本文目录
- 如果英特尔一直以挤牙膏的方式研发CPU，CPU的性能是否会进入一段停滞期
- 小小芯片上的上千万个晶体管是怎么装上去的
- 为什么荷兰能制造世界顶级的光刻机（asml）却没有世界顶级的芯片公司
- 中国的光刻机与刻蚀机达到世界先进水平，为什么有些人还说中国芯片业依旧前路艰辛
- 光刻机技术的难点是什么中国有没有能造光刻机的企业
- 光刻机设计工作原理是什么
- 芯片是设计难，还是工艺更难
如果英特尔一直以挤牙膏的方式研发CPU，CPU的性能是否会进入一段停滞期
借用一个大神的答案，回答一下！
以下原文：
CPU发展停滞，挤牙膏挤不出来本质上是因为 半导体制造技术的瓶颈...
往大里说，过去的几十年里，普通人眼里的科技飞速发展...基本上都不同程度的搭了晶体管的顺风车...也就是摩尔定律的顺风车...
半导体制造一路高歌猛进，突破90纳米大关，本来到了大概45用193nm 的ARF来曝光已经到了极限...但是ASML的immersion刷新了这个极限...一直到了28nm, 甚至到14nm依然用改良的193ArF immersion曝光机进行double甚至triple patterning...虽然成本很高，但是好歹可以勉强接受...然而到10及以下，基本上已经193波长完全不能满足了...下一代EUV采用13.5nm的极紫外，只是实在还不太成熟，而且成本更高...就很尴尬的卡在这里了...
如果说EUV方案其实还好...晚个一两年但完全可以量产，用到7nm也不是问题...然而下一个问题却是神也无法解决...
5纳米的时候就是所谓的物理极限...其实就是5nm会出现大量的量子效应，也就是电子遂穿等，再牛逼的高势垒材料也挡不住....届时晶体管的作用机理将完全失效...天要下雨，娘要嫁人...所以ITRS果断宣布摩尔定律失效...
讲到这里，tick-tock的一个腿就已经断了...可以说这个锅因特尔完全不背啊...
however，还是有几种解决方案的...比方用high mobility的三五族化合物等做沟道材料，比如说发展3D结构 （不是Finfet，那不是3D），比如说quantum dot啊等等...这些课题，各大世界级高校都有在做...成熟到商用也是毋庸质疑的...虽然不知道Intel进展如何，但可以肯定Intel绝对走在最最最前面...然而速度放缓是注定，而且可以预测的是过10年又会陷入技术断层...因为你见或者不见，物理极限始终在那里啊...
总之，目前还没有能取代半导体晶体管的下一代技术...甚至连个苗头都木有...以后的世界就是是程序员的了，换换架构，优化flow...所谓tick-tock只能不痛不痒一瘸一拐的往前走...
而且，scaling down 能带来的频率提升也到头了，尽管到了3GHz的时候设计上的cross-talk也会导致频率提升变得极其困难...
讲真普通人觉得性能没提升主要是很多设计上的基本单元几十年来根没怎么变过...本身已经最优了也没法变...比如缓存，6T或者8T SRAM用到现在...这就让人很绝望了...
再总之...Intel已经很良心了...大概可能不久的以后你们会看到各种1024核2048线程的CPU出来骗钱了...
