真的是国产“7nm”吗？华为海思麒麟9000S铸剑归来！

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“制裁”
　　2019年5月16日，美国总统特朗普发布行政命令，将华为列入美国商务部管制的实体名单，开始对华为的全面制裁。


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　　2020年5月15日，台积电宣布受美国政府对华为的禁令影响，台积电自5月15日以来再无接收到来自华为的订单，并将从9月14日之后停止对华为的供货。


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　　2020年10月22日，华为在HUAWEI Mate 40系列发布会上发布麒麟9000芯片，该芯片采用台积电5nm制程工艺打造，集成5G基带，被当时人们称为麒麟的“绝唱”。


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　　自Mate 40系列之后，华为发布的手机就均不支持5G网络，包括采用了高通骁龙8+的P60，也都只能使用阉割版处理器，只能使用4G基带。
“响雷”
　　2023年8月29日，在美国宣布对华为进行制裁的1566天后，华为“悄悄地”上架了一款旗舰产品—华为Mate 60 Pro，这是华为首次的“骚操作”，在未开发布会的情况下上架自家的旗舰手机。该手机一经发布，便点燃了中文互联网，“华为Mate 60”登上新浪微博热搜榜首、知乎热搜榜首、bilibili热搜榜等，成为网友们当天最为热议的话题。




“华为”百度搜索指数
　　究其原因，并不是因为这款手机有多么划时代的外观抑或者是惊破天的影像系统，而是“5G+国产芯片”的归来。
　　在华为Mate 60 Pro发布后，位于深圳的消费者便第一时间可以在线下进行取货体验，从多位消费者的实测来看，该手机的上下行速率均突破了传统4G网络的限制，达到了下行平均超过500Mbps的速率，这显然是5G网络的速度。（我国5G网络平均下行接入速率达334.98Mbps-—2022年第一季度）


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　　同时华为Mate 60 Pro并没有采用网传的高通骁龙8Gen2芯片，而是搭载了一颗名为麒麟9000S的全新芯片，该芯片之前从未曝光，代号为Hi36A0（与海思麒麟9000同代号，但生产尾号为CN，即为中国制造），该Soc采用12核设计，采用1+3+2架构，其中大中小核心均采用华为自研的方案，GPU方面为Maleoon 910，是一个未知的GPU架构，可能也为华为自研产物。从设计角度来看，这是一颗彻彻底底的国产自研芯片。


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　　而更加调动网友神经的是，该Soc的制程不是28nm，也不是14nm，而极有可能是7nm（网传5nm图片可能为识别错误）。
　　这无疑如原地惊雷一样炸响了我们每一个科技爱好者的神经，诸多群聊中，只有一个问题：
　　这自研芯片（国产+5G）是谁做的？如果只能是中芯国际，那它真的有这个实力做这个芯片吗？


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　　答案还要从一台矿机说起。
“矿机”
　　2021年，随着美国的经济宽松政策，新一轮的大放水开始，其中受益最为明显的便是有着去中心化金融属性的虚拟货币，其中作为代表的BTC更是来到了历史的极值，数万美元一枚的价格，让许多矿场（挖币，可以理解为帮老板拼图的打工人）趋之若鹜，矿机出货量也是达到了历史高点。


　　2021年7月，外媒报道，国内某知名矿场进新到了一批矿机，矿机中是一个来源未知的25W采矿芯片（MinerVa7 Bitcoin ASIC），最后经证实，其是来自中芯国际代工的产物，此消息一出便在外媒引起了轩然大波，小小的矿机是怎么引起那么大的讨论呢？原因是其采用的工艺，已经来到了7nm（7nm与5nm/3nm一样并不是一个确切的单位数值，而是一种营销手段）。


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　　外媒指出，该芯片的晶体管密度达到8900万/平方毫米，这个参数已经非常接近台积电与三星的第一代7nm工艺，也与Intel7（英特尔10nm工艺）接近，该工艺被称为SMIC“N+1”或者“N+2”（存疑）。


