文/渔夫

编辑/程墨

来源/万点研究

从个人电脑到智能手机，从汽车到家用电器，芯片不可或缺。而芯片制造技术以及芯片全球供应链的复杂性，使其成为了当下国际竞争的焦点。芯片制造作为现代科技的前沿领域，其理论研究和技术探索历史承载着人类智慧的结晶，如备受关注的阿斯麦EUV光刻机，更是被誉为迄今为止人类制造的最为复杂的机器。从最初的晶体管概念到如今的纳米级集成电路，芯片制造技术的进步见证了全球科技的飞速发展。这一历程中，理论与实践的紧密结合，推动了芯片制造技术的不断革新和突破。

芯片作为现代科技的基石，其影响力渗透到了社会的各个领域，有着不可替代的作用，深刻影响着国家的安全战略、经济发展和民生福祉。如在武器装备领域，芯片是实现智能化、网络化作战的关键。无论是精确制导武器的导航系统、自动驾驶无人机的感知模块，还是军事通信网络的加密解密，芯片都是这些高科技武器的核心组件；经济层面，特别是在人工智能（AI）领域，芯片是推动数据处理、算法优化和算力提升的关键驱动力。无论是数据中心的高性能计算，还是边缘计算的即时响应，芯片的性能直接影响到AI技术的应用广度和深度，芯片作为算力的承载者，其重要性日益凸显；汽车工业的变革也离不开芯片，从传统内燃机汽车到新能源汽车的转型，从自动驾驶技术的兴起到车联网的普及，智能驾驶、数据传输、能源管理等，无一不依赖于高效、稳定的芯片支持，芯片在汽车电子系统中扮演着核心角色。

2023年，全球半导体行业销售额总计5268亿美元，从地域分布来看，亚洲地区，尤其是韩国、日本和中国台湾凭借其强大制造能力和产业链优势，成为全球芯片产量的中坚力量。而中国在芯片生产上存在着明显短板，尤其是在高端芯片的制造领域，依赖进口的局面尚未根本改变。巨大市场需求下，中国芯片产量虽逐年提升，但与全球先进水平相比仍有较大差距，高端芯片设计和制造环节尤为薄弱，且芯片产业结构分布不均衡，芯片设计企业数量庞大、但芯片制造和IDM（Integrated Device Manufacturer）模式的企业相对较少，导致产业链中存在“短板效应”。

小小一枚芯片，演绎着怎样的故事？又如何成为大国博弈的焦点？今天，我们来聊聊，芯片那些事儿。

观察者网消息，据路透社当地时间3月28日援引三名知情人士报道称，美国正在制定一份禁止接收关键设备工具的中国先进芯片制造工厂名单，以便企业更容易阻止技术流入中国。其中一名知情人士称，这份名单可能会在未来几个月内公布。随后，美国商务部下属工业和安全局（BIS）发布实施额外出口管制的规定，这份166页的规定针对半导体项目出口，旨在使中国更难获取美国人工智能芯片和芯片制造工具。

中国作为全球第二大经济体，我国芯片产业的发展直接关系到国家安全和战略自主。美国对中国发起的芯片战，不仅是一场技术竞争，更是对国家间战略平衡的挑战。

最新2nm 制程工艺芯片

以史为镜，可以知兴替。我们一起来回顾这段刚刚过去不久的历史......

2018年，中兴通讯因违反美国对伊朗的制裁而受到重罚，不仅被处以高额罚款，更加关键的是，美国商务部工业与安全局（BIS）对其实施了为期七年的技术禁运，禁止美国公司向中兴出售任何电子通讯设备、软件或技术。这一举措直击中兴的核心业务，凸显了中国企业在芯片等关键领域过度依赖美国技术的脆弱性。

