这里的“中国芯”逼近世界一流 安检X光机

发布时间:2021-01-07 18:02:12   来源:网络
安检X光机

完全靠自己铸就的国之重器


5月14日,国家存储器基地(一期)1号厂房,工人正有条不紊地搬入芯片生产机台,安装调试,近3000台设备将组成智能化芯片生产工厂。此前,中国第一代自主可控32层三维闪存芯片产品,已于2017年10月下线并提交客户试用,产品研发从验证试制转向规模量产。


国家存储器基地项目(一期)一号芯片生产厂房内,工人正在安装线缆


建设我国首个国家存储器基地,量产我国首批自主三维闪存芯片,实现“零”的突破——这个从2016年春就在武汉光谷激荡的梦想,实现在即。


一块12英寸的硅芯片晶圆,可以切割成811个小方块,每个小方块就是一枚三维闪存芯片。晶圆越大,一块圆片上可生产的芯片单元就越多,但对材料技术和生产工艺的要求更高。


国家存储器基地长江存储生产的3D NAND Flash晶圆


每个指甲盖大小的芯片,形象点说,相当于一栋32层的楼房里面建了640亿个存储房间,每个房间住着一个0或1。长江存储董事长赵伟国曾这样介绍这国内首颗自主研发的32层三维闪存芯片。


国家存储器基地长江存储生产的中国首颗自主研发32层三维闪存芯片


这颗芯片,耗资10亿美元,由1000人团队历时两年自主研发,是国内主流芯片中研发制造水平最接近世界一流的芯片,实现了国内高端存储芯片“零”的突破,今年4月9日获得中国电子信息博览会(CITE2018)金奖。


芯片制造被誉为“工业皇冠上的明珠”,“5毫米见方的硅片上,电路只有头发的几百分之一粗细,肉眼无法看到,每个存储器加工过程有66步工艺,一步都不能做错而且芯片加工设备昂贵,流片出错的成本极高,一不小心损失可达上千万元。”华中科技大学光电学院副院长缪向水说,我国芯片技术落后于世界,追赶上去需要一定时间。


国家存储器基地项目(一期)一号芯片生产厂房蓝图


习近平总书记视察湖北武汉时指出,“核心技术靠化缘是要不来的,也是买不来的。科技攻关要摒弃幻想,靠自己。”长江存储公司党委副书记、副董事长杨道虹说,国际技术壁垒,更加激发我们自强的心态与能力,要通过自力更生掌握核心技术。


今年,32层三维闪存芯片将在国家存储器基地量产,但这仅仅是迈出了第一步。64层三维闪存芯片研发也在紧锣密鼓地进行,计划2019 年实现量产。长江存储的目标,是2023年实现30万片/月产能,年产值1000亿元,预计满足国内闪存需求量50%。


“板凳要坐十年冷。”赵伟国说,未来的道路还很艰难漫长,要坚定信心、保持定力,“我们希望5年站稳脚跟,但真正成功需要10年”。


三维芯片存储技术近年才突破


武汉抓住了弯道超车的机遇


“装备制造业的芯片,相当于人的心脏。心脏不强,体量再大也不算强。要加快在芯片技术上实现重大突破,勇攀世界半导体存储科技高峰。”4月26日,习近平总书记视察湖北武汉时,对正为国家存储器基地建设奋斗的长江存储技术的骨干们,留下殷殷嘱托。


他关心的芯片,是信息化时代的粮食,是物联网、大数据、云计算等新一代信息产业的基石,关乎信息安全、产业安全与国家安全。其中,存储芯片应用最广、市场最大。2017年,我国集成电路进口额约2600亿美元,四分之一是存储器,我国95%的存储器芯片依靠进口。


“存储器是战略性产品,全球需求量巨大,且三维存储技术于近年才取得突破,我国有赶超的机会。”核高基国家科技重大专项技术总师、清华大学微电子所所长魏少军对长江日报记者表示,国家存储器基地落地武汉,在三维闪存领域追赶国外巨头,不仅将缓解我国存储芯片供给不足的矛盾,更将为全国集成电路产业发展形成支点。


2006年,湖北省、武汉市、东湖高新区投资建立武汉新芯,107亿元的投资,占当年省内国有经济投资总额的近十分之一。之后,这个项目坚持了10年,殊为不易,但湖北、武汉始终不放弃。


2014年,国家颁布实施《国家集成电路产业发展推进纲要(2015-2025)》,并成立国家集成电路产业领导小组和国家集成电路产业投资基金(简称大基金),布局存储器产业基地的战略清晰。


