聊一聊華為 Mate 60 的事情

之后，關(guān)于華為的各種討論和新聞就層出不窮，有一些技術(shù)名詞可能讓好多人十分困惑。今天就跟大家隨便聊一聊可能會(huì)讓你感到困惑的問題。

為什么 Mate 60 這么引人關(guān)注？

隨著 2018 年美國的各種制裁開始，華為的麒麟芯片就停止了生產(chǎn)，以至于華為 Mate 50 成為了被迫搭載了"性能還可以"的驍龍芯片的 4G 手機(jī)。

關(guān)注華為的同學(xué)一定非常想念 Mate 40 的這顆芯。

但是根據(jù)一些國內(nèi)外科技自媒體和拆機(jī)機(jī)構(gòu)的分析，這次的華為 Mate 60 內(nèi)部再次搭載了麒麟芯片（9000s），而且很可能是 7nm 制程工藝的芯片。

那么如果這款 Mate 60 內(nèi)部搭載的麒麟 9000s 確實(shí)是 7nm 制程工藝，那就說明至少在 7nm 晶圓生產(chǎn)研發(fā)這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)可以一定程度上擺脫美國制裁的影響。

當(dāng)然，目前的消息都只是猜測，也都比較敏感，所以我們不做過多分析，等待官方消息即可。

麒麟芯片不是咱們自己設(shè)計(jì)的嗎，為什么會(huì)受制裁？

麒麟芯片確實(shí)是華為海思設(shè)計(jì)的，但是我們并沒有能力把它制造出來，當(dāng)然準(zhǔn)確說是沒有能力制造最頂尖制程工藝的芯片。

有人說，那就攻克這個(gè)技術(shù)呀，我們號稱自研的麒麟芯片怎么美國一制裁就搞不出來了呢？能這么想的朋友是對芯片制造流程的難度和世界分工沒有概念。

就拿最單一的一個(gè)小點(diǎn)來舉例。設(shè)計(jì)一款芯片的電路圖后，需要交由晶圓代工廠來制造，你可以簡單把晶圓代工廠和臺積電劃等號，最先進(jìn)制程工藝的芯片就只有臺積電能代工制造，全世界只此一家，剩下的英特爾、三星等都屬于其他家。

這么看，臺積電已經(jīng)夠牛了，但它使用的目前最先進(jìn)的光刻機(jī) EUV 卻只有荷蘭的 ASML 公司才能生產(chǎn)。它們既不設(shè)計(jì)芯片也不制造芯片，僅僅是提供制造芯片的工具之一光刻機(jī)。

從可替代程度來講，ASML 在光刻機(jī)領(lǐng)域的不可替代性要比臺積電在晶圓代工領(lǐng)域的不可替代性強(qiáng)更多。

這么看，ASML 夠牛了吧？但它的 EUV 光刻機(jī)中使用的極紫外光技術(shù)必須依賴德國蔡司生產(chǎn)的全世界最光滑的鏡頭，這又是全世界僅此一家才能生產(chǎn)出來。

除此之外，EUV 光刻機(jī)中的其他原材料還依賴一些日本和美國的技術(shù)，雖然 ASML 在光刻機(jī)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，但其中的一些零部件還是需要依賴其他公司或國家。

所以你可以看到，芯片領(lǐng)域已經(jīng)卷到了什么程度，臺積電制造芯片，荷蘭 ASML 給臺積電提供制造芯片的工具，德國蔡司給 ASML 提供制造制造芯片的工具的工具。

即便是你想 all in 只做芯片流程中的很小的一環(huán)，也很難做到完全自給自足，因?yàn)樗枰募夹g(shù)以及工藝上的精度要求簡直太苛刻了。這世界上沒有任何其他領(lǐng)域的供應(yīng)鏈如此復(fù)雜，需要全世界一起來參與。

所以我打個(gè)比方，只要德國蔡司鏡頭中有一個(gè)小技術(shù)或者小專利用到了美國的技術(shù)，美國就可以對其進(jìn)行限制，沒有蔡司鏡頭就沒有 EUV 光刻機(jī)，沒有 EUV 光刻機(jī)就沒有臺積電 5nm 工藝，沒有 5nm 工藝當(dāng)時(shí) Mate 40 的麒麟 9000 芯片就只能設(shè)計(jì)個(gè)圖紙但造不出來。