不久后，福建晋华集成科技有限公司与联华电子股份有限公司（UMC）之间的纠纷进一步加剧了中美之间的芯片冲突。2018年底，美国政府以国家安全为由，禁止美国公司向福建晋华出售产品和技术，指控其涉嫌窃取美国美光科技的商业机密。这一事件不仅影响了福建晋华的业务发展，也警示了中国芯片产业在知识产权保护和国际合规方面存在的薄弱环节。紧接着，美国政府对华半导体出口管制的范围逐渐扩大，不仅限于个别企业，而是上升到国家战略层面。

特朗普政府时期，通过《出口管制改革法案》（ECRA）和《外国直接产品规则》（FDPR）等立法手段，美国对华半导体出口进行严格限制。这些政策的出台，旨在遏制中国在高科技领域的崛起，尤其是在5G通信、人工智能、量子计算等前沿技术方面，美国试图通过技术封锁，减缓中国的发展速度。

进入拜登政府时期，尽管在某些领域中美关系出现了缓和的迹象，但在半导体领域，美国的出口管制政策并未松动，反而在2021年6月通过了《美国创新与竞争法案》（USICA），进一步巩固了对华科技竞争的战略框架。拜登政府延续了前任政府的强硬立场，继续限制中国获取高端芯片设计、制造和测试所需的美国技术、设备和软件，包括EDA工具和IP核等关键环节。

这些事件和政策的连锁反应，加深了中美在芯片领域的对抗。中国意识到，芯片产业的自主可控是国家安全的重要保障，也是未来科技竞争的关键所在。因此，中国加大对芯片产业投入，推动芯片设计、制造、封装测试等全产业链的协同发展，力求在核心技术上实现突破，减少对外部技术的依赖，构建更加安全、可靠的国内芯片生态体系。

通过上述事件和政策的分析，我们可以看到，美国发起芯片战并非偶然，是一步步、逐渐酝酿形成的打压遏制过程。对于中国而言，这既是挑战，也是机遇。

芯片的背后，牵涉广泛、错综复杂，笔者认为：我们应该先科学认知芯片，再谈突破与创新，盲目谈论“弯道超车”，只会贻笑大方。

芯片，或称集成电路（IC），根据用途和结构的不同，可大致分为通用型芯片和专用型芯片两大类。通用型芯片包括微处理器、存储器和微控制器等，广泛应用于个人电脑、服务器、智能手机等终端设备。而专用型芯片则指为特定应用而设计的芯片，如图形处理器（GPU）、数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等，它们在通信、汽车电子、航空航天等领域扮演着重要角色。

芯片制造的理论研究始于20世纪初的物理学领域，科学家们发现了半导体材料在电子传输方面的独特性质，为晶体管的发明奠定了理论基础。直至1959年，杰克·基尔比发明了集成电路，这是芯片制造技术探索历程中的一个里程碑。基尔比的这一发明，不仅极大地简化了电子设备的制造过程，还大幅提高了电子设备的可靠性和性能。随后，摩尔定律（预测芯片的密度和性能将每隔18个月翻一番）的提出，进一步推动了芯片制造技术的快速发展，而且这一预测在过去的数十年中被证明是准确的。芯片制造的理论研究和技术探索，是一个持续的创新过程。随着人工智能、物联网等新兴技术的崛起，对芯片性能和集成度的要求日益提高，芯片制造技术面临着新的挑战。未来，量子计算、碳纳米管、二维材料等前沿科技，有望为芯片制造带来革命性的突破。同时，可持续发展和环境保护的理念，也将推动芯片制造产业向更加绿色、高效的生产方式转变。

光刻技术，是当前芯片制造中的关键环节，人们的目光也聚焦于此。从最初的干法光刻到湿法光刻，再到今天的极紫外光刻，每一次技术革新都极大地提高了芯片的集成度和性能。ASML的EUV光刻机在芯片制造中的应用，标志着芯片制造技术进入了一个全新的时代，实现了纳米级的精密制造。EUV光刻机是芯片制造领域最复杂、最昂贵的设备之一，其每一个零部件都来自全球顶尖的制造商，这些零部件的精密配合，确保了EUV光刻机能够实现最高精度的芯片制造。

