芯片1纳米是什么水平

把芯片放大一万倍，看看它的结构有多复杂？作为现代工业的大脑，芯片早已进入纳米级。那么纳米是什么？一纳米等于零点零零零零零一， 也就是十亿分之一米。如果把指甲大小的一颗芯片放大一万倍，你会发现一个令人惊叹的世界。 以华为麒麟九九零芯片为例，里面整整齐齐排列着一百零三亿个晶体管和数十亿条线路，宛若一座巨型城市。需要说明的是，这还不是最先进的芯片，芯片制造指南可见一斑。

你们敢相信吗？人类制造出来的芯片已经可以小到一纳米了！朱嘉迪是一位来自华裔背景的科学家，年仅二十四岁就已经成为麻省理工学院的一名教授。 他的研究领域是半导体材料，最近更是取得了一项惊人的成就，发明了一种突破一纳米的芯片制造工艺。如果你也像我们一样对朱家迪的故事感到兴奋和感动，请点击关注、点赞、评论和分享， 让我们一起为这位年轻有为的科学家加油！这是一个令人惊叹的突破，因为芯片制造工艺的每一个细节都至关重要。一纳米是一个重要的里程碑，它意味着芯片可以更加密集、更快、更高效。这项技术将为整个半岛铁 行业带来一场革命。朱嘉迪的发现是一个充满悬念的故事，他花费了数年的时间研究半导体材料，尝试了无数次，最终在他的实验室里取得了这个惊人的成果。然而，他并不满足于此，他的目标是为这个世界做出更多的贡献。 在你关注朱佳迪的故事后，你会感到非常激动和感动，你会对这位年轻科学家的毅力和才华感到敬佩。他的故事不仅仅是一个科学突破的故事， 更是一个关于勇气、毅力和追求卓越的故事。这项技术的问世将会给我们的生活带来巨大的改变，比如让手机变得更加智能，让汽车变得更加安全，让我们的生活变得更加舒适。但是 这项技术也面临着很多的挑战，比如材料的稳定性、制造成本等等。朱嘉迪和他的团队正在努力研究，希望能够将这项技术应用到实际的芯片制造中， 让我们一起拭目以待吧！关注我们，观看更多科技视频，一起分享给更多的人！

光刻机，刻实机是这个微观加工的最核心的两个叫精雕细刻的机器，目前这个极子外光刻机是最先进的，叫 euv 的光刻机，目前呢用的是十三点五纳米的光波，他可以做到的线宽是十四纳米， 再经过一段时间努力，据说可以做到七纳米就做不下去了。那么等离剂客食机呢？因为它是在分子水平上加工的，您知道分子原子水平要大概就是 这个一个纳米之内了，所以等立即刻时机还会往下做。但是呢，目前整个这个集成电路的这个路线图啊，本来讲到两纳米差不多，可是目前已经开始在弹一纳米了啊，真的很难说什么是最后极限，但最后的极限就是原子水平和分子水平的加工啊。其实我们刻时机呢，已经刻到一两个原子这样的准确度。

纳米科技，小到极致，强到极限。首先，纳米是长度单位，一纳米等于零点零零零零零一毫米， 也就是说纳米级别是非常小的。今天我们所说的纳米技术是一种前沿科技，它指的是制造和使用尺寸小于一百纳米的物体和器件的工艺。纳米技术涉及的尺寸范围是如此之小， 以至于他能够影响和改变许多我们熟悉的现象和过程。纳米技术在许多领域都有广泛的应用，其中包括材料科学、生物医学、电子学、环境科学等。以下是一些纳米技术的应用。材料科学纳米技术使得材料的物理、 化学和生物学特性得以改变，从而可以用于制造更轻、更坚固、更耐磨和更 高效的材料。例如纳米陶瓷材料可以用于制造高强度的结构部件。纳米金属材料可以用于制造高导热和高导电的电子器件。生物医学纳米技术可以用于制造更小、 更精确的医疗器械和治疗设备，例如纳米针，纳米碳针和纳米胶囊。这些器件可以用于体内诊断和治疗， 对生物体的影响更小，效果更精确。电子学纳米技术可以用于制造更小、更高效的电子器件，例如纳米晶体管和纳米电容器。 这些器件可以用于高性能计算机，智能手机和其他电子设备中。环境科学纳米技术可以用于制造更高效、更环保的太阳能电池和燃料电池，这些器件可以利用太阳光 或化学能直接转化为电能，从而降低对环境的影响。总之，纳米技术在许多领域都有着广泛的应用前景，虽然他还面临着一些挑战和风险，但他的潜力是巨大的， 有望在未来带来许多创新和进步。今天的分享就到这里，感谢观看，咱们下回见。

