國產芯回憶錄：造光刻的去賣早點，搞EDA的去組裝電腦
本文來自公眾號：CSDN（ID：CSDNnews），作者：馬超，題圖來自：視覺中國
2020-08-18 07:55
“十年長作江頭客，檣竿又掛西風席。”如今到了我國芯片產業的突破阻礙，浴火重生的時刻了。受美國限製令影響，台積電上月表示9月14日後將不再對華為供貨，8月14日中芯國際也表示，將停止支持華為。
中芯國際此舉實屬無奈，雖然我們有14nm的製造工藝，但卻造不出14nm製程的光刻機，有關這點筆者在華為麒麟將成“絕版”，造芯為什麽這麽難？有過詳細論述，這裏不加贅述。
最近有消息稱為應對美國的封鎖限製，華為啟動了意在“自力更生、奮發圖強”的製造項目“南泥灣”，據稱筆記本電腦、智慧屏和IoT家居智能產品等受美國技術占比較低的項目，在今年底前實現“南泥灣”，達到自給自足。
筆者個人認為這則消息可信度一般，因為目前筆記本電腦90%的以上市場份額，是由英特爾及AMD的X86架構芯片所占據，英特爾和AMD是美國公司，半年時間能搞定一個能取代X86架構的指令集，這明顯是不可能完成的任務；智慧屏的芯片“鴻浩”是台積電給華為代工的，在芯片製造方麵我們落後的較多，想在半年內建成像台積電同樣水平的公司，有些天方夜譚。
但我們看到華為已行動起來，在芯片製造領域進行基礎科學研究。近日，華為消費者業務CEO餘承東在中國信息化百人會2020年峰會上表示後悔當初沒有進入芯片製造領域，使麒麟終成“絕版”，但接下來華為將全方位紮根，突破物理學、材料學的基礎研究和精密製造，突破製約創新的瓶頸。包括EDA的設計、材料、生產製造、工藝、設計能力、製造、封裝封測等關鍵流程，全部被華為設定進今後的目標領域之中。
“忘記曆史就意味著背叛”，在重啟芯片製造領域基礎研究的時點上，我們有必要回顧曆史，分析我們在芯片領域到底是怎麽落後的，從而總結曆史，更好地發展未來。
令筆者欣喜的是，有熱心讀者找到了我國光刻領域的開創之作《光刻掩膜版的製造》，並找到了在我國電子工業全麵轉型過程中，光刻廠改製與EDA重組的親曆者，筆者與他們進行了交流，雖然他們不願意透露名字，在聽了他們的經曆之後，筆者十分震撼，所謂“應是天仙狂醉，亂把白雲揉碎”。如果不站在親曆者的視角，很難理解當時的曆史，接下來就帶大家聽聽他們的故事。
一、《光刻掩膜版的製造》背後
有不少文章都說，我國在光刻方麵的落後是因為我們不重視基礎科學的研究，這種說法至少不適合光刻技術領域。在這方麵我國起步並不晚，基本和美國同步，還略早於日本。在上個世紀60年代初，中科院立項開始研究光刻機了，在1965年成功推出了65型接觸式光刻機，這個光刻機在當時可謂國際領先，後來1972年武漢無線電元件三廠編寫了《光刻掩模的製造》。
在讀過這本書後，筆者才下定決定撰寫本文的，光刻與IT研發最大的不同點在於試錯成本相去甚遠，在IT的編程範式下，代碼的運行結果是可以瞬間反饋的，這極大降低IT研發的試錯成本；而光刻技術中很多工藝要靜置要等，沒有時間的積累根本就難以突破。
為了說清接下來的內容，筆者向大家簡要介紹下光刻技術。在一台光刻機中激光器負責光源產生，首先是激光器發光，經過矯正、能量控製器、光束成型裝置等之後進入光掩膜台，最終製成晶圓。
如果展開討論的話，從激光器、激光鏡頭、控製器到光掩膜版，都能單獨成文。本次筆者聯係上的光刻前輩，從事過光掩膜版製造的相關工作。所以咱們今天就重點和大家聊聊光掩膜。
光刻掩膜版（又稱光罩，英文為 Mask Reticle），簡稱掩膜版，是微納加工技術常用的光刻工藝所使用的圖形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜圖形結構，再通過曝光過程將圖形信息轉移到產品基版上，詳見下圖，這裏需要特別提到的一點是在光刻膠方麵，日本廠商幾乎占據了80%以上的市場份額，可以說單從一個看似簡單的光掩模來看，我們下大力氣去攻堅克難的方麵都有很多，遑論整個光刻機的製造了。
超微粒幹版作為光刻製版用的感光版的一種，其製造工藝的相關內容，無論是在《光刻掩模的製造》，還是在前輩的親述當中都有過介紹。其底板采用性能穩定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸銀、鹵化鉀和介質（明膠）三種材料為主配成乳膠液，再加入吡那金醇（增感劑）、三氮吲哚唎嗪（穩定劑）、明礬（堅膜用）等構成，書中截圖如下：