-结束-
小小芯片上的上千万个晶体管是怎么装上去的
苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管，这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大，可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。
不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管，因为根本不可能，用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别，更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。
目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作，精度可以达到0.01~0.001微米，这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。
晶体管其实并不是焊上去的，而是通过光刻出来的
没错就是用光来做刻刀，原理就像我们在沙滩上晒太阳，暴晒一段时间后，阳光能照射到的皮肤呈现深色，而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色，这样一幅具象的图案就显现出来了。
首先需要一块纯度99.999999999999%（小数点后面12个9）的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。
光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管，使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机（EUV）是以10~14纳米的极紫外光作为光源。
设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩，一般一块芯片是由几十层电路组成，而每一层电路都需要一个光罩。
万事俱备只欠东风，晶圆加热表面形成氧化膜后，让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下，而被光照到的光刻胶遇光就会起反应，容易会被化学腐蚀反应分解出去，或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置，一层电路就这样刻在晶圆上了。
不需要的光刻胶除去之后，在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质，从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构，消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。
多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线，而电镀用于生长铜连线金属层。
已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛，实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。
芯片制造的原理看似简单，但每一步都属于挑战极限
从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆，难度可想而知，就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破，而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度，极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上，同时又保持晶体管和电路的泾渭分明，在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。
在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角，AMSL更是垄断了高端光刻机市场，至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨，拥有超过10万个零部件，90%的关键设备来自外国而非荷兰本国，ASML作为整机公司，实质上只负责光刻机设计与集成各模块，需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲：就算给你EUV完整的图纸和配件，也很难调试出光刻芯片的精度。
