拆开旧手机你才会懂,半导体根本不是你想的那回事

上周收拾出租屋储物间,翻出来三年前换下来的旧安卓,电池鼓得快把后盖顶开一道缝,像我妈上次蒸的裂开的红糖发糕。本来想直接塞楼下旧衣回收箱,手贱找了个塑料撬棒想把电池抠下来卖废品,结果一不留神把指甲劈了,疼得我嘶嘶抽冷气,盯着露出来的那块指甲盖大的黑色芯片愣了半天。

之前总觉得半导体是新闻里离我八丈远的专业术语,那天盯着那块黑片子突然反应过来——我每天攥在手里刷八九个小时的手机,能刷视频能付款能导航,全是靠这玩意儿撑着。

别被“沙子做芯片”的老段子骗了

我最早听关于半导体的科普,还是高中化学课上老师举的例子,说芯片的原料就是海边的沙子,提纯一下就能用。

当时全班都哇的一声,觉得人类真厉害,沙子都能变出高科技。

后来才知道,这说法真的太糊弄人了。

海边的沙子主要成分是二氧化硅,要做成能用来造芯片的硅片,得先把氧去掉,再把纯度拉到11个9的级别——也就是99.999999999%的纯度。

什么概念?

这种纯度意味着,你在一个足球场大的提纯车间里找杂质,相当于在整个太平洋里滴进一勺钢笔墨水,还得保证这勺墨水完全不会扩散,不会碰到任何一滴不该碰到的水。

电子级多晶硅提纯车间生产实景
电子级多晶硅提纯车间生产实景

真的,我第一次看到这个类比的时候,半天没说出话。之前总觉得我们造芯片的精度已经够高了,直到看到这个参数才反应过来,这哪里是造东西,这是在分子层面堆积木啊。

更别说那些做在硅片上的晶体管了。现在量产的3nm工艺,一个指甲盖大的芯片上,能挤下几百亿个晶体管,每个晶体管的尺寸比新冠病毒的直径还小。你每次刷短视频卡一下,那是几百亿个比病毒还小的开关在那疯狂跳合,忙中出错卡一下,真的不冤。

我们总在聊的“卡脖子”,根本不是某一个零件的事

之前刷到好多短视频,一提到半导体就说“我们被光刻机卡脖子了”,好像只要把那台大机器造出来,所有问题就都解决了。

说真的,太天真了。

整个半导体的制造链路,碎到你根本想象不到。从最开始把石英砂提纯成电子级多晶硅,到把硅料拉成几米长的单晶柱,到把单晶柱切成薄得像蝉翼的硅片,再到硅片上涂光刻胶、用极紫外光把电路图案印上去、再把多余的材料刻蚀掉、最后把切好的小芯片封装到带引脚的外壳里——每一步工艺的精度要求都达到了人类工业能力的天花板。

就拿光刻环节说吧,那台用来发射极紫外光的设备,上面的投影透镜组,平整度要求高到什么程度?如果把整个透镜放大到地球那么大,表面最高的凸起不能超过1毫米。

半导体制造全流程工艺节点示意图
半导体制造全流程工艺节点示意图

我第一次看到这个参数的时候,手里的冰可乐都差点洒在键盘上。

人类现在造东西的精度,已经离谱到我这种普通人靠常识根本追不上的地步了。

不过话说回来,很多人一提到这个就急得上火,觉得我们在整条链路上都没话语权,其实也没必要这么悲观。你想啊,这条链路攒下来了人类过去七十年的工业积累,每一个环节背后都是几代人砸了无数钱、试了无数次错、熬了无数个通宵才摸出来的经验,哪有那么容易说赶上就赶上?

对吧?

我之前认识一个在功率半导体厂上班的朋友,说他们车间里的老师傅,光看硅片在灯光下的反光颜色,就能判断出这一批片的厚度差了多少微米,这种经验是书本上学不来的,是在车间里泡了十几年才练出来的。哪有什么凭空的突破,全是熬出来的。

半导体从来不是实验室里飘着的高冷玩意儿

很多人对半导体的印象,还停留在“高端手机芯片”“AI算力芯片”这种离日常很远的东西上,觉得这玩意儿就是实验室里飘着的高冷研究对象,和普通人没关系。

根本不是。

去年我奶奶家的老电视突然开不了机,维修师傅上门拆开看了一眼,说电源管理芯片烧了,换个芯片收了八十块。我当时还觉得这钱赚得太容易,不就一小块黑片子嘛。后来才反应过来,这玩意儿就是非常常见的半导体器件——没有它,你家里的空调变频板没法稳定调转速,电动车的电池没法均衡每一节电芯的电压,甚至你楼下早餐店的扫码枪,读你付款码的那个传感器,也是半导体做的。

半导体早就渗透到了你生活的每一个缝隙里。

你早上醒过来按掉手机闹钟的那一下,屏幕亮起来的背光驱动是半导体;你刷公交卡过闸机,卡里面嵌的存储芯片是半导体;你开车的时候导航提示前方有测速,那个接收卫星信号的模块也是半导体。你甚至根本没注意过它,可它要是哪天罢工了,你连出门买个包子都费劲。

最近总有人说,以后大模型发展起来,需要的算力会越来越高,半导体的需求还会涨。其实我倒觉得,我们现在对半导体的要求,早就不是“把计算能力做的更强”这么简单了。

你要把芯片做的更省电,不然你的手机电池永远撑不过一整天;你要把芯片做的更耐造,不然装在汽车底盘上的芯片,颠个半年就坏了谁受得了;你还要把芯片做的更便宜,不然装在智能门锁上的芯片卖几百块,谁会花大价钱换门锁?

前几天我把那块拆下来的旧芯片擦干净,找了个小玻璃瓶装起来当摆件。毕竟这玩意儿陪着我在出租屋熬了无数个赶方案的深夜,算下来也算是老战友了。

哪有什么高冷的高科技啊,说白了,全是陪着我们过日子的老伙计而已。

作者|科技

排版|科技

审核|白杨

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