硬核科普手機(jī)SoC制造全流程，看完就懂美國制裁華為究竟有多嚴(yán)重

黃陽 2020-05-21 16:20:29 來源：量子位

中奇 萬鐸 黃陽 發(fā)自 凹非寺

鵝板凳 ｜ 公眾號(hào) ebandeng

時(shí)隔一年，美國又對(duì)華為下手了，而這次，基本上是要下死手了。

近期，美國商務(wù)部再次發(fā)布公告稱：正在制定更“全面”的計(jì)劃，要求全球范圍內(nèi)所有使用美國設(shè)計(jì)或技術(shù)的公司，在給華為生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片之前，必須先得到美國批準(zhǔn)。再次打著“保護(hù)國家安全”的旗號(hào)，進(jìn)一步打擊華為半導(dǎo)體芯片供應(yīng)。

你是不是覺得即便沒有麒麟，我們還有高通，還有聯(lián)發(fā)科。自己造不出就找人買點(diǎn)不就成了么。一個(gè)芯片而已，不必這么緊張。

情況可能真沒你想的那么簡(jiǎn)單。

如何生產(chǎn)一枚SoC

首先我們要明白的是，雖然手機(jī)上那顆芯片雖然我們也叫做“處理器”，但是CPU不是SoC。

做個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋扔?，CPU相當(dāng)于一個(gè)solo歌手。

相比之下SoC則是一個(gè)團(tuán)體，CPU是C位選手，這個(gè)團(tuán)里還有負(fù)責(zé)圖形畫面計(jì)算的GPU、負(fù)責(zé)音頻信號(hào)處理的DSP、負(fù)責(zé)攝像攝像相關(guān)圖像計(jì)算的ISP、負(fù)責(zé)手機(jī)信號(hào)的基帶等等。

這些組成SoC的一個(gè)個(gè)選手，就叫做半導(dǎo)體IP核。

搞清楚了區(qū)別，我們接著談?wù)勗趺瓷a(chǎn)一顆芯片。

設(shè)計(jì)芯片

SoC的設(shè)計(jì)其實(shí)和我們的蓋房差不多，動(dòng)手之前得先畫圖設(shè)計(jì)。

蓋房子得講究區(qū)域規(guī)劃，除了最基礎(chǔ)的客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間以外，你要考慮要不要加個(gè)陽臺(tái)、加個(gè)玄關(guān)、加個(gè)衣帽間。對(duì)應(yīng)到SoC上，就是除了五大基本半導(dǎo)體IP核之外，還要加入哪些模塊，各個(gè)IP核具體性能達(dá)到哪個(gè)水準(zhǔn)等等。

但問題又來了，知道自己想要什么樣的芯片還不夠，還要實(shí)打?qū)嵉禺嫵鰜?，還要求是原創(chuàng)的。這就帶來兩個(gè)問題，一個(gè)是很有可能你自己會(huì)想不會(huì)畫，另一個(gè)是畫出來可能帶有太多其他人的痕跡，說白了就是撞人家專利上了。

所以從小白到入門，更多人選擇找諸如英國芯片設(shè)計(jì)公司ARM這種專門“賣圖紙”的公司買一個(gè)成熟的解決方案。

ARM的服務(wù)也很細(xì)致，有各種各樣的套餐。比如蘋果、高通、華為購買的就是指令集授權(quán)，自由度最高，可以在大神的成果上，根據(jù)自己的理解進(jìn)一步發(fā)揮。買完了指令集，接下來的就可以繼續(xù)進(jìn)行針對(duì)性研發(fā)，好讓芯片可以滿足自身更高的要求，這部分工作就是芯片設(shè)計(jì)。

這設(shè)計(jì)也不是隨便找一個(gè)軟件寫寫畫畫就能做完了。芯片設(shè)計(jì)這種工作難度很高，需要使用專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件，一般將這類軟件統(tǒng)稱為EDA，它們非常重要，相當(dāng)于你畫圖時(shí)用的筆，沒有筆，想法再多也出不來，這點(diǎn)我們接下來還會(huì)細(xì)說。

制作樣片

設(shè)計(jì)完了還不能直接賣，要先去工廠做個(gè)demo出來，行業(yè)術(shù)語叫流片。

花了幾百上千萬美金流片一次后，工程師們拿著這個(gè)demo回到辦公室，連上內(nèi)存、硬盤、屏幕、鏡頭等硬件，做成樣機(jī)，再測(cè)試一輪。

這要是遇到什么問題失敗了怎么辦？

不好意思，那就要再花個(gè)幾百上千萬再流片一次，直到跑通整個(gè)流程，這SoC才算合格，可以出道找工廠進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)了。

生產(chǎn)芯片

芯片生產(chǎn)首先要有原材料，具體來說，就是硅。

硅是地球上第二豐富的元素，但地球上沒有自然存在的純硅，這種元素更多以化合物的形式存在。所以首先要做的就是一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，借助純化、拉晶等方式，讓沙子變成身價(jià)暴漲的純硅材料。

