j9九游會(huì)登錄入口首頁能不能造出又好又便宜的芯片?這是國投集團(tuán)中國電子工程設(shè)計(jì)院股份有限公司(以下簡稱中國電子院首席技術(shù)官楊光明長期攻堅(jiān)的問題。
芯片被稱作“數(shù)字世界的心臟”,一臺(tái)普通飲水機(jī)內(nèi)就藏有一顆芯片,一部手機(jī)內(nèi)有幾十顆芯片,一輛新能源汽車需要1500-3000顆芯片……能源、智能制造等科技創(chuàng)新都離不開芯片的支撐。但芯片,也是我國進(jìn)口排名第一的商品。
楊光明深耕行業(yè)數(shù)十年,在他看來,芯片的“卡脖子”,主要體現(xiàn)在消費(fèi)領(lǐng)域市場競爭力的不足,關(guān)鍵要解決從實(shí)驗(yàn)室推向大規(guī)模量產(chǎn)中的問題,打通產(chǎn)業(yè)化的“最后一公里”。
“一顆指甲蓋大的芯片,集成了300億顆晶體管,里面的導(dǎo)線公里。”楊光明說j9九游會(huì)登錄入口首頁,這種加工精度,難度可想而知。
生產(chǎn)芯片的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠,是一套復(fù)雜而龐大的精密制造系統(tǒng)。自動(dòng)化程度高、工業(yè)設(shè)備昂貴,投資巨大,對環(huán)境要求極其嚴(yán)苛j9九游會(huì)登錄入口首頁,需要超高精度的潔凈室、不含任何金屬離子和雜質(zhì)的超純水、恒溫恒濕的生產(chǎn)條件j9九游會(huì)登錄入口首頁,工藝設(shè)備的高精密性也對微振動(dòng)環(huán)境控制要求極為嚴(yán)格j9九游會(huì)登錄入口首頁。
楊光明以他們曾參與的一條半導(dǎo)體生產(chǎn)線多個(gè)足球場大。每年耗費(fèi)約18億度電,接近一個(gè)200萬人口的城市每年居民的耗電量。半導(dǎo)體生產(chǎn)需經(jīng)多道清洗,每年耗水約1500萬立方米,相當(dāng)于一個(gè)西湖的水量,“這還是我們想了各種措施,讓一滴水在工廠里循環(huán)使用三次后的結(jié)果”。
“節(jié)省10%或者浪費(fèi)10%,關(guān)乎企業(yè)的市場競爭力,很可能決定了這家企業(yè)是盈利還是虧損?!睏罟饷鹘榻B,他們?yōu)樯a(chǎn)線進(jìn)行全方位規(guī)劃并不斷優(yōu)化,持續(xù)降低企業(yè)的制造成本,尋求最優(yōu)解。
中國電子院振動(dòng)技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)人金春峰介紹,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的芯片制造核心工藝就是光刻,如果光刻時(shí)受到輕微振動(dòng)干擾,造成偏離,整個(gè)芯片都將毀于一旦。
隨著精密設(shè)備對微振動(dòng)控制要求不斷提高,傳統(tǒng)的被動(dòng)防微振模式已無法滿足精度需求,主動(dòng)控制隔振成為必要手段。
金春峰說,此前這項(xiàng)技術(shù)一直被國外壟斷,國際上能夠?qū)崿F(xiàn)的最低振動(dòng)速度大約是0.1um/s。中國電子院經(jīng)過多年技術(shù)積累,研制出了中國第一套大型主動(dòng)控制隔振裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)在1-100HZ頻段內(nèi)0.05um/s的振動(dòng)速度,一舉打破國外壟斷,達(dá)到了世界領(lǐng)先水平,為解決“卡脖子”問題奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)和加工要在潔凈室中進(jìn)行,需要去除灰塵顆粒,要捕捉比頭發(fā)絲直徑還要小100倍的灰塵。中國電子院在潔凈技術(shù)領(lǐng)域已有數(shù)十年積累,不僅能對潔凈環(huán)境要求高的部分進(jìn)行精準(zhǔn)控制,還能降低潔凈室的建設(shè)投資,此外,自主研發(fā)的平板式化學(xué)過濾器和化學(xué)過濾機(jī)組,是國內(nèi)首臺(tái)商用的化學(xué)過濾設(shè)備,處理效率達(dá)到98%,填補(bǔ)了國內(nèi)技術(shù)空白。
該院潔凈技術(shù)專家閻冬表示,除了對項(xiàng)目前期的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和建設(shè),在項(xiàng)目運(yùn)行期間,還可提供智能診斷服務(wù)的全周期服務(wù)保障,進(jìn)一步提升良品率。
中國電子院數(shù)字化技術(shù)中心員工白帆記得,4年前的一天,一部原本下單就能提貨的最新款國產(chǎn)手機(jī),由于美國政府升級制裁措施,一下子就陷入有價(jià)、有市、卻沒貨的境況,那是他原本打算送給父親七十大壽的生日禮物。
作為一名普通消費(fèi)者,白帆第一次真切感受到西方技術(shù)封鎖對生活造成的影響。而作為半導(dǎo)體領(lǐng)域的科研工作者,國家高端芯片受人掣肘的現(xiàn)狀使他感到緊迫。
看似小小的芯片,生產(chǎn)制造極為復(fù)雜。如果能在工廠建設(shè)之前,就能通過模型呈現(xiàn)工廠建成后的真實(shí)生產(chǎn)狀況,就能避免不必要彎路,極大提升生產(chǎn)效率。
他想出一份力。白帆所在的數(shù)字化技術(shù)中心就承擔(dān)著這一工作——以數(shù)字化形式模擬真實(shí)工廠的生產(chǎn),以此加快半導(dǎo)體工廠建設(shè)速度j9九游會(huì)登錄入口首頁、優(yōu)化產(chǎn)線布局、節(jié)約投資。彼時(shí),這支由40名成員構(gòu)成、人均不到34歲的年輕團(tuán)隊(duì)爭分奪秒地投入技術(shù)攻堅(jiān)。
最新的數(shù)字孿生工廠解決方案,解決了工藝源頭與廠務(wù)系統(tǒng)斷點(diǎn)難題。中國電子院總經(jīng)理夏連鯤介紹,實(shí)踐后經(jīng)測算,工廠運(yùn)行效率提升5%以上,系統(tǒng)優(yōu)化8%以上,降低投資12%以上,局部環(huán)節(jié)優(yōu)化后可年運(yùn)行成本降低近千萬元。
“國家需要什么,我們就往哪里攻堅(jiān)。”中國電子院的老一輩科學(xué)家還記得,當(dāng)時(shí)他們的科研課題都是根據(jù)國家的重大需求來定的。中國電子院誕生于國家“一五”計(jì)劃期間,那時(shí),中國工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,有些甚至是空白。作為中國電子工業(yè)工程技術(shù)的開創(chuàng)者,篳路藍(lán)縷,拿下電子工業(yè)領(lǐng)域的多項(xiàng)“第一”,讓硬核電子工業(yè)成為國家的底氣。
從最初幾十人的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),到如今6000多人,集設(shè)計(jì)、科研為一體的隊(duì)伍,工程師精神激勵(lì)著一代代青年科技工作者接力,服務(wù)國家科技創(chuàng)新。如今,芯片產(chǎn)業(yè)的“最后一公里”不斷優(yōu)化暢通。楊光明說,實(shí)現(xiàn)芯片自主可控任重道遠(yuǎn),但他懷有強(qiáng)烈的信心,相信未來幾年內(nèi)將迎來更大的突破。