近期一則新聞可謂是引爆了我的朋友圈，作為對臺灣方面的懲戒措施之一，中國大陸禁止了向臺灣出口天然砂產(chǎn)品。而就是“天然砂”這三個字讓我不少朋友產(chǎn)生了一些奇怪的聯(lián)想，紛紛跑來問我這個天然砂會不會是造芯片的原料，是否意味著臺灣的芯片產(chǎn)業(yè)會因此受到巨大牽連。

圖源人民日報微博截圖

這種聯(lián)想其實有一定的道理，因為硅是半導(dǎo)體行業(yè)的基石，而沙子是提取硅的重要原材料，但是他們的出發(fā)點其實是錯誤的，并不是所有的沙子都是生產(chǎn)芯片的原材料。且目前國內(nèi)的半導(dǎo)體行業(yè)實力并不算強勁，大部分廠商仍需要依靠臺積電才能完成相關(guān)芯片的補給，直接“斷供”臺積電，不管從哪個方面來看都說不過去。

借著這個機會，我決定給大家詳細科普一下有關(guān)芯片的制作流程以及我國目前的半導(dǎo)體行業(yè)是何情況，希望大家在看完這篇文章后能夠?qū)υ撔袠I(yè)有一個更深刻的認知。

天然砂是什么，跟造芯片有關(guān)系嗎？

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的原材料的確屬于天然砂，也就是俗稱的沙子，這一點確實沒錯。但是沙子其實也分很多種，包括河沙、海沙、石英砂等等。而此次大陸斷供的天然砂指的是那些依靠自然風(fēng)化、水流沖擊等自然條件所形成的非金屬礦石，具體可以分為河砂、湖砂、山砂以及海砂。

而它的用途也相對比較單一，主要應(yīng)用于房屋建設(shè)、道路橋梁工程施工的建筑項目，說它是建筑的基石也不為過。

而真正能用來制造芯片的原料是石英砂，而石英砂又分為不同的等級，純度較低的普通石英砂只能用來制造玻璃，只有高純度石英砂（四個9以上純度）才適合用來生產(chǎn)晶體硅，而在晶體硅中也分為三六九等，只有純度極高的晶體硅才有可能成為芯片的生產(chǎn)原料。

光有材料自然也不夠，還需要一位專業(yè)的廚師才有可能烹飪出可口的菜肴，在拿到高純度的石英砂后，相關(guān)專業(yè)人員首先需要將高純度的石英砂進行提煉得到多晶硅，再進行溶解并加入硅晶體晶種后，才能形成圓柱形的單晶硅（硅晶棒）。硅晶棒還要再次進行研磨、拋光、切片等流程后才能得到硅晶圓片，也就是我們熟知的晶圓。

另外大陸出口給臺灣地區(qū)的天然砂主要為機制砂，為礦山開采所得，跟石英砂幾乎無任何關(guān)聯(lián)。順帶一提，目前與晶圓相關(guān)的高純度石英砂的主要產(chǎn)地來自美國的斯普魯斯派恩地區(qū)，當(dāng)然我們大陸地區(qū)也存在不少可挖掘的石英礦，不過由于勘測技術(shù)方面的差距，很難從中挖出半導(dǎo)體行業(yè)所需的高純度石英砂。

圖源微博截圖

因此可以認為此次對臺灣地區(qū)的制裁對當(dāng)?shù)氐陌雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)毫無影響。至于網(wǎng)絡(luò)上那些表示臺積電和全球芯片市場要因此遭受巨大損失的言論，大家當(dāng)個玩笑看就好。

國內(nèi)的半導(dǎo)體行業(yè)再遭重創(chuàng)？

從前文已經(jīng)能看出此次臺積電不會受到波及，貌似跟國內(nèi)的半導(dǎo)體行業(yè)也毫無關(guān)聯(lián)，但實際上并非如此。截止發(fā)稿前，美國再次擴大了對國外公司的芯片制造設(shè)備的禁令范圍，這里的國外是指哪一國，不言而明。

（圖片來自：意法半導(dǎo)體官網(wǎng)）

而此次被禁的技術(shù)，學(xué)術(shù)名為Electronic design automation，即電子設(shè)計自動化，簡稱為EDA。它可以說是芯片設(shè)計師們的紙和筆，就像我們修圖需要PhotoShop、Lightroom一樣，它能夠幫助設(shè)計師更加高效地去測試芯片的可用性及穩(wěn)定性，一旦失去該技術(shù)支持，產(chǎn)業(yè)下游的集成電路、電子信息和數(shù)字經(jīng)濟都會崩潰。

