截止今天，這個(gè)問題已經(jīng)涌入了將近3000條回答,，而各路答主們也紛紛就這個(gè)問題展開了一系列腦洞大開的聯(lián)想,。
固然這個(gè)問題有抖機(jī)靈的成分,，但這也代表了國人對芯片的國產(chǎn)化有著多么高的關(guān)注度。
從中興到華為,，缺“芯”問題始終是懸在國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)頭頂?shù)囊话牙小?/p>
那么,，國產(chǎn)“芯”什么時(shí)候才能“站起來”呢？我們與世界先進(jìn)水平之間有多少差距呢,？了解這些問題,，我們才能正視自己的位置，找到一條正確的道路,。
從“沙子”到硅片,，我們的脖子越卡越緊
在網(wǎng)上經(jīng)常可以看到網(wǎng)友們開玩笑,，說“給我一車沙子,，我也可以手搓出芯片”。
這個(gè)玩笑看似離譜,，但也并不完全沒有依據(jù),。作為我們每天都會接觸到的產(chǎn)品之一，現(xiàn)在的芯片基本都是由單晶硅做為基層,，也就是人們常說的“硅基芯片”,。
而普通河沙的主要成分，剛好就是二氧化硅（SiO?）,。
這個(gè)笑話也同樣說明了一件事：芯片的原料硅,，是一種一點(diǎn)都不值錢的元素，它在地殼中的含量高達(dá)26．3％,，我們隨手抓起的一把泥土中都有不在少數(shù)的硅元素存在,。
當(dāng)然，硅基芯片的硅并不是從普通的河沙中來,，而是硅含量更高的硅石,。
硅石中的主要成分依然是二氧化硅。
而要將這些不值錢的石頭變成芯片,，它們要經(jīng)歷的第一件事,，就是反復(fù)的熔煉，將其變成一根“又黑又粗”的硅棒,。
熔煉的步驟真要完全寫下來,，就會變得“又臭又長”。并且這些步驟技術(shù)含量并不高，所得到的產(chǎn)品不論是工業(yè)硅還是多晶硅,，都完全不存在“被卡脖子”的狀況,，產(chǎn)量甚至還能吊打其他國家的總和。
所以這些步驟小黑就不多說了,。
當(dāng)一塊硅石變成多晶硅之后,，接下來的步驟對我們目前的相關(guān)產(chǎn)業(yè)就不那么友好了。
要想“搓”出一顆芯片,，我們就需要將多晶硅轉(zhuǎn)變成單晶硅,。相比前者，單晶硅擁有更穩(wěn)定的電學(xué)性質(zhì),，甚至可以稱得上是最純凈的物質(zhì)之一,。
目前常用的生產(chǎn)方法是柴可拉斯基法。這種方法又稱直拉法或者提拉法,。正如名稱所示,，這種方法就是將一條單晶硅“種子”浸入多晶硅溶液中，邊旋轉(zhuǎn)邊向上拉,，由于溫度逐漸下降,，被拉出的多晶硅溶液逐漸凝固成固態(tài)的單晶硅棒。
之后,，單晶硅棒還需要經(jīng)過滾磨,、開槽、切片,、倒角,、精研、背面處理,、化學(xué)機(jī)械拋光,、清洗等多達(dá)十余道步驟，才能制作出一片合格的硅片,。
單論單晶硅棒和硅片的生產(chǎn),，我國依然可以吊打世界其他國家的總和。但單晶硅材料又根據(jù)制造流程的精度不同,，被分為光伏級和半導(dǎo)體級——而我國的優(yōu)勢也僅限于精度要求更低的光伏級單晶硅,。
而設(shè)備和精度要求更高的半導(dǎo)體級單晶硅領(lǐng)域，市場被日本,、德國,、中國臺灣和韓國牢牢把持,，其中日本的信越化工和盛高集團(tuán)兩家更是占據(jù)了50％以上的市場,。至于我國的份額，甚至不到全球的5％,，并且良品率也不高,。
到這里,，在芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈中我們第一個(gè)被卡脖子的流程就出現(xiàn)了。
對了,，用來生產(chǎn)半導(dǎo)體級單晶硅的設(shè)備,，我國依然需要進(jìn)口——因此會被卡脖子的不只是半導(dǎo)體級單晶硅的制造，連它的“爸爸”精密機(jī)械也同樣容易被卡脖子,。
從硅片到芯片,，國內(nèi)外差距逐漸增大
你以為切片之后的單晶硅棒就是傳說中的晶圓，可以拿來造芯片了,？
并不是,。到硅片這個(gè)程度，也不過是剛剛進(jìn)入了芯片制造的門檻,。從硅片蛻化成晶圓的過程中,，我們還需要對它進(jìn)行一個(gè)重要的步驟：光刻。
顧名思義,，光刻的意思就是用光來雕刻,。但和我們印象中的雕刻不同的是，光刻本身就是一個(gè)包含多個(gè)步驟的復(fù)雜工序,，用的也不是普通的光,。
簡單地說，光刻是利用光刻膠正膠和負(fù)膠的不同光學(xué)特性,，通過曝光和顯影在硅片上刻出光掩膜上預(yù)先設(shè)計(jì)好圖形的操作,。
當(dāng)然，說起來容易,，實(shí)際步驟可是相當(dāng)復(fù)雜,。更重要的是，一塊硅片需要經(jīng)過反復(fù)光刻,，一顆復(fù)雜的芯片光是導(dǎo)線層就可能達(dá)到20層以上,。
而這一步，就需要光刻膠,、光掩膜和光刻機(jī)共同作用,。
光刻機(jī)的復(fù)雜性，大家應(yīng)該都有所耳聞,，小黑之前也多次寫過它在芯片制造領(lǐng)域的重要性,。而光刻膠和光掩膜同樣有很高的技術(shù)門檻。
