光刻机又名掩模对准曝光机、曝光系统、光刻系统等,可以称得上是芯片制造的核心装备。它采用类似照片冲印的技术,把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。当然,光刻机是生产CPU的必备设备,这些年,因为美国对这项研究技术的封锁,中国很难买到最先进的光刻机,所以这些年,即使再先进的电路设计也只能停留在图纸上,无法进行实际的制造!
不过我国的量子计算机有了技术上的突破,中国量子计算机“九章”以76个逻辑运算量子比特,而且技术上有了极大的突破,以100亿的速度直接碾压谷歌退出的53逻辑比特的“悬铃木”,这一消息出来以后,有人就问,未来的光刻机还有市场吗?
当然,因为计算机的诞生,给人类带来了不少的方便,如今的计算机是更加先进,更新迭代非常的快,各种各样的计算机都出来了。不过,提到计算机我们不能忘记冯诺依曼结构,即便现在已经过了近半个世纪,但是我们现在使用的计算机依旧还是由运算器、控制器、储存器和输入输出设备组成。懂计算机的应该知道,计算机的核心部位是运算器和控制器,然而这两个部位都集中在一个叫中央处理器的地方,这就是我们常说的“CPU”。
CPU作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU 自产生以来,在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。CPU出现于大规模集成电路时代,处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。
从最初专用于数学计算到广泛应用于通用计算,从4位到8位、16位、32位处理器,最后到64位处理器,从各厂商互不兼容到不同指令集架构规范的出现,CPU 自诞生以来一直在飞速发展。无论再强大的CPU,它也是由控制单元、存储单元和运算的单元组成,它的核心就是由各式各样的逻辑门电路。无论外界输入的是什么信息,但到了CPU这边,就只有0或者1,逻辑门只认这样对应的低高电平!
在计算机体系结构中,CPU 是对计算机的所有硬件资源(如存储器、输入输出单元) 进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。CPU 是计算机的运算和控制核心。计算机系统中所有软件层的操作,最终都将通过指令集映射为CPU的操作。
但是,对于中央处理器来说,可以看成是一个规模较大的集成电路,它其主要任务是加工和处理各种数据。传统计算机的储存容量一般都比较小,对大规模数据的数据处理还是比较难的,而且处理的效果还会比较低。在中国,随着各方面技术水平的迅速发展,出现了配置较高的计算机,对提高计算机CPU的结构功能发挥重要作用。
量子计算机是一个新的概念,同为计算机,但是其性能上远远超过常用的计算机,完全不可同日而语!量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。如果里面的某个装置处理和计算的是量子信息,而且运行的是量子算法时,那这个时候它就是量子计算机。
基本的性能是如何表现的呢?具体的可以一起来看看,首先是选定两个相互正交的本征态,分别以 |0(采狄拉克标记右括向量表示)和 |1表示,当对此系统做投影式量子测量时,会得到的结果必为这两个本征态之一。两个本征态|0 和|1 以及无限多个线性叠加态|Ψ=α|0 +β|1,集合起来就是一个量子比特。
可以将传统计算机和量子计算机进行比较:
传统计算机中一个比特就是一个逻辑门,而量子计算机中一个比特同时表示0和1外还有叠加态,这个方式就是量子计算机的态叠加原理,这会让计算机在处理速度上会快很多,因为2^n的方式增加,n就是量子比特位,也就是逻辑量子比特。
量子计算机的概念起源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的,主要是为了解决计算机中的能耗问题。所以,量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来,信息处理量越多,对于量子计算机实施运算越有利,这样就更能确保运算具备精准性。
量子消相干:量子计算的相干性是量子并行运算的精髓,但在实际情况下,量子比特会受到外界环境的作用与影响,从而产生量子纠缠。
量子纠缠:量子作为最小的颗粒,遵守量子纠缠规律。即使在空间上,量子之间可能是分开的,但是量子间的相互影响是无法避免的。
量子并行计算:量子计算机独特的并行计算是经典计算机无法比拟的重要的一点。同样是一个n位的存储器,经典计算机存储的结果只有一个。
量子不可克隆:量子不可克隆性,是指任何未知的量子态不存在复制的过程,既然要保持量子态不变,则不存在量子的测量,也就无法实现复制。对于量子计算机来说,无法实现经典计算机的纠错应用以及复制功能。
