問鼎EDA頂會冠軍之后，我們還有哪些路要走？

taoszu 發(fā)布于2021-11-15 11:37 / 1771人閱讀

摘要：可以說我們在方面后備力量上已經(jīng)開始有了一些可喜的進展。在一臺光刻機中激光器負責光源產(chǎn)生，首先是激光器發(fā)光，經(jīng)過矯正能量控制器光束成型裝置等之后進入光掩膜臺，最終制成晶圓。不過與光刻情況也十分類似，其實我們軟件的研發(fā)方面起步也不晚。

在日前的ICCAD 2021（計算機輔助設(shè)計國際會議）上，華中科技大學(xué)的學(xué)生團隊首次參賽，就拿到了EDA布局布線算法的第一。可以說我們在EDA方面后備力量上已經(jīng)開始有了一些可喜的進展。

但是芯片領(lǐng)域需要物理學(xué)、材料學(xué)的基礎(chǔ)研究和精密制造，突破制約創(chuàng)新的瓶頸。包括EDA的設(shè)計，材料、生產(chǎn)制造、工藝、設(shè)計能力、制造、封裝封測等關(guān)鍵流程，全部被華為設(shè)定進今后的目標領(lǐng)域之中。

“忘記歷史就意味著背叛”，在我們重啟芯片制造領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的時點上，我們尤其有必要回顧一下歷史，看一下我們在芯片領(lǐng)域到底是怎么落后的，為了寫好本文我找到了我國光刻領(lǐng)域的開創(chuàng)之作《光刻掩膜版的制造》，帶大家共同回顧一下我們光刻的發(fā)展歷史。

神作-《光刻掩膜版的制造》

有不少文章都說，我國在光刻方面的落后是因為我們一直不重視基礎(chǔ)科學(xué)的研究，其實這種說法至少不適合光刻技術(shù)領(lǐng)域，在這方面我國起步并不晚，可以說和美國基本同步，還略早于日本。甚至在上個世紀60年代初中科院就立項開始研究光刻機了，并且在1965年成功推出了65型接觸式光刻機，這個光刻機在當時可謂國際領(lǐng)先，后來1972年武漢無線電元件三廠編寫了《光刻掩模的制造》。

可以說正是讀過這本書以后，筆者才下定決定撰寫本文的，光刻與IT研發(fā)最大的不同點在于試錯成本相去甚遠，在IT的編程范式下，代碼的運行結(jié)果是可以瞬間反饋的，這也就極大降低了IT研發(fā)的試錯成本；而光刻技術(shù)中很多工藝都必須要靜置要等，沒有時間的積累根本就難以突破。

為了說清接下來的內(nèi)容，筆者向大家簡要介紹一下光刻技術(shù)。在一臺光刻機中激光器負責光源產(chǎn)生，首先是激光器發(fā)光，經(jīng)過矯正、能量控制器、光束成型裝置等之后進入光掩膜臺，最終制成晶圓。

而如果展開討論的話，從激光器、激光鏡頭、控制器到光掩膜版，都能多帶帶成文。而本次筆者聯(lián)系上的光刻前輩，從事過光掩膜版制造的相關(guān)工作。所以咱們今天就重點和大家聊聊光掩膜。

光刻掩膜版（又稱光罩，英文為Mask Reticle），簡稱掩膜版，是微納加工技術(shù)常用的光刻工藝所使用的圖形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜圖形結(jié)構(gòu)，再通過曝光過程將圖形信息轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品基版上，詳見下圖，這里需要特別提到的一點是在光刻膠方面，日本廠商幾乎占據(jù)了80%以上的市場份額，可以說單單從一個看似簡單的光掩模看去，我們下大力氣去攻堅克難的方面都有很多，更遑論整個光刻機的制造了。

而超微粒干版作為光刻制版用的感光版的一種，其制造工藝的相關(guān)內(nèi)容，無論是在《光刻掩模的制造》，還是在前輩的親述當中都有過介紹。其底板采用性能穩(wěn)定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸銀、鹵化鉀和介質(zhì)（明膠）三種材料為主配成乳膠液，再加入吡那金醇（增感劑）、三氮吲哚唎嗪（穩(wěn)定劑0、明礬（堅膜用）等構(gòu)成。可以說在前輩的指導(dǎo)下，下面將書中相關(guān)截圖附上。

