中芯国际量产 7nm 芯片？被制裁后的进化以及到底啥是 7nm

最近几天中美首脑会晤，尽人皆知，这种新闻只要上网就能看到，想不知道是不可能的。周末花了点时间看会后达成的协议，说起来还是大国博弈，只不过中国现在的筹码更多了些，大家亮亮底牌，嗷，原来你也很能打，然后相互妥协，共同发展。

不过这次达成的协议里，芯片问题进展不大。美国可以向中国出售一些成熟（老旧）芯片了（新的高端芯片别想），暂停一年拓展对中国的“制造设备／技术黑名单”（即被禁止销售给中国实体的名单）及新征关税。中国方面同意暂停或延缓对稀土、镓、锗、石墨、反常规关键材料／磁体的出口控制。该类材料与芯片制造（尤其先进封装、功率器件、内存、逻辑芯片）密切相关。

大概就这么个结果。那中国怎么解决芯片问题呢？老办法，自力更生，艰苦奋斗。

上周我看了一个新闻：中芯国际（SMIC）量产 7nm，应该是 SMIC 在 7 nm 制程下的良率、出货量、客户应用有了进展。我对芯片问题一直很感兴趣，就做了一点点“dig”工作，写了这篇文章，主要是自己学习。如果你是芯片专家，完全可以跳过不看。

过去几年 AI 崛起，芯片突然变得无比重要，一下成“战略武器”了。美国一直试图通过严格的技术出口管制来遏制中国半导体产业的发展，目的很明确，就是阻止中国获得制造最先进芯片的能力。

意外总会发生。中国最大的芯片制造商中芯国际（SMIC）似乎——非常谨慎的措辞——取得了一项重大突破，尽管面临制裁，他们已经开始量产 7nm 芯片了，这种芯片被用于华为等公司的最新款智能手机中。

7nm 的消息传了很久，这次不同，因为大家关注的是量产和良品率，出货量等。

问题是，中芯国际是如何做到的呢？这种突破对正在进行的中美科技竞赛又意味着什么？

咱们来回顾一下背景。

美国制裁的核心是什么？阻止中国获取一种关键设备，也就是极紫外光刻机（EUV 光刻机）。这种机器由荷兰公司 ASML 独家生产，是制造 7nm 以下最先进芯片的必需品。美国的策略很简单，没有 EUV 光刻机，你就没法生产 7nm 以下的芯片，那我的策略就限制你这个光刻机好了。

这个策略自 2020 年左右开始实施，目的就是切断中国通往半导体技术前沿的道路。大家普遍认为，没有 EUV 光刻机，中国的芯片技术将被锁死在相对落后的节点上。这就像三体人锁定地球人的科技一样。

中国芯片道路似乎被厚厚的蒙尘遮蔽，然而总有峰回路转的时候。

提到光刻机和芯片，中芯国际用的是什么光刻机？它的光刻机和 EUV 有什么不同？人们常常挂在嘴边的 7nm 到底是什么意思？

咱们可以把芯片想象成一座超密集的城市，里面有无数“电路道路”和“晶体管房子”。这里的“7nm”就是这座城市施工的精细程度：道路更窄、房子更小，能在同样面积里塞进更多组件。我们可以简单把它理解成道路的宽度，房子的大小等等，但 7nm 不是拿尺子量出来的真实尺寸，而是厂商用来标识一代工艺的名字，代表这一代的综合能力：晶体管更密、速度更快、功耗更低、成本更高、制造更难。5nm 和 3nm 类似。

EUV 光刻机就像一支笔尖极细的钢笔，可以一次性精确地画出非常复杂的图案。但是我们遭到了限制，中芯国际只能使用上一代技术，叫做深紫外光刻机（DUV）。DUV 的“笔”要粗一些，用更粗的笔去画同样精细的线条，听起来几乎是不可能的。

这就是挑战所在。

中芯国际采用了一种被称为自对准四重成像（SAQP）的技术，简单来说，就是用这支较粗的 DUV“笔”在同一个位置进行多次极其精细的曝光和蚀刻，最终达到与 EUV 相似的精细效果。