10万个零部件组成的ASML光刻机

芯片制造的每一个环节，都离不开先进的制造设备和高质量的原材料。制造设备的进步，如光刻机、蚀刻机、薄膜沉积机等，是芯片制造技术不断突破的关键。ASML的EUV光刻机，作为芯片制造的“心脏”，其复杂的设计和精密的制造，体现了全球供应链和跨国合作的力量。在原材料方面，高纯度的硅材料是芯片制造的基础，而特殊气体、化学品和光刻胶等，也在芯片制造过程中扮演着不可或缺的角色。

在硅片表面均匀涂布一层光刻胶，通过掩模将芯片设计图案投影到光刻胶层，通过化学反应形成图案，清洗残留光刻胶和杂质确保蚀刻精确性，通过化学或等离子体方法将曝光后的光刻胶图案转移到硅片的材料层，形成纳米级电路结构.....

以上就是神秘的纳米级芯片制造工艺流程梗概，是不是看起来很简单？从零开始“手搓芯片”似乎也不难？事实并非如此！芯片之难，不可尽言，我们来一览梗概。

芯片制造的精细工艺与复杂性，体现在其每一项步骤和所使用的设备、材料上。整个过程需要极高的精度与控制，以确保电路的稳定性和芯片的良率。涂胶、曝光、清洗、蚀刻等工序，是核心流程、而非全部，而EUV光刻机等关键设备，高纯度硅、光刻胶等关键材料，则是确保这一流程顺利进行的基石。

高纯度硅是芯片制造的基础，其纯度要求极高，一般需达到99.999999999%（11个9），主要供应商包括美国Hemlock Semiconductor和日本三菱材料等；最先进的光刻技术是EUV（极紫外）光刻技术，它使用了波长仅为13.5纳米的极紫外光源，可以实现7纳米以下的工艺节点，荷兰ASML公司是全球领先的EUV光刻机制造商，其设备集成了德国通快的高频激光脉冲源和蔡司的高精度反射镜系统，体现了全球顶尖技术和供应链的融合；光刻胶是光刻工艺中的关键材料，其性能直接影响芯片制造的精度和效率，主要供应商包括日本JSR、信越化学和美国Dow Chemical等；天车搬运系统（OHT），如日本大福（Daifuku）和美国Applied Materials等公司提供的产品，确保了芯片制造过程中硅片的高效、无尘运输，减少了污染和损坏的风险.....

芯片制造的每一个环节，都体现了全球科技的顶尖水平和产业链的深度整合。从涂胶、曝光到清洗、蚀刻，每一项工序都需要精密的控制和高质量的材料。ASML的EUV光刻机、高纯度硅和光刻胶等关键设备与材料，构成了芯片制造的基石。全球供应商的格局，反映了芯片制造领域国际合作与竞争的复杂性。随着全球科技竞争的加剧，芯片制造的关键技术、设备、材料，成为战略博弈的焦点，其发展与创新将深刻影响全球半导体产业的未来。

为何要谈芯片设计？设计先行，芯片设计与制造相辅相成，都至关重要！

设计决定芯片功能、性能和应用，而制造则是实现过程。如何在指甲盖大小的面积上堆叠数十亿乃至百亿个晶体管，必须依靠科学的设计工具。在全球芯片设计领域，电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）工具扮演着至关重要的角色，它们是连接芯片设计理论与实际制造的桥梁。美国在EDA领域的市场份额达到68%，在这一领域占据主导地位，几乎垄断了全球EDA软件市场，这不仅体现了其在芯片设计环节的技术领先地位，也反映了其在全球半导体产业链中的战略优势。

宛如指甲盖大小、却规模宏大的芯片结构

EDA工具涵盖了芯片设计的各个环节，从电路设计、仿真验证到版图设计，再到物理验证，这些工具能够帮助设计工程师实现从概念到产品的转换，极大地提高了设计效率和质量。Cadence、Synopsys和Mentor Graphics，这三家公司被称作“EDA三巨头”，几乎控制了全球EDA市场的绝大部分份额，它们提供的工具和解决方案，覆盖了从消费电子到高性能计算、从汽车电子到航空航天等各个行业领域。

