台积电断供华为,台积电无力反抗,已经停止华为海思第四季度的订单,另外,还宣布要到美国建厂,坊间传闻,台积电这是向美国妥协了。

另一个就是中兴7nm芯片、5nm芯片的乌龙。6月17日,中兴在深交所互动易平台透露,其具备芯片设计和开发能力,7nm芯片规模量产,已在全球5G规模部署中实现商用,5nm芯片正在技术导入。

这个消息被解读为中兴具备制造7nm的能力,甚至5nm的制造能力也即将具备。这个消息发生的时点太过巧妙,正赶上华为急需的7nm和5nm芯片供货危机的时点。消息一出,中兴股价大涨。

结果,竟然是个乌龙。中兴发布了声明,说他之前的消息被媒体误读了。中兴并不具备芯片制造的能力。声明一出,中兴股价随之下跌,据悉有大股东套现出场。

看完这篇芯片科普,就知道中兴乌龙、台积电断供华为是咋回事了

6月17日到6月19日,中兴市值暴涨140多亿。而在声明出来后,股价迅速跌回17日的水平,据悉,其中有很多大额交易,应该是大股东套现,套现金额超过8亿。另有财经媒体透露,从3月份到现在,中兴大额减持的金额,累计超过58亿元。

怪不得有网友说:"城市套路深,我想回农村"

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自从美国贸易摩擦开始后。芯片这个之前大家不太关注的科技产品,就进入大众视野。小小一枚芯片,成了科技战争、大国争锋的博弈焦点。但是让很多吃瓜群众苦恼的是,芯片涉及的技术术语太多、太复杂了。好多人根本搞不懂。

因为搞不懂,所以才不知道为什么如果台积电断供了,华为自己制作不出芯片,甚至找不到替代商家。因为搞不懂,所以才会"误读"中兴的声明。

所以,今天霍鲸骑就给大家做个简单的科普。尽量把芯片相关的东西,说的简单易懂点。当然了,芯片太复杂,一篇肯定说不完。今天咱们先挑重要的说:

1,芯片是什么?为什么这么重要?

要说芯片,得先从半导体说起。那么什么是半导体呢?

半导体

简单的理解就是:我们根据物质能否导电,可以把物质分成导体和绝缘体。导体就是能导电的,例如金属,绝缘体就是不能导电的,例如塑料。我们日常生活中,如果要去接触带电的东西,为了安全,会戴个塑料手套,就是为了和电隔离,也就是绝缘。

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而半导体顾名思义,就是导电的物质,但是导电的性能比导体差,比绝缘体强。介于导体和绝缘体中间。用途比较广泛的半导体有:锗、硅、硒、砷化镓等。

正是因为半导体的这种特性,可以制造成各种半导体产品,这些产品在电子产品中,用途非常广泛,可以说是不可或缺的关键。

半导体的用途

我们不说太复杂的技术的东西,只说一个大家都了解也都接触的:现代社会,人们已经离不开信息技术和信息产品。电脑、笔记本、手机、网络通讯。这些东西构成了信息时代人类的工作和生活方式。

你能想象没有这些产品的世界是什么样的吗?

没有了计算机、没有了手机。就没有了现代通信。人们会直接倒退回到大清时代。没有网络购物、没有网络社交、没有个人身份的网络存储管理、没有了基于网络和电子设备的各种娱乐,没有抖音,没有直播……

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而半导体产品,是计算机和手机等产品的核心部件,承担着信息的载体和传输的功能。可以说,半导体产品就是这个丰富而浩大的信息世界的基石,没了这块基石,就没有多姿多彩、方便快捷的信息社会。

而芯片,正是所有半导体产品中,最重要的一种!

芯片

半导体的产品非常之多,细分下去,能有成百上千种。我们本着尽量简单易懂的原则,不讲那么复杂。只简单的说,半导体产品可以大致分成两种。一种是集成电路,一种是分立器件。

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分立器件里,最被广为人知的肯定是二极管了。二极管可以说是最早出现的半导体产品,它的应用非常广泛,几乎所有的电路产品里,都会用到二极管。例如各种开关电路、限幅电路、稳压电路中,都要用到二极管。

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很多朋友应该都见过这面这种二极管。

半导体的另外一大类产品叫集成电路。集成电路的英文名字叫integrated circuit,所以缩写IC。大家之前看的各种芯片文章里,肯定经常出现IC产业,这个IC产业,就是集成电路产业。

集成电路顾名思义,就是把一大堆电路给集合起来。技术上就是把各种晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。

为什么要制造集成电路呢?

我们举个栗子:世界上第一台计算机诞生于1946年的美国,这台计算机多大呢?占地150平方米,重达30吨。这么重这么大的家伙,根本没法普及、没法市场化、没法走进千家万户,更没法变成一个产业。

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那为什么这台计算机这么大呢?

