2024年9月,中科大前副院长朱士尧一句“美国造不出,中国永远都不可能”,把光刻机话题炸上热搜。
有人骂他长他人志气灭自己威风,有人说他戳破幻想。
这话听着扎心,却是半导体产业最残酷的真相。
全球顶级光刻机从不是单个国家的独角戏,而是多国技术的大合唱,美国牵头也唱不完整首歌,中国更不可能闭门造车就搞定。
可能很多上了年纪的朋友,天天听光刻机、芯片这些词,却不知道这东西到底是干嘛的。咱们就说最直白的,你手里拿的智能手机、家里的智能电视、孩子用的平板电脑,还有马路上跑的新能源汽车,里面最核心的东西就是芯片,而光刻机,就是造芯片最核心、最离不开的那台设备。
没有先进的光刻机,哪怕你芯片设计图纸画的再完美,也根本造不出来实物,就像你有再好的菜谱,没有趁手的锅灶,也做不出那道菜来。咱们常说的顶级EUV光刻机,更是被叫做半导体工业皇冠上最亮的那颗明珠,不是随便哪个国家,想造就能造出来的。
咱们先说说这台顶级EUV光刻机到底有多复杂。一台完整的EUV光刻机,整机重量能达到180吨,里面零零散散装着超过10万个精密零部件,这些零部件不是来自一家两家企业,而是全球5000多家顶尖供应商,一家只负责做一个小零件,最后全凑到一起,才能攒出一台能正常工作的光刻机。
可能有人会说,不就是10万个零件吗,咱们中国是制造业大国,什么零件造不出来?这话听着有道理,可真放到光刻机上,就不是那么回事了。
这10万个零件,不是随便造个样子出来就行,每一个都要做到全球顶尖的精度,差一点点,这台机器就废了。
就拿光刻机里最核心的光学镜头来说,这个部件是德国蔡司独家供应的,全球没有第二家企业能做出符合EUV光刻机要求的镜头。
这个镜头的精度要求有多高?这么说吧,它的面型精度要控制在0.1纳米以内。咱们都知道一根头发丝的直径大概是0.05毫米,也就是5万纳米,这就相当于,把这个镜头放大到跟一个足球场那么大,整个镜头表面的高低起伏,不能超过一根头发丝的万分之一。
为了做出这个镜头,德国蔡司前后花了几十年的时间,投入超10亿欧元,组建了500多名顶尖科学家和工程师的团队,耗时8年才完成技术突破,哪怕是科技实力最强的美国,自己的光学企业也做不出这么高精度的镜头,只能老老实实从蔡司采购。
再说说另一个核心,EUV光刻机的光源系统,这个核心技术主要掌握在美国Cymer公司和德国通快手里。
要产生光刻机需要的13.5纳米极紫外光,可不是开个灯就行的,它需要先把金属锡变成直径30微米的小锡滴,以时速300公里的速度穿过真空腔室,再用高功率激光连续两次精确命中同一颗小锡滴,把锡瞬间加热到22万摄氏度,也就是太阳表面温度的40倍,才能形成高温等离子体辐射出EUV光。
这个过程需要每秒重复5万次,才能保证光源的稳定输出,别说普通人了,全球能搞定这个技术的,也就这两家企业。
除了镜头和光源,光刻机里还有数不清的核心部件,比如负责芯片精准移动的双工件台,是荷兰ASML自己攥在手里的核心技术,全球独一份;里面用的超高精度轴承,是瑞典的顶尖产品;各种精密控制阀件,来自法国的顶尖企业;还有很多特殊的材料、传感器,来自日本、瑞士这些国家的百年企业。
可以说,一台顶级EUV光刻机,把整个西方发达国家最顶尖的工业技术,全都凑到了一起,不是哪一个国家,能凭一己之力全包圆的。
很多人觉得,美国是全球科技老大,肯定能自己造光刻机,可事实根本不是这样。现在全球能造出顶级EUV光刻机的,只有荷兰的ASML一家公司,别说中国了,美国、德国、日本这些科技强国,都造不出来。
美国在光刻机的供应链里,确实占了很重要的位置,比如光源、部分芯片设计软件,可除了这些,其他大部分核心部件,美国自己都造不出来,只能依赖全球供应链。
就连美国最顶尖的半导体企业,英特尔、高通、英伟达,它们造芯片用的顶级光刻机,全都是从ASML手里买的,美国举全国之力,也没法自己攒出一台完整的EUV光刻机。
早年间美国也牵头搞过EUV技术的研发,上世纪90年代就成立了国家极紫外光刻计划,拉着三大国家实验室、英特尔等头部企业,前后投了几十亿美元,折腾了十几年,最后还是只能靠ASML来做整机集成,自己根本搞不定全套技术。
还有曾经的光刻机巨头日本尼康,不信这个邪,非要走全自研、全日本产的路线,前后投入超千亿日元研发EUV光刻机,最后因为脱离了全球供应链,原型机良品率不足30%,根本没法商业化,只能在2018年彻底终止了项目,留下了年亏850亿日元的残局。
咱们再说说国内的情况,首先要说明白,不是中国完全造不出光刻机,上海微电子已经量产了28nm的DUV光刻机,首批设备已经交付给了国内头部晶圆厂,良率稳定在90%以上,国产化率也超过了80%,能满足国内大部分中低端芯片的制造需求,咱们国家在光刻机领域,不是原地踏步,而是一直在进步。
但咱们要说的顶级EUV光刻机,也就是能造7nm、5nm、3nm这些高端手机芯片的设备,咱们现在确实还造不出来。
网上总有人说,咱们当年两弹一星都能搞出来,怎么一台光刻机就搞不定?这其实是两码事。两弹一星,解决的是“有没有”的问题,只要造出来,能达到核心的效果,就算成功了。
可光刻机不一样,它是工业化量产的设备,不仅要造出来样机,还要保证精度够、良率高、能24小时稳定运行几万小时不出问题,成本还要控制在商用能接受的范围里。
哪怕你造出来一台样机,能刻出芯片,可良率只有百分之十几,而ASML的设备良率能做到99%以上,那这台机器就没有任何商用价值,工厂用它造芯片,造一片亏一片,根本没人会用。
更关键的是,咱们现在还面临着西方严密的技术封锁,别说买ASML的EUV光刻机了,就连光刻机里的很多核心零部件、原材料、技术专利,人家都对我们禁运。
这就相当于,人家全球5000多家企业,每家只需要把自己手里的一件事做到极致,最后凑出一台光刻机,而我们要在被封锁的情况下,自己把这5000多家企业的活,全给干了,每个环节都要做到全球顶尖,这个难度有多大,不用多说也能明白。
所以回头再看朱士尧副院长说的那句话,不是他灭自己的威风,而是他把半导体行业最真实的现实,摆到了所有人面前。
顶级光刻机从来都不是单个国家能闭门造车搞定的,它是全球工业顶尖技术协作的产物,美国牵头都没法自己一个国家完成,我们更不可能关起门来,就把所有技术都突破了。
认清这个现实,不是说我们就放弃了,而是知道我们的差距到底在哪,一步一个脚印的去追,而不是天天喊着口号,觉得砸钱就能搞定一切。
半导体产业的发展,从来都不是一蹴而就的,需要几十年的技术积累,需要无数科研人员沉下心来钻研,更需要尊重全球化的产业规律,只有这样,我们才能在这个领域,真正走出属于自己的路。