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司馬南對話北大教授曹和平:中國的芯片差距到底有多大?

時間:2021-11-19 00:02:28   來源:司馬南頻道   作者:司馬南    點擊:

司馬南對話北大教授曹和平:中國的芯片差距到底有多大?

司馬南

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  光刻機的應用

  司馬南:說到數字,很多人都知道,美國人從芯片入手來“卡”我們的脖子,現在芯片是我們最大的短板。我們每年進口的芯片比我們進口糧食花的錢還要多。華為能夠設計出世界上最先進的芯片,但是美國人“卡脖子”,不讓用美國技術,所以臺積電生產不行。

  現在華為呢,由于美國人打壓,導致他必須用的高端芯片制作的這種手機,這種終端設備現在被擠出世界前三了。華為只好開辟新的戰場,任正非老爺子開誓師大會,講的熱血沸騰啊,要發起新的戰役。

  任正非老爺子這種精神,現在中國科技人員的這種努力,什么時候我們芯片這事能夠有突破?我請教曹先生問他中國的芯片什么時候能夠安穩生產,曹和平先生人家是專業的。在芯片的事情,我們現在到底是什么樣的?前幾天我坐飛機碰見一個人,他告訴我光刻膠的問題我們已經解決了。這是不是重大突破?

  曹和平其實芯片有兩方面需要做好,一塊是材料,一塊是設計。設計相當于是芯片的電路,材料是芯片的物理載體,這兩個東西都重要。舉個例子,你比如繡花的時候,假定說你是一個蜀繡大師,可是我讓你在麻袋上繡花,我沒你繡的好,但是我是在絲綢上繡花,結果哪個好看?

  換句話說,那個芯片的材料也是特別重要的,他一般是單晶硅或者多晶硅,這個硅高純度的底片上,假定說是5個9,那他非常純,那么你可以想象,如果這個硅是不導電的,或者說它是高純度能導電的,你想想看,如果你給它摻進去一點點磷,它反方向就不導電,正方向就導電,正方向是導電的。

  我聽說15寸晶圓或者24寸晶圓上,可以放36億個晶體管。所以材料工也是特別重要的,剛才你問了說,那光刻膠要是突破了的話,我們國家的晶圓有六條生產線,大概在兩年前還是三年前,特朗普還沒制裁我們的時候,我們有三條生產線到四條生產線是閑置的,那你想想,如果我們光刻膠一突破,我們芯片的材料供應就幾乎處在了工業化和規?;a的這個條件上。

  司馬南:這個信息很確切,那就是說,我們在芯片的問題上,我們實行量產的話能夠達到多大呢?

  曹和平:第一,假定你要是10納米可以調線的話,你大概可以生產20億個晶體管。你要是5納米的話,就可以生產40億個晶體管。那想想看,如果芯片的集成度越高,就是納米的數量越小,你那個芯片的量就越小,越小的話你就會發現放在手機里面和放在電腦里面是不一樣的。第二,芯片的量越小,耗電就越少。

  你可以想想一個手機里面,假定是200個APP,APP和APP之間信息傳播的時候,它是多維方向的,那耗電是非常大的,你摸手機它是非常熱的的。假如芯片的量越來越小的話,手機就不燙,而且耗電也小了。換句話說,你如果有了這種高質量的原材料,那就缺把電路刻到這個芯片上的技術了,就是那把刀,現在就卡到這了。那用來刻的刀,其實是光。我們過去認為這個光呢?就是我們可見的這個光,激光或者x光和β光,光的波普有非常長的序列,最長的是紅外。比如說我們的這個無線電波就是非常長的紅外。然后硬x光夠把某些材料給擠開,不會傷害物理材料,只是給擠開了。硬x光大概是0.01到0.1納米左右。

  曹和平:人類在一些科學家像牛頓和愛因斯坦出現之前是沒有思考過什么是“光”的。愛因斯坦和德布羅意提出的概念叫“波粒二象性”,他們認為光一定是波動的,它既有波動特征,又具有粒子特性。用我們今天的話說,光到底是材料?還是一束波?像無線電波,你用你的手機掃我的二維碼,都是用的光的波動特征;像我們現在在這拍照,那個打光燈的光源也是用光的波動特征傳過來的。那光材料是什么?像長江里的水,它是動態的,可以行船,可是要是把水想成材料的話,你喝進肚子里,那就是吸日月之精華了。

