网上疯传的突破芯片掐脖子技术的“光刻厂”竟然和杨振宁有关?
2019年,华为被美国纳入实体清单。此后,中国在高端芯片领域就被卡住了脖子。随着华为麒麟9000s的芯片面世,似乎预示着中国已经打破了高端芯片被卡脖子的局面。
后来,网上就开始疯传一个消息:
清华大学研发了一个新的EUV光刻机项目,把阿斯麦光刻机扩大化,变成了一个光刻厂,突破项目将会在雄安落地。
这个消息还配了一张“同步辐射光源”照片。让很多人不明觉厉,不少人甚至认为,中国在光刻机领域实现“弯道超车”,那张配图就是“光刻厂”。不过,这个消息刚发出没几天,就又有人跳出来“辟谣”,这是一个假消息,是一场乌龙。
于是,有人发出了灵魂拷问:
其实,这个消息有一部分是乌龙,比如:那张配图、光刻厂。但也有一部分是真实的,那就是清华确实提出了一套EUV方案,并且试图在雄安落地。不过,距离清华把这个方案商业化还很远,这当中有大量的工程问题需要解决,至少从现在的情况来看,仅就“清华EUV方案”的进展来看,中国还未在光刻机领域追赶上阿斯麦的脚步,更不要说是弯道超车了。当然,是不是在中国其他的地方,有什么黑科技或者光刻机,已经实现,由于没有公开报道,笔者也就不敢妄下断言了。
不过,关于清华EUV方案,还确实值得一说。因为它确实是公认的下一代光刻机的光源解决方案之一,同时这个概念的提出者曾是杨振宁的学生,也是杨振宁引领他往这个研究方向发展。那这一切究竟是咋回事呢?
光刻机光源我们还是先从光刻机的核心技术说起。客观地说,放眼全球,到目前为止,全球还没有任何一个国家拥有独立自主生产芯片的能力。整条芯片制造的产业链特别长,需要各国的企业一起协作才能实现。
美国由于发展得早,拥有大量的核心技术,所以才能对后发国家进行卡脖子。在芯片领域,美国不仅卡过中国的脖子,也卡过日本的脖子,当时日本的光刻机企业直接落后了一代,至今也没赶上了。
而这一切其实都和光刻机的光源有关。
高端芯片只有一个指甲盖那么大,但却铺满、堆叠了大量的晶体管。目前最先进的芯片有190亿个晶体管。要在这么小的面积中,装下这么多晶体管,这就需要用到光刻工艺。之前欧美用了10多年的时间进行研究,才最终确立了一个主要的发展方向,那就是用13.5纳米的极紫外光照射,从而实现光刻,这种光的波长只有头发直径一万分之一,能量非常大。
后来,欧美又用了10多年的时间,才最终把这个路径跑通,实现了商业化,这就是阿斯麦的EUV光刻机。顺便说一句,在这个研究过程中,也就是上世纪90年代,美国故意把日本排除在外,导致日本被卡脖子,所以日本其实也没有最先进的光刻机技术。
要制作功率足够大的极紫外光,其实是一件极其困难的事情。阿斯麦并不是仅靠自己一家公司就实现的,它的供应商有数千家。
其中最核心的光源部分,大多不是阿斯麦自己的技术。美国Cymer公司(阿斯麦的子公司)负责光源,除此之外,还需要两家德国公司,其中通快公司的专长是:二氧化碳激光器,德国蔡司的专长是:生产超级光滑的镜子。
结合这些高科技含量的技术,最终才能得到极紫外光,并进行光刻。
客观地说,阿斯麦的EUV光刻机应该是人类有史以来最复杂的设备了。
如果按照阿斯麦EUV光刻机的路径来发展,意味着中国需要一下子追赶上欧美企业在过去几十年里的技术积累,这其实并不是很现实。好在阿斯麦的EUV光刻,只是生产高端芯片的其中一条技术路径,也确实存在着其他技术路径。
清华大学这次搞得其实就属于其他技术路径。这个技术路径还要从一个人说起,他就是:赵午。
赵午和杨振宁赵午1970年毕业于中国台湾省新竹清华大学物理系,1974年,获得纽约州立石溪大学博士,当时的导师是杨振宁。杨振宁给他安排的研究方向正是:粒子加速器。估计看到这里,很多人会纳闷,杨振宁不是反对中国建造大型粒子加速器,为什么还会引导自己的学生做这方面的研究。实际上,杨振宁并不是反对加速器的研究以及应用,而是反对大把大把的钱去建造加速器,他认为这是在浪费资源,他更偏于利用现有的加速器去应用到其他领域,他也是这样引导赵午做这方面的研究,并告诉他未来这方面将会有很好的前景。
后来赵午就成为该领域的专家,获得了这个领域的一系列最高奖项,比如:USPAS Achievement Prize, Wiederoe Prize, Robert Wilson Prize等。
1974-1984年之间,他在美国SLAC国家实验室任职,后来,又成为了超级超导对撞机副总经理、加速器总体负责人。在2019年之前,他一直都在担任斯坦福教授;2019年之后,成为了清华大学的客座教授。
在2010年,他与他的博士生就提出利用加速器作为光源的构想,这就是稳态微聚束(SSMB)。那究竟是咋回事呢?
