你需要了解的，华为发布会上未提及的“7nm芯片吗？

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华为今天召开新闻发布会。

恭喜华为。

这次完整的新品发布会没有提及手机或芯片。

然而，对于Mate 60系列手机及其“7nm芯片”的担忧依然存在，这让不少人落泪。

发布会的弹幕上，一度闪过：手机呢？芯片呢？那么光刻呢？

时间回到28天前。

一声雷鸣般的声音

8月29日，华为Mate60 Pro在没有任何宣传的情况下突然开售。

紧接着，从各大热搜榜到朋友圈，一个词充斥屏幕：7nm芯片。

许多第一个拆开这款手机的人都做了同样的事情：拆开它。

从手机中取出麒麟9000S芯片，跟踪分数，测试性能，看看达到什么水平。

底线是：这可能确实是一款 7nm 芯片。

雷声大。

很多人感叹：“最困难的时期已经过去，船已过万重山”。

为什么这么说？制造7nm芯片有多难？真的很神奇吗？我做或不做与我有什么关系？难道只是买不买新手机的问题吗？

无独有偶，前段时间，我邀请了《芯片战争》的作者余生老师来我的直播间。借此机会，我查阅了一些资料，并向一些朋友请教。我越来越感觉到：

打造7nm芯片确实需要翻越千山万水。

如果我们能够克服这个问题，那就太棒了。

这真是太神奇了，而且确实值得了解。

那么今天就让我来帮大家解决一下吧。

这些信息有点困难，所以我会尝试用普通话向您解释。

先从让很多人站起来惊叹的“7nm”说起。

7纳米

首先一个问题：7纳米到底意味着什么？

您为什么对这个数字感兴趣？这很棒？

这件事必须从你开始。

当你购买手机时，你是否希望它性能强、续航长、轻薄、尺寸好？

当这三个要求被引入芯片世界时，就成为了三个“终极KPI”：

购电协议。

性能、性能、面积大小。

这个PPA落到了芯片制造商身上，成了“小目标”：

将更多晶体管放入更小的芯片中。

主要目标是让员工有更多的工作要做，可以帮助您完成更多更大的项目，使用更少的电力并占用更少的空间。

但如果员工太多，无法容纳怎么办？

解决办法很离谱：让员工减肥。晶体管的结构中有一个“凹槽”，为减重留下了很大的空间。

所以请注意，当我们第一次谈论芯片并说“你的是28nm芯片”或“这是14nm芯片”时，28nm和14nm并不是指芯片尺寸、晶体管尺寸或晶体管与晶体管之间的区别。它们之间的距离就是晶体管中的“沟道宽度”。

但后来聊天的时候，就滚了。 28纳米、14纳米、7纳米...