一个重要的原因就是,它里面的电路,使用了17468只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万条线,耗电量150千瓦 。

要想发展计算机产业,就必须让它变得更小、更快、更薄。于是当时人们想到,能不能想办法,把这么多的电路、这么多器件,集中制作在一小块半导体晶片上呢?想到就干,于是,在1958年,集成电路诞生了。

集成电路的分类非常多,按照产品应用来说,可以分成以下几种:

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集成电路按照产品类型划分,可以分成数字电路和模拟电路。模拟电路的主要产品有射频芯片、指纹识别芯片等;数字电路的主要产品有微元件(CPU、GPU、MCU、DSP等),存储器(DRAM、NANDFlash、NORFlash)和逻辑IC(手机基带、以太网芯片等)。

其中CPU(中央处理器)和DRAM(动态存储器),应该是最被广为人知的集成电路了。

集成电路有多重要?计算机、手机、机器人、军事领域等关键产品和领域,都离不开集成电路!

而集成电路,除了IC外,还有另外一个更通俗、更广为人知的名字,就是芯片!

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现在,大家知道什么是芯片?为什么芯片这么重要了吧?接下来,咱们再聊聊芯片产业链,了解完了芯片产业链,大家就知道中兴的"设计",为什么和芯片制造不是一回事了,也能知道,为啥台积电断供后,华为短时间内很难找到替代的供货商了。

2, 从芯片产业链看,芯片制造的重要性!

芯片制造的流程和工艺非常复杂,如果按照完全专业的方法去讲解的话,估计大多数人都看不进去。所以,我们还是秉着简单易懂的原则,进行极简化的讲解。

我们在前面说了,集成电路就是把各种元器件、各种电路集中到一起,放到一个半导体晶片上。这个过程,就像搭积木、盖房子。首先得有个底座,然后在底座上进行搭建。这个底座,就是晶圆。而把集成电路搭建在晶圆上的过程,就是整个芯片的生产过程。

按照流程,我们可以把芯片的生产流程分四步,分别是:芯片设计、晶圆加工、芯片封装、芯片测试。而一般情况下,把封装和测试算成一大步,所以就是:设计、加工、封测,三个大环节。

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芯片设计

芯片设计就像盖房子时的设计图纸,就像搭积木玩拼图时的拼装指示图。所以说,整个芯片设计环节的工作,它的输出成果就是图纸。

只不过在芯片设计上,这个"图纸"更加复杂而已。需要经过前端设计、后端设计两道大工序。这两大工序下面,又再细分成几个小工序。

当芯片设计完成后,会生成一个叫做"物理版图"的东西,这是一种存储在电脑上的文件,文件的格式是GDS II。就像平面设计的PSD格式文件、策划书的Word文档一样。

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现在大家知道中兴的所谓"芯片设计"是怎么回事了吧?只是负责设计出芯片的"图纸",也叫电路图。最终把电路图变成实体的芯片,要交给下一个环节的厂商——晶圆加工厂去做。

当然,不要以为芯片设计不涉及实物生产,就觉得这个环节的工作很简单了。要知道,整个芯片产业,是个非常大也非常复杂的产业。这个产业的特性就是:投资大、风险大、投资周期长。

因此,一家企业要想包打整个产业链,是非常难的。大多数还是走分工的路子,做设计的做设计,做制造的做制造,搞封测的搞封测。每个产业链上的企业,都有自己的技术难题,都需要花很大的精力去研究、去探索。

下图是2020年第一季度全球十大IC设计公司营收排名:

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大家平时耳熟能详的高通、英伟达、联发科,都是芯片设计公司。

下图是中国IC设计企业排名,霍鲸骑只找到2018年的数据:

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大家看到,华为海思是国内排名第一的芯片设计公司。不仅如此,因为华为海思没有上市,所以统计全球IC设计企业排名的机构,没有把海思算进去,但是根据该机构的统计,海思第一季度的营收超过27亿美元,超过现在排名第四的联发科。

华为海思的销售额这么高,主要是因为其麒麟芯片。而在麒麟芯片的生产流程上,华为海思主要是做芯片设计,后面的实物生产流程,要外包给晶圆制造商,主要是台积电。现在大家知道,为什么台积电断供,对华为影响这么大了吧。

晶圆加工

晶圆加工的流程,简单讲,就是把上游的芯片设计厂家的设计图,刻在晶圆上的过程。就像一个建筑师,在拿到设计图纸后,在地基上盖起房子。

这个地基叫晶圆片。晶圆片的制造,本身也是一道复杂工序,有很多芯片企业,专门做晶圆片制造。当然,对于那些大晶圆加工厂来说,自己肯定具备晶圆制造的能力。或者旗下有晶圆片制造分公司。

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晶圆加工商拿到芯片设计商的图纸后,通过一套复杂(薄膜→光阻→显影→蚀刻→光阻去除)的工序,把电路图纸上的设计,在晶圆片上加工出来,完成图纸到实物的工作。

举个简单的例子,晶圆片制造就像洗照片的相片纸,芯片设计就像拍照,而晶圆加工就像把照片洗出来。当然了,这只是举个例子,实际上要复杂的多。

我们平时看文章,经常会出现芯片制程,14nm制程、7nm制程、5nm制程。这个制程就是一种芯片制造工艺,而且是晶圆加工环节的工艺,是晶圆加工厂家的核心竞争力之一。现在在芯片制程上,台积电可以说是位居世界前沿。

所以,现在大家应该能够理解,中兴所谓的芯片设计,顶多就是能够设计出7nm制程的芯片设计图纸,跟能够真正的造出7nm制程的芯片,完全是两个概念。

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