純硅做出來之后是一個(gè)柱狀體，用鉆石刀將硅棒橫向切成薄薄的圓片，圓片后期再經(jīng)過拋光就成了芯片的基礎(chǔ)，也就是晶圓。

晶圓到手后，就可以正式去生產(chǎn)芯片了，整個(gè)流程有好幾百道工序，主要分為金屬層加工和晶體管層加工。

金屬層加工的目的是在晶圓上布置導(dǎo)線，大致分為涂層、顯影、蝕刻和去除光阻四步。完成線路的布置后，還要完成晶體管的加工，原理和流程與金屬層類似。

做完這些，還要再檢測(cè)一下，看看芯片好不好、穩(wěn)不穩(wěn)，一切安好，就可以切片、取出，然后放到帶有引線的框架上，外面再套一層保護(hù)用的塑料殼封裝。

做完這些，一枚芯片就算是能拿出去賣了。

?華為被卡在哪了

兩個(gè)環(huán)節(jié)，一個(gè)是芯片設(shè)計(jì)，一個(gè)是芯片生產(chǎn)。

先說芯片設(shè)計(jì)，美國禁令擴(kuò)大后，華為用不了芯片設(shè)計(jì)上必須的EDA了。

EDA市場(chǎng)目前有三個(gè)巨頭，Synopsys和Cadence都是美國廠商，市場(chǎng)份額合計(jì)超過了50%。另外一家Mentor Graphic雖然被德國的西門子收購了，但總部還是在美國。

就像我們剛剛說的，EDA就是芯片設(shè)計(jì)的筆，現(xiàn)在筆都被人家收了，芯片制造這張卷子還怎么答？

值得慶幸的是，據(jù)說華為下一代5納米制程的芯片已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，短時(shí)間內(nèi)影響不大。

然后是芯片生產(chǎn)，一個(gè)現(xiàn)實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)是，麒麟芯片以后可能無法生產(chǎn)了。

一方面，臺(tái)積電三星等廠商受限于禁令，之后無法再給華為供貨；另一邊國內(nèi)相關(guān)制造廠則是心有余而力不足，被荷蘭公司ASML壟斷的7納米光刻機(jī)因?yàn)榻顭o法發(fā)貨，國產(chǎn)光刻機(jī)則因?yàn)槠鸩酵?，明年才能量產(chǎn)28納米制程技術(shù)。

這對(duì)于設(shè)計(jì)制程7納米起步的麒麟芯片來說，無異于杯水車薪。

美國為什么要千方百計(jì)弄死華為？

禁令之下，不難想象，以智能手機(jī)為核心的華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)將會(huì)受到巨大的沖擊。

但是華為會(huì)因此倒下么？對(duì)這個(gè)問題我們也不必過于悲觀。

手機(jī)芯片制程要求高，華為還有近一半營收來自運(yùn)營商和企業(yè)業(yè)務(wù)，甚至消費(fèi)者業(yè)務(wù)中的物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)品，對(duì)芯片性能和數(shù)量的需求遠(yuǎn)不如手機(jī)高，是可以找到美國企業(yè)以外的替代品的。

那么問題就來了，美國為什么要這樣一而再而三地整華為呢？

因?yàn)槿A為的5G太強(qiáng)了，美國981萬平方公里的國土上沒有一個(gè)能打的。

那么你又會(huì)問了，5G現(xiàn)在這發(fā)展?fàn)顩r，好像除快點(diǎn)感覺也沒別的了，美國這么大動(dòng)干戈，至于么？

讓我們回憶一下4G對(duì)我們的影響——

一開始，它也就是快一點(diǎn)，然后呢？

直播、短視頻、移動(dòng)支付噴涌而出，徹底改變了我們每個(gè)人的生活。這些在10多年前都是無法想象的，而這些新的生活和消費(fèi)方式都是在新一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成熟之后才催生出來的。

5G時(shí)代也是同理，現(xiàn)在5G有什么現(xiàn)象級(jí)的應(yīng)用么？沒有，但是對(duì)美國來說，我可以沒有，但你不能先用，因?yàn)檎l先用5G，誰就掌握了先發(fā)權(quán)，誰先掌握了先發(fā)權(quán)，誰就有可能孕育出全新的、甚至具有摧毀性的商業(yè)模式。

美國今天市值最大的企業(yè)是什么？蘋果、微軟、亞馬遜、谷歌和Facebook。他們是什么企業(yè)？基本都是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。你要是引領(lǐng)新業(yè)態(tài)了，美國這些巨頭怎么辦？美國互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)怎么辦？

正因如此，美國才會(huì)一而再再而三的搞華為。

最后……

當(dāng)然，大鵝說了這么多，并不是要求大家立即購買華為手機(jī)。更不提倡任何殺敵八百，自損一千的反智抵制外資品牌行為。就像華為員工蕭譚輝在知乎里說的那樣——

假如沒了華為，并不會(huì)怎樣。組成華為的人和支持華為的人還在，他們化整為零，還可以去其他公司，其他行業(yè)。支持華為沒有錯(cuò)，不支持華為更沒有錯(cuò)，我們都懷有樸素的愛國主義情懷。

作為一個(gè)普通人，我們能做的事很有限，但有限不代表沒用。

華為的事態(tài)未來如何發(fā)展，大鵝無法猜測(cè)。但大鵝堅(jiān)信，在我們每個(gè)人的努力奮斗下，中國勢(shì)力的崛起不可阻擋。