美国在EDA领域的强势地位，不仅源于其在软件开发和技术积累上的优势，也得益于其完善的产业链生态和强大的市场影响力。美国芯片设计公司如高通、英伟达、博通等，与EDA工具供应商形成了紧密的合作关系，共同推动了芯片设计技术的创新和应用。此外，美科研机构和高校在芯片设计和EDA工具的研发上投入巨大，培养了一大批高水平的科研和技术人才，为美国在这一领域保持领先提供了源源不断的智力支持。

然而，美国对EDA市场的垄断也引发了全球范围内的担忧。随着中美科技竞争的加剧，美国对华的半导体出口管制政策，EDA工具的限制对全球半导体产业链稳定性和安全性构成了挑战。中国芯片设计公司，如华为海思、紫光展锐等，虽取得突破，但在高端芯片设计上想要摆脱美国EDA的掣肘，还有很长一段路要走。

面对这一挑战，中国正在积极寻求突破，加大对本土EDA工具的投入和研发，推动产学研合作，以期在未来能够减少对外部技术的依赖。同时，中国也加强了与其他国家和地区的合作，探索建立更加开放、多元的芯片设计工具生态系统，以降低技术封锁带来的风险，保障芯片产业链的稳定性和安全性。

在全球化的大背景下，芯片设计工具的开放合作，不仅有利于促进技术的交流和创新，也有助于构建更加稳定和可持续的全球半导体产业链。美国在EDA领域的主导地位，虽然短期内难以撼动，但通过加强国际合作，推动技术的多元化发展，可以为全球半导体产业的稳定和繁荣创造更加有利的条件。在全球科技竞争日益激烈的今天，芯片设计工具的自主创新和开放合作，将成为推动全球半导体产业发展的关键动力。

长期以来，中国芯片产业寄希望于通过规模经济和供应链优势，以较低的成本实现竞争力。然而，在芯片制造领域，成本优势的实现远非易事。芯片制造的高投入、高风险特性，要求企业必须拥有庞大且稳定的资金支持。此外，芯片制造的核心设备，如EUV光刻机，其高昂的价格和复杂的供应链，使得成本控制变得异常困难。即使能够实现大规模生产，也难以在短期内摊销高昂的前期投入。因此，中国芯片产业追求成本优势，更多是一种理想状态，而非实际可操作的策略。

另一方面，芯片设计和制造技术的发展，遵循着摩尔定律的预测。然而，这一规律的维持，依赖于持续的研发投入和技术创新。中国芯片产业虽然在某些特定领域取得了突破，如在特定应用处理器的设计上，但在最前沿的制造技术，如3nm、5nm制程，与国际先进水平存在明显差距。追赶过程，需要不断投入巨额资金用于研究与开发，同时面临技术路径选择的风险，一旦判断失误，将导致投入的巨大损失。

尽管中科院、华为海思、中芯国际等企业在芯片领域取得了显著成就，但中国芯片产业整体仍面临多重挑战。在芯片制造环节，尤其是先进制程技术，中国与国际领先水平存在明显差距。此外，EDA（电子设计自动化）软件、IP（知识产权）等关键环节，中国企业的市场占有率较低，对外部技术依赖度高。

中国芯片产业的破局之路，在何方？

芯片专家普遍认为，技术创新是国产芯片产业实现突破的首要条件。中国芯片产业要想在全球竞争中占据一席之地，必须在芯片设计、制造工艺、材料科学等核心领域加大研发投入，培养具备国际竞争力的创新力量。技术创新不应仅仅局限于短期内的市场应用，更应重视长远的基础研究，以确保芯片产业的持续进步和自主可控。

