中國的7nm 芯片揭示了比北京所願意的更深層次的東西

             魯珀特.古德溫斯(Rupert Goodwins) – 2022.8.1

             在跟蹤世界芯片製造業頂尖水平數十年之後，中芯國際（SMIC）已悄然涉足 7nm 業務。這是一個巨大而出乎意料的飛躍。西方對最新芯片製造設備的禁運失敗了嗎？

             該消息並非來自中芯國際本身，而是來自美國分析師 Techinsights。他們買了一塊 SMIC 芯片，然後掀開頂部，露出了 7 納米的令人瞠目結舌的芯片。來自中國的 7nm 工藝硅是真正令人震驚的。然而，這並不意味着該國芯片技術的巨大轉變將顛覆世界市場和西方的預計。

       Techinsights報告中的細節揭示了真實圖像。 7nm工藝是台積電四年前投入量產的N7節點的翻版。中國有不少前台積電工程師，並且正在花費無上限的資金來實行芯片技術趕超，因此落後兩代的克隆晶圓廠的存在本身就可以說明做得還不錯。但是，一旦深入探討，這項成就的真正價值也開始黯然失色。

             台積電的 N7 節點十分有趣。最重要的是它沒有使用 13.5nm 波長的極紫外 (EUV) 光刻工藝在晶片上打印圖案並製成集成電路。 EUV 光刻機是最先進的並被西方禁運——美國成功地向荷蘭政府施壓，阻止 了ASML（EUV 光刻機的唯一供應商）向中國出售它們。因此，N7 採用了上一代 193nm 深紫外 (DUV) 工藝——這是一項了不起的成就，意味深長。

       DUV 光刻技術很古老，可以追溯到 1980 年代。多年來，在推動摩爾定律全盛期的不斷縮小的芯片幾何尺寸中，它並不是一個限制因素。但隨着 2000 年代的臨近以及從 130nm 到 65nm 工藝芯片的過渡，DUV 的根本問題變得更加緊迫。電磁學理論表明，在芯片上製造小於光波長的結構是不切實際的。但這沒關係。研究人員推斷，他們將會使用更短的波長。整個行業等待着轉向 EUV 以及由之而來的 縮小14 倍的飛躍。

             等待持續了很久。 EUV 比任何人預期的都要難。它最終遲到了 20 年。在這期間，大量的聰明才智被傾注到對物理定律儘可能的擠壓。台積電的 N7 是該工藝的巔峰之作，它基於一堆神奇和大膽的光子干涉，整合了多次重疊的掩模曝光和複雜的生產技巧。它能工作本身就是個奇蹟。良好產率？難以置信。 一段時間內，這是台積電皇冠上的明珠。這也是DUV最後一次大放異彩的機會。伴隨着N7 的上市，EUV 終於做好了準備。

             用 DUV 製作遠高於其等級的所有奇怪技巧都違反了許多芯片製造規則。過去，一旦你的新設備正常運轉就大功告成。你就打開錢袋裝摩爾定律帶來的獎賞吧。 英特爾著名的滴嗒節奏就是以此為基礎的。“滴”，新節點首先獲得芯片設計驗證。“嗒”，稍後進行的重新工藝設計。兩部分配合，避免了一下改動太多的風險。

             台積電的 N7 遠離那些平靜的日子。每個不同的設計都需要大量工作才能從電路到芯片。你不能採用舊設計並將其拼入。不能在完整設計階段，不能在功能塊階段，不能在晶體管階段。一切都需要重新發明，工具，技術，很多很多。每家公司都必須選擇自己的路徑來解決這些問題，而 EUV 則悶悶不樂——或者不悶悶不樂。隨着 DUV 變得越來越奇特，英特爾的滴嗒聲逐漸減弱。這並非巧合。

             另一個被打破的規則是，如果你可以用一個流程完成一種邏輯線路，那麼你就可以完成任意其它邏輯線路，就像做拼圖一樣。 N7更像是油畫。中國的產品看起來非常像一次性的概念證明，他們可以生產一種 7nm 的特定芯片，而不是 7nm 的任何芯片。它是一個 ASIC 挖礦芯片，高度並行，低複雜性。這是一種入門芯片，不是 Apple M2 SoC。

             此外，該芯片已經生產一年了。如果在全球芯片嚴重短缺的情況下，你的商業 7nm 生產線已全面展開一年，那麼你會儘快進入市場。也許中芯國際完全致力於其 OEM 的內部市場、政府和軍方的需求，但中國政府喜歡炫耀任何能夠混淆期望和迴避禁運的能力。沉默本身是一種強烈的暗示。

             具有競爭力的芯片製造的關鍵是規模。一旦你有一個商業開端，你會儘快擴大規模，在一個儘量短的時間窗口占領市場。中國山寨的台積電工藝無法規模化，很可能是因為它沒有將工藝轉化為產品的所有專業知識和工具。它也沒有機會窗口。它甚至沒有一個可以繼續削弱美國和台灣多年領先優勢的中間站。

             複製台積電 N7 工藝一定是困難的、昂貴的和高度優先的，但這是一條死路。當我們打開芯片時，我們看到的不是一個挑戰性的未來，而是一頭沐浴在深紫外線中的小白象。 當競爭對手進入噴氣引擎時代時，中國正在學習製造世界上最好的螺旋槳發動機。佩服你的努力，但暫時先別兌現你的籌碼。

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