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中國國產EUV光刻機的進展,一直被外媒視作中國半導體產業實現“自給自足”,進而改變地緣政治格局的晴雨表,其一舉一動都備受關注。
近日,路透社引述知情人士的消息稱,中國科研人員今年初,已在深圳打造出了一臺極紫外(EUV)光刻機原型機。后者正在測試之中,已經可以射出極紫外光,不過目前還沒能生產出可用芯片。
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有意思的是,路透社稱EUV光刻機的制造,是中國的“曼哈頓”計劃。太平洋戰爭爆發后,美國啟動絕密的“曼哈頓”計劃,以求制造出可用于實戰的原子彈。期間除了極少數帶頭人外,10多萬參與者,根本不知道他們工作的最終目標是什么——當時的副總統杜魯門,甚至都不知道有這個計劃。
報道還指出,通過逆向工程打造中國EUV光刻機的技術精英,來自荷蘭ASML公司的工程師團隊。ASML是全球唯一能制造EUV光刻機的半導體巨擘。
路透社在文中透露,中國政府設定EUV光刻機的投產節點是2028年,但項目人士判斷,真正投產可能要到2030年。不過這依然要比西方預期中的要快好幾年。
盡管處于高度的保密狀態,但中國在光刻機領域的不懈投入和取得的相關進步,外界還是能隱隱約約感知到的。路透社的這篇報道,或許在一些細節上與事實有所出入,但大體的結論,應該還是“靠譜”的。
有業內人士透露,在光刻機的攻關上,中國走的是“飽和式研發”之路。除了EUV,中國同時還在全力打造具有完全獨立自主知識產權的DUV(深紫外)光刻機。
DUV光刻機,主要用于生產成熟制程芯片,一般是指28納米以及低于該制程的芯片。但如果通過多次曝光,也足以生產7納米甚至是5納米的先進制程芯片。
比如國內那家被華盛頓拉進黑名單的代工廠,據稱就使用相對老舊的DUV光刻機,為同樣被制裁的某品牌手機,生產7納米芯片。2023年8月底,配備7納米芯片的品牌手機,一經上市就轟動全球,正式宣告美國不惜血本編織的制裁網絡,被撕開一道大大的缺口。
各種消息渠道和用戶感受,已清晰表明,在過去2年多的時間里,國產7納米和等效5納米性能芯片,已逐漸做到了穩定出貨。今年二季度,國產芯片加持下的某品牌手機,自2020年第四季度后,時隔4年,以1250萬臺、18.1%的份額,重返中國智能手機市場排行榜第一位。
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盡管通過DUV光刻機以多次曝光的方式,生產先進制程芯片,成本相對較高,且良率不如EUV光刻機制造的同等級芯片,然而在美國密不透風的制裁下,中國第一步要解決的,是打破封鎖并在高制程芯片的制造領域扎下根來——短期較高的成本和略有遺憾的良率,反而是次要的。
目前,全球具備生產7納米以及更高制程芯片的代工廠,只有臺積電、三星電子和中國大陸那家眾所周知的企業。
著實可笑的是,作為曾經的全球芯片制造翹楚,美國本土的英特爾居然一直卡在10納米,無法再進一步。這也是美國人下定決心,要迫使臺積電成為“美積電”的最大驅動力。
事實證明,只要在7納米先進制程的灘頭建立并鞏固好橋頭堡,后續的“奪島”進程,就會順利很多且不可逆轉。比如采用堆疊、集群和軟件優化,在最終的計算結果上,目前的中國產品,已能夠與美國最先進水平旗鼓相當。
至于中國的軍用芯片,就更不用擔心了。和民用芯片相反,軍用芯片更強調可靠、耐用,要經得起強輻射、高低溫和劇烈震動的各種折騰,制程很少低于45納米,很多都是上百納米。即便是在2018年科技戰爆發伊始,軍用芯片的國產供給,就從未被擔憂過。
這里需要澄清,雖然在軍用平臺與設備上,芯片只需在可靠的基礎上夠用即可,但要是從事包括高超音速飛行器等在內的前沿軍事科學研究,則很難離開性能強大的芯片。這也是華盛頓總大呼小叫,聲稱要阻止美國高性能芯片被中國用于推進軍事現代化建設的主要原因。
此外,7納米以及更高制程的先進芯片,在當代國際競爭和地緣政治博弈中的主導地位,還體現在其能夠通過左右算力優勢,直接影響所在國人工智能產業的競爭力。