正是十年坚持,湖北为国家保留了自主知识产权发展存储器产业“火种”,遇上了国家发展集成电路的战略春风。


国内外芯片强棒集聚光谷


万亿产业集群正在崛起


作为当今世界最高水平微细加工技术,集成电路制造是全球高科技国力竞争的战略制高点。围绕一枚小小的芯片,设备材料、设计、制造和封测是产业链的四大环节。


“为形成集成电路产业完整产业链,东湖高新区专门成立半导体产业发展办公室,专项推进国家存储器基地建设。”东湖高新区投资促进局局长、半导体产业发展办公室主任朱晓寒说,目前,光谷已集聚集成电路产业上下游企业120家,培育了长江存储、武汉新芯、武汉光迅、武汉飞思灵、武汉高德红外等一批具有较强竞争力的企业,引进了海思光电子、联发科、新思科技等一批国际一流芯片设计企业,专业从业人员8000余人,产业链不断完善,产业发展生态正在加快形成。到2020年,东湖高新区力争集聚相关企业300家,实现集成电路企业总产值1800亿元。


东湖高新区仍在强化招商,在每一个细分产业链划定目标企业,进行重点招商和企业培育;基于不同行业的芯片,比如存储芯片、汽车电子芯片、传感器芯片等,进行科学论证和划分,按图索骥招商。5月下旬,该区主要领导将带队赴上海举行中国光谷集成电路专场招商推介。


以长江存储项目为核心,规划4000亩集成电路产业园。除参与国家集成电路大基金一期募资外,省、市、区还将积极参与大基金二期的募资,确保国家存储基地重大项目建设如期推进,吸引更多相关产业链项目。


东湖高新区推动企业和科研单位强强联合、协同攻关,武汉国际微电子学院、长江芯片研究院、国家先进存储产业创新中心、存储芯片联盟、国家IP交易中心等在加紧组建,努力打造世界级的集成电路产业创新中心。


“聚天下英才而用之”“人才是第一资源”,武汉鼓励外地创新人才通过各种方式为集成电路产业服务,支持华中科技大学筹建国家示范性微电子学院,规划占地1000亩的集成电路国际人才社区、国际学校、国际医院等配套设施,构建市外人才储备库,建设人才高地。


紧跟科技前沿、对标世界一流,在光谷,一个“芯片—新型显示—智能终端—数字网络经济”的万亿产业集群正在崛起。


“钢的城”加速迈向“硅的城”


“集成电路产业还将成长100年”


武汉四大新国家基地,国家存储器基地最先启动,从一张白纸落墨,无先例可循。


“2014年底酝酿,2015年对接部委、大基金,向国务院提交方案,2016年2月底获批。”相关人士告诉长江日报记者,当年全国范围内,符合大基金投资存储器产业基地的省份并不多,但竞争仍然激烈。湖北争取极为积极,省市区三级政府均成立专班,每日跟进项目进度,最终拔得头筹。


2016年3月28日,投资240亿美元的国家存储器基地项目正式启动,武汉这座“钢的城”,加速迈向“硅的城”。4个月后,长江存储作为项目实施主体组建,武汉新芯成为其全资子公司。当年12月,国家存储器基地就在光谷开建。


国家存储器基地,用80天完成了项目拆迁、输油输气管线迁改和大部分厂区的场地平整工作,正式开工建设后,9个月就实现项目(一期)一号生产及动力厂房提前封顶。基地建设同时,追赶世界先进水平的32层三维闪存芯片也在抓紧研发。


国之重器,握于己手,是和时间、规律、对手、波谲云诡的竞争形势比拼的长途冲刺赛跑,国家存储器基地建设,注定是一场时不我待、分秒必争的长征。


“集成电路产业还将成长100年,必须坚持这一战略判断。”国家863计划超大规模集成电路设计专项专家、清华大学微电子所所长魏少军说,摩尔定律节奏放缓,晶体管小型化日趋接近物理、功耗、工艺和投入的极限,但技术进步仍然快速。


这场比拼中,全球制造资源其实越来越少,人才争夺日益激烈,集成电路产业越来越成为巨头的游戏,一旦掉队,可能意味着永远出局。


5月15日晚间消息,英特尔今日宣布,准备在以色列扩建工厂,并已提交相关申请。另据以色列政府透露,从2018年至2020年,英特尔计划在该工厂投资约50亿美元。当前,英特尔已在以色列投资约350亿美元,是以色列科技领域最大投资者,在以色列拥有一万多名员工。


英特尔今日在一份声明中称,新投资将主要用于升级位于以色列南部的凯尔耶特盖特(Kiryat Gat)制造工厂。


作为回报,以色列政府将把英特尔享受到的调低后的5%的税率期限延长至2027年。此外,以色列财政部还考虑向英特尔提供19.4亿美元的援助。将来如果英特尔继续投资,以色列政府将继续向英特尔提供补贴。去年,英特尔以色列公司出口额达到36亿美元,占以色列整体高科技出口的8%。



英特尔在以色列深耕四十年


在之前,Intel拥有世界上最先进的半导体工艺,号称领先对手三五年,不过14nm工艺节点Intel收缩了扩张的脚步,Fab 42工艺暂停升级14nm。但是半导体工艺研发并不会因此停滞,2014年,Intel与以色列政府达成协议,将投资60亿美元升级以色列水牛城的晶圆厂,为未来的10nm工艺生产做准备。


