对比“两弹一星”工程，聊聊搞芯片的难！
【作者】网站采编
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【摘要】:来源：芯论语 摘要：目前芯片产业的重要性得到了全体国民认同，加快发展芯片产业已成为社会各界共识，同时公众对搞芯片的艰巨性也有所了解。但是芯片到底有多难搞？是否要全部来源：芯论语
摘要：目前芯片产业的重要性得到了全体国民认同，加快发展芯片产业已成为社会各界共识，同时公众对搞芯片的艰巨性也有所了解。但是芯片到底有多难搞？是否要全部自己搞？认识还难统一。有人问光刻机和氢弹哪个更难搞？这是两个单项的比较。发展“国产芯片”是个系统工程，可否和“两弹一星”工程比较一下，想想哪个更难搞？本文重点从学科交叉、精密至极、规模巨大、极其复杂、元素超广、机器生产、投资巨大、品种繁多这9个方面，聊一聊搞芯片的难。
“两弹一星”和“国产芯片”对中国发展进程都是至关重要的。前者是老一辈革命家为新中国的强盛和稳定做出的重大战略部署，也是老一辈科学家向难而生，呕心沥血，隐姓埋名，为祖国繁荣献上的大礼。他们值得后辈永远敬重、学习和纪念。而后者将在中华民族伟大复兴的进程中发挥巨大作用。因此，这两个系统工程对中国发展的意义非凡，所以可以放在一起分析比较，找出发展国产芯片的难点和痛点，制定中国芯片产业补短板，强弱项的最佳路径。
图1.“两弹一星”部分功勋人物 邓稼先、钱学森、于敏、孙家栋
图2. 中国芯片产业主要奠基人 黄昆、谢希德、林兰英
笔者认为“两弹一星”从发展条件看，比“国产芯片”难得太多了。但从涉及的科技领域的广度看，发展“国产芯片”应该是更难一些。这不是否定前者的难度，在物资极度匮乏的条件下，“两弹一星”人克服千难万险取得任务圆满成功，是很了不起的历史壮举。但从涉及的科技领域的广度看，发展“国产芯片”的任务也非常艰巨。另外，搞芯片的难度还在于芯片应用广泛，要满足众多用户的性能和体验要求比较困难。例如手机，只有大众愿意买单才会成功，否则就不算成功。而“两弹一星”的目标很明确，目标实现即是成功。
下面就聊聊搞芯片的各种难。
一、制造之难
造芯片之难，虽没有难于上青天，但却是让中国高科技发展面临前所未有的困难。这个集多种学科之大成的领域，确实不是一时半会儿，想突破就能突破的。“不经历风雨，怎么见彩虹，没有人能随随便便成功”。只有充分认识困难，克服困难，“把握生命里的每一分钟，全力以赴我们心中的梦”，芯片实现自主可控的中国梦才能实现。下面就从9个方面，看看发展芯片产业到底有多难。
1.学科交叉
芯片是一门多学科综合应用的的技术。其中包括固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、几何光学、材料科学、化学，还涉及电子线路、信号处理、计算机辅助设计、自动控制、测试和加工、图论等多个领域。所以需要许多跨领域专业人才的积累，需要产业链各环节的紧密合作。例如化学，芯片制造流程中的化学反应有100多种。随着新材料应用和工艺进步，芯片制造中还会不断利用新的化学反应过程。
图3. 芯片制造中部分化学反应过程
2.精密至极
瑞士手表佳天下，瑞士工匠以精湛、精密的制表技艺雄霸世界。但是手表的精密性与芯片相比，却是小巫见大巫。我们拿根头发来对比一下，看看芯片中电路是何等的的精细和密集。
人类头发的直径一般是0.1mm。把一根头发切断，在显微镜下看，发丝的横切面是直径0.1mm（即100μm）的圆。图4可以看到芯片上的晶体管（图中箭头所指的小红点，面积在1μm x 1μm以内）相对于头发横切面是多么微小。现在的晶体管还可以做得更小。晶体管虽然微小，但它的结构并不简单，它是由多层物质和多个条块结构组成（图示在虚线框中）。
图4. 发丝横切面与晶体管大小的对比；横切面大小的硅片上可布置2127根电路连线。
假如要在发丝横切面大小的硅片上制作集成电路，按照台积电（TSMC）7nm的逻辑工艺，这个面积上可以并排制造2127根连线（nm/47nm，47nm是线宽7nm加上连线间距40nm）。当然集成电路不是简单的连线，它由复杂的电路布图组成的。图4中部圆里的图案，表示发丝横切面大小的硅片上可制造的电路图案，线条精细度为7nm的。芯片的“精密至极”实至名归。今天，用户要求很高，芯片人不得不沿着“面积缩小，性能增加”的摩尔魔鬼定律一条道走到黑。
3.规模巨大
芯片规模大小是指芯片中集成的晶体管、存储单元、电阻、电容等元件数量多少。芯片功能越复杂，集成的元件数量越多，芯片规模就越大。目前，面积不到1cm2的CPU芯片中可集成多达几十亿只晶体管，存储器芯片中可集成多达数万亿个存储单元。例如苹果公司iPhone6的CPU芯片A8（最新款是A11）集成了20亿只晶体管，面积只有89.25㎜2（8.5mm×10.5mm），采用20nm的制造工艺，也就是说芯片中电路的最窄线宽是20nm。长江存储128层3D Nand闪存芯片X2-6070的容量为1.33Tb，即单芯片中至少集成了1.33万亿个存储单元。而且随着制造工艺的进步，芯片规模还会继续增大。
文章来源：《化学反应工程与工艺》 网址: http://www.hxfygcygy.cn/zonghexinwen/2021/0708/393.html