中美晶元差距到底有多大？
最近最火的科技財經話題，莫過於中興通信和晶元製造了。一大波自媒體都在宣傳，中國晶元製造能力幾乎為0，和美國的差距有30年。如果美國全面晶元封鎖會把中國打回二十年前。我只能說，很多小編都不是ICT行業的，寫的文章漏洞百出。
要搞清楚中美晶元產業的差距有多少，我們先要搞清楚晶元是怎麼做出來的，有那些關鍵領域差距較大。半導體產業最上游是IC設計公司與硅晶圓製造公司，IC設公司計依客戶的需求設計出電路圖，硅晶圓製造公司則以多晶硅為原料製造出硅晶圓。中游的IC製造公司主要的任務就是把IC設計公司設計好的電路圖移植到硅晶圓製造公司製造好的晶圓上。完成後的晶圓再送往下游的IC封測廠實施封裝與測試，就完成了。具體的流程如下：
1.先去拉幾車沙子來，然後把沙子里的硅元素提煉成多晶硅，這裡的多晶硅可分成兩種：高純度(99.999999999%，11N)與低純度(99.99999%，7N)。高純度是用來製做IC等精密電路，俗稱半導體等級多晶硅；低純度則是用來製做太陽能電池的，俗稱太陽能等級多晶硅。再將多晶硅製成硅晶圓。硅晶圓又可分成單晶硅晶圓與多晶硅晶圓兩種。一般來說，IC製造用的硅晶圓都是單晶硅晶圓，而太陽能電池製造用的硅晶圓則是單晶硅晶圓與多晶硅晶圓皆有。第一步製作單晶硅的難度就很大，全世界不到十個國家或地區有這個技術，主要包括了德、美、日、韓、中等國，中國技術和國際領先技術差距並不大。
2.沙子變單晶硅，是化學和物理層面的技術，這只是得到了晶元的原材料而已。第二步是設計，說到設計我們要先了解一些指令集的概念。指令集規定處理器相應操作，通過指令集去控制處理器實現相應功能。我們經常在各類媒體，書刊上看到的最常見的指令集有ARM和X86指令集，其餘冷門的指令集就跳過不說了。以ARM為例，ARM公司將自己研發的指令集叫做ARM指令集，同時它還研發具體的架構如Cortex系列並對外授權。但是，一款CPU使用了ARM指令集不等於它就使用了ARM研發的微架構。Intel、高通、蘋果、Nvidia等廠商都自行開發了兼容ARM指令集的架構，同時還有許多廠商使用ARM開發架構來製造CPU。為什麼全世界大部分商業公司設計的移動晶元架構都會兼容ARM指令集呢？因為一個廠家如果新創造了一套指令集，而且不兼容ARM指令集，那麼常見的安卓或者IOS系統都無法直接安裝到這種「鶴立雞群」的CPU上，你要不自己選擇再開發一套操作系統，要不就去拉起一幫廠家為你適配操作系統。商業市場是存在馬太效應的，先發的企業會佔據大部分市場份額，甚至成為行業的標準，別人操作系統廠家憑啥消耗那麼大的精力去為你這種小眾的CPU進行移植操作？很多人覺得，中國根據ARM指令集設計出來的CPU就不是自主研發了，其實這種看法是錯誤的。通常，業界認為只有具備獨立的架構研發能力的企業才算具備了CPU研發能力，而是否使用自行研發的指令集無關緊要。三大手機廠家之一的華為是有能力研發手機CPU的，儘管他們採用了ARM指令集，全世界能做出麒麟晶元同級水平的企業也是屈指可數的。設計CPU還需要EDA工具軟體，這是一類模擬設計軟體，可以減少晶元設計的時間成本和資金成本。全世界最先進的EDA軟體，主要在美國人手裡，這一方面國產軟體的水平還相距甚遠。
3.晶元從設計到生產，這是第三步，就是把設計出來的電路圖刻到晶圓上去。高純度硅製成硅錠並確保其是一個圓柱體之後，下一個步驟就是將這個圓柱體硅錠切片。切片還要鏡面精加工處理來確保表面絕對光滑，之後檢查是否有扭曲或其它問題。這一步的質量檢驗尤為重要，它直接決定了成品CPU的質量。新的切片中要摻入一些物質而使之成為真正的半導體材料，而後在其上刻劃代表著各種邏輯功能的晶體管電路。摻入的物質原子進入硅原子之間的空隙，彼此之間發生原子力的作用，從而使得硅原料具有半導體的特性。今天的半導體製造多選擇CMOS工藝（互補型金屬氧化物半導體）。其中互補一詞表示半導體中N型MOS管和P型MOS管之間的交互作用。而N和P在電子工藝中分別代表負極和正極。多數情況下，切片被摻入化學物質而形成P型襯底，在其上刻劃的邏輯電路要遵循nMOS電路的特性來設計，這種類型的晶體管空間利用率更高也更加節能。同時在多數情況下，必須盡量限制pMOS型晶體管的出現，因為在製造過程的後期，需要將N型材料植入P型襯底當中，而這一過程會導致pMOS管的形成。下一步：光刻蝕過程就是使用一定波長的光在感光層中刻出相應的刻痕，由此改變該處材料的化學特性。這項技術對於所用光的波長要求極為嚴格，需要使用短波長的紫外線和大麴率的透鏡。刻蝕過程還會受到晶圓上的污點的影響。每一步刻蝕都是一個複雜而精細的過程。刻蝕過程結束後，再就是封裝測試，如果沒有問題，晶元就可以出廠了。把小到幾十納米，乃至幾納米的電路刻到方圓不過幾平方厘米的晶圓上需要超精密的儀器，其中最重要的就是光刻機和刻蝕機（光刻機是製造晶元第一步需要的設備，刻蝕機是第二步需要的設備，二者缺一不可，不存在相互取代的關係）。我國的刻蝕機已經取得突破，所以美國已在2015年解除對中國的刻蝕機封鎖。全世界最高端的光刻機掌握在荷蘭人手裡，荷蘭的ASML公司是絕對的龍頭老大，它的光刻機佔全球市場的80%左右，它的28納米光刻機早就實現了商業化生產，今年量產7納米。而國產目前商業化精度最高的也不過是上海微電子的90納米光刻機，差距巨大。
大家在評論中國的晶元製造能力的時候，總會把中國VS外國（美，歐，日，韓，德等國家和地區）放到一起，中國確實差距很大，中國的IC產業的設計和製造市場份額真的不多；如果把外國單獨拆開來比較，綜合比較，中國還是可以排進世界前三的。如果美國及其盟友真的對華全面晶元封鎖，中國的ICT行業大概率會停滯甚至倒退3-5年，因為中國這幾年才開始大規模投入資金攻克IC產業的技術難關，要出成果，還需要時間。但是說晶元封鎖，把中國打回20年前，那就是瞎扯淡了。美帝全面封鎖晶元，中國就會全面關閉對美國的市場，用市場誘惑美國的盟友通過白手套等方式來「產品（技術）換市場」，再準備國產技術升級。「厲害了，我的國」並沒有吹牛，只是IC產業是中美差距最大的地方，這也是美國最重要最強的產業，更是中國需要攻克的最後產業高地，只要攻下IC行業，中國就能成為真正大而強的工業國。
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