中国半导体设备自主，有多难？
本文来自微信公众号：远川研究所（ID：caijingyanjiu），作者：刘芮、邓宇，编辑：远川研究所科技组，题图来自：视觉中国
光刻机被荷兰人卡脖子，抛光机与离子注入设备是美国人的天下，就连中国最擅长的半导体测试封装，上游设备也被德国人所垄断。
造不如买，买不如租的思路持续二十年，一直到被卡脖子断供的当口，我们才茫然反思：中国半导体设备自主，真比造原子弹还难吗？
起码在刻蚀机领域并非如此。
与风口上的光刻机做个简单对比：造芯片，就是将掩膜版上的芯片线路在硅晶圆上雕刻出来。其中，光刻机是描摹图案的笔，刻蚀机是在晶圆上雕刻的刻刀。
在诸多半导体设备之中，光刻机是最精密，单台造价最贵的一个；而刻蚀机则是在光刻机发展遇到瓶颈后，推动摩尔定律继续前行的主要功臣，近些年来，更是全部半导体设备中市场最大的一个。
上世纪七八十年代起，这个市场就被美国应用材料、拉姆研究以及日本东京电子，垄断了80%市场。其中高端的等离子刻蚀机，更是一直到2015年都对中国实施出口控制。
解除封锁背后，主要归功于一个叫做中微半导体的企业，2004年由60岁高龄的尹志尧归国创业，2007年首台CCP刻蚀设备研制成功，再到2015年突破等离子刻蚀机的封锁。中微成功的背后，其实是一套已经被验证过多次的中国半导体三步突围方法论。
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造芯片、造设备虽说是一个技术主导的产业，但也是一个经验为王的产业。一千个清华毕业生，或许也抵不上一个在硅谷工作二十年的老师傅。2004年归国创立中微半导体的尹志尧，就是一个典型代表。
“我是个癌症病人，只剩下半条命，哪怕豁出这半条命，也想为国家造出光刻机、等离子刻蚀机来，我们一起干吧！”
说话的人是江上舟，时任上海市经委副主任兼国家中长期科学和规划重大专项组长，同时也是尹志尧在北京四中的学弟。在2004年的上海世界半导体设备展前后，为了动员学长回国，他使出了全身的解数。
学弟盛情邀约，但究竟以高龄华人身份返乡创业；还是以美国巨头高管的身份光荣退休，尹志尧陷入两难。用他的原话说就是“创业就是走上了一条不归路，对于我这个创业时年已经六旬的人来说，很可能累死在工作的岗位上。”
但“学成”不还乡，如锦衣夜行。改革开放已经二十多年，当时的中国正需要一次彻彻底底的高端制造业大升级。具有丰富经验的海外华人工程师、高管，正是这场浪潮中的领路人。
在《中国芯酸往事》中，我们曾经梳理：中芯国际成立于2000年；展讯通信成立于2001年；汇顶科技成立于2002年；华为海思成立于2004年；澜起科技成立于2004年；兆易创新成立于2004年；中微半导体成立于2004年……
其中，中芯国际创始人张汝京，曾在德州仪器工作20年；兆易创新创始人朱一明曾是iPolicy Networks Inc的资深工程师；而中微半导体创始人尹志尧，也曾任全球最大半导体刻蚀机巨头美国应用材料的副总裁。
背后原因有二：其一，中国改革开放培养出的第一批人才80年代留学后，2000年回国，正是技术、人脉、经验的巅峰；其二，半导体创业，除了技术难度高，更存在一个Know-how的经验黑箱。
在美国工作二十年，尹志尧一路升至应用材料公司副总裁、等离子体刻蚀事业群总经理。先后在三家芯片刻蚀机寡头中的两家都有所建树，手握86项美国专利。当年他带领15位硅谷资深华裔科学家回国，就连《今日美国》也用了相当篇幅来对中微半导体进行重点报道。