量子计算机拥有强大的量子信息处理能力,对于目前多变的信息,能够从中提取有效的信息进行加工处理使之成为新的有用的信息。量子信息的处理先需要对量子计算机进行储存处理,之后再对所给的信息进行量子分析。运用这种方式能准确预测天气状况,目前计算机预测的天气状况的准确率达75%,但是运用量子计算机进行预测,准确率能进一步上升,更加方便人们的出行。
现在比较流行的有核磁共振、离子阱,线性光学、超导、量子点等几种,核磁共振比较容易实现,但它量子比特难以大幅增加,2001年IBM就用核磁共振,用5个氟原子和两个碳原子的分子,总共7个量子比特(2^7经典比特)用秀尔算法完成了15的质因数分解。
量子计算机理论上具有模拟任意自然系统的能力,同时也是发展人工智能的关键。由于量子计算机在并行运算上的强大能力,使它有能力快速完成经典计算机无法完成的计算。这种优势在加密和破译等领域有着巨大的应用。再加上离子阱和线性光学的相干性非常好,比较稳定,但它比较难集成化,我国潘建伟领导的“九章”量子计算机就是线性光学。
中国的量子计算机“九章”的诞生,从技术上冲出了美国的封锁,可以说是一大进步。而量子计算机的另两种比如量子点和超导方式,是集成到硅基片上的,这也是美国的主攻方向,包括此前谷歌公开的两个量子计算机都是这个结构。
光刻机也是一种高端的产品,价格还是比较贵的。高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种,分辨率通常七纳米至几微米之间,高端光刻机号称世界上最精密的仪器,世界上已有1.2亿美金一台的光刻机。
然而,超级量子计算机主要不是在乎体积,而是解决科学技术方面的问题,而现在的超级计算机一般要占用较大的机房;两极计算机不仅运行速度快,而且占用的体积会比较小,有了这样的条件,CPU就无需再用硅基芯片光刻。
光刻机生产线和研发用的低端光刻机为接近、接触式光刻机,分辨率通常在数微米以上。但未来量子计算机小型化,那么必定要考虑量子计算单元集成到硅基片上的情况,这个时候就少不了光刻机,量子计算机有了这样的水平,就不在乎那个几纳米了!只需要集成几百个逻辑运算量子比特,就可以把宇宙的数据算完!
即便是量子计算机能保持量子比特和读取信息,但是仍然需要传统的电路来实现,所以还是需要光刻机来实现,不过在性能方面将不再最约束水平的唯一标准了!
最后,要说明的是,外围的一些芯片是无法用量子芯片来代替的,所以那些芯片上的光刻机也是少不了的!因此,不用担心光刻机的市场了!
总结下来,主要有以下几点:
1、技术上壁垒高。
ASML总裁Peter Wennink也在媒体上方言:高端的EUV光刻机永远不可能(被中国)模仿。
“因为我们是系统集成商,我们将数百家公司的技术整合在一起,为客户服务。这种机器有80000个零件,其中许多零件非常复杂。以蔡司公司为例,为我们生产镜头,各种反光镜和其他光学部件,世界上没有一家公司能模仿他们。此外,我们的机器完全装有传感器,一旦检测到有异常情况发生,Veldhoven总部就会响起警报。”
2、长周期投入。
光刻机是典型到极致的高风险、高投入的赛道,前期的投入很高收益很慢,有时候身体要贴钱投入。从ASML的研发投入基本达到15%以上,有时候全年负增长也是常态。
据一位在ASML工作的知乎作者@俗不可耐透露:“ASML的EUV光刻机才真正开始盈利”,而ASML在这项技术上投入的时间是27年。试问有多少企业可以做到。
3、更换供应商成本太高。
买到一台机器和用好机器是两码事。ASML极紫外(EUV)光刻机每台售价达到1.2亿美元,重达180吨,零件超过10万个,运输时能装满40个集装箱,安装调试时间超过一年。除此之外,磨合与提高良率都需要时间堆砌,只要没有大的技术变革,厂商们不可能轻易放弃ASML当其他厂商的小白鼠的。
台积电(占据全球晶圆代工的大半壁江山)、三星、英特尔、格罗方德包括国内的中芯国际都是ASML的客户,其中三星、英特尔、格罗方德还是ASML的股东,三大巨头转投其他家的可能不大。
光刻机之所以重要,在于它是实现摩尔定律的基础:
摩尔定律指出集成电路上能被集成的晶体管数目,将会以每18个月翻一番的速度稳定增长。可以把晶圆的整体构造想象成在微观世界构建大楼,如果想让整个建筑有更多的小房间可以容下晶体管,这就要求房屋的整体框架要精细再精细。反映到光刻机上就意味着它投射到晶圆上的尺寸越小。
EUV光刻机代表了大厂在先进制程方面的领先性,目前只有荷兰ASML一家能够提供可供量产用的EUV光刻机。各大Foundry厂和IDM厂在7nm以下的最高端工艺上都会采用EUV光刻机,客户以英特尔、台积电、三星、SK海力士为主。
ASML在2019年出售了26台极紫外线(EUV)光刻设备,大概一半供给了台积电。
中国光刻机是从荷兰买到的。通过诸多谈判协商,中芯国际从荷兰进口的一台大型光刻机,顺利通过深圳出口加工区场站两道闸口进入厂区。
导读:78亿!终于要有光刻机了?被美国打压2年,为何突然开绿灯?