要想真正擺脫制裁，就要打通整個(gè)流程中的每一環(huán)，而這其中哪怕一個(gè)很小的蔡司鏡頭，可能都需要傾盡一個(gè)公司或一個(gè)國家的財(cái)力和時(shí)間來打造，還不一定能有成果。

如果我們有個(gè)天才，突破了這里面的所有技術(shù)，能真正擺脫制裁嗎？

不能，因?yàn)檫@不單單是技術(shù)難度的問題。

就算用超級黑科技打通了芯片設(shè)計(jì)的后面的全部芯片制造環(huán)節(jié)，可是芯片設(shè)計(jì)的前面還有指令集的授權(quán)以及芯片設(shè)計(jì)軟件 EDA 的授權(quán)問題。

設(shè)計(jì)一枚芯片，你得用專業(yè)的 EDA 軟件，并且選擇一套指令集架構(gòu)。

先說 EDA 軟件。全世界的 EDA 被三家美國血統(tǒng)的公司壟斷。很好理解，假如我們無法使用它們的 EDA 軟件，就算我們自己搞，但臺積電可能并不認(rèn)其他 EDA 軟件輸出的格式，這就不是技術(shù)問題本身了。

再說指令集授權(quán)。手機(jī)芯片通常使用的就是 ARM 公司的 ARM 指令集架構(gòu)，而且有很多代際版本。即使已經(jīng)得到 ARM-v8 指令集的授權(quán)，但假如 ARM-v9 的授權(quán)停止，那么今后只要有 APP 使用了 ARM-v9 中的任何一條新指令，那么在手機(jī)上就跑不起來。

你說那我們造一個(gè)新指令集唄？難，Wintel 和 AA 聯(lián)盟生態(tài)的影響太大了。

比如龍芯使用的就是自研的指令集架構(gòu) loongarch，但搭載龍芯的電腦短時(shí)間內(nèi)肯定是無法普及給老百姓的，舉個(gè)簡單的例子就是說別人發(fā)給你一個(gè) word 文檔你打不開，很多游戲也玩不了。

所以，不要以為只需要有聰明的大腦和人力物力財(cái)力就可以造芯片了，需要考慮的綜合問題太多了。

（據(jù)說）麒麟 9000s 的 7nm 是什么意思？

不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，就是芯片上最小的晶體管的尺寸是 7nm，晶體管越小，芯片上能排布的晶體管數(shù)量越多，性能越好，功耗也會(huì)越低。

再稍稍嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)，7nm 指的是晶體管中的柵極（控制電流從源極流向漏極的開關(guān)）的寬度。

但再嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)的話這樣說就又不對了。在 22nm 以上的尺寸時(shí)，說 XXX 納米就真的表示晶體管柵極的寬度，是一一對應(yīng)的。但是到 22nm 以下時(shí)，由于再做小柵極寬度就會(huì)導(dǎo)致漏電現(xiàn)象發(fā)生（量子隧穿效應(yīng)），所以不能再單純通過縮小尺寸來進(jìn)一步提升工藝了。

這就是當(dāng)時(shí)說摩爾定律快要失效了的原因，你總不能把晶體管尺寸設(shè)計(jì)的比原子還小吧，這已經(jīng)不是技術(shù)工藝突破的問題了，除非咱們?nèi)祟愒诨A(chǔ)物理有突破。

于是人們便通過其他方式改造晶體管形狀來讓其等效于縮小尺寸，比如 FinFET 和 GAA 技術(shù)。之前的那種叫平面晶體管，現(xiàn)在的這些與之相對應(yīng)叫 3D 晶體管，還是很形象的。

具體原理我也不懂，但是此時(shí)的 7nm 5nm 3nm 已經(jīng)不再是單純地表示晶體管柵極寬度了，僅僅是其性能提升和功耗降低的效果可以等效地認(rèn)為和理論上把柵極寬度做到了 7nm 5nm 3nm 一樣。