刻蚀机虽不如光刻机复杂，但也是一个需要至少融合50多个学科和专业知识的精密器械。从研发到新品上市，即便对应用材料以及拉姆研究这样的巨头来说，一般需要用三到五年时间。
而一开始只有15人团队创业的中微，创业仅三年，就研制成功了首台CCP刻蚀设备产品，并运往国内客户，在45nm、22nm、14nm、7nm介质刻蚀，等离子刻蚀上一路狂奔，用不到十五年时间，在技术上基本追平对手三十多年的积累。
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有人是方法论的第一步，而选对了上海，则是中微成功方法论的第二步。上海给中微与中芯国际的，一方面是帮扶，一方面则是1+1大于2的产业配套。
2004年，中微落地上海后，曾招致不少质疑。只靠尹志尧团队自筹的150万美金，中微可能还没开门，就得歇业。但民营企业被政府补贴后，它究竟姓社还是姓资？而作为一个华人在海外注册的企业，中微又到底是外国公司，还是中国公司？
汉芯教训在前，谁也承担不起国有资产流失的罪名。
更何况，半导体创业初期，资本只进不出是产业常识。而当年的应用材料与拉姆研究，仅仅是为了维持领先地位，每年的研发经费投入就以数亿乃至十几亿美金起步。
但上海一直以来都是全国对高新技术最为包容的地方之一。2000年，张汝京建立中芯国际之时，他曾将首站选在香港，只可惜特首都同意了，中芯却被地产商赶出了香港。
打道回上海，张汝京立刻得到了时任上海市长的接待，指着正在规划中的张江，领导大手一挥，中芯国际要建厂“想要哪块都可以！”钱、人、地皮，只有中芯不敢要，没有当时的上海不配合。
而当年中芯国际享受的待遇，中微一样也没落下。给钱、给人、给地方，在江上舟等人力保下，中微创业初期，就拿到了上海市政府提供的5000万启动资金。之后，江上舟又引荐尹志尧找到国家开发银行行长陈元，拉来5000万美元无息贷款。
02专项、上海政府的扶持下，中微在那个所有人都把半导体当骗子的年代里，挺过了创业初期最艰难的一段时光。
但中芯与中微同在张江，他们真的只是孤立的闪光点吗？1+1大于2，才是张江高科真正的目的。
设备虽然位于半导体行业上游，其实同样需要下游代工厂以及上游零件企业的配合。就拿光刻机来说，一台由十万个零件构成的EUV光刻机中，90%的部件均来自外部厂商，为保障研发进度，阿斯麦也会主动引进台积电、三星等代工厂成为自己的股东。
而刻蚀机虽然没有光刻机复杂，但要知道：高端的光刻机都是相似的，而刻蚀机就连基础款都复杂的千姿百态。
具体原因在于：刻蚀半导体底层需要ICP设备，而刻蚀上层线路则需要CCP设备。即便同样是刻蚀底层，也会根据芯片的存储、计算、车载等不同类型，需要搭配不同类型的刻蚀机。
总而言之，刻蚀机类型，会根据工艺以及半导体类型，而分成非常多不同的型号。自然，也就需要整个产业上下游的配合。
除了引荐尹志尧与张汝京等人回国，江上舟其实也是张江高科产业园的规划者之一。早在中微入驻之前，此处就已经引进了华虹、宏力、上海台积电、上海贝岭等数条先进集成电路；此后，紫光、兆易、韦尔半导体、阿里又相继入驻，从上游设备，覆盖到下游封装测试。
就拿中芯国际来说，历次中微的最新设备出炉，中芯国际多是首批“尝鲜”兼“试毒”的下游客户。一直到2016年，中芯国际也还是中微占比达到39%的第一大客户。
而中微与中芯国际的崛起背后，企业本身的奋斗固然是主要原因，但必须承认的是，所有的科技革新背后，其实都离不开一个肯花力气，愿意烧钱的政府。