畢竟所謂算力,如果不考慮相關系統優化,很大程度上就是靠堆積先進芯片。相比美國,人口更多、工業體量更大的中國,在數據積累上是占據壓倒性優勢的。
在算法層面,中國同樣不遜美國。暫時唯一不如美國的,就是算力。因為得益于掌控臺積電,美國擁有的先進芯片數量,是要超過中國的。
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前幾年最為著名的人工智能芯片,就是臺積電用7納米工藝制造的英偉達A100。目前,中國不僅已能夠生產與A100并駕齊驅的產品,而且美國人通過測試后還發現,某企業推出的昇騰910某款,推理性能更是達到了H100的60%。H100芯片的綜合性能,是A100的2倍。
可是即便借助DUV光刻機的多次曝光,最多也只能推進到5納米。要想生產出比5納米制程更高的芯片,DUV光刻機便愛莫能助了。比如性能達到H100芯片2倍的H200,就是臺積電使用從ASML進口的EUV光刻機,以4納米工藝生產的。
目前,特朗普政府已基本允許英偉達向中國出口H200芯片,只是會從交易的收入中抽取25%提成。不過為了確保國產芯片在沖刺高制程的關鍵時刻不受外來“傾銷”干擾,目前中國似乎無意接收H200。
正如白宮人工智能負責人戴維·薩克斯向彭博社所坦誠的:美國本想通過向中國出售并非最先進的芯片(H200),去搶占中國本土廠商的市場份額,但中國人識破了美方意圖。
毋庸置疑,中國攻克EUV光刻機技術并實現5納米以下更高制程芯片的生產,是國家級意志和戰略級決心,絕對不會動搖。
荷蘭ASML生產的EUV光刻機,是整個西方前沿工業的“總結晶”,有5000多家西方供應商參與其中,整機零部件更是超過10萬個。核心系統中,光源來自美國技術,而鏡頭則由德國提供。
中國所要做的,就是集一國之力,完成整個西方協同一致才能生產出的EUV光刻機,其難度可見一斑。
不過,中國一向擅長于在工業制造領域,以一國之力抵御西方全部,無論是造船、光伏、鋰電池還是新能源汽車,皆是如此。那么,有什么理由認為EUV光刻機會是例外呢?
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無論是純國產EUV還是純國產DUV,都會在未來5年的“十五五”期間,正式交付并投入生產,這是極大概率的事情——純國產DUV,可能已經處在調試階段甚至是試生產之中。
相反,如果把眼光放長遠,在中美AI持久戰中,美國可能會逐漸陷入困境。
比如黃仁勛就表示,英偉達的每一代晶片,其研發成本可能超過200億美元。數據顯示,2024年,即便在嚴厲的出口禁令下,中國依然占據著英偉達全球銷售額的13%,這意味著英偉達從中國市場賺走了170億美元。
換言之,如果徹底喪失中國市場,那么英偉達的研發后勁,就一定會受到沖擊。
還有,AI是新晉崛起的耗電大戶。美國日趨破敗的電力設施,究竟還能支撐美國算力中心擴張到何時,仍然是個未知數。而中國不僅發電量是美國的2.5倍,電力基礎設施和相關技術,更是領先美國幾乎兩代。
同時,中國的AI人才,可是比美國多出了1.5萬人,況且數量優勢還在不斷擴大之中。
如今的中美AI競爭,事實上已來到“馬恩河時刻”。1914年8月一戰開啟后,德軍根據“施里芬計劃”,繞道比利時閃擊法國,試圖速戰速決,然而卻在9月受挫于馬恩河。馬恩河之戰后,西線陷入塹壕對峙。
此后4年,英法憑借殖民地的資源與人力優勢,逐漸占據了對德戰爭的上風。直至美國參戰,一舉打垮了德意志第二帝國。
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當2023年夏天中國憑借現有設備和技術生產出7納米芯片后,美國憑借算力優勢一勞永逸擊敗中國的戰略,就已如當年的“施里芬計劃”,徹底煙消云散。
中美AI競賽,從那時起,開始陷入到塹壕對峙的長期拉鋸中。
未來5年,隨著純國產光刻機的逐一到位,屆時中國人才、市場、能源和產業鏈優勢,就將真正得以發揮。
當5至10年后算力優勢也在我們這一邊時,那么這場決定人類命運的科技世界大戰,便一定會以中國的全面反攻為標志,走向終局。
文|顧善聞 媒體人
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