一、纳米芯片是极限吗？不是。一，现在芯片的特征尺寸就是一个代号，只要密度性能有百分之三十至百分之五十的提升，就能出现新一代工艺。 一纳米之后还能出零点七纳米、零点五纳米、零点三纳米等。 二、芯片的内部是由数十亿甚至数百亿颗晶体管构成的。 晶体管说白了就是一个又一个的电路开关。如处理器能够处理信息，就是由这些开关开实现的。机器码中采用二进制的零幺零幺零幺对应的就是这些开关的打开 和关闭。芯片也是一样的道理，会循序渐进。三、现在的科技越来越发达， 芯片设计也会随着科技的发展而不断创新与突破。因此，一纳米芯片不是极限，未来还会有更高的成就。

却心之痛暴露出中国芯片核心技术的匮乏。虽然中国近年来在芯片领域下了很大功夫，但与国际顶级芯片想必还有不少的差距，而造成这一差距的就是光客机的原因。 其实芯片一直生活在我们身边，大到飞机、火箭，小到手机、电脑，这些与人类息息相关的科技都必须要有芯片。毫不夸张的说，倘若没有芯片，现如今我们生活中息息相关的电子设备将会变得一无是处，而人类的科技水平也将无法继续前进。 芯片的工艺就是两个晶体管之间的距离，每次芯片的工艺提高，制造商需要制造更精确的光客机。 如今芯片技术的精细程度是以内米来衡量的，数学上，一纳米等于零点零零零零零零一五， 如果比较指甲的粗细，可能很明显指甲的厚度约为零点零零一米，也就是说，我们要把指甲的厚度再分成平均的十万分才是一纳米。因此可以想象一纳米到底有多少呢？

老美做梦也没想到，他们对我们芯片制裁的剧本要被改写了，未来我们也能芯片制裁老美了，我可没瞎说，看完这个视频你就都知道了， 现在不管是台积电、三星还是 ibm、 英特尔，都在千方百计的争夺三纳米制成新贴的制高点， 但在各自的实验室里，伊纳米工艺制成的争夺战早就打响了。根据麻省理工实验室团队最新发布在自然杂志上的研究成果表明，在伊纳米芯片上，他们发现在二维材料上搭配半金属 b 的电机，可以大幅降低电阻和提高传输电流。 研究部门经过将 b 乘机制成进行优化，从而大幅提高伊纳米芯片的稳定性，而半金属 b 就是其中不可替代的关键材料。目前，麻省理工这一研究成果已经得到台 机电实验室的验证。据统计，全球 b 金属储量为三十二万吨， b 资源主要分布在中国、秘鲁、墨西哥、波利维亚和老美。我国的 b 储量及全世界第一二十四万吨，占世界总储量的百分之七十五，而老美储量仅有五千吨，占世界百分之一点五。 而在 b 产量上，我国占全球总产量的百分之八十九，而老美我为零。 b 矿资源在我国湖南郴州和赣南地区分部最为丰富，其中郴州以探明 b 金属储量占全国的百分之七十三，占全球的百分之五十。 这里要为湖南郴州点个赞。眼下我国正在重塑稀有矿产的产能秩序，正处在芯片科技前沿的壁框资源肯定会受到格外重视，你说我们要不要利用壁框资源反击一下芯片封锁呢？

