荷兰日本上了美国贼船，没有高端光刻机我们怎么超车？_风闻

本文原创于微信公众号：差评  作者：差评君

当大家还沉浸在过年的劲头里没缓过来时，国际上针对中国的围追堵截，并没有因为新年而有丝毫放松。

 就在前两天，挡不住美国长期以来的威逼利诱，日本和荷兰政府已经同意站队美国一方，共同进一步限制中国半导体发展了。

虽然目前还没有公布具体的限制措施和实施时间，但像荷兰的ASML、日本的尼康、东京电子，这几个国际上为数不多拥有先进半导体制造工具生产能力的企业，都将扩大对中国的禁售范围。

而且从目前透露出的消息来看，较大概率确定这次禁售范围应该是被扩大到了高端 DUV 光刻机（ 28-16nm 先进工艺 ）。

这个制程的芯片主要是用在 Wi-Fi、蓝牙、中低端手机处理器里。

 而且这类光刻机，之前国内公司已经猛买了一波，所以短期内对日常生活影响不会特别大。

其实与日常生活息息相关的各种医疗设备、收银设备、办公设备里的主力军是 45-28nm 工艺的。

只要这部分产品我们不受限或者自己能造，那就不用太担心。

不过更多的具体影响，我们还是得等子弹再飞一会儿。

 国内还没吵起来，国外像 ASML 公司 CEO 温彼得就已经坐不住了，他公开表示了自己的不满，还说步步紧逼的管制措施，反而会推动中国创造自己的技术。

把 “ 懂事 ” 打在评论里！这不得借他吉言好好干一波？

所以问题来了，国内有什么办法可以续上或者直接涅槃的？

 眼下最能续上的，应该算是 Chiplet 技术，不过比起工艺，它可能更像一个思路。

在 Chiplet 思路里，最重要的就是先进封装工艺，关于这部分咱们之前也聊过了，大家可以点击下方图片，看看咱们之前写过的文章。

它最初的概念原型，出自摩尔在 1965 年的那篇著名论文《 Cramming more components onto integrated circuits 》，就是在这篇论文里，摩尔提出了大名鼎鼎的摩尔定律。

也是在这篇论文里，摩尔还提了嘴 “ 用较小的功能构建大型系统更为经济，这些功能是单独封装和相互连接的 ” 。

 这不巧了吗， Chiplet 恰恰是这么干的。

我们都知道，随着晶体管密度越来越大，芯片制造的难度也是越来越高。

所以， Chiplet 技术换了个思路。它把一个大的集成芯片，分成了不同的模块，把它们分开造好后，再像堆积木一样，把小芯片拼接起来，最终就能达到和大芯片一样的效果。

再加上先进封装工艺，一套组合拳下来，使用 10nm 工艺制造出来的芯片已经可以达到 7nm 芯片的集成度。

 不用在制作工艺上钻牛角尖，却实现了接近先进制作工艺的水平，这不就是弯道超车？

除此之外， Chiplet 技术还有更多好处。

要知道，芯片里的不同模块，对于制程的需求是不一样的。有些模块可能巴不得你上到 1nm ，但有些模块用 28 nm 也没问题。

但如果把这俩模块放一起造，只需要 28nm 的模块也得被迫用上 1nm 的制程，这不就是纯纯的浪费？

这就好比是组队吃火锅，吃辣的人只能迁就不吃辣的，点个清汤锅。

而 Chiplet 就像一口鸳鸯锅，能把大家的需求全都安排上。

不仅如此， Chiplet 技术还能让每个模块都用上更合适的材质。

举个例子，我们手机里有个射频芯片，主要管收发信号的，早期的时候因为数据传输又少又慢，用硅来当材料也就够了。

可随着 4G 、 5G 的大规模应用，飞涨的数据传输量和速度让硅力不从心，所以现在手机里这部分芯片都把硅换成了磷化铟、氮化镓之类。

原材料都不一样，那就没法做成 1 个集合芯片了，但拆分成两个独立芯片，随之而来的就是功耗、延迟、占用空间变大等问题。

 而用了 Chiplet 技术，在同一块芯片用上不同的材质，完全不成问题。

每部分都可以单独定制调整的优点，让 Chiplet 技术从产品迭代方面看起来也更有性价比。升级换代某个模块，总比全部推倒重来要便宜、方便很多吧。

但它也有自己的一些问题，比如你得先保证各方制作的芯粒之间，能够互联互通，不然你说你的我干我的，放一起就是个麻烦。

所以在去年 3 月， Chiplet 技术的高速互联标准—— UCIe （ Universal Chiplet Interconnect Express ，通用芯粒互联技术 ）正式推出，也算是初步在芯片封装层面，统一了度量衡。

UCle 产业联盟董事会▼

而国内显然也嗅到了这一机会，就在去年 12 月中，由中国集成电路领域相关企业和专家，共同主导制定发布了《 小芯片接口总线技术要求 》团体标准。

 虽说如此，但实际上，目前 Chiplet 技术仍旧以国际几大巨头为主导，包括 AMD 、三星、苹果、台积电在内，都创建了自己的 Chiplet 生态系统。

不过呢，相较于芯片制造，国内芯片的封装市场情况明显好上不少，像通富微电、长电科技都在积极布局。

总的来说，在 Chiplet 方向上，我们是跟上了潮流，在未来，也能期待下这个技术发光发热，只是真指望用 Chiplet 技术进行所有的先进工艺替代，实在有点勉强。