我的粗浅理解就是，SAQP 解决的是“画不稳”“对不准”的物理难题：与其一次到位画极细，不如多次缩小、每次都以已有线为基准对齐。这样线距更小、密度更高，适合 7nm 及更先进工艺中的互连与栅线制造。缺点就是流程变长、步骤复杂、良率更难，但这是在不改变曝光极限的前提下，把版图密度再向前推的一把“工程锤”。

这是一个复杂、耗时并且容易出错的工程难题。显然，中芯国际没有绕过技术封锁，而是用一种更困难、更笨拙的方法闯了过去。这展示了中国半导体产业在面对严峻国际限制时非凡的韧性和独创性，据说他们正在用现有的 DUV 设备试验 5nm 级别的芯片。

那么，这种方法与使用 EUV 的主流方法相比效果如何？具体有哪些妥协和代价？

代价主要体现在两个方面：成本和良率。

根据行业分析，使用 DUV 多重成像技术生产的 7nm 晶圆，其成本比台积电使用 EUV 生产的同类产品要高出 40% - 50%，因为需要更多的工序和时间，所以成本自然更高。

良率是什么意思？指的是一片晶圆上能够成功生产出的功能完好的芯片的比例，这是衡量芯片制造效率和成本效益的关键指标。中芯国际在这方面面临巨大挑战，我看有的报道说们 7nm 制程的良率低于 50%，还有摩根士丹利的分析指出，某些 AI 芯片的良率可能低至 30%左右。30%，这意味着每生产 10 颗芯片，就有 7 颗是废品，这听起来在商业上几乎是不可持续的（以上均参考公开报道）。

这么低的良率，在正常的市场竞争中基本上没有存活的可能性，但现在的情况不同。根据披露信息，中芯国际第二季度产能利用率为92.5%，环比增加了 2.9 个百分点，同比提高 7.3 个百分点，这背后是强大的国内需求。像华为这样的公司和我国政府，为了获得一个不受外国控制的安全的芯片供应来源，愿意支付这笔溢价（以上均参考公开报道）。

这已经超出了纯粹的商业考量，变成了一个战略问题。是的，对两国都是战略问题。

那中国的长期计划是什么？咱们不可能永远依赖这种低效昂贵的 DUV 技术吧？

根据公开报道，中芯国际正在测试一款代号为珠穆朗玛峰的国产 DUV 浸没式光刻机，由上海微电子公司研发。上海微电子（SMEE）是中国半导体设备领域里具备战略意义的一家公司，国资控股企业。

虽然这款设备初期目标适用于 28nm 等成熟制程，但人们希望通过多重成像技术，最终能将其应用于 7nm 甚至 5nm 的生产，预计可能在 2027 - 2030 年间实现，这是也许是我们摆脱技术依赖的终极方案之一。

另外，中国也不是一直被制裁，稀土就是很好的反制策略，也是这次中美会谈的核心要素。

ASML 的光刻机无论是 DUV 还是 EUV，其内部的精密激光器和磁悬浮系统等关键部件，都依赖于从中国进口的稀土元素，比如镝和钕。我国最近开始对这些关键矿产实施出口管制，ASML 已经承认这可能会对长期产品交付产生影响。这就表明，全球供应链是相互依存的，大家都有能力扰乱对方。

当我们做了这些功课、拼接了一堆线索之后，看到了什么呢？美国的制裁没有完全达到预期效果，反而促使中国走上了一条更艰难但更独立的道路。

制裁没有扼杀中国的芯片产业，而是迫使其发生了“变异”，它催生了一个虽然效率不高、成本高昂，但具有极强韧性的国内产业生态。我们现在目睹的是两个平行的技术生态系统的加速形成，一个以美国技术为核心，另一个则在奋力实现中国的完全自主。

全球技术供应链的脱钩正在成为现实，未来回看历史，也许中芯国际的这个 7nm 的量产就是进城里的一个重要里程碑。