以光刻膠為例,，2020年我國半導(dǎo)體光刻膠需求量有71％是由國外企業(yè)滿足的,，其中KrF光刻膠自給率不足5％，Arf光刻膠和更先進(jìn)的EUV光刻膠則基本依靠進(jìn)口。
在芯片制造的流程中,，光刻可以說是基礎(chǔ),。正是基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的差距，成了卡住我國芯片制造業(yè)脖子的第二只大手——而且相比半導(dǎo)體級單晶硅,，這是一只更有力,、更致命的大手。
完成光刻后,，就要進(jìn)入刻蝕和沉積兩個(gè)環(huán)節(jié)了,。這兩個(gè)環(huán)節(jié)小黑在之前的文章中也有介紹，按下不表,。
之后再將元件互連,，一塊晶圓就此誕生。之后經(jīng)過檢測,，接下來要做的就是將其切割,、封裝。
切割（即劃片）這一步驟雖然簡單,，但同樣暗藏玄機(jī),。因?yàn)橄嚓P(guān)資料較少，小黑在這里也不多做介紹,。
切割完成之后,，這些小小的“芯片本體”還不能直接投入使用，而是要經(jīng)過另一個(gè)重要步驟：封裝,。
我們可以把芯片的封裝看成是微觀世界中的“電路活”,。在這一步，我們首先需要將芯片附著到基底上,，并準(zhǔn)確無誤地鍵合兩者的接觸點(diǎn),。
之后，再安裝散熱部分和外殼模塊,，最后經(jīng)過封裝測試,，一塊芯片就這樣誕生了。
在封裝測試領(lǐng)域,，我國的江蘇長電,、通富微電、天水華天確實(shí)能在市場上占據(jù)一席之地,，但在整體份額,、先進(jìn)技術(shù)方面，我們依然處于追趕者的位置,。
特別是在3D封裝技術(shù)上,，我國與世界先進(jìn)水平還有著很大的差距,，只有迎頭趕上，才能避免“卡脖子”的第三只手逐漸生成,。
芯片制造,，想要追趕差距并不容易
事實(shí)上,，在中興,、華為先后遭遇禁令之前，國內(nèi)對芯片制造領(lǐng)域的關(guān)注度始終不高,，人們更關(guān)注的是整機(jī),、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等市場更大的領(lǐng)域。
但雖然芯片制造領(lǐng)域的市場規(guī)模與之并不是一個(gè)量級的,，但卻牢牢把控著電子產(chǎn)品,、整車等行業(yè)的命脈。
在這件事情上,，不僅華為有話要說,，連寶馬、理想這樣的車企都有話要說,。
好在隨著人們的關(guān)注,，我國對芯片制造領(lǐng)域的投入越來越多，一度出現(xiàn)了“有錢無處投”的情況,。
不過小黑覺得,，要在芯片制造領(lǐng)域迎頭趕上，雖然是一件好事,，但一定要保持清醒的頭腦,。
且不論晶圓廠的投建就需要幾十、上百億美元的成本,，一臺先進(jìn)制程的光刻機(jī)售價(jià)也在上億美元——并且能不能買到還是問題,，單說追趕的過程就是一個(gè)遙遙無期且成本無上限的過程。
以10nm制程工藝研發(fā)為例,，臺積電的10nm制程工藝從2013年開始研發(fā)到2017年初實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),，經(jīng)過了近四年的研發(fā)歷程，其中的投入更是天文數(shù)字,。
即便有了財(cái)力,、人力、物力,，更先進(jìn)制程工藝的研發(fā)也絕非易事,。
同樣擁有雄厚實(shí)力的英特爾就是很好的例子。開始研發(fā)10nm制程工藝的時(shí)間,，英特爾與臺積電相差不遠(yuǎn),，但由于研發(fā)過程中遭遇的種種困難,，直到2019年年底，英特爾的10nm制程量產(chǎn)才姍姍來遲,。
或許有的小伙伴要問了：哪怕追趕的腳步慢一點(diǎn),，堅(jiān)持下去還是能趕上的呀。
這個(gè)道理本身沒有錯(cuò),，但芯片制造領(lǐng)域往往有一個(gè)“贏者通吃”的規(guī)律,。還是以芯片代工領(lǐng)域?yàn)槔谙冗M(jìn)制程工藝上優(yōu)勢明顯的臺積電和三星吃下了七成的營收,，而之后的格羅方德和聯(lián)電均因?yàn)檠邪l(fā)成本高昂放棄了先進(jìn)制程的研發(fā),。
光刻機(jī)領(lǐng)域也遵循同一個(gè)規(guī)律。在2004年以前,，尼康始終是光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大,，但在研發(fā)過程中遇到瓶頸并被阿斯麥爾趁勢超越后，短短數(shù)年內(nèi)就跌落到幾乎無人問津的地步,。
前車之覆,，后車之鑒。正是有了這許多的案例,，我們才能從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),，用冷靜的頭腦看待芯片國產(chǎn)化之路。
這是一條前途不明朗,、投入十分巨大的路,，但小黑覺得，我們依然有必要在這條路上不斷探索,。如何避免尼康的舊事重演,，如何不懼失敗、保持希望,，將每一筆錢用在刀刃上,，是芯片國產(chǎn)化最需要考慮的事情。