真要突破国外卡你芯片脖子，还得自己能造。所以我们还可以选择换条赛道。

眼下，确实有种方案摆在面前，那就是光子芯片。

顾名思义，光子芯片传输信号的方式，就是用光。

说起来，用光做芯片和用电做芯片，两个概念的提出时间其实很接近，但是为啥现在全是电子芯片呢？

因为人们找到了 “ 晶体管 ” ，这个和 “ 电 ” 绝佳的配合搭档，晶体管能很方便地用一个或者多个电压信号产生另一个信号，这样成百上千就组成了千变万化的模拟、数字电路。

 然而在光学领域，人们挠破头，也没有找到属于光的 “ 光晶体管 ” 。

就这样，光子芯片被尘封了几十年。

然而， AI 时代的到来，神经网络的发展，让光子芯片有了全新的生命。

2017 年，一篇叫《 Deep learning with coherent nanophotonic circuits 》的论文在顶级期刊《 Nature Photonics 》上发表，它论证并实现了光子器件可以直接计算矩阵乘法。

矩阵乘法，就是现在 AI 里最常用的运算之一。而且越复杂的算法，矩阵乘法的规模越大。

在常规的电子芯片中，要进行矩阵乘法运算会非常复杂，这也是为什么 AI 算法这么吃算力， CPU 和 GPU 怎么进化都不够用。

但光子芯片经过一组光路模块之后，天然就能够实现矩阵乘法，甚至只要增加光路，就能够实现更大的矩阵乘法。

 所以，抛弃了 “ 光晶体管 ” 这个死胡同之后，光子芯片竟然在计算领域有了弯道超车的机会。

例如我国的曦智科技，在 2021 年推出的高性能光子计算处理器 PACE ，在一些特定领域已经能够秒杀市面上的同类电子芯片竞品，成为了全球首个实物示范出光子芯片优势的计算系统。

除此之外，还有个理论上的赛道，碳基芯片。

 碳基芯片目前就是，把芯片里的硅直接换成石墨烯，工艺啥的统统不用变。

能这么硬换是因为石墨烯太优秀，石墨烯晶体管的运行速度比硅晶体管快上 5-10 倍，功耗却只有 1/10 ，还不受摩尔定律的约束。

这样一来，碳基芯片就能既要又要还要。

也正是因为这些优点，所以 90nm 工艺的碳基芯片性能可以赶上 28nm 的硅基芯片， 28nm 工艺可以等效 7nm ，到了这程度国产的设备已经完全够用了呀。

这么一来，脖子都没了，还卡个屁呀。

虽然碳基芯片目前还在实验室阶段，中外竞争主要体现在论文成果上。

但是，国际上的研究还真不多，相比之下，国内无论是论文发表数量，还是一定条件下的碳基晶圆生产，都存在一定的领先。

但碳基芯片大面积推广的问题也很多，最最主要问题是，碳纳米管的提纯太难，都不说石墨烯的制取难度，光是地球上碳的含量都远远不如硅。

 而且，现在石墨烯晶圆量产的工艺条件还不成熟，没办法进行大规模量产，只能在实验室里玩玩。

不仅如此，从硅换成碳，虽然可以直接复用之前的半导体工艺设备，但实际上还是有 10% 的工艺设备需要重新调试改进。

看着是不多，但就半导体工艺环节的体量， 10% 的工艺设备改进足够大家喝一壶的了。

不过据行业内部人士分析，未来 3-5 年内，难度相对较低的物联网碳基芯片能实现商用，但手机、电脑里的则还得等更久一些。

 说了这么多，理性的看，面对海外逐渐勒紧的芯片卡脖子，在先进工艺老赛道里，除了喊句 “ 加油 ” 、说句 “ 相信 ” ，也没什么更多办法。

可跳出原来的思维定式，不执着于纠结在 7nm 、 5nm 制程这些数字上，反而多想想能不能用 28nm 、 14nm 技术实现 7nm 、 5nm 的性能，不也能赢？

所以像 Chiplet 弯道超车，像光子芯片和碳基芯片这样换道超车，谁敢说就一定不行呢？

回到现实情况来看，目前可以用来突破卡脖子的新技术里，还是以 Chiplet 最为现实，可它也是几个新技术里中外差距最大的，不过总比死磕光刻机啥的好弄吧，顶一顶，多争取点时间也挺好的。

后两种新技术光子芯片和碳基芯片，眼下都是属于梦想很美好，现实很艰难，未来不确定的状态。

万一我们在外部封锁日益严重的情况下，在这两者里有了关键突破，那就可以上 BGM 了： “ 那年我双手插兜，不知道什么叫对手。 ”

图片、资料来源：

Bloomberg：ASML Says Chip Controls Will Push China to Create Own Technology

Bloomberg：Biden Nears Win as Japan, Dutch Back China Chip Controls

The Economist：Artificial intelligence and the rise of optical computing

SiP与先进封装技术：干货 | Chiplet带来的新变化

东方财富证券：Chiplet与先进封装共塑后摩尔时代半 导体产业链新格局

浙商证券：CHIPLET：延续摩尔定律—先进制程替代之路！

华西证券：硅光：“超越摩尔”新路径，厚积薄发大未来

长江证券：Chiplet 技术：先进封装，谁主沉浮

与非网：突破摩尔定律限制，光子计算是实现超级算力的归途

知乎：光子芯片是什么？未来会取代电子芯片吗？

bilibili：@阿里达摩院扫地僧：破解后摩尔时代的算力焦虑，Chiplet的春天要来了吗？