当谈到“7nm芯片”时，“沟道宽度”是否真的会缩小到7nm已经不再是问题。每个人都有自己的看法，但底线没有改变：

更小的纳米工艺意味着更好的 PPA，可以在更小的“办公室”中容纳更多的“员工”。

多少钱才够呢？

创建 14 纳米芯片意味着每平方毫米内封装超过 3000 万个晶体管。

制造 7 纳米芯片意味着每平方毫米必须封装近 1 亿个晶体管。

能力加倍。但也加倍努力。

而这只是《翻越万山》的开始。

因为仅仅阻挡光线是不够的，所以必须按照特定的电路图排列许多晶体管才能一起工作。

那么问题来了：如何将精细到纳米级、复杂到上海地图的电路图蚀刻到比指甲还小的芯片上？

光刻

没错，它依赖于一种听起来很昂贵的方法：光刻。

如何用光进行雕刻？

他们说这件事很复杂，但也可能非常复杂。一个拥有超过10万个零件的光刻设备成本高达数亿，还不包括运费。它比波音 737 更昂贵，只是为了使其成为可能。

但简单来说，也很简单。你看过这部电影吗？

传统电影胶片放映时，首先发出一束光线，光线穿过像放大镜一样的透镜，然后穿过一层胶片，将胶片上的图案投射到屏幕上。

光刻技术类似。它还射出一束光束，穿过透镜阵列，然后穿过掩模，然后将掩模上蚀刻的电路图投影到芯片制造基板（晶圆）上。

唯一的区别是，当你放映电影时，你使用“放大镜”将小图像投影成大图像。光刻技术使用“放大镜”将大图像投影成小图像。

使用光投射作为杠杆是多么聪明。然而，此时我只是清楚地划定了界限，并知道下一步该从哪里开始。

但如何开始呢？

7nm芯片的电路图必须清晰地排列数百亿个晶体管和其他电子元件。

而且，从晶体管到连接晶体管的导线，都精细到纳米级别，比你菜刀的刀刃还要薄十万倍。曾有业内人士表示：这相当于在指甲盖大小的区域内雕刻出整个上海。而且您不会错过房间或迷路。

