国产芯回忆录：造光刻的去卖早点，搞 EDA 的去组装电脑

 

作者 | 马超

出品 | CSDN（ID:CSDNnews）

 

“十年长作江头客，樯竿又挂西风席。”如今到了我国芯片产业的突破阻碍，浴火重生的时刻了。受美国限制令影响，台积电上月表示 9 月 14 日后将不再对华为供货， 8 月 14 日中芯国际也表示，将停止支持华为。

 

 

中芯国际此举实属无奈，虽然我们有 14nm 的制造工艺，但却造不出 14nm 制程的光刻机，有关这点笔者在华为麒麟将成“绝版”，造芯为什么这么难？有过详细论述，这里不加赘述。

 

最近有消息称为应对美国的封锁限制，华为启动了意在“自力更生、奋发图强”的制造项目“南泥湾”，据称笔记本电脑、智慧屏和 IoT 家居智能产品等受美国技术占比较低的项目，在今年底前实现“南泥湾”，达到自给自足。

 

笔者个人认为这则消息可信度一般，因为目前笔记本电脑 90% 的以上市场份额，是由英特尔及 AMD 的 X86 架构芯片所占据，英特尔和 AMD 是美国公司，半年时间能搞定一个能取代 X86 架构的指令集，这明显是不可能完成的任务；智慧屏的芯片“鸿浩”是台积电给华为代工的，在芯片制造方面我们落后的较多，想在半年内建成像台积电同样水平的公司，有些天方夜谭。

 

但我们看到华为已行动起来，在芯片制造领域进行基础科学研究。近日，华为消费者业务CEO余承东在中国信息化百人会 2020 年峰会上表示后悔当初没有进入芯片制造领域，使麒麟终成“绝版”，但接下来华为将全方位扎根，突破物理学、材料学的基础研究和精密制造，突破制约创新的瓶颈。包括 EDA 的设计、材料、生产制造、工艺、设计能力、制造、封装封测等关键流程，全部被华为设定进今后的目标领域之中。

 

“忘记历史就意味着背叛”，在重启芯片制造领域基础研究的时点上，我们有必要回顾历史，分析我们在芯片领域到底是怎么落后的，从而总结历史，更好地发展未来。

 

令笔者欣喜的是，有热心读者找到了我国光刻领域的开创之作《光刻掩膜版的制造》，并找到了在我国电子工业全面转型过程中，光刻厂改制与 EDA 重组的亲历者，笔者与他们进行了交流，虽然他们不愿意透露名字，在听了他们的经历之后，笔者十分震撼，所谓“应是天仙狂醉，乱把白云揉碎”。如果不站在亲历者的视角，很难理解当时的历史，接下来就带大家听听他们的故事。

 

01

《光刻掩膜版的制造》背后

 

有不少文章都说，我国在光刻方面的落后是因为我们不重视基础科学的研究，这种说法至少不适合光刻技术领域。在这方面我国起步并不晚，基本和美国同步，还略早于日本。在上个世纪 60 年代初，中科院立项开始研究光刻机了，在 1965 年成功推出了 65 型接触式光刻机，这个光刻机在当时可谓国际领先，后来 1972 年武汉无线电元件三厂编写了《光刻掩模的制造》。

 

在读过这本书后，笔者才下定决定撰写本文的，光刻与 IT 研发最大的不同点在于试错成本相去甚远，在 IT 的编程范式下，代码的运行结果是可以瞬间反馈的，这极大降低 IT 研发的试错成本；而光刻技术中很多工艺要静置要等，没有时间的积累根本就难以突破。

 

为了说清接下来的内容，笔者向大家简要介绍下光刻技术。在一台光刻机中激光器负责光源产生，首先是激光器发光，经过矫正、能量控制器、光束成型装置等之后进入光掩膜台，最终制成晶圆。

 

 

如果展开讨论的话，从激光器、激光镜头、控制器到光掩膜版，都能单独成文。本次笔者联系上的光刻前辈，从事过光掩膜版制造的相关工作。所以咱们今天就重点和大家聊聊光掩膜。

 

光刻掩膜版（又称光罩，英文为 Mask Reticle），简称掩膜版，是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到产品基版上，详见下图，这里需要特别提到的一点是在光刻胶方面，日本厂商几乎占据了80%以上的市场份额，可以说单从一个看似简单的光掩模来看，我们下大力气去攻坚克难的方面都有很多，遑论整个光刻机的制造了。

 

 

超微粒干版作为光刻制版用的感光版的一种，其制造工艺的相关内容，无论是在《光刻掩模的制造》，还是在前辈的亲述当中都有过介绍。其底板采用性能稳定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸银、卤化钾和介质（明胶）三种材料为主配成乳胶液，再加入吡那金醇（增感剂）、三氮吲哚唎嗪（稳定剂）、明矾（坚膜用）等构成，书中截图如下：

 

 