芯片制造这件事，需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远，对于国外的封锁，只能一步一个脚印，没有它法。
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为什么荷兰能制造世界顶级的光刻机（asml）却没有世界顶级的芯片公司
首先，荷兰虽然面积小、人口少，但是人家好歹也是老牌的帝国主义强国，尤其是荷兰最顶尖的光刻机制造商：ASML，更加是出身豪门——这家公司并不是白手起家，而是从著名的电子制造商飞利浦中独立出来的一个公司。
从一开始，ASML这家光刻机制造商就是带着跨国公司的属性的，而且之所以ASML能够做的如此之成功，很大的一点就是ASML光刻机中，超过90%的零件都是向外采购，而不是自主研发的。
这样的政策使得ASML可以在整个设备的不同部位同时获得世界上最先进的技术，而他们自身也可以腾出手来在部件整合和客户需求上做文章，从而在日新月异的芯片制造行业取得竞争优势。比如说著名的德国蔡司公司，就负责ASML光学模组的生产【下图展示的就是蔡司公司在光刻机中的光学模组】。
另外，ASML有一个非常奇特的规定，那就是只有投资ASML，才能够获得优先供货权，意思就是要求他自己的客户要先投资自己才行。这样奇特的合作模式使得ASML获得了大量的资金，包括英特尔、三星、台积电、海力士都在ASML中有相当可观的股份，可以说大半个半导体行业都是ASML一家的合作伙伴，形成了庞大的利益共同体——就算是技术研发出现了失误，英特尔挤挤牙膏就好了，并不会威胁到ASML的市场占有率。
最后，光刻机跟芯片设计之间在技术上是天差地别的，不是说能生产光刻机就可以生产芯片，就好像小麦种的好的人，面包不一定做的好吃。所以荷兰虽然可以有最厉害的光刻机生产商，但是未必能够提供芯片设计厂商需要的人才、技术环境。更何况那些老牌的芯片设计厂商大部分已经经历了几十年的竞争和发展【大部分在美国】，技术积累十分雄厚，不是其他国家想有就有的。
简单来说，ASML更像是一家“没有国界”的企业，资金、技术来源于四面八法，荷兰政府只要负责收税和提供企业环境和人才环境就好了，而且本来荷兰的国家就很小，人才、资金都没有办法支持这么一家芯片制造企业来跟老牌芯片制造企业竞争。
中国的光刻机与刻蚀机达到世界先进水平，为什么有些人还说中国芯片业依旧前路艰辛
光刻机和蚀刻机的区别很大，光刻机就好比电影里面的男一号，蚀刻机就好比配角，差距还是很明显的，当然光刻机在芯片制造领域的重要性远超蚀刻机，难度也是蚀刻机远远无法比拟的，光刻机的作用是在处理好的硅片上面印上线路，蚀刻机的作用是把印在硅片上面光刻机画好的线进行刻画出来，也就是说把硅片上面除了光刻机印好的线路外的其他东西去除掉留下线路。
芯片的精密度要求非常的高，都是以纳米级别的要求，世界上最先进的就是荷兰生产的万国牌光刻机，这个光刻机集合了世界上发达国家的最先进零配件，其中最重要的光源和镜片都是德国公司提供的，整个光刻机超过5万个零配件，荷兰自己提供的不到5%，剩下的都是从各国进口购买过来经过特殊的组装而成的，组装这个东西也是非常要技术的。
日本最先进的光刻机只能做到14纳米级别，也没有办法突破7纳米，荷兰的这家公司量产7纳米级别的光刻机，已经成功研制出5纳米级别的光刻机，在光刻机领域现在的日本已经放弃了单独继续研发下去的心思，这也足以说明了光刻机的难度有多高，日本这样的工业强国都干不下去，大家都知道日本的精密机床和摄像头镜片这些都非常的出名，但是日本也在这上面吃瘪。
我们最先进的光刻机是今年刚刚研发出来的22纳米级别的光刻机，但是离7纳米级别的距离还很远，中间还要有一个14纳米级别的砍要等着突破，这的确是一个非常巨大的挑战，想要短时间突破非常的困难，而且对方已经在5纳米级别的门口，短时间内我们肯定没办法赶上，只能一步一个脚印慢慢的摸索突破。
毕竟我们是自己在搞，对方是一大群人合伙在分工搞，所以有差别是正常的也是可以接受和理解的，一个国家单挑一群国家，这种气魄已经足够让对方着急和担忧，如果那么容易让我们超越突破了，那那一群国家不就是太废了吗，所以光刻机难研发突破是正常的，不然他们也不会一大堆国家一群合伙在搞了。
我们的工业体系非常的齐全，可以说是全世界工业体系最齐全的国家，我们并不是缺少某一个工业技术产业，我们缺少的是这些工业技术上面的尖端产业，也就是说我们总体可以，体量足够，但是在精这方面存在缺陷，如果能慢慢的把体量里面一些产业提高到质的变化，那我们离尖端科技的不远了。
光刻机的难度在于光源和稳定性以及镜头的镜片和工作台，在光源上面我们已经和最尖端的相差无几，我们只是在镜头的镜片上面和移动工作台上还差一点，就是这样一点点的差别就对纳米级别精度来说就非常明显了，用德国研制生产光刻机镜片公司的科技人员的话来说，镜片的要求是放大到200平方公里，整体的平面误差不得超过10厘米，这样的平面精度要求难度可想而知，难怪连日本的索尼和佳能都放弃了。