有不少網友將武漢無線電元件三廠和武漢無線電三廠搞混了，甚至還有人說武漢之前根本就沒有過光刻廠。在真正了解過相關情況之後，筆者可以肯定的講，我們之前武漢的半導體技術真的很強，在前輩的指導下看過《光刻掩模的製造》之後，依舊收獲不少。
二、抱定隨時再去賣早點的決心，才能搞光刻
這家在上世紀70年代獨領風騷的武漢無線電元件三廠，在國外廠商的價格戰下節節潰敗，在1994年全麵改製，成為了賣早點、副食品的商鋪。
據前輩回憶，當時絕大部分職工全部轉型成了商鋪售貨員，雖然有一部分職工南下廣東，應該沒有繼續從事半導體製造的相關工作。
在當時“造不如買，買不如租”的理念下，武漢無線電元件三廠成為我國半導體製造行業全麵衰落的一個縮影，上世紀90年代初，武漢有很多半導體、無線電廠，2000年左右這些廠幾乎全部銷聲匿跡。
當提到這段曆史時，與我溝通的前輩明確表示並不後悔，因為當時國外廠商的產品的確質優價廉，既然技不如人，那麽投子認輸是坦蕩的選擇。
從當時情況看，賣早點至少發揮了一些社會價值，算是為我國科技轉型的大潮做出了一定貢獻。老人家特別強調了一點，我國半導體製造產業的曆程，與我們痛失大豆定價權，80%依賴進口的情況基本是一致的。
未來我們該如何應對？如果繼續走市場競爭的方式，那麽讓我們的光刻機廠直接和國外巨頭競爭，無異於讓未成年的孩子上擂台與拳王較量，毫無勝算可言；而如果想繼續保留光刻技術團隊，那麽我們到底有沒有這個耐心與定力，能夠容忍一個持續虧損，還消耗資源的項目長久的持續下去呢？
如果光刻項目被砍掉，正如前文所說由於光刻屬於基礎科學研究領域，相關人員很難在企業內部轉型去做IT研發工作的，他們是否又要去賣早點呢？To be or no to be，It’s a question。這是我長久以來所聽到最發人深思的問題了。
三、幫人攢電腦，辦WPS培訓班，EDA工程師轉型
從產值角度來看，EDA在集成電路產業鏈中占比不大，2018年全球EDA行業市場規模僅為97.04億美元，這與動轍上萬億的半導體行業相比不算什麽，但EDA被稱作是“芯片之母”，離開了EDA，整個芯片產業都得停擺。
EDA也是我們的短板，Cadence、Synopsys和Mentor Graphics三大美國EDA廠商，幾乎占據我國90%以上的市場份額。與光刻機情況也十分類似，我們EDA軟件的研發方麵起步也不晚。
1978年秋，在中央剛剛提出“科學技術是第一生產力”的時候，桂林陽朔舉辦了“數字係統設計自動化”會議，這次會議被譽為我國“EDA事業的開端”，當時有67個單位，140多名代表參加了會議。
據稱當時有關EDA的討論還隻停留在學術層麵，我國EDA元年是在1986年，當時為了更好推動集成電路產業，我國動員了全國17家單位，200多位專家齊聚原北京集成電路設計中心，開發自主集成電路計算機輔助設計係統“熊貓EDA”，7年之後的1993年，“熊貓 EDA”正式推出。
EDA三巨頭中的Synopsys、Cadence 都在1993年入華，Mentor Graphics在1995年的北京設立銷售辦公室。
當時處在繈褓中的熊貓EDA無法在價格戰中取得優勢，國內EDA產業在1994年至2008年陷入了一段相當長時間的“沉寂期”。令人欣慰的是華大九天基本繼承熊貓EDA的相關技術，為EDA項目保留了火種。
為EDA產品寫代碼的程序員轉型去做其它IT項目不是什麽難事，據稱當時“熊貓EDA”團隊有相當一部分都直接轉型到了華大集團，也有人辦起了電腦培訓班，或者到中關村去攢電腦，當時下海人員的收入普遍比在集成電路設計中心做EDA的研發要高十倍以上，所以對於轉型帶來的痛感不並算強烈。
雖然我國在EDA方麵的火種一直沒斷，想在工業軟件方麵取得突破，我們依舊有很多坑要邁，很多路要走。
台積電、三星等廠商在開發新工藝時，基本不會考慮與國內EDA廠商合作，使得我國EDA廠商的IP庫不夠豐富，這就像隻有Photoshop卻沒有濾鏡一樣，會極大地限製芯片設計師的發揮。
這方麵如果想突破，就必須取得芯片方麵全產業鏈的進展。想在芯片製造的全產業鏈取得進展，沒有捷徑可言，隻能靠時間的積累，所以筆者擔憂光刻之問“美國如果放鬆限製，我們該如何應對”，在這裏呼籲大家給予我國芯片產業以更多信心、耐心。最後祝我國的芯片界同仁，“步步常由逆境行，極知造物欲其成”！
本文來自公眾號：CSDN（ID：CSDNnews），作者：馬超