有不少网友将武汉无线电元件三厂和武汉无线电三厂搞混了，甚至还有人说武汉之前根本就没有过光刻厂。在真正了解过相关情况之后，笔者可以肯定的讲，我们之前武汉的半导体技术真的很强，在前辈的指导下看过《光刻掩模的制造》之后，依旧收获不少。

 

02

抱定随时再去卖早点的决心，才能搞光刻

 

这家在上世纪 70 年代独领风骚的武汉无线电元件三厂，在国外厂商的价格战下节节溃败，在 1994 年全面改制，成为了卖早点、副食品的商铺。

 

据前辈回忆，当时绝大部分职工全部转型成了商铺售货员，虽然有一部分职工南下广东，应该没有继续从事半导体制造的相关工作。

 

在当时“造不如买，买不如租”的理念下，武汉无线电元件三厂成为我国半导体制造行业全面衰落的一个缩影，上世纪90年代初，武汉有很多半导体、无线电厂，2000 年左右这些厂几乎全部销声匿迹。

 

当提到这段历史时，与我沟通的前辈明确表示并不后悔，因为当时国外厂商的产品的确质优价廉，既然技不如人，那么投子认输是坦荡的选择。

 

从当时情况看，卖早点至少发挥了一些社会价值，算是为我国科技转型的大潮做出了一定贡献。老人家特别强调了一点，我国半导体制造产业的历程，与我们痛失大豆定价权，80% 依赖进口的情况基本是一致的。

 

未来我们该如何应对？如果继续走市场竞争的方式，那么让我们的光刻机厂直接和国外巨头竞争，无异于让未成年的孩子上擂台与拳王较量，毫无胜算可言；而如果想继续保留光刻技术团队，那么我们到底有没有这个耐心与定力，能够容忍一个持续亏损，还消耗资源的项目长久的持续下去呢？

 

如果光刻项目被砍掉，正如前文所说由于光刻属于基础科学研究领域，相关人员很难在企业内部转型去做 IT 研发工作的，他们是否又要去卖早点呢？To be or no to be，It’s a question。这是我长久以来所听到最发人深思的问题了。

 

03

帮人攒电脑，办 WPS 培训班，EDA 工程师转型

 

从产值角度来看，EDA 在集成电路产业链中占比不大，2018 年全球 EDA 行业市场规模仅为 97.04 亿美元，这与动辙上万亿的半导体行业相比不算什么，但 EDA 被称作是“芯片之母”，离开了 EDA，整个芯片产业都得停摆。

 

EDA 也是我们的短板，Cadence、Synopsys 和 Mentor Graphics 三大美国 EDA 厂商，几乎占据我国 90% 以上的市场份额。与光刻机情况也十分类似，我们 EDA 软件的研发方面起步也不晚。

 

1978 年秋，在中央刚刚提出“科学技术是第一生产力”的时候，桂林阳朔举办了“数字系统设计自动化”会议，这次会议被誉为我国“EDA 事业的开端”，当时有 67 个单位，140 多名代表参加了会议。

 

据称当时有关 EDA 的讨论还只停留在学术层面，我国 EDA 元年是在 1986 年，当时为了更好推动集成电路产业，我国动员了全国 17 家单位，200 多位专家齐聚原北京集成电路设计中心，开发自主集成电路计算机辅助设计系统“熊猫 EDA”，7 年之后的1993年，“熊猫 EDA”正式推出。

 

EDA三巨头中的Synopsys、Cadence 都在1993年入华，Mentor Graphics 在1995年的北京设立销售办公室。

 

当时处在襁褓中的熊猫 EDA 无法在价格战中取得优势，国内 EDA 产业在 1994 年至 2008 年陷入了一段相当长时间的“沉寂期”。令人欣慰的是华大九天基本继承熊猫 EDA 的相关技术，为 EDA 项目保留了火种。

 

为 EDA 产品写代码的程序员转型去做其它 IT 项目不是什么难事，据称当时“熊猫 EDA”团队有相当一部分都直接转型到了华大集团，也有人办起了电脑培训班，或者到中关村去攒电脑，当时下海人员的收入普遍比在集成电路设计中心做 EDA 的研发要高十倍以上，所以对于转型带来的痛感不并算强烈。

 

虽然我国在 EDA 方面的火种一直没断，想在工业软件方面取得突破，我们依旧有很多坑要迈，很多路要走。

 

台积电、三星等厂商在开发新工艺时，基本不会考虑与国内 EDA 厂商合作，使得我国 EDA 厂商的 IP 库不够丰富，这就像只有 Photoshop 却没有滤镜一样，会极大地限制芯片设计师的发挥。

 

这方面如果想突破，就必须取得芯片方面全产业链的进展。想在芯片制造的全产业链取得进展，没有捷径可言，只能靠时间的积累，所以笔者担忧光刻之问“美国如果放松限制，我们该如何应对”，在这里呼吁大家给予我国芯片产业以更多信心、耐心。最后祝我国的芯片界同仁，“步步常由逆境行，极知造物欲其成”！