光刻機(jī)的應(yīng)用

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

現(xiàn)在華為呢，由于美國人打壓，導(dǎo)致他必須用的高端芯片制作的這種手機(jī)，這種終端設(shè)備現(xiàn)在被擠出世界前三了。華為只好開辟新的戰(zhàn)場，任正非老爺子開誓師大會(huì)，講得熱血沸騰啊，要發(fā)起新的戰(zhàn)役。

任正非老爺子這種精神，現(xiàn)在中國科技人員的這種努力，什么時(shí)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(shí)候能夠安穩(wěn)生產(chǎn)，曹和平先生人家是專業(yè)的。在芯片的事情，我們現(xiàn)在到底是什么樣的？前幾天我坐飛機(jī)碰見一個(gè)人，他告訴我光刻膠的問題我們已經(jīng)解決了。這是不是重大突破？

曹和平：其實(shí)芯片有兩方面需要做好，一塊是材料，一塊是設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)相當(dāng)于是芯片的電路，材料是芯片的物理載體，這兩個(gè)東西都重要。舉個(gè)例子，你比如繡花的時(shí)候，假定說你是一個(gè)蜀繡大師，可是我讓你在麻袋上繡花，我沒你繡得好，但是我是在絲綢上繡花，結(jié)果哪個(gè)好看？

換句話說，那個(gè)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(gè)硅高純度的底片上，假定說是5個(gè)9，那他非常純，那么你可以想象，如果這個(gè)硅是不導(dǎo)電的，或者說它是高純度能導(dǎo)電的，你想想看，如果你給它摻進(jìn)去一點(diǎn)點(diǎn)磷，它反方向就不導(dǎo)電，正方向就導(dǎo)電，正方向是導(dǎo)電的。

我聽說15寸晶圓或者24寸晶圓上，可以放36億個(gè)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(chǎn)線，大概在兩年前還是三年前，特朗普還沒制裁我們的時(shí)候，我們有三條生產(chǎn)線到四條生產(chǎn)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(yīng)就幾乎處在了工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)的這個(gè)條件上。

司馬南：這個(gè)信息很確切，那就是說，我們在芯片的問題上，我們實(shí)行量產(chǎn)的話能夠達(dá)到多大呢？

曹和平：第一，假定你要是10納米可以調(diào)線的話，你大概可以生產(chǎn)20億個(gè)晶體管。你要是5納米的話，就可以生產(chǎn)40億個(gè)晶體管。那想想看，如果芯片的集成度越高，就是納米的數(shù)量越小，你那個(gè)芯片的量就越小，越小的話你就會(huì)發(fā)現(xiàn)放在手機(jī)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(gè)手機(jī)里面，假定是200個(gè)APP，APP和APP之間信息傳播的時(shí)候，它是多維方向的，那耗電是非常大的，你摸手機(jī)它是非常熱的的。假如芯片的量越來越小的話，手機(jī)就不燙，而且耗電也小了。換句話說，你如果有了這種高質(zhì)量的原材料，那就缺把電路刻到這個(gè)芯片上的技術(shù)了，就是那把刀，現(xiàn)在就卡到這了。那用來刻的刀，其實(shí)是光。我們過去認(rèn)為這個(gè)光呢？就是我們可見的這個(gè)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(gè)無線電波就是非常長的紅外。然后硬x光能夠把某些材料給擠開，不會(huì)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(xué)家像牛頓和愛因斯坦出現(xiàn)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(rèn)為光一定是波動(dòng)的，它既有波動(dòng)特征，又具有粒子特性。用我們今天的話來說，光到底是材料？還是一束波？像無線電波，你用你的手機(jī)掃我的二維碼，都是用的光的波動(dòng)特征；像我們現(xiàn)在在這拍照，那個(gè)打光燈的光源也是用光的波動(dòng)特征傳過來的。那光材料是什么？像長江里的水，它是動(dòng)態(tài)的，可以行船，可是要是把水想成材料的話，你喝進(jìn)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(gè)口子。硬x光應(yīng)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(dòng)特征就更強(qiáng)。像水一樣，一滴一滴的是材料性質(zhì)，大量的流入太平洋是波動(dòng)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(dòng)。其實(shí)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(jì)人類的競爭，某種意義上不再是芯片，不再是操作系統(tǒng)，是光的利用。如果既能利用光做材料也能做波動(dòng)，就是 “質(zhì)” 和 “能” 都用好，那才是厲害的。我們國家有兩到三個(gè)地方已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了工業(yè)級別的光刻膠了，如果修正鉆研一下，就沒有問題了。

