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今天，華為開瞭發佈會。
恭喜華為。
這場全場景新品發佈會，沒提手機，沒聊芯片。
但是，對於Mate 60系列手機，和它那塊讓很多人驚呼的“7nm芯片”的關註，依然在。
發佈會的彈幕上，一度劃過：手機呢？芯片呢？光刻呢？
時間回到28天前。
一聲驚雷
8月29日，華為Mate60 Pro手機，在沒有任何宣傳的情況下，突然開售。
緊接著，從各大熱搜榜，到我的朋友圈，都被一個詞刷屏瞭：7nm芯片。
很多第一批搶購到這款手機的人，都在不約而同地做一件事：拆。
把手機裡的那塊麒麟9000S芯片拆出來，跑分，驗性能，看做到瞭什麼水平。
結論是：這可能真的是7nm芯片。
一聲驚雷。
很多人都在感慨：“最難的時候已經過去瞭，輕舟已過萬重山。”
為什麼這麼說？要做出一顆7nm芯片，到底有多難？真的很瞭不起嗎？做出或沒做出，和我又有什麼關系？隻是買不買新手機的關系嗎？
剛好，前段時間我的直播間請來瞭《芯片戰爭》的作者，餘盛老師。我也借此機會看瞭一些資料，請教瞭一些朋友。我越來越有一種感覺：
要造出7nm芯片，真的需要越過萬重山。
如果能越過，真的瞭不起。
這種瞭不起，真的值得你知道。
所以今天，我幫你梳理一下。
資料有點硬核，我爭取用普通話來和你說。
先說讓很多人起立驚呼的”7nm”。
7nm
首先一個問題：這個7納米，指的到底是什麼？
為什麼都在關心這個數字，很厲害嗎？
這件事，還得從你說起。
你去買手機時，是不是要它性能強，要它續航長，還要它輕薄身材好？
這三個要求，傳到芯片的世界裡，就變成瞭三個“終極KPI”：
PPA。
Performance 性能 、Power 功耗 、Area 尺寸。
這個PPA落到制造芯片的廠商那裡，又變成瞭一個“小目標”：
把更多的晶體管，塞進更小的芯片裡。
主打一個既有更多幹活兒的員工，能幫你做更多更大的項目，又少耗你的電，少占你的地。
可是，員工太多，塞不下怎麼辦？
解決方案很過分：讓員工減肥。
晶體管的構造裡，有一道“溝”，很有點減肥的空間。
所以，註意，最開始聊芯片，說“你這是28nm芯片”，“我這是14nm芯片”時，28nm, 14nm，指的並不是芯片的大小，不是晶體管的大小，也不是晶體管和晶體管之間的距離，而是晶體管裡的這個“溝道寬度”。
但是後來，聊著聊著，卷起來瞭。28nm，14nm，7nm……
卷到“7nm芯片”時，“溝道寬度”是不是真的減到瞭7nm，已經不是重點，各有說法瞭，但本質沒變：
更小的納米制程，就意味著更好的PPA，可以在更小的“辦公室”裡，塞下更多“員工”。
塞多少算夠？
做出14nm芯片，意味著要在每1平方毫米裡，塞下3千多萬個晶體管。
做出7nm芯片，則意味著要在每1平方毫米裡，塞下近1億個晶體管。
翻倍的能幹。但也，翻倍的艱難。
而這，僅僅隻是“過萬重山”的一個開始。
因為光塞得下還不夠，那麼多晶體管要一起協作，必須按特定的電路圖來排兵佈陣。
那麼問題來瞭：怎麼把一張精細到納米級別，卻又復雜到堪比上海地圖的電路圖，刻到比指甲蓋還小的芯片上？
光刻
沒錯，就是靠那個聽上去就很貴的辦法：光刻。
靠光，怎麼刻？
這事，說復雜，可以很復雜。一臺光刻設備，十萬多個零件，價格動輒上億美金，還不包郵，算下來比一臺波音737還貴，就隻為能幹成這件事。