根据双方达成的协议,以色列政府将在未来五年补贴Intel公司3亿美元,同时未来10年中每年的企业税率也低至5%,而Intel方面则要投资60亿美元升级晶圆厂,同时未来10年将在现有2500名员工的基础上继续扩招1000名员工。


Intel在以色列投资已有40年了。


1974年,英特尔在其以色列员工的说服下,在以色列设立了美国本土以外的第一个研发中心,截至目前在以色列拥有4个研发中心,直接雇佣上万名员工,其中60%是研发人员,从事高端芯片研发。1979年,


世界第一台基于微软操作系统的IBM个人电脑的8088处理器在以色列研发成功,此后奔腾、赛扬、酷睿、SNB、Ivy Bridge等主要CPU都是在以色列研发的,英特尔以色列分公司每年出口额接近40亿美元。英特尔累计在以色列投资超过260亿美元,包括其去年对位于耶路撒冷的辅助驾驶技术公司Mobileye153亿美元的并购,投资的以色列公司数量超过70家。


不仅拥有海法研究中心,2008年还在南城城市水牛城建设了Fab 28晶圆厂,之前生产45nm工艺,目前生产22nm工艺处理器。不过14nm节点上,Intel战略收缩了,原本D1X、Fab 42及爱尔兰的Fab 24三个晶圆厂升级计划中,目前Fab 42工厂已经暂停,14nm工艺的主力是美国本土和爱尔兰晶圆厂。


这笔60亿美元的交易是Intel在以色列最大的投资,具体如何分配还不得而知,既然14nm工艺节点不会有新晶圆厂升级了,那么水牛城的Fab 28工厂主要是面向未来的10nm工艺了。此外,Intel与美光还在以色列合建了Fab 18晶圆厂,闪存生产方面可能也会有所顾及。


Intel的Fab 28工厂2011年出口额22亿美元,2012年提升到46亿美元,不过2013年下降到了38亿美元。


根据统计,Intel在以色列总计投资了108亿美元,但收到的补贴有150亿美元(以色列政府也蛮拼的),在以色列总计雇佣了大约10000名员工。



步履蹒跚的10nm


与之前基于科学度量进行半导体制程节点的命名方式有所不同,近来半导体制程的命名更多的偏向营销,因此台积电的7纳米与英特尔的10纳米工艺并不完全相同。 不但我们不能否认,台积电正开始生产7nm产品,这表明以台积电为代表的代工厂正在成功解决生产挑战。相对而言,英特尔的10nm工艺进展比较不顺。这次扩大以色列的工厂,体现了他们在上面的信心,但可以肯定的是尚需时日。


在最近的电话财报会议期间,英特尔CEOCEO 布莱恩·科再奇(Brian Krzanich)承认其10纳米工艺制程“略有些激进”,还面临生产问题,量产将推迟到2019年的某个时间。


Krzanich表示,我们的10纳米工艺正持续取得进展。我们意识到了产量问题并进行了改进,但他们需要时间才能取得成效。目前产量正在提高,但改善速度比我们预期的要慢。因此,量产将从2018年下半年推迟到2019年。我们也将继续利用14纳米技术打造产品,包括面向台式机的处理器Whiskey Lake和数据中心处理器Cascade Lake Xeons,产品将在今年晚些时候推出。


据悉,英特尔不愿意在2019年上半年量产,因此10纳米可能会推迟到下半年。从Krzanich的声明中得知,尽管英特尔已经对问题进行修复,但并未在实际量产中对进行验证,这意味着如果改善程序无效,英特尔仍需要重新设计。


英特尔10纳米制程的延后导致微架构发展停滞,问题可能比表面上看起来更大。 英特尔的财务数据已经指出,该公司正在成功转向人工智能、数据中心、自动驾驶、5G、FPGA和物联网等多种业务,甚至GPU也是其中之一。


不幸的是,英特尔的工艺技术涉及到所有这些领域,并为此提供芯片,10nm的迟到可能会影响英特尔在这些细分市场的竞争力。 Krzanich也指出,自2014年推出以来,英特尔已经将14纳米的性能提高了70%,但会很快达到收益递减点。


考虑到目前情况,英特尔相对平稳的研发费用(+ 3%)支出肯定不会令人鼓舞。 由于10纳米的良率问题,英特尔可能会转向第二代10nm +,但它并未得到确认,不过Krzanich还表示英特尔不会直接跳到7nm节点,而是会从10nm节点转向7nm工艺。


Krzanich也承认,英特尔的制程优势正在减小。 英特尔长期以来一直是摩尔定律的守护者,并坚信摩尔定律还将持续。虽然如此,但是我们已经很长一段时间没有看到Tick-Tock。 考虑到自2014年以来英特尔并未量产更先进的制程,可以说摩尔定律已经宣告失效。


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