国产芯片14nm,美国芯片5nm,一旦发生战争会产生什么后果?

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2022 年底,台积电亚利桑那州工厂开工,标志着美芯进入 5nm 时代,2024 年,该工厂将进一步升级到 4nm 工艺,2026 年进入 3nm 时代。

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实际上,自 2022 年 12 月底台积电官宣量产 3nm 工艺后,苹果、高通就已经向台积电下了订单,预计 2023 年三季度实现出货。

再看国产芯片,中芯国际代表着最先进工艺,目前仅能实现 14nm 工艺的量产。与美芯 5nm 工艺相差两代,与台积电 3nm 相差 3 代。

那么问题来了,我们假设有一天发生战争,国产芯片产业会出现哪些问题?我们又该如何面对呢?

芯片差距具体在哪里?

我们都知道国产芯片与先进芯片有很大差距,那么具体表现在哪里呢?

第一、芯片架构

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架构是芯片的基础,是芯片厂商给同一系列的芯片定的一个规范,目的是区分不同类型的芯片。

目前,芯片架构主要有两大阵营,一个是以英特尔、AMD 为代表 X86 架构;另一个是 ARM 架构。这两种架构占据了 95% 以上的市场。

第三大架构 RISC- V 尽管目前市场份额很小,但一直被认为是未来的主流。它创始于加州伯克利分校,它最大的特色是可以自由地用于任何目的,并允许任何人设计、制造、销售。

国产芯片很多,龙芯、兆芯、鲲鹏、海光、飞腾、申威、麒麟、虎贲等等,但是 绝大部分都采用了第三方架构。

鲲鹏、飞腾、麒麟、虎贲采用了 ARM 架构;海光、兆芯采用了 X86 架构;申威采用了谷歌淘汰的 alpha 架构。只有龙芯采用自主研发的 LoongArch 架构。

在漂亮国限芯令下,ARM 拒绝我们使用最新研发的 Neoverse V1、N2 架构,X86 的高性能芯片也很难拿到。

如果发生战争,那么 ARM、X86 架构的芯片基本没戏了,唯一能正常使用的恐怕只剩下龙芯了。

龙芯目前只使用在桌面、服务器端,移动端、嵌入端很少,并且龙芯整体落后英特尔 5 年左右。

第二、芯片设计工具

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从麒麟芯片中可以看出,我们在芯片设计方面还是很有实力的,完全可以做到国际领先。但是,在 EDA 软件方面,我们明显落后了。

EDA 就是电子设计自动化,是芯片设计必需的一种工具,我们又称它为 EDA 工具。

目前世界领先的 EDA 软件商,分别为新思科技、锴登电子、西门子 EDA,清一色的欧美企业。

这三家企业的 EDA 工具,不仅突破了 5nm、3nm 技术,而且又各自有着自身的优势,同时掌控了 70% 以上的市场份额,垄断了 7nm 以下的市场。

内地企业华大九天,尽管继承了熊猫软件的衣钵,但是 与“三巨头”差距甚远,仅能满足 16nm 芯片设计,并且技术人才只有 500 人,远低于三巨头几千人的设计团队。

因此,世界先进的芯片设计厂商都采用三巨头的 EDA 工具。

第三、芯片制造

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芯片制造一直是我们的软肋,台积电、三星目前已经实现了 3nm 的量产目标,英特尔即将量产 7nm 工艺。

内地芯片制造企业中芯国际实现了 14nm 量产,落后台积电、三星 3 代,英特尔 2 代。

因此,即便华为海思能够设计出新进的麒麟 9000、9010,也无法制造出来。

最为要命的是,除了制造经验、制造技术外,设备成为了最致命的弱点。

第四、半导体设备

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在半导体设备,尤其是 EUV 光刻机上,我们仍然,甚至长期处于弱势。

EUV 光刻机汇集了欧、美、日、韩等多个国家,约 2000 多家企业的先进技术,共同打造了一款极为精密的芯片制造设备。

荷兰 ASML 是唯一的集成商,并且掌握了 10% 的核心技术。

EUV 光刻机的难点主要在光源、透镜、工作台、浸没系统、精密轴承等方面,要突破这些技术需要十几年,甚至几十年的技术沉淀。

国内的上海微电子目前能够制造 90nm 的光刻机,在精确度方面落后 EUV 光刻机三代。

很多网友,甚至部分专家都幻想着弯道超车,其实根本不可能。必须要一代一代的更迭。

举例来说,上海微电子的光刻机镜头,是长春物理研究所“啃了 8 年硬骨头”才实现突破的。而后面的突破则更难。

第五、半导体材料

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芯片制造必然需要半导体材料,硅片、电子气体、掩膜版、抛光液和抛光垫、光刻胶及光辅助制剂、湿化学品、溅射靶材被称为 6 大半导体材料。

这 6 大半导体材料占全部材料的 87%,使用数量、使用率非常高。

目前,这 6 种材料主要被日、美、韩所把控,国产材料不仅占有率很低,而且在品质、技术、专利方面仍然欠缺。

尽管国内的沪硅产业、南大光电等半导体材料企业,发展迅速,但仍然很难满足国内庞大的需求。

总的来说,架构、EDA 工具、制造、EUV 光刻机、半导体材料仍然是制约国产芯片发展的最大障碍,这些难题仍需要我们下大力气去解决。

那么,这些差距会在战争中体现出来吗?