但說簡單，也很簡單。你看過電影嗎？
傳統的膠片電影放映時，會先打出一束光，讓光線穿過一個像放大鏡一樣的鏡頭，再穿過一層電影膠片，就能把膠片上的圖案，投射到銀幕上。
光刻也類似。也是打出一束光，穿過一組透鏡系統，再穿過一層掩膜版，就能把掩膜版上刻著的電路圖，投射到制作芯片的襯底，也就是晶圓片上。
區別隻在於，放電影，是用“放大鏡”，把小圖投成大圖。光刻，則是用“縮小鏡”，把大圖投成小圖。
用光的投射做杠桿，真聰明。可是，到這一步，也隻是清楚地描好瞭邊，知道接下來往哪兒下手。
但，怎麼下手？
一張7nm芯片的電路圖，要把幾十上百億個晶體管和其它電子元件，都安排得明明白白。
並且，從晶體管，到連接晶體管的導線，都精細到瞭納米級，比你傢菜刀的刀刃還要細上10萬倍。
有行業裡的人曾形容：這就相當於要在一個指甲蓋大小的地方，刻出整個上海。而且不能刻漏一間房，不能刻歪一條路。
太瘋狂瞭。這要怎麼刻？怎麼刻，才能 “快、準、穩”地刻出這種電路圖的溝溝壑壑？靠激光嗎？
一開始，也不是沒人試過。
可是，激光直寫，納米壓印……一個個方法試下來，有的很貴，有的很慢，還有的很容易報廢，很難商業化，誰這麼刻誰虧錢。
直到，有人發現瞭一個非常有想象力的方法：
曲線救國。用光刻膠。
光刻膠
什麼是光刻膠？
光刻膠，是一個對光挺敏感的東西。
一旦被特定波長的光照到，就會發生化學反應。
本來很硬氣的，一照就慫瞭，變得能很輕易就被化學溶劑洗掉。
拿捏住這一點，光刻就有瞭全新的解題姿勢：
不靠一筆一筆地物理雕刻，而靠一層一層地化學腐蝕。
涉及的工藝雖然很多，但思路大體上和“把大象關進冰箱”也差不多，主要就四步：
第一步，塗膠。往芯片的原材料，也就是晶圓片上，均勻地塗上一層光刻膠。
第二步，打光。讓特定的光束，透過畫瞭電路圖的掩膜版。
有線條遮著的地方，照不到光，光刻膠是一種脾氣。
沒線條遮著的地方，照到瞭光，光刻膠就變成瞭另一種脾氣。
第三步，洗膠。把兩種脾氣的光刻膠所覆蓋的晶圓片，放進特定的化學溶液裡，發生反應。
那些變瞭脾氣的光刻膠被溶解後，電路圖就在光刻膠層顯示出來瞭。
第四步：蝕刻。把晶圓片放進腐蝕液裡。
光刻膠依然沒被溶解的地方，相當於覆蓋瞭一層保護膜，而光刻膠被溶解瞭的地方，會直接接觸到腐蝕液，被“快、準、狠”地蝕刻出與電路圖相對應的溝溝壑壑。
光、掩版、光刻膠、晶圓片，再加上各種化學溶液，原以為難於上青天的物理題，突然就變成瞭一道平平無奇的化學題，被攻克瞭。
這，就是現在主流的光刻方式：
先像放電影一樣，通過“縮小鏡”的投影，把電路圖投影到襯底上；
再像洗照片一樣，通過局部曝光光刻膠，把電路圖蝕刻到芯片上。
這樣看上去，光刻也不算復雜啊。
看上去不。
但這裡有一個關鍵難點，光的波長。
波長
要刻出納米級精細的電路圖，至少，你手裡的刀，也得足夠精細吧。
怎樣獲得一把更精細的刀？
當你的刀是不銹鋼做的時，你隻要把刀刃磨鋒利就行。
但當你的刀是一束光，你什麼也磨不瞭時，怎麼辦？
從刀的材料源頭解決：波長越短的光，天生刀刃越鋒利。
因為波長越短的光，衍射的擴散角度越小，換句話說，就是越會乖乖走直線，不糊不亂跑，你指哪兒它打哪兒。
那還不簡單，打開光譜圖，直接找波長最短的那種光，用起來不就行瞭。
光譜圖（圖片來源:http://www.asml.com/en）
不簡單。因為，短波長的光，不是你想用就能用的。
