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断供“天然砂”真相:台积电没事,但这个行业要倒霉!

雷科技 雷科技互联网组
08/06
近期一则新闻可谓是引爆了我的朋友圈,作为对台湾方面的惩戒措施之一,中国大陆禁止了向台湾出口天然砂产品。而就是“天然砂”这三个字让我不少朋友产生了一些奇怪的联想,纷纷跑来问我这个天然砂会不会是造芯片的原料,是否意味着台湾的芯片产业会因此受到巨大牵连。
本文来自于微信公众号“雷科技”(ID:leitech),作者:雷科技互联网组,投融界经授权发布。

近期一则新闻可谓是引爆了我的朋友圈,作为对台湾方面的惩戒措施之一,中国大陆禁止了向台湾出口天然砂产品。而就是“天然砂”这三个字让我不少朋友产生了一些奇怪的联想,纷纷跑来问我这个天然砂会不会是造芯片的原料,是否意味着台湾的芯片产业会因此受到巨大牵连。

断供“天然砂”真相:台积电没事,但这个行业要倒霉!

图源人民日报微博截图

这种联想其实有一定的道理,因为硅是半导体行业的基石,而沙子是提取硅的重要原材料,但是他们的出发点其实是错误的,并不是所有的沙子都是生产芯片的原材料。且目前国内的半导体行业实力并不算强劲,大部分厂商仍需要依靠台积电才能完成相关芯片的补给,直接“断供”台积电,不管从哪个方面来看都说不过去。

借着这个机会,我决定给大家详细科普一下有关芯片的制作流程以及我国目前的半导体行业是何情况,希望大家在看完这篇文章后能够对该行业有一个更深刻的认知。

天然砂是什么,跟造芯片有关系吗?

半导体产业的原材料的确属于天然砂,也就是俗称的沙子,这一点确实没错。但是沙子其实也分很多种,包括河沙、海沙、石英砂等等。而此次大陆断供的天然砂指的是那些依靠自然风化、水流冲击等自然条件所形成的非金属矿石,具体可以分为河砂、湖砂、山砂以及海砂。

而它的用途也相对比较单一,主要应用于房屋建设、道路桥梁工程施工的建筑项目,说它是建筑的基石也不为过。

而真正能用来制造芯片的原料是石英砂,而石英砂又分为不同的等级,纯度较低的普通石英砂只能用来制造玻璃,只有高纯度石英砂(四个9以上纯度)才适合用来生产晶体硅,而在晶体硅中也分为三六九等,只有纯度极高的晶体硅才有可能成为芯片的生产原料。

光有材料自然也不够,还需要一位专业的厨师才有可能烹饪出可口的菜肴,在拿到高纯度的石英砂后,相关专业人员首先需要将高纯度的石英砂进行提炼得到多晶硅,再进行溶解并加入硅晶体晶种后,才能形成圆柱形的单晶硅(硅晶棒)。硅晶棒还要再次进行研磨、抛光、切片等流程后才能得到硅晶圆片,也就是我们熟知的晶圆。

另外大陆出口给台湾地区的天然砂主要为机制砂,为矿山开采所得,跟石英砂几乎无任何关联。顺带一提,目前与晶圆相关的高纯度石英砂的主要产地来自美国的斯普鲁斯派恩地区,当然我们大陆地区也存在不少可挖掘的石英矿,不过由于勘测技术方面的差距,很难从中挖出半导体行业所需的高纯度石英砂。

断供“天然砂”真相:台积电没事,但这个行业要倒霉!

图源微博截图

因此可以认为此次对台湾地区的制裁对当地的半导体产业毫无影响。至于网络上那些表示台积电和全球芯片市场要因此遭受巨大损失的言论,大家当个玩笑看就好。

国内的半导体行业再遭重创?

从前文已经能看出此次台积电不会受到波及,貌似跟国内的半导体行业也毫无关联,但实际上并非如此。截止发稿前,美国再次扩大了对国外公司的芯片制造设备的禁令范围,这里的国外是指哪一国,不言而明。

断供“天然砂”真相:台积电没事,但这个行业要倒霉!