芯片卡不住中國人

司馬南：那現(xiàn)在中國批量生產(chǎn)的最小的芯片是多少納米？

曹和平：我們現(xiàn)在在生產(chǎn)17納米這個(gè)級別上，最早18個(gè)月，最晚24個(gè)月，基本上沒有問題了。其實(shí)現(xiàn)在最先進(jìn)的手機(jī)使用的是7納米左右的芯片，但很少，絕大多數(shù)都在12納米左右，算是先進(jìn)的。

司馬南：單從手機(jī)角度而言，7納米和17納米的差別在哪呢？

曹和平：其實(shí)我們從厚度來講是感覺不到的，但是手機(jī)的待機(jī)時(shí)長不一樣。真正用起來沒多大區(qū)別，速度什么的都是一樣的，就是待機(jī)時(shí)間不一樣。

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

曹和平：其實(shí)用光刻機(jī)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(chǎn)的話，比如我說的用數(shù)字方式來生產(chǎn)，而不是用光刻機(jī)這種物理方式來生產(chǎn)，那就牛了。

曹和平：舉個(gè)例子，他們說這次開五中全會(huì)談“雙碳政策”的時(shí)候，科技人員用花盆演示了一下。一個(gè)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(gè)碳原子，在水的溫度和濕度沒有到門檻線之上的時(shí)候，這個(gè)碳原子是趴在那沒有活性的，但是當(dāng)溫度，濕度和光線都齊全的時(shí)候，碳原子就站起來了。

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

像這個(gè)發(fā)財(cái)樹，外面的樹皮是輸送養(yǎng)料和水分的，里面呢就變成一個(gè)個(gè)線粒體排列在那。國家領(lǐng)導(dǎo)人說這樣不就是讓我們現(xiàn)在從“量”的拓展向“質(zhì)”的提升過程當(dāng)中，用39億分子工作的這個(gè)級別在工廠里完成地球45億年才進(jìn)化的這種碳過程嗎？

回到我們剛才這個(gè)故事里邊來。想想看，如果你用39億個(gè)納米來生產(chǎn)，那光刻機(jī)就是個(gè)19世紀(jì)的小玩意。應(yīng)該說中國在這個(gè)新技術(shù)的突破方面，跟美國處在不整齊的戰(zhàn)線，有的時(shí)候中國在前面，有的時(shí)候美國在前面，而數(shù)字技術(shù)中國人并不熟。

司馬南：這個(gè)技術(shù)什么時(shí)候能夠出來？

曹和平：國家說2060年前要實(shí)現(xiàn)碳中和，還是比較遙遠(yuǎn)的。然后美國人公布說“我們2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，我們比中國提前十年”。結(jié)果過了一個(gè)半月，歐盟也說我們要在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。第一次，在科學(xué)方面，有人在遠(yuǎn)景規(guī)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(guān)于芯片的技術(shù)問題，曹先生還額外跟我們講科普，講“碳達(dá)峰”和“碳中和”，還有遠(yuǎn)景規(guī)劃。我們說不定在有生之年，甚至是在我這個(gè)老頭的有生之年，看到中國追平美國及其他國家的技術(shù)水平，甚至是引領(lǐng)世界的那一幕。