太疯狂了怎样雕刻呢？如何“快速、准确、稳定”地雕刻这种接线图的凹槽？激光？

并不是一开始就没有人尝试过。

然而，激光直写、纳米压印……我尝试了一种又一种方法。有些非常昂贵，有些非常缓慢，有些很容易报废且难以商业化。谁这样做就会赔钱。

直到有人发现了一个非常巧妙的方法：

历尽千辛万苦拯救土地。使用光刻胶。

光刻胶

什么是光刻胶？

光刻胶是一种对光非常敏感的东西。

暴露于一定波长的光后，会发生化学反应。

它本来很坚韧，但暴露后变得胆怯，很容易用化学溶剂洗掉。

抓住了这一点，光刻技术就有了一种全新的解决问题的方法：

它不是依靠物理一次一笔雕刻，而是依靠化学一层层蚀刻。

虽然流程很多，但思路大体类似于“把大象锁在冰箱里”，主要有四个步骤：

第一步是涂胶水。在芯片的原材料即晶圆上均匀地涂上一层光刻胶。

第二步是照明。让特定的光束穿过画有电路图的掩模。

当有线条覆盖该区域时，就没有光。光刻胶是有气质的。

如果没有线条覆盖该区域，则光刻胶在曝光时将具有不同的温度。

第三步，洗去胶水。将涂有两种光刻胶的晶圆放入特定的化学溶液中进行反应。

变化后的光刻胶溶解后，电路图就显示在光刻胶层上。

第四步：蚀刻。将晶圆放入蚀刻溶液中。

光刻胶未溶解的区域相当于覆盖了一层保护膜，而光刻胶已溶解的区域将直接与腐蚀液接触，并被“快速、精确、无情”地蚀刻，以配合。接线图。匹配的入口。

光、掩膜版、光刻胶、晶圆、各种化学溶液，一个原本被认为很难解决的物理问题突然变成了一个简单的化学问题，被解决了。

这是目前光刻的主要方法：

首先，与胶片投影一样，通过“缩小镜”投影将电路图投影到基板上；

与冲洗照片类似，通过部分曝光光刻胶将电路图案蚀刻到芯片上。

从这一点来看，光刻技术并不是很难。

看起来不像。

但有一个关键问题，就是光的波长。

波长

至少你手中的刀必须足够细，能够蚀刻出纳米级别的接线图。

如何获得一把更细的刀？

当你的刀是不锈钢的时，你所要做的就是磨利刀片。但是，当你的刀是一束光而你无法磨利任何东西时，你该怎么办？

从刀的材质来源来算一下：光的波长越短，刀的自然刀刃就越锋利。

因为光的波长越短，漫衍射角越小。也就是说，光线会更乖巧地沿着笔直的方向行走，不会模糊，也不会乱跑。它会击中您瞄准的地方。

这并不容易。只需打开光谱并寻找波长最短的光即可。很简单。

频谱（图片来源：www.asml.com/en）

不简单。因为短波长光不是你想用就能用的。

你们有能力稳定持续发行，同时控制成本吗？你的光刻胶会反应吗？您的其他流程与其兼容吗？

这些都是难题。一切都应该探索。

经研究至今，人们可以采取的效率稳定、成本可控的“光刀”主要有两把：

DUV 和 EUV。

DUV 是一种光的名称：深紫外光。波长可短至 193 nm。

很多人认为，有了这种“光刀”光刻设备，基本上只能刻制20nm以上工艺的芯片。

EUV 也是一种光的名称：极紫外光。从名字就可以看出，这种光盘绕得更紧密，波长只能是13.5nm。

谁拥有这把刀，谁就能更进一步，切割更先进的芯片，比如7nm，甚至5nm、3nm、2nm。

真的很好。那么寻找短光波的问题不就解决了吗？

使用EUV生产7nm工艺的芯片。

技术问题解决了。但更多的问题也随之而来。

有人被卡住了喉咙。

卡脖子

目前，全球只有一家公司能够制造EUV光刻设备：荷兰ASML。

2018年，中国中芯国际斥资1.2亿欧元，相当于其全年利润，向ASML订购了中国首台EUV光刻设备。

有什么大不了的。 ASML也很满意，连出口许可证都准备好了。

然而，美国却发声了。据说EUV光刻设备含有20%的美国零部件，如果想出口就必须得到他们的批准。他们不同意。

纸质禁令。该怎么办？如果我们不能使用可以雕刻7nm芯片的EUV，我们就不能制造7nm芯片吗？

您可以尝试使用只能蚀刻 20nm 以上芯片的 DUV 吗？

他有希望。

有两种技术可能会带来希望：浸没式光刻和多重曝光。

浸没式光刻

什么是浸没式光刻？

这很简单。翻译过来就是：泡水切。

已知：你的“光刀”的波长越短越好。

众所周知，DUV 光波可短至 193 nm。一个用于雕刻更先进芯片的想法出现了：是否可以缩短 DUV 波长？

是的，加水。

在极板表面和镜片之间添加了一层超纯水，纯净水不含任何矿物质、颗粒、细菌和微生物等杂质，只含有氢离子和氢氧根离子。

然后让光线在水中折射。

193nm深紫外光在水中的折射率为1.44，波长可进一步缩短至134nm。

“刀片”变得更加锋利。

聪明的。

这种方法使DUV光刻设备直接从“空气雕刻”的干式时代进入了“水雕刻”的浸没时代。

但这还不够。