在加速器中,如果一下子打出一束电子,电子在加速器当中运作时,会不断的产生一种副产物:同步辐射,说白了就是不断发光,这当中就有各种波长的光,其中就包括了高功率、高重频、窄带宽的相干辐射,波长覆盖了从太赫兹到极紫外(EUV)波段。
所以,赵午认为,可以通过这种方式来获得光源,用于芯片制造中的光刻工艺。当然,他的理论还需要通过实验来实现。
由于赵午是杨振宁的学生,所以他也会到清华等国内的一些高校参加一些活动,他还是清华大学杰出访问教授。后来,他把自己的这些想法分享给了国内的同行。2017年,清华大学教授唐传祥就和赵武教授一起发起了一项关于“稳态微聚束(SSMB)”的实验。
稳态微聚束(SSMB)的项目其中,唐传祥研究组主导完成了实验的理论分析和物理设计,同时还开发了测试实验的激光系统,联合中、美、等国家的其他合作单位一起实验,经过四年的努力,取得了重大进展,得到实验数据,撰写相关的论文。
2021年2月24日,研究论文被发表在了顶级期刊 《自然》(Nature)上,题目为:“稳态微聚束原理的实验演示”(Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching。
研究人员用波长1064纳米的激光,来操控柏林MLS储存环内的电子束,让电子束绕着加速器转一整圈,从而得到微聚束,验证了SSMB的工作机理。
这项研究证明了赵午当初的设想,同时也说明了可以通过同步光源来获得极紫外光。以上这些信息,其实早在2021年就已经发布在清华大学的官网上。后来,随着华为麒麟9000s爆火,被某些人再次拿了出来,并声称我国建设了光刻厂。
其实这些消息的配图是北京高能同步辐射光源HEPS,它位于北京怀柔雁栖湖畔,是我国的“十三五”重大科技基础设施,并不是网传的光刻厂,2019年开始建设,预计在2025年会投入使用。之前光刻厂的消息刚发布不久,中国电子院就出来辟谣了。
不仅如此,根据清华大学关于“SSMB”的消息显示,他们已经向国家发改委提交项目建议书,为“SSMB"申报了“十四五”国家重大科技基础设施。也就是说,北京高能同步辐射光源肯定不可能用于“SSMB”项目,毕竟一个是“十三五”重大科技基础设施,另一个提报了“十四五”国家重大科技基础设施。
那么这则消息还说,这个光刻厂落户了雄安,这是真的吗?
首先,试验阶段验证后,并不是直接去建行了,而是进一步去攻克相关的工程难题。从实验室,到商用,还有很长的距离要走,按照国外的节奏,这个时间起码要15-20年之间。所以,光刻厂应该是暂时没有着落的。
不过,“SSMB”项目确实是落户了雄安,在河北清华发展研究院的官网上,以及其他官网媒体上都你那个查到相关的消息。通过这些信息的披露,初步可以看出,这仅仅停留在紫外光源研究上,并不是光刻厂。
所以,你现在明白了?
首先,那则消息引用的是2021年清华大学发表的一篇论文的信息,但其中进行了添油加醋。确实是关于光刻机核心技术的一种新的研究方向,也确实是清华大学研究的成果。但是并没有在雄安建设光刻厂,因为这个研究只是验证了可能性,到具体商业还要很远。虽然这个研究现在落户到了雄安,但仅仅是对极紫外光源的研究,远远不是光刻厂。
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