我们的光刻机只能算三流水平，第一流的是荷兰公司的7纳米级别和5纳米级别，这是独孤求败的级别，第二流是日本的14纳米级别的光刻机，属于次一品的级别，属于第二档次，第三就是我们的22纳米级别，当然跟最好的比还有很大差距，但是能够独立研制出这样的光刻机在世界上已经没有几个国家能够单独做到，这一点就值得我们骄傲，但是差距的确存在，想要突破其实并不容易，可以说困难重重。
蚀刻机技术相对来说就简单上不少，世界上有能力生产出5纳米级别的蚀刻机的国家有好几个，日本就可以，欧洲和美国以及我们自己都有5纳米级别的蚀刻机，而光刻机只有一家，这就是难度的差别，蚀刻机的技术门槛要远远低于光刻机，这才形成了光刻机一家独大，蚀刻机群雄争霸的局面，正视差距埋头苦干才是王道，光吹牛是没用的。
光刻机技术的难点是什么中国有没有能造光刻机的企业
光刻机的难点是“技术封锁”，光刻机的关键部件来自不同的发达国家，美国的光栅、德国的镜头、瑞典的轴承等，关键是这些顶级零件对我国是禁运的。我国的中芯国际早在2017年就预订了一台ASML的7nm制程工艺的光刻机，由于很多原因，至今仍未收到货，可以说“有钱也买不到”。
光刻机的技术难度
目前，光刻机领域的龙头老大是荷兰的ASML，占据了全球80%的市场份额，而最先进的EUV光刻机只有ASML能够生产，光刻机的技术门槛极高，是人类智慧大成的产物。
ASML光刻机90%的零件来自对外采购，德国的光学设备，美国的计量设备和光源设备，而ASML要做的就是精确控制，7nm EUV光刻机有13个系统，3万个部件，动作要非常精准，将误差分散到这13个分系统中。
奇特的合作模式
ASM还有一个非常奇特的规定，只有投资了ASML，才能获得优先供货权，也就是说自己的客户需要先投资自己才行，这种合作模式ASML获得了大量的资金，英特尔、三星、台积电、海力士在ASML都有可观的股份。因此，光刻机本来就供不应求，ASML未来几十年的订单早已被预约完了。
瓦森纳协定
西方有个《瓦森纳协定》 ，我国只能买到ASML的中低端产品，出价再高，也很难买到高端设备。
中芯国际早在2017年就预订了ASML最新的7nm制程工艺的光刻机，先是由于失火，导致订单后延，然后是因为美国方面的干扰，搬出了《瓦森纳协定》阻挠ASML向我国出售最先进的光刻机。
我国的光刻机
我国生产光刻机的厂商是上海微电子，主要集中于低端市场，稳定生产90nm及其以下的制程工艺，距离ASML的7nm制程还有很大的差距。
虽然，上海微电子还未能够在高端光刻机市场有所突破，但是从无到有，在低端光刻机市场占据了垄断地位，所以上海微电子是值得大家尊敬的。目前，上海微电子正在向高端光刻机方向发展，据说已经突破了24nm制程工艺的关键技术，利用低端市场所赚取的利润，去支持高端市场研发，是可行的路线。
总之，“自己有的才是真的，只有突破了技术，才能不被卡脖子。”美国针对华为的种种行为，充分证实了这句话。
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光刻机就是一把光刀，用在硅片上面雕刻，工作原理非常简单，为了保证雕刻精度光刻机的构成却非常复杂。雕刻精度要求更是难以想象，在每立方毫米的空间内要雕刻上亿只晶体管基座，不是一般的机器能做到的。
芯片是设计难，还是工艺更难
设计和工艺都是芯片制造的两大难点，两者一定程度上相辅相成，在我看来还是工艺相对更难一些。
美国有大量的芯片设计公司，高通，AMD，NVIDIA等等，这些公司都拥有世界一流的芯片设计师，AMD曾经还有自己的芯片制造工厂，但是迫于巨大的财务压力，把厂子给卖了，就是如今的GF。现在有能力同时设计和制造处理器芯片的大厂也就剩下英特尔和三星了，可见建设和维持芯片制造厂的难度之大。
除去CPU、GPU等复杂的高端芯片，还有许许多多的各类小芯片在我们周围的各种电子设备中，即使是在国内，能够设计这类芯片的公司也有很多很多，但是他们的共同特点就是在芯片设计好之后需要交给芯片代工厂制造，然后才能生产出成品芯片投入市场。
全球的芯片代工制造厂就只有台积电、三星、GF这样的了了几家，因为半导体芯片的生产制造过程极其复杂，不仅要购买天价设备，投入巨大研发人员，还要未雨绸缪，工艺随时更新换代（28nm—16nm—10nm—7nm），同时还少不了丰富的芯片制造经验。台积电一年为研发和新建晶圆厂投资就达数百亿元，还得持续不断的投入，真不是一般公司能玩得起的。
优秀的芯片设计可以保证在现有工艺下更好的产品质量和良率，但是如果代工厂的工艺本身不过关，就无法做好这个芯片，投入市场更是无从谈起。台湾的联发科和众多科技企业一定程度上也是借助台积电强大的芯片生产能力崛起的，苹果IPhone一款手机同时使用两家不同的代工芯片都会引起能耗差距和全球用户的关注，可想而知，芯片工艺水平是多么重要。
国内大陆现在有麒麟、有龙芯，但是至今还没有芯片制造商，大都是拿到别人那里代工，这里面国内有人才和资金的困难，也有欧美国家限制出口高端设备的因素，试想你自主研发的芯片如果找不到代工就只是一张图纸而已，所以说即使芯片设计能力不够强，保证能用还是没问题的，但是如果没有先进成熟的制造工艺和工厂，这个芯片就无从谈起。