笔者认为，人才是芯片产业发展的第一步棋。华为任正非曾经讲过，“修桥、修路、修房子，已经习惯了，只要砸钱就行了，这个芯片砸钱不行的，得砸数学家、物理学家、化学家，中国要踏踏实实在数学，物理、化学、神经学、脑科学，各个方面努力努力地去改变，我们可能在这个世界上站得起来。”中国虽然拥有庞大的工程师队伍，但在高端芯片设计和制造领域，人才短缺现象严重，培养具备国际水平的芯片设计与制造人才，需要长时间的积累和投入。

学习优秀经验，或许是第一步的思考。

视角一：台积电

在芯片制造领域，台湾积体电路制造股份有限公司（简称“台积电”）的崛起，是一个传奇。台积电创始人张忠谋，扮演了至关重要的角色。张忠谋，被誉为“台湾半导体之父”，他的远见卓识和战略决策，不仅塑造了台积电，也深刻影响了全球半导体行业的发展方向。

张忠谋于1987年创立台积电，这在当时是一个大胆的创新。台积电的成立，标志着全球半导体产业的一个转折点——它首次提出了专业集成电路制造服务（IC foundry）的概念，专注于芯片生产、不参与芯片设计。这一模式的创新，解决了芯片设计公司和IDM公司之间的矛盾，极大地提升了芯片制造的效率和灵活性，为全球半导体产业开辟了一条全新的道路。

台积电的成立并非一帆风顺。在成立之初，面临着来自技术和市场的双重挑战。但张忠谋凭借其在半导体行业多年的经验和对市场的敏锐洞察，带领团队克服重重困难，逐步建立起一套高效、高质量的制造体系。台积电的工艺技术不断进步，从最初的0.5微米工艺，到如今的5纳米甚至3纳米先进工艺，台积电始终走在行业前沿，持续引领全球半导体制造技术的发展。

台积电的成功，不仅在于其先进的制造技术，更在于其卓越的管理理念和企业文化。张忠谋倡导的“尊重人才、注重创新、追求卓越”理念，深深植根于台积电的企业文化之中，吸引了全球最优秀的工程师和科学家加入。台积电的员工，被视为公司最宝贵的资产，公司提供良好的工作环境和培训机会，激发员工的创新潜能，共同推动台积电的持续进步。

台积电在供应链管理、环境保护和社会责任方面也表现出色，赢得了全球客户的信任和尊重。台积电的成功，不仅体现在其市场份额的不断扩大，更体现在其对全球半导体产业和台湾经济的深远影响上。台积电的模式，被全球半导体行业广泛效仿，成为了全球最大的专业集成电路制造服务公司，为全球众多知名芯片设计公司提供制造服务，包括苹果、高通、NVIDIA等。

张忠谋与台积电的故事，是芯片制造领域的一段佳话，它不仅揭示了芯片制造之难，更展现了通过创新和不懈努力，可以克服困难，引领行业发展的无限可能。台积电的崛起，不仅是台湾半导体产业的骄傲，也为全球半导体产业的发展树立了典范，证明了专业集成电路制造服务模式的可行性和高效性。张忠谋的领导力和台积电的成功，将继续激励着后来者，探索芯片制造的更多可能，推动全球半导体行业向着更高、更快、更强的目标前进。

视角二：光刻机

早在20世纪90年代，ASML便开始探索EUV技术的可能性，但直到2010年代初，第一台商用EUV光刻机才得以面世。这一漫长的研发过程中，英特尔、德国通快（Trumpf）和蔡司（Zeiss）等国际巨头扮演了至关重要的角色。

英特尔作为全球领先的芯片制造商，早在EUV技术尚处于概念阶段时，便预见到了其在半导体制造中的潜力。英特尔的早期投资与技术合作，为ASML的EUV研发提供了关键的支持。此外，英特尔与ASML共同开发了新型的光刻胶，以适应EUV光的特殊要求，这一合作不仅加速了EUV技术的商业化进程，也为后续的产业应用奠定了基础。