自从华为公司被打压以后,就让我们认识到了国产 科技 企业在半导体芯片领域发展的不足,虽然说华为海思半导体经过不断的努力,成功地跻身为全球排名前10的芯片设计企业行列之中,但是我们在芯片的生产领域却没有太大的突破,因为缺乏先进的光刻机,所以我们始终都无法生产出先进的半导体芯片,所以在台积电不给华为代工芯片以后,华为的海思麒麟芯片就成为了绝唱!
在目前的碳基芯片领域,光刻机无疑是至关重要的,虽然说一块芯片看起来只有指甲盖大小,但是在芯片的内部却集成了数亿根晶体管,想要完成这样的工作,也只有最先进的光刻机才能做到;而在光刻机领域,全球最先进的光刻机几乎都被ASML公司一家所垄断,像台积电、三星的先进EUV光刻机都是来自于ASML公司,因为产量有限,所以ASML公司的光刻机也一直都是供不应求的,有钱也不一定能买到!
此前,国内的 科技 企业就曾多次向ASML表达了想要购买光刻机的意愿,但是由于种种原因的限制,我们却始终都没能如愿;近日,国内的芯片巨头企业中芯国际传来了好消息;据悉中芯国际已经和ASML公司签订了一份高达12亿美元(约合78亿元)的采购合同,按照合同内容中芯国际将可以从ASML公司手中购买到光刻机。这也就意味着,我们终于要有光刻机了,这对于国产芯片产业的发展来说,无疑具有极大的促进作用!
要知道,此前在光刻机领域,国内的 科技 企业一直都被美国打压,现在被打压了2年多的时间,为何却突然会被开绿灯呢?实际上,这一次中芯国际和ASML公司所达成的采购合同,仅仅只能采购14nm以上的光刻机,而最先进的生产7nm工艺以下的EUV光刻机则并不在采购行列之中,所以中芯国际虽然有了ASML的光刻机,但是却无法拥有最先进的光刻机,所以中芯国际依然是被“卡着脖子”在发展!
想要生产7nm以下的芯片,那么就必须要有ASML公司的EUV光刻机才行,尽管说一台EUV光刻机的售价高达1.2亿美元,但是这一光刻机的产能依然有限,而且在种种条件的限制下,我们就算是给钱也无法买到;不过,对于中芯国际来说,就算是没有EUV光刻机,能卖到ASML公司生产的DUV光刻机也是不错的,这一光刻机可以生产14nm工艺,乃至28nm工艺的芯片,而这些芯片才是目前芯片市场上最紧缺的产品,有了光刻机以后,中芯国际就能扩大自己的产能了!
值得一提的是,目前全球的芯片供应都十分的紧缺,除了手机领域以外,还有 汽车 、通信等领域都出现了芯片短缺的情况,而这一切都是因为当初打压华为所造成的连锁反应,所以这时候开绿灯,也是为了暂时解决全球半导体芯片市场上所出现的短缺危机,看似是好心,但其实只是为了自己的利益而做出的改变而已,中国芯片想要在全球芯片市场上立足,我们只有研发出属于我们自己的高端光刻机和芯片才行,接下来,国产 科技 企业并不能有丝毫的松懈,只有努力的研发,国产芯片才有出路,不知道对此你是怎么看的呢?
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