新闻来源：semiwiki.com
　　而在外媒看来，彼时的国内因为受到了多方制裁的原因，应该是不可能批量造出这样的芯片，并且美国还放出豪言要将中国的芯片封锁在14nm。
　　那么这个7nm是怎么来的呢？


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“梁孟松”
　　2021年3月31日，中芯国际发布2020年财报，其中担任中芯国际联席CEO职务的梁孟松博士获得了一套位于上海价值2250万元的住房，同时他的工资也从2019年的34万美金（240万人民币左右）涨到了153万美金（1000万人民币左右）。这么阔绰的奖励机制与夸张的调薪幅度不仅没有引得董事会与股东的不满，反而却赢得一片叫好，原来这上千万的奖励都是为了留着梁孟松。
　　2017年11月，梁孟松回国入职中芯国际，担任联合首席执行官兼任执行董事，在这位CEO的带领下，不到一年的时间中芯国际就实现了从28nm到14nm的制程工艺升级，良品率从3%上升至95%，堪称神来之笔。


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　　2020年底因为公司的人事变动，梁博士向中芯国际提出离职信，其中已经表明在他的1000多日不休的连续奋战下，中芯国际的N+1与N+2工艺已经有了突破的进步，但出于对人事变动的不满，决定要离开团队。此消息一出，引起中芯内部的地震，不少股东也纷纷对此人事变动表示不满，故才有了本章开头的千万挽留。
　　让我们再次回顾梁孟松的履历就会发现为什么中芯国际一定要留住这样的人才。在1992年，梁孟松博士加入了刚刚起步的台积电，成为这个小公司的一员。他的坚毅和执着，带领团队成功突破了从180nm到130nm，再到40nm的制程技术，为台积电的初期发展奠定了坚实的基础。


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　　在2005年，台积电的创始人张忠谋卸下了CEO的重任。然而，梁博士并未接替这个职位，而是被调派到了边缘岗位。这一变动，并未阻碍他在半导体领域的深耕。2009年，梁博士离开了台积电，转战三星，再次展现了他对于挑战的追求。在三星，梁博士继续展现他的技术威力，带领团队成功将制程从20nm提升到14nm，再次证明了他在半导体领域的非凡才华。
　　当下，梁博士依然在为我国的芯片事业做着极大的贡献，比如本次HUAWEI Mate 60 Pro上的麒麟9000S就极有可能是来自中芯的“7nm”工艺，但巧妇难为无米之炊，我们有着像华为海思团队这样的兵刃设计大师，也有像梁博士这样的兵刃指导大师，那么铸剑的模具在哪里呢？


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“光刻机”
　　芯片的制造，是利用光刻机来实现，其工作原理是利用光源（如紫外线、X射线或电子束）通过图形掩模（也称为光刻版或者模板）上的图案，照射到覆盖在晶圆表面的光敏性材料（也称为光刻胶或抗蚀剂）上。然后通过化学或物理过程，将图案转移到晶圆上，形成微小的电路或微机械结构。


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　　光刻机的精度和速度决定了集成电路的性能和制造成本。
　　当前主流的光刻机类型可分为DUV（Deep Ultraviolet）和EUV（Extreme Ultraviolet），其中DUV指的是深紫外光，波长通常在190到300纳米之间。目前，193纳米的DUV光刻机是半导体制造中最常用的设备。比如中芯国际可能已经拿到的ASML的NXT2000i DUV/ASML NXT2050i（二款在2022年时被美国禁止对华出售）就可以实现1.9nm的光刻精度，从而实现对7nm甚至5nm芯片的制造（5nm要求2.4nm，7nm要求3.5nm）


图片截取于ASML官网
　　比如台积电的第一代7nm制程N7就是基于DUV工艺开发。


　　而另一种EUV技术， 指的是极紫外光，波长在10到121纳米之间。在光刻技术中，EUV常用的波长是13.5纳米。因为EUV的波长更短，所以理论上可以实现更高的分辨率，来实现更小的结构尺寸，比如台积电N7的第二代产品就开始采用EUV，当前极致的芯片制程（3/5/7nm）都基本采用了EUV工艺。