咬定青山不放松，才能搞芯片

不過就是這家在上世紀70年代獨領(lǐng)風(fēng)騷的武漢無線電元件三廠，在國外廠商大舉來華，于1994年全面改制，成為了賣早點、副食品的商鋪，據(jù)知情前輩回憶，當時絕大部分職工全部轉(zhuǎn)型成了商鋪售貨員，雖然有一部分職工南下廣東，但應(yīng)該沒有繼續(xù)從事半導(dǎo)體制造的相關(guān)工作了。在當時“造不如買，買不如租”的理念下，武漢無線電元件三廠，是我國半導(dǎo)體制造行業(yè)全面衰落的一個縮影，90年代初武漢還有很多半導(dǎo)體、無線電廠，不過2000年左右這些廠有幾乎全部銷聲匿跡。

說完光刻咱們再聊回EDA，從產(chǎn)值角度來看，EDA在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中占比不大，2018年全球EDA行業(yè)市場規(guī)模僅為97.04億美元，這與動轍上萬億的半導(dǎo)體行業(yè)相比不算什么，但EDA同時又被稱作是“芯片之母”，、缺少了EDA，整個芯片產(chǎn)業(yè)都得停擺。而在EDA方面同樣也是我們的短板，Cadence、Synopsys和Mentor Graphics三大美國EDA廠商，幾乎占據(jù)我國90%以上的市場份額。不過與光刻情況也十分類似，其實我們EDA軟件的研發(fā)方面起步也不晚。

1978年秋，在中央剛剛提出“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的時候，桂林陽朔舉辦了“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化”會議，而這次會議被譽為我國“EDA事業(yè)的開端”，當時有67個單位，140多名代表參加了會議。不過據(jù)稱有關(guān)EDA討論還只停留在學(xué)術(shù)層面，而我國EDA元年是在1986年，當時為了更好推動集成電路產(chǎn)業(yè)，我國動員了全國17家單位，200多位專家齊聚原北京集成電路設(shè)計中心，開發(fā)自主集成電路計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)”熊貓EDA”,7年之后的1993年“熊貓EDA”終于練成正式推出面世。

巧合的是EDA三巨頭中的Synopsys、Cadence都在1993年入華，Mentor Graphics也在1995年在北京設(shè)立銷售辦公室，當時我們還處在襁褓中的熊貓EDA，當然無法在價格戰(zhàn)中取得優(yōu)勢，國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)在1994年至2008年陷入了一段相當長時間的“沉寂期”，不過令人欣慰的是熊貓EDA的研發(fā)，為我們的EDA項目保留了火種。從筆者實際溝通了解到的情況看，目前國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍人物：華大九天的董事長劉偉平、藍海微科技的董事長侯勁松,都是熊貓EDA項目研發(fā)的親歷者。

當然能為EDA產(chǎn)品寫代碼的程序員，轉(zhuǎn)型去做其它IT項目也不是什么難事，據(jù)稱當時“熊貓EDA”團隊有相當一部分都直接轉(zhuǎn)型到了華大集團，也有人辦起了電腦培訓(xùn)班，或者到中關(guān)村去攢電腦，據(jù)悉當時下海人員的收入普遍比在集成電路設(shè)計中心做EDA的研發(fā)要高十倍以上，所以對于轉(zhuǎn)型帶來的痛感不并算強烈。

雖然我國在EDA方面的火種一直沒斷，而且最近在EDA傳統(tǒng)大賽中獲獎也是一個好的趨勢，但是我們也要清楚看到，想在工業(yè)軟件方面取得突破我們依舊有很多坑要邁，很多路要走。現(xiàn)在臺積電、三星等廠商在開發(fā)新工藝的時候，基本不會考慮與國內(nèi)EDA廠商合作，使得我國EDA廠商的IP庫不夠豐富，這就像只有Photoshop卻沒有濾鏡一樣，會極大的限制芯片設(shè)計師的發(fā)揮。

而這方面如果想突破，就必須取得芯片方面全產(chǎn)業(yè)鏈的進展。而想在芯片制造的全產(chǎn)業(yè)鏈取得進展，沒有捷徑可言，只能靠時間的積累，最后祝我國的芯片界同仁，步步常由逆境行，極知造物欲其成！