你有沒有能力在成本可控的前提下，穩定而持續地發出它？你的光刻膠和它來不來反應？你的其它工藝流程能不能和它兼容？
都是難題。都得摸索。
摸索到今天，能讓人效率穩定、成本可控地拿起的“光刀”，主要有2把：
DUV和EUV。
DUV，是一種光的名字：Deep Ultra-Violet（深紫外光）。波長可以短到193nm。
很多人認為，用這把“光刀”的光刻設備，基本隻能刻出20nm以上制程的芯片。
EUV，也是一種光的名字：Extreme Ultra-violet（極紫外光）。看名字就知道，這種光卷得更狠，波長可以短到隻有13.5nm。
誰擁有瞭這把刀，誰就有機會再往前一步，刻出7nm，甚至，5nm，3nm，2nm這樣更先進的芯片。
太好瞭。那找短光波的問題不就解決瞭嗎？
要制作7nm制程的芯片，就去用EUV啊。
技術問題是解決瞭。但其他問題來瞭。
有人卡脖子。
卡脖子
目前，世界上能生產出EUV光刻設備的公司，隻有一傢：荷蘭的ASML。
2018年，中國的中芯國際，拿出瞭相當於它全年利潤的1.2億歐元，向ASML訂購瞭中國第一臺EUV光刻設備。
一筆大單。ASML也很高興，連出口許可證，都準備好瞭。
但是，美國發聲瞭。聲稱EUV光刻設備中有20%的美國零件，想要出口必須征求他們的同意。而他們不同意。
一紙禁令。怎麼辦？用不瞭可以刻7nm芯片的EUV，就造不出7nm芯片瞭嗎？
能不能用隻能刻20nm以上芯片的DUV試試？
有希望。
有兩個技術，可以帶來希望：浸沒式光刻，多重曝光。
浸沒式光刻
什麼是浸沒式光刻？
很簡單，翻譯一下，就是：泡到水裡刻。
已知：你那把“光刀”的波長，越短越好。
又已知：DUV的光波，最短隻能短到193nm。
一個刻出更先進芯片的思路，就出現瞭：能不能把DUV的波長，變得更短？
能，加水。
在晶圓表面和透鏡之間，加上一層超純水，純凈到不含礦物質、顆粒、細菌、微生物等任何雜質，隻有氫離子和氫氧根離子的超純水。
然後，讓光在水中發生折射。
193nm的深紫外光，在水中的折射率為1.44，波長可以進一步縮短到134nm。
“刀刃”，就這樣變得更鋒利瞭。
太聰明瞭。
這個方法，把DUV光刻設備，從“在空氣裡刻”的幹式時代，直接帶進瞭“在水裡刻”的浸沒式時代。
但是，還不夠。
靠這個方法迭代 “刀刃”，你有可能在你班裡提提名次，把制造水平從28nm制程提升到22nm制程，但要一口氣考上清華，搞定7nm制程，還是很難。
怎麼辦？
還可以再加上，另一個辦法：多重曝光。
多重曝光
什麼是多重曝光？
也很簡單，翻譯一下，就是：多刻幾次。
如果，我就是要刻出更精細的芯片，但我就是沒有手術刀，隻有斧子，那……我能不能試著用斧子多劈幾下呢？
也行。
具體怎麼個劈法？
我舉個例子，切糕。
你去買切糕，老板不拿手術刀，不拿菜刀，而是拿著斧頭給你切。
一斧頭下去，至少劈出1指寬，收你20塊錢。
你不接受，你隻想買7塊錢的，可是你又沒有更好的刀，怎麼辦？
挪案板，接著劈。
劈一次，把案板往旁邊平移一次，照著1指寬的那塊再劈一次。
多劈幾次，平移得精確些，總能把1指寬的切糕劈得更窄，從20塊錢裡再劈出7塊錢的。
劈一次，平移一次，再劈一次，直到劈出更窄的。
多重曝光，也一樣。
上一組掩膜版，曝光相應位置的光刻膠，在晶圓片上加工出精細到間隔為134nm的線條。
然後平移一次放置晶圓片的底座。
再上一組掩膜版，再曝光一次，就能加工出67nm的線條。