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如果说过去十几年的潜伏，是半导体设备产业从0到1的国产化起步，那么从2018年起的三年催化，则是国产半导体设备全面崛起的临门一脚。
背后原因有三：
（1）2018年开始的那一场断供，让半导体自主从一个产业的隐忧，变成了一个国家的明伤，半导体不自主则科技不自主，成为所有人的共识。
（2）刻蚀机本身的市场，已经随着芯片制程的不断提升而飞速发展。
（3）科创板、国家大基金的出现，让中国半导体，不再只是一个靠情怀生存的孤岛，创业者有未来，投资者能退出，企业有联合，一个健康的商业生态正蓬勃崛起。
第一点就不再赘述，这里需要解释一下的是第二点，刻蚀机的重要性。
芯片领域，有一个约定俗成的产业规范，叫做摩尔定律：集成电路上可容纳的元器件的数量每隔18至24个月就会增加一倍（相应的芯片制程也会不断缩小）。
但制程如何提升呢？英特尔、高通、海思这些设计企业名头虽响，但他们只是摘桃子的下游。真正起决定作用的，其实是材料与设备企业。
前面我们提到，光刻机是其中起到决定性作用的一环，但提升制程，光刻机不是万能的。
打个简单比方，从硅片到芯片，可以想象成从一张纸最终雕刻成窗花的过程。光刻机是画花样的笔；而刻蚀机，则是用物理或者化学方法，根据花样来进行雕刻的刀。
制程要先进，画笔首先得细；但刻刀也不能落下。更何况，随着单位体积内晶体管数量越来越密，想一次加工完全部图案，产品良率自然受到影响。这时候，多重刻蚀技术就登场了。
其原理可以简单理解为：先打线稿雕刻第一遍，再处理细节二次、三次雕刻。这也就导致了，每次芯片制程的提升，都会导致刻蚀步骤的成倍增加。
而近些年，刻蚀机在芯片各种半导体设备投资中的占比，已经一跃超过光刻机，成为最大的一头。
而借着市场东风，中微自然一跃而起，跻身千亿市值俱乐部。
当然，市场机遇之外，成就了中微估值的，其实也离不开国家大基金、科创板的托举。而中微正是国家半导体大基金的第一个被投，2014年一次性拿到4.8亿人民币。而科创板的出现，更是让中微走到台前，从此什么都可以是问题，唯独钱不是问题。
资本做引，芯片，变成了科技致富、企业估值一飞冲天的不二法门。星星点点出现的江上舟、张汝京、尹志尧，被一条名为科技自主的暗线牵连，踟蹰独行二十年后，也终于成为了市场的主角。
最近，我们询问一位知名二级市场分析师：中微、中芯国际，他们的实力真的配得上他们的市值吗（中微在市场远远落后的情况下，二级市场估值接近拉姆三分之一）？
他这样反问：如果中微的二级估值都追不上应用材料与拉姆，工程师住不起房，企业没有发展的动力，我们的自主突破又从何谈起？
4. 尾声
回到最根本的那个问题，中国半导体崛起难吗？难！在刚毕业的大学生到七旬高龄的归国专家一同努力下，七十年发展我们仍然没能走出包围。
但中国半导体发展真的有那么难吗？或许也没那么难，诀窍总结其实很简单：天时地利人和。
无数像江上舟、倪光南一样振臂高呼的官员学者，张汝京、尹志尧一样应声而起的实业家，无数为科技自主而奋斗的精英，他们是中国芯片、操作系统、精密设备的人和。
上海的半导体，北京的软件、AI，合肥的屏幕……地方的支持，缔造了产业的奇迹，他们是科技兴国的地利。
基础齐全，压力、资金、国家关怀，三者一同就位，则构成了中国半导体发展几十年来前所未有的天时：对中国半导体来说，未来充满希望。
本文来自微信公众号：远川研究所（ID：caijingyanjiu），作者：刘芮、邓宇，编辑：远川研究所科技组
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