  光也是一樣,如果能作為材料來用,來刻芯片,比如硬x光就像一把刀子,晶圓底板上附的薄薄的一層膠,它能給擠開一個口子。硬x光應該是光作為材料特征最厲害的地方,再把它增長300納米或500納米以上的話,它的波動特征就更強。像水一樣,一滴一滴的是材料性質,大量的流入太平洋是波動特征。

  司馬南:水滴石穿用的是什么特征?

  曹和平:我覺得更像材料,不像波動。其實我們真正能用得上的光的波段是很小的一部分,我們需要最具粒子性的那一部分。21世紀人類的競爭,某種意義上不再是芯片,不再是操作系統,是光的利用。如果既能利用光做材料也能做波動,就是 “質” 和 “能” 都用好,那才是厲害的。我們國家有兩到三個地方已經發現了工業級別的光刻膠了,如果修正鉆研一下,就沒有問題了。

  2

  芯片卡不住中國人

  司馬南:那現在中國批量生產的最小的芯片是多少納米?

  曹和平:我們現在在生產17納米這個級別上,最早18個月,最晚24個月,基本上沒有問題了。其實現在最先進的手機使用的是7納米左右的芯片,但很少,絕大多數都在12納米左右,算是先進的。

  司馬南:單從手機角度而言,7納米和17納米的差別在哪呢?

  曹和平:其實我們從厚度來講是感覺不到的,但是手機的待機時長不一樣。真正用起來沒多大區別,速度什么的都是一樣的,就是待機時間不一樣。

  司馬南:那現在這個芯片越做越小,有沒有一個物理極限?比方說現在做了4納米,還能做到1納米嗎?

  曹和平:其實用光刻機這種制作方法差不多5納米或者7納米就是極限了,但是用另外一種方法來生產的話,比如我說的用數字方式來生產,而不是用光刻機這種物理方式來生產,那就牛了。

  曹和平:舉個例子,他們說這次開五中全會談“雙碳政策”的時候,科技人員用花盆演示了一下。一個花盆里有兩公斤的土,三年后花長開了長多了,但是土一克沒少,那總的重量怎么變重了?花盆里的一片葉子大概有39億到65億個碳原子,在水的溫度和濕度沒有到門檻線之上的時候,這個碳原子是趴在那沒有活性的,但是當溫度,濕度和光線都齊全的時候,碳原子就站起來了。

  在長碳鏈的最邊緣處,碳的化合價是正四價,在水平位置碳原子站起來的話,就相當于碳變極性了,那39億個碳原子一起變極性,有利于進行光合作用。

  像這個發財樹,外面的樹皮是輸送養料和水分的,里面呢就變成一個個線粒體排列在那。國家領導人說這樣不就是讓我們現在從“量”的拓展向“質”的提升過程當中,用39億分子工作的這個級別在工廠里完成地球45億年才進化的這種碳過程嗎?

  回到我們剛才這個故事里邊來。想想看,如果你用39億個納米來生產,那光刻機就是個19世紀的小玩意。應該說中國在這個新技術的突破方面,跟美國處在不整齊的戰線,有的時候中國在前面,有的時候美國在前面,而數字技術中國人并不熟。

  司馬南:這個技術什么時候能夠出來?

  曹和平:國家說2060年前要實現碳中和,還是比較遙遠的。然后美國人公布說“我們2050年實現碳中和,我們比中國提前十年”。結果過了一個半月,歐盟也說我們要在2050年實現碳中和。第一次,在科學方面,有人在遠景規劃里追著我們走了,這在過去是不可能的。芯片不是卡住中國人絕對極限的條件,芯片卡不住中國人。

  司馬南:我本來向曹先生請教關于芯片的技術問題,曹先生還額外跟我們講科普,講“碳達峰”和“碳中和”,還有遠景規劃。我們說不定在有生之年,甚至是在我這個老頭的有生之年,看到中國追平美國及其他國家的技術水平,甚至是引領世界的那一幕。

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