通过这样重复“刀片”，你可以获得班上的提名，并从28nm工艺提高到22nm工艺的生产水平。不过，想要一举考上清华大学并掌握7nm工艺，还是有一定难度的。

该怎么办？

您还可以添加另一种方法：多重曝光。

多重曝光

什么是多重曝光？

这也很简单。翻译过来就是：多刻几次。

如果我只是想切更精确的芯片，但我没有手术刀，只有斧头，那么……我可以尝试用斧头砍更多吗？

也。

具体的破解方法是什么？

我举个例子，切蛋糕。

当你去买馅饼切的时候，老板会用斧头给你切，而不是用手术刀或菜刀。

斧头落下时，至少会砍1指宽，收费20元。

你不接受。你只想买一把7块钱的刀，但你没有更好的刀。你该怎么办？

移动切菜板并继续切片。

砍一次，把板移到一边，再按1指宽的一块切。

多劈几次，动作更精准，你就可以把一指宽的蛋糕劈成更窄的，20元里还能再赚7元。

切一次，平移一次，再切一次，直到得到更窄的条子。

多次曝光也是如此。

前一组掩模将相应位置的光刻胶曝光，并在晶圆上加工出细至134 nm的线条。

然后将放置晶片的底座折叠一次。

再涂上一组掩模，再次曝光，就可以加工67nm线了。

重复几次，线条就会变得越来越细。

这是多重曝光。

所谓的LELE工艺、LFLE工艺和SAPD工艺基本上都是多次曝光和多次雕刻的方法。

然后继续曝光，多曝光几次，不就能拿到7nm芯片了吗？

或不。这种方法有局限性。

多次举起斧头会花费更多的力气。切蛋糕和重新切蛋糕的次数越多，蛋糕就越有可能被切歪。

多重曝光也是如此。每次曝光都会增加大量的时间、耗材等成本，同时也增加了报废的可能性，降低了芯片的良率。更高的成本和更低的效率是使用DUV光刻设备通过多次曝光生产7nm芯片所要付出的代价。

芯片的生产不仅是一个技术问题，更是一个经济问题。除了“可能”之外，我们还要考虑“值得吗”。

因此，多位消息人士认为，综合考虑后，即使采用浸没式光刻和多次曝光，7nm芯片的生产也几乎是DUV光刻设备的天花板。

如果想要生产7nm芯片，甚至更先进的5nm芯片，或者3nm芯片，EUV光刻设备必须更加可靠。

它是如此艰苦。

EUV光刻设备无法生产7nm芯片，但DUV光刻设备有成本和天花板。

未来呢？这跟我有什么关系？

未来的

当然，跟你的关系不仅仅是买不买手机。

科技行业存在三定律。

摩尔定律、反摩尔定律、安迪比尔定律。

摩尔定律，您可能已经知道了。

该定律是英特尔创始人Dr.戈登·摩尔：

每 18 个月，计算机和其他 IT 产品的性能就会翻一番。

然后是反摩尔定律。

谷歌前首席执行官埃里克·施密特指出，如果我们反过来看摩尔定律，如果一家IT公司今天销售的产品数量与18个月前相同，那么它的收入就会减少一半。

而安迪·比尔定律更多的是预言后的祝福。

这条定律的原话是“Andy给予，Bill索取。（Andy给予，Bill索取。）”

安迪指的是英特尔前首席执行官安迪·格罗夫。

比尔指的是微软前首席执行官比尔盖茨。

这个定律指的是硬件提高的性能很快就会被软件消耗掉。

例如，当你的电脑中的Intel处理器被列为i5时，其中安装的Windows系统也会立即更新并告别XP。

每次软件和硬件的配对，都是计算能力的飞跃。

当你结合这三个定律时会发生什么？

首先，这个行业将会重演。

大家都在喊7nm芯片，很快他们就会喊5nm、3nm、2nm、1nm……

另外，公司也会发展。

你会看到更多的热搜，谈论手机销量，竞品手机销量和高端市场份额……

您以后可能会也可能不会切换到新的、速度更快的手机。

然而，随着硬件选项的改进，软件选项也有机会向上游移动。

计算能力的飞跃再次开启：

杭州的一家服装电商有一天会发现，一旦工厂在供应市场上发布新品，下游客户就可以在网上选择，不再需要承受库存的压力。石家庄的一位客服有一天发现，他一个人就能服务全市。

南海的一名石油和天然气勘探工程师有一天会发现，他可以一次计算 100 TB 的数据，并对整个地球表面进行 CT 扫描。

你会发现，你们的世界已经进入了一个计算能力再次提升、效率恢复的时代。

7nm芯片的故事不仅仅是芯片，还有算力、技术发展和竞技游戏。

这是一个世纪以来从未发生过的根本性变化。

在这风云变幻的情况下，有人高呼船已越过万重山。

从没有7nm芯片到有7nm芯片。从 DUV 到 EUV。从新的手机到新的计算能力。

一切皆有困难，一切皆有可能。

但山外还有山。

除了7nm之外，还有5nm、3nm，甚至2nm、1nm……

该怎么办？

青州没有回答。它只是不断地向前游动。

继续，继续。

祝福。

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