從 7nm 進(jìn)化到 5nm 是不是很容易？

我們可能很自然地認(rèn)為，從 14nm 突破到 7nm 都成功了，那再從 7nm 突破到 5nm 不是隨便玩玩的事兒么？

不是的，這就要從光刻原理說起了。其實(shí) ASML 的官網(wǎng)上就有對芯片制造和光刻原理的系統(tǒng)性介紹，并且非常親民，感興趣的朋友可以看一遍。

我就用相對比較 low 的語言給大家通俗講一下。

光刻就是用光在芯片上畫畫。舉個(gè)夸張的例子，假如芯片足夠大，里面需要的電路也不復(fù)雜，我們也可以用鉛筆在上面手畫。只不過，芯片的尺寸太小了，只有光才能達(dá)到那么精細(xì)的程度，也只有納米（nm）這個(gè)單位才配得上描述這個(gè)制程。

光的波長越小，刻畫在芯片上的晶體管尺寸也就越小，為什么？別問，問就是。

瑞利準(zhǔn)則公式：CD = k1?? λ / NA

所以要想縮小晶體管尺寸，一方面要不斷制造波長更短的光，就好比我們把鉛筆削尖一樣，另一方面可以用一些其他技巧。

比如干式 DUV（深紫外光）光刻機(jī)的波長為 193nm，臺積電林本堅(jiān)突發(fā)奇想在光前面加一層水使光發(fā)生了折射，波長等效變成了 134nm，這就有了浸沒式 DUV 光刻機(jī)。

拿到 134nm 的光之后，再通過多重曝光等技術(shù)，使得最終刻在芯片上的尺寸達(dá)到了 7nm（剛說了這里的 7nm 已經(jīng)不直接表示晶體管柵極寬度了），但這已經(jīng)是 DUV 光刻機(jī)的極限了。而且需要付出很多成本。

我國購買過 ASML 的 DUV 光刻機(jī)，但后續(xù)可能也要斷貨了。如果我們能夠大量生產(chǎn) 7nm 工藝的芯片，一種方式是我們自研了 DUV 光刻機(jī)而不再依賴 ASML 是否賣給我們，另一種方式是利用現(xiàn)存的不包售后的幾臺 DUV 光刻機(jī)大量生產(chǎn)，但要解決機(jī)器磨損的問題。

ASML 目前最先進(jìn)的光刻機(jī)是 EUV（極紫外光）光刻機(jī)，光的波長直接縮短到了 13.5nm，同樣制作 7nm 芯片對比 DUV 光刻機(jī)需要用各種花里胡哨的技巧來說，屬于降維打擊，成本也更低。

同時(shí)還能制造出 DUV 光刻機(jī)無法企及的 5nm 和 3nm 工藝。

所以從 14nm 突破到 7nm 和從 7nm 突破到 5nm 并不是單純數(shù)字表面看起來的難度。我們當(dāng)然可以用 0.5mm 粗的鉛筆頭畫出 0.1mm 的線條，但和我們直接使用 0.1mm 的鉛筆畫是完全不同的概念。 

如果我們可以造出 EUV 光刻機(jī)并且用它來生產(chǎn) 7nm 工藝的芯片，那和使用 DUV 并用極大的成本很極限地制造 7nm 的芯片，又是不同的意義了。

說句題外話

昨天我發(fā)布了一篇文章，但可能因?yàn)橛|發(fā)了一些關(guān)鍵字導(dǎo)致文章被刪除。我看了評論區(qū)的一些評論，感覺很多人戾氣還是太重了。

不要一味地相信某件事，也不要一味地懷疑某件事，芯片領(lǐng)域的故事錯(cuò)綜復(fù)雜，涉及到技術(shù)、專利、政治、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等多方面因素，遠(yuǎn)比咱們想象的要復(fù)雜得多，我們盡量冷靜和理性地分析問題。

最后，最近因?yàn)椴殚嗁Y料發(fā)現(xiàn)了一本爽文小說《從獲得十五臺光刻機(jī)開始》，大概兩三年前寫的吧，本來是個(gè)穿越爽文，但卻意外地把當(dāng)今芯片的格局寫的十分準(zhǔn)確且生動(dòng)，感興趣可以看一看。