(图片来自:意法半导体官网)

而此次被禁的技术,学术名为Electronic design automation,即电子设计自动化,简称为EDA。它可以说是芯片设计师们的纸和笔,就像我们修图需要PhotoShop、Lightroom一样,它能够帮助设计师更加高效地去测试芯片的可用性及稳定性,一旦失去该技术支持,产业下游的集成电路、电子信息和数字经济都会崩溃。

此前美国已经禁止向国内销售10nm以及更先进芯片的EDA工具,而在今天,这个限制被扩大到了14nm,且此次禁令中不但包括中芯国际,还包括大陆地区所有的芯片生产商,甚至台积电也在该名单当中。毫不夸张地说,该法案的出台会进一步削弱国内的芯片制造能力,起码在五年之内不可能成为芯片强国。

此话并非空穴来风,根据概伦电子招股说明书中披露的行业数据显示,三大EDA巨头——新思科技Synopsys、铿腾电子Cadence、西门子EDA(原明导Mentor Graphics)的全球市占率超过77%。在国内的市场份额更是超过了90%,一旦失去了这三家企业的支持,不少芯片厂商都会因此受到巨大波及。

更让人心寒的是,根据业内专业人士透露,在未来的十年内,三巨头依旧会占据市场主流,而国产的EDA工具几乎不可能实现替代。

虽然我国涉及EDA领域的时间算比较早,从1986年开始就已经在研发自己的EDA系统,但由于各方各面的原因(主要是行业生态环境较差),在技术研发优化和产品验证迭代速度上相对缓慢,导致目前整体行业技术水平与国际EDA巨头存在很大差距,自给率很低。

举个例子,在工艺制程方面,目前国内领头羊厂商华大九天的模拟电路设计EDA工具除了在电路仿真工具方面达到了5nm,其他方面还停留在28nm的工艺水平,与主流的5nm工艺存在9年左右的差距(2013年是28nm普及的一年),更别说在今年就会有3nm制程工艺问世,届时双方的差距还会被进一步拉开。

虽说市面上的大部分电子产品都没必要用上5nm甚至是3nm工艺制程的芯片,用28nm制程就能满足大部分需求,但对于一个渴望在芯片领域做出成绩的国家来说,想要靠落后的工艺制程完成弯道超车还是相当之困难的。

难道说国内的芯片行业真的就会就此停滞了?倒也不完全是,国外的此次禁令确实会让国内半导体行业元气大伤,但也不会就此彻底坠入低谷。但想要让国内的EDA行业取得突破,甚至是赶上业界的平均水平,首先需要解决三个难题。

第一,由于国内用户的版权意识不强,很多商业性的软件都会被一些开发者给破解,再低价卖给相关企业,这不但会使得国外的EDA工具在国内的市场份额越来越高,也会大大降低国内EDA工具厂商的收入,毕竟一款便宜又好用的产品,谁能拒绝呢?

第二,需要拥有一套属于国内用户的操作习惯,由于国内大部分相关设计师都已经习惯了国外EDA工具的操作流程,国内的EDA厂商为了使得自家的产品能够“完美替代”竞品,只能通过借鉴国外的方式来打造,不但极其不利于自己创新,也会让更多用户认为国内的工具软件确实是不如国外的。

第三,对于国内的EDA公司来说,想要进一步增大自家的市场份额,就一定要提前进入到学校以及相关培训机构当中,让那些还未成为专业设计师的用户优先使用自家产品,才有可能在之后的竞争中拥有一定优势。

因此我们想要打破国外对国内半导体行业的限制,一方面需要加大人才的培养和引进。根据统计,目前国内芯片自给率约为16.7%,我们的计划是到2025年实现70%的自给率。不过,清华大学教授王志华表示,要实现这个自给率,人才数量必须翻4.5倍。我们在半导体人才上缺口很大,还是要加大力度培养,时间长点也没关系。

另一方面还要重视技术的研发,对于芯片产业链要大力扶持,缺什么就及时补上,为他们准备最好的研发环境。一项项来突破,相信一定可以造出更好的芯片。

虽然我们在芯片领域已经落后世界很多年了,在短时间内也很难达到业界水平,但相信在中国人民的努力拼搏下,在未来一定可以实现技术超越。

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