重復幾次，線條就能越來越精細。
這，就是多重曝光。
所謂的LELE工藝，LFLE工藝，SAPD工藝，本質上都是多重曝光，多刻幾次的辦法。
那就一直曝光，多曝光幾次，不就能搞定7nm芯片瞭？
還是不行。這個辦法，有極限。
多舉幾次斧頭，會多費很多力氣。多劈幾次切糕，也會多很多把切糕切歪的概率。
多重曝光也一樣。每曝光一次，就會多很多時間、耗材等成本，也會多很多報廢的可能，降低芯片的良率。
更高的成本，更低的效率，都是用DUV光刻設備通過多重曝光制造7nm芯片，所必須付出的代價。
而芯片的制造，不止是一道技術題，還是一道經濟題。除瞭“能不能做”，還要兼顧“值不值得”。
所以，很多資料都認為，綜合考慮下來，就算加上浸沒式光刻和多重曝光，造7nm芯片也幾乎是DUV光刻設備的天花板瞭。
要想制造7nm芯片，乃至更先進的 5nm芯片，3nm芯片，還得是EUV光刻設備更靠譜。
真難。
要制造出7nm芯片，靠EUV光刻設備，買不到，靠DUV光刻設備，又有代價和天花板。
那未來怎麼辦？和我又有什麼關系？
未來
和你的關系，當然不止是買不買一臺手機。
在科技行業，有三大定律。
摩爾定律，反摩爾定律，安迪比爾定律。
摩爾定律，你可能已經知道瞭。
這個英特爾公司創始人戈登·摩爾博士提出的定律預言:
每18個月，計算機等IT產品的性能會翻一番。
然後，是反摩爾定律。
谷歌的前CEO埃裡克·施密特提出，如果反過來看摩爾定律，一個IT公司如果今天和18個月前賣出同樣多的、同樣的產品，它的營業額就要降低一半。
而安迪比爾定律，更像是預言後的祝福。
這個定律的原話，是 “Andy gives, Bill takes away.（安迪提供什麼，比爾拿走什麼。）”
安迪，指的是英特爾前CEO安迪·格魯夫。
比爾，指的是微軟前CEO比爾·蓋茨。
這條定律，指的是硬件提高的性能，很快就會被軟件消耗。
比如，你電腦裡的英特爾CPU提到i5時，裡面裝的Windows系統也會緊接著升級，告別XP。
每次軟硬件剛剛好匹配時，都是一次對算力的跨越。
現在，把這三個定律連起來，會發生什麼？
先是，一個行業，會迭代。
大傢驚呼7nm芯片，很快又會驚呼5nm, 3nm, 2nm, 1nm……
再是，一個公司，會發展。
你會看到更多熱搜，聊手機的銷量，聊對手手機的銷量，聊高端市場的份額……
再後來，你可能換瞭個快一點的新手機，可能沒換。
但是，與此同時，在硬件能力提升時，軟件能力也有機會順流而上。
一次對算力的跨越，會再次開啟：
一個杭州的服裝電商，某天會發現上遊工廠一上新，下遊客戶就能在線選，可以再不用背庫存壓力。
一個石傢莊的客服小哥，某天會發現他自己一個人可以服務一整座城。
一個南海的油氣勘探工程師，某天會發現他可以一口氣運算100TB的數據，給整個地表做CT。
你，會發現你的世界，進入瞭一個算力再次被提升，效率再次被刷新的時代。
7nm芯片的故事裡，不止有芯片，還有算力，有科技發展，有競爭博弈。
這是一個百年不遇的大變局。
在這個變局的風浪裡，有人高呼，輕舟已過萬重山。
從沒有7nm芯片，到擁有7nm芯片。從DUV，到 EUV。從一臺新手機，到一種新算力。
都很艱難，都有可能。
但是，山外還有山。
7nm的外面，還有5nm，3nm，甚至2nm，1nm……
怎麼辦？
輕舟沒有回答。它隻是繼續向前航行。
前進，前進。
祝福。