图片截取于ASML官网，EUV光刻机
　　花开两朵，各表一枝，EUV由于是彻彻底底的对华禁售产物，我们是几乎拿不到的。ASML也不会顶着美国股东的压力卖给我们，那么DUV做7nm有什么难度呢？首先是浸润式光刻技术，其是在光刻过程中光刻机的投影镜头和晶圆之间填充有液体（通常是纯水）。通过介入液体，可以有效地提高系统的数值孔径（NA），从而提高系统的分辨率。相当于给了一个液态放大镜。


图片源自于Midjourney AI生成
　　而更难的则是多重曝光技术，与相机中的多重曝光概念类似，在一个晶圆上制造微小的电路图案时，我们可能希望制造的图案比光刻机的分辨率还要小。为了实现这个目标，我们可以使用多重曝光的技术，也就是在同一块晶圆上多次进行曝光和刻蚀过程，每次只制造一部分的图案。结果就是所有的图案都重叠在一起，形成了我们想要的更微小的电路结构。


图片源自于Midjourney AI生成
　　其二者叠加（浸润式+多重曝光）即可完成DUV工艺制造7nm甚至5nm芯片的成果，但代价便是极低的良品率。
　　麒麟9000s有可能就是在这样的苛刻条件下诞生的，每一颗性能正常的Soc生产的背后都有可能是以倍数残次品的淘汰所换来。
“差距”
　　虽然，我们当前有机会利用DUV工艺来实现7nm甚至更小制程的芯片制造，但在关键技术上，我们与世界顶流还是存在着差距，比如在光刻机的制造上，当前国产最终最强的便是还未正式发布，但已经官宣的上海微电子所研发的微电子28nm浸没式光刻机，这与国际上最为先进的EUV光刻机差了许多个世代。
　　但其的发布也就让我国在中低端芯片上摆脱国外的限制，拥有完整、独立自主的研发、生产全产线。
“轻舟已过万重山？”
　　峰回路转，不管HUAWEI Mate 60 Pro这颗麒麟Soc到底是由什么制程工艺打造，它都是华为在历经1566天封锁后的第一次突围，是重新点燃国产自主科技的又一把火炬，是我们不畏强权，坚持独立自主的象征，其意义是非常重大的，不管芯片的性能几何，其都会被载入中国科技的史册。


图片源自于Midjourney AI生成
　　如果说麒麟9000s的发布是华为的轻舟已过万重山，那么我想说的是，我们的目标绝不是仅仅穿越重山，而是驶入辽阔的海洋，重山之中是我们需要面对的蜿蜒长河，而重山之外的无垠蔚蓝才是我们要去探索的，我们也才刚刚开始，欣喜之余，还需更加努力。


图片源自于Midjourney AI生成
“1964年10月16日”
　　1954年，毛主席邀请赫鲁晓夫来京参观，在新中国5周年庆典上，中央同志询问赫鲁晓夫，能否就原子弹的研究给出一些支持，对方却以“搞原子弹太费钱为由拒绝”。
　　1957年，种种原因下，苏联开始对中国进行核武器研发援助，中国开启原子弹研发启动之路。
　　1959年，美国秘密计划使用870枚核弹对中国117个重要城市进行核打击，以对中国进行核讹诈，遏制中国核武器的发展。
　　1960年，苏联撤回全部在华的核工业专家，停止一切设备，原料、技术的支持。
　　他们都害怕中国真的研发出原子弹，都想让中国只停留在一穷二白的阶段，都想让中国乖乖听话。
　　他们都做了一件事，就是制裁与封锁，笃定中国人自己搞不出来自己的原子弹。
　　1964年10月16日，中国第一颗原子弹爆炸成功。



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