此前美國已經(jīng)禁止向國內(nèi)銷售10nm以及更先進芯片的EDA工具，而在今天，這個限制被擴大到了14nm，且此次禁令中不但包括中芯國際，還包括大陸地區(qū)所有的芯片生產(chǎn)商，甚至臺積電也在該名單當(dāng)中。毫不夸張地說，該法案的出臺會進一步削弱國內(nèi)的芯片制造能力，起碼在五年之內(nèi)不可能成為芯片強國。

此話并非空穴來風(fēng)，根據(jù)概倫電子招股說明書中披露的行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，三大EDA巨頭——新思科技Synopsys、鏗騰電子Cadence、西門子EDA（原明導(dǎo)Mentor Graphics）的全球市占率超過77%。在國內(nèi)的市場份額更是超過了90%，一旦失去了這三家企業(yè)的支持，不少芯片廠商都會因此受到巨大波及。

更讓人心寒的是，根據(jù)業(yè)內(nèi)專業(yè)人士透露，在未來的十年內(nèi)，三巨頭依舊會占據(jù)市場主流，而國產(chǎn)的EDA工具幾乎不可能實現(xiàn)替代。

雖然我國涉及EDA領(lǐng)域的時間算比較早，從1986年開始就已經(jīng)在研發(fā)自己的EDA系統(tǒng)，但由于各方各面的原因（主要是行業(yè)生態(tài)環(huán)境較差），在技術(shù)研發(fā)優(yōu)化和產(chǎn)品驗證迭代速度上相對緩慢，導(dǎo)致目前整體行業(yè)技術(shù)水平與國際EDA巨頭存在很大差距，自給率很低。

舉個例子，在工藝制程方面，目前國內(nèi)領(lǐng)頭羊廠商華大九天的模擬電路設(shè)計EDA工具除了在電路仿真工具方面達到了5nm，其他方面還停留在28nm的工藝水平，與主流的5nm工藝存在9年左右的差距（2013年是28nm普及的一年），更別說在今年就會有3nm制程工藝問世，屆時雙方的差距還會被進一步拉開。

雖說市面上的大部分電子產(chǎn)品都沒必要用上5nm甚至是3nm工藝制程的芯片，用28nm制程就能滿足大部分需求，但對于一個渴望在芯片領(lǐng)域做出成績的國家來說，想要靠落后的工藝制程完成彎道超車還是相當(dāng)之困難的。

難道說國內(nèi)的芯片行業(yè)真的就會就此停滯了？倒也不完全是，國外的此次禁令確實會讓國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)元氣大傷，但也不會就此徹底墜入低谷。但想要讓國內(nèi)的EDA行業(yè)取得突破，甚至是趕上業(yè)界的平均水平，首先需要解決三個難題。

第一，由于國內(nèi)用戶的版權(quán)意識不強，很多商業(yè)性的軟件都會被一些開發(fā)者給破解，再低價賣給相關(guān)企業(yè)，這不但會使得國外的EDA工具在國內(nèi)的市場份額越來越高，也會大大降低國內(nèi)EDA工具廠商的收入，畢竟一款便宜又好用的產(chǎn)品，誰能拒絕呢？

第二，需要擁有一套屬于國內(nèi)用戶的操作習(xí)慣，由于國內(nèi)大部分相關(guān)設(shè)計師都已經(jīng)習(xí)慣了國外EDA工具的操作流程，國內(nèi)的EDA廠商為了使得自家的產(chǎn)品能夠“完美替代”競品，只能通過借鑒國外的方式來打造，不但極其不利于自己創(chuàng)新，也會讓更多用戶認為國內(nèi)的工具軟件確實是不如國外的。

第三，對于國內(nèi)的EDA公司來說，想要進一步增大自家的市場份額，就一定要提前進入到學(xué)校以及相關(guān)培訓(xùn)機構(gòu)當(dāng)中，讓那些還未成為專業(yè)設(shè)計師的用戶優(yōu)先使用自家產(chǎn)品，才有可能在之后的競爭中擁有一定優(yōu)勢。

因此我們想要打破國外對國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的限制，一方面需要加大人才的培養(yǎng)和引進。根據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)芯片自給率約為16.7%，我們的計劃是到2025年實現(xiàn)70%的自給率。不過，清華大學(xué)教授王志華表示，要實現(xiàn)這個自給率，人才數(shù)量必須翻4.5倍。我們在半導(dǎo)體人才上缺口很大，還是要加大力度培養(yǎng)，時間長點也沒關(guān)系。

另一方面還要重視技術(shù)的研發(fā)，對于芯片產(chǎn)業(yè)鏈要大力扶持，缺什么就及時補上，為他們準備最好的研發(fā)環(huán)境。一項項來突破，相信一定可以造出更好的芯片。

雖然我們在芯片領(lǐng)域已經(jīng)落后世界很多年了，在短時間內(nèi)也很難達到業(yè)界水平，但相信在中國人民的努力拼搏下，在未來一定可以實現(xiàn)技術(shù)超越。