德国通快，作为激光领域的领导者，在EUV光刻机的核心组件——光源的研发中发挥了重要作用。EUV光刻机所需的光源，是一种产生极紫外光的高频激光脉冲，其能量密度和稳定性要求极高。通快的激光技术，不仅满足了这些严苛要求，还极大地提升了光源的效率和可靠性，为EUV光刻机的稳定运行提供了坚实保障。

蔡司在EUV光刻机的研发中，负责设计和制造高精度的光学系统，尤其是关键的反射镜组件。EUV光刻机的光学系统，需要在极短的波长下保持高度的反射率和极低的热变形，这对光学设计和制造提出了前所未有的挑战。蔡司凭借其在光学领域的深厚积累，成功开发出了满足EUV光刻需求的光学系统，为ASML的光刻机提供了核心竞争力。

EUV光刻机的研发之路，是一段充满挑战与创新的旅程，是全球产业链深度合作的典范，显示了跨国企业间协同创新的力量。

中国芯片产业的破局之路，融合了资本运作、市场策略、前沿科技探索以及国家层面的资本支持，是多元策略协同推进。这一路径的探索，既体现了中国在全球科技竞争中的决心，也反映了其在芯片产业战略上的深思熟虑。

并购战略：快速获取技术与市场

作为中国芯片产业破局的重要手段之一，旨在通过收购海外先进企业，快速获取关键技术和市场准入。这一战略的实施，既有助于缩短技术追赶时间，也能够迅速扩大中国芯片企业的国际影响力。如闻泰科技成功收购荷兰恩智浦（NXP）的安世半导体，标志着中国企业在半导体领域的国际并购取得了实质性的突破。通过并购，中国芯片企业不仅能够获得先进的技术和知识产权，还能够利用被收购企业的全球销售网络，加速自身产品和服务的国际化布局。

合作与共赢

市场换技术，是中国芯片产业破局的另一条路径。通过开放中国市场，吸引海外芯片巨头与本土企业合作，共享技术与经验，实现共赢。中国庞大的市场需求，成为吸引国际芯片企业与中国本土企业合作的关键因素。如英特尔与紫光展锐的合作，即是在中国市场换技术策略下的成功案例，双方在芯片设计与制造领域展开了深度合作，共同推动了中国芯片产业的技术进步与市场拓展。

探索未来技术

在传统芯片技术面临摩尔定律极限的挑战下，中国芯片产业开始探索量子计算这一前沿科技领域。量子计算以其超越经典计算机的潜力，被视为未来计算技术的革命性突破。中国在量子计算领域的研究与开发上投入了大量资源，力图在这一前沿科技领域占据一席之地。例如，中国科学技术大学潘建伟团队在量子信息领域的研究成果，为量子计算的硬件实现提供了理论基础和实验验证。量子计算的探索，为中国芯片产业的技术创新开辟了新的方向，也为解决传统芯片技术瓶颈提供了可能的解决方案。

大基金：国家层面资本支持

大基金，即国家集成电路产业投资基金，自2014年成立以来，成为中国芯片产业发展的关键推手。大基金的设立，旨在通过资本的杠杆作用，引导社会资本投资芯片产业，加速中国芯片产业的自主可控进程。大基金的投入，不仅支持了芯片设计、制造、封测等关键环节的企业发展，还促进了产业链上下游企业的协同创新，为构建完整的芯片产业链生态提供了坚实保障。大基金的运作模式，体现了国家层面对芯片产业发展的长期规划和战略支持，为实现中国芯片产业的可持续发展奠定了坚实基础。

总而言之，芯片之难，不仅体现在技术的高壁垒上，更在于全球供应链的复杂性以及国际政治的不确定性。中国芯片产业在面临挑战的同时，也在积极寻求突破，从加大研发投入，到推动产业链协同发展，再到培养本土人才，每一步都充满希望。我们有理由相信，随着中国芯片产业的不断进步，未来将会有更多国产芯片在世界舞台上发光发热，为全球科技发展贡献力量。

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