战争所需的芯片

现代战争与古代冷兵器,二战机械武器有很大的不同。

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航空母舰、核潜艇、卫星导航、侦察卫星、洲际导弹、巡航导弹、反卫星导弹、导弹防御系统、战斗机、轰炸机、预警机,等现代化武器都会派上用场。

即便是坦克、装甲车、火箭炮等武器也是经过多次升级,配有大量的电子设备。

这些武器都有一个共同点,就是全部装有大量的航天级芯片。

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例如:F22 战斗机装有 500nm 工艺的 Power PC603 芯片,北斗导航卫星装有 180nm 龙芯 1E 芯片和龙芯 1F 芯片。毅力号火星车采用了 250nm 的 Power 750 CPU。

这些芯片共同特点是:工艺制程都很大,同时在稳定性、抗辐射性、耐高低温、防水防尘方面都很出色。

这些芯片工作环境在 -55℃—125℃之间,要求具有辅助电路和备份电路设计、多级防雷设计、双变压器设计、抗干扰设计、多重短路保护、多重热保护、超高压保护等。

航天级芯片工艺制程并不精密,但造价却很高。例如,2016 年时,龙芯 1E 和龙芯 1F 的售价就达到了几万元一片,而进口的 ATMELAT697 甚至达到了 20 万到 30 万一片。

可以看出来,战争一旦启动,那就是烧钱。

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短期的小规模战争,使用现有武器就可以了,但是像俄罗斯与乌克兰这样的持久战,就必须要工厂火力全开,24 小时造武器、造芯片了。

好在工业级芯片基本都是 28nm 工艺,并且造价方面比航天级芯片要低,维护费用也不太高。

工业级芯片工作环境在 -40℃—185℃之间,要求具有多级防雷设计、双变压器设计、抗干扰设计、短路保护、热保护、超高压保护等。

同时包括防水、防腐、防潮、防霉变处理。

工业级芯片带有自检功能,造价稍高,但维护费用相对较低。

表面上看起来,武器、工业不需要 14nm 以下的高端芯片,国产制造完全能够满足,但是有一点我们忽略了,那就是超算在战争中的作用。

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一、超算在核武器中的应用

一是,维护存储核武数据,确保核武库安全;二是,进行模拟核爆,支撑核武器研发升级。

二、超算应用在气象战

未来,气候将成为一种力量加倍器,美军已将气象分析技术列为重点发展的武器技术之一,计划 2025 年具备掌控 200 平方公里区域气候的能力。

一旦掌握了气象武器,可以制造人工降雨、干旱、飓风,使对手陷入洪水、干旱、飓风中。

同时还可以制造激光闪电,击落敌方战机,制造微波干扰对手的通信和雷达系统。

三、数值风洞

利用超算计算出数值风洞,获取相关数据,进行分析研究后,可以获得更多的空气动力特性。

超算支撑下的数值风洞,在超声速武器、战斗机、航天器等装备的设计过程中.扮演越来越重要的角色。

四、基因武器

基因武器对人口规模超大的国家,可以说是致命的,它可以针对特定的基因人群实施攻击。

在超算的辅助下,人类基因测序完成。人们对基因武器的研究越来越深入,对超算的需求也越来越大。

未来,随着超算的升级,基因武器也随之升级,一旦用于实战,无疑把整个种族置于危险境地。

此外超算在分析战场形势,模拟实战,进行推演等方面拥有着更大优势,因此超算已经成为各国的必争之地。

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但是目前,全球前十大超级计算机排名中,中国仅入围两款,神威太湖之光和天河二号,排在第六和第九名。

最关键的是这十大超级计算机中,主流仍 然是英 特尔 X86 架构的芯片,最开始时中国的超级计算机也使用它,比如天河 1 号、天河 2 号,此外也有使用 IBM 芯片的计算机。

目前,神威太湖之光使用了国产“申威 26010”众核处理器,但是其架构仍然是购买的 alpha 架构,算不上纯国产。

所以,一旦发生战争,短期内军工、工业芯片是可以满足的,但是在超算方面会明显感到吃力。

如果陷入持久战,那么芯片架构、工具、设备、材料都会受到断供的威胁。

消费级芯片

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国产芯片最致命的仍然是消费级芯片,智能手机、个人电脑、可穿戴。

很多网友认为这些无关紧要,其实并非如此。这些芯片可以最大程度的刺激消费、拉动经济、创造外汇。

而经济是工业、农业、军事、科技发展的基石,没有经济一切都是虚的。

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我们以俄罗斯为例,俄罗斯继承了苏联的衣钵,在军事方面的实力十分强悍。俄罗斯是全球唯二的具备三位一体核打击能力的国家,另外一家是美国,我国暂不具备。

在洲际导弹方面,俄罗斯仍是全球第一,在核潜艇方面也不遑多让。火箭发动机、战斗机发动机、运输机方面依然世界领先。

但是,俄乌战争发生后,俄罗斯的表现让人大跌眼镜,并没有表现出战斗民族和世界第二大军事大国的风范,其根本原因还是经济问题。

经济制约了俄罗斯的芯片发展,为了武器正常使用只能拆掉冰箱、洗碗机上的芯片,坦克工厂甚至因为芯片而停产。

所以,消费级芯片非常重要,它是经济发展的马车,而经济又是军事的基石,这是环环相扣,互相影响的。

写到最后

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国产芯片 14nm,美芯 5nm,巨大的差距,一旦发生战争就会显现出巨大的差距。

尽管常规武器、航母、导弹、飞机、卫星不会受到芯片制约,但是最大的助力超算会受到制约,进而影响整个战局。

而消费级芯片则会受到更大的打击,直接影响经济,进而影响到工业、农业、军事等多个领域。

所以,芯片落后影响的是全局,只有努力搞自主研发,突破封锁,实现领先,才能彻底改变局面。

我是科技铭程,欢迎共同讨论!国产芯片 14nm,美国芯片 5nm,一旦发生战争会产生什么后果?

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