今天我们讲有史以来最复杂的机器光刻机，听完你就能明白为何目前全世界只有荷兰 asml 公司能造的出最先进的极紫外光刻机，也就能明白为何我们一直没能自己搞出光刻机，从而在科技领域处处被卡脖子的原因。 明白了原因，我们才能破局。大家好，我是张宇文，我们继续讲芯片。今天我们来聊聊能生产七纳米以下制成芯片的光刻机是怎么造出来的。那这个故事涉及到了科技、管理、战略、眼光、勇气，还有地源、政治和全球化。 他是一个关于如何应对当下挑战和对未来进行大胆投资的故事。我敢说，这个故事中的企业研发和你以前理解的那种研发完全不同，他会刷新你的认知。 我们知道芯片在当今时代已经是无处不在，还非常可靠。比如说手机里面有很多芯片，但如果手机坏了，通常不会说是芯片坏了，一般是屏幕或者其他小零件。 那为什么呢？因为芯片本质上就是一个龟块，上面没有任何的活动部件，甚至连金属都没有。那些成千上万的晶体管并不是安装在芯片上，而是像印刷书记一样刻在上面。 问题来了，用什么来刻这些芯片呢？答案就是光刻机。这是人类历史上最复杂的机器，没有之一。 他比飞机、火箭、宇宙飞船，甚至比原子弹和詹姆斯维部太空望远镜都要复杂，且不在一个量级。而且那些东西的制造技术至少在原理上可以被一个国家完全掌握， 但目前还没有任何一个国家能完全掌握最顶尖光刻机的全套的制造技术，因为研发光刻机是一个真正的跨国合作项目，我们来从头说起。 光刻技术的基本原理其实很简单，就是用光源把芯片的设计图缩小，然后投影到龟片上，这个过程会触发一些化学反应，完成对芯片的刻实 腐蚀的石。最开始光刻技术用的是普通光源，他的精度极限大概在几百纳米，那提醒一下，一纳米等于十的负九次方米。 如果我们想在同样面积的芯片上放更多的晶体管，就必须提高光刻的精度，这就需要用到波长更短的光，比如紫外光，后来还发展到了深紫外光。但是啊，深紫外光的技术 也快达到极限了，这样一来，每两年让晶体管的密度翻一倍的摩尔定律看起来似乎快要结束了。最不希望摩尔定律结束的就是英特尔了，因为英特尔 cpu 性能的提升一直都是跟着摩尔定律走的。所以啊，英特尔的 ceo 安迪格鲁夫就非常支持开发新的光刻技术， 这个技术的发展对英特尔来说至关重要。那接下来的发展可以分为三个步骤，第一步是科学上的可能性， 这主要是理论层面的研究，这一步的目标是在物理学上找到一个可行的原理。英特尔在这个阶段投入了大量的资金， 主要的研究工作在美国的几个国家实验室进行，尤其是劳伦斯利夫莫尔国家实验室和桑地亚国家实验室，科学家们提出了很多不同的方法，直到今天，还有新的想法不断出现，但在一 九九二年，大家基本上达成了一个共识，那就是应该使用波长为十三点五纳米的极子外光，也就是 euv。 但这个时候只是一个设想而已，可能有科学家在实验室里用极子外光在龟片上做了一些实验，但离真正制造出光刻机还有很长的路要走。 其实在此阶段，所有的研究成果都是公开的，任何人都可以参与和学习。第二步是技术商的可行性。这一步就不再仅仅是科学家的理论研究了，需要更多的资金投入和工程师的参与。 一九九六年，樱桃牵头和几家芯片制造商以及几个国家实验室组成了一个联盟，共同致力于光刻技术的开发。那樱桃负责了大部分的经费，经过几年的努力，他们大致明白了如何实现极紫外光刻机。 第三步就是具体实现了。虽然樱桃儿在初期研发中起了主导作用，但他们并不打算自己制造光刻机，因为他们认为制造光刻机不如制造芯片赚钱。樱桃儿的目标是确保至少有一家公司能够造的出光刻机就行了。 当时美国的光刻机制造商 gca 已经破产，全球只剩下三家公司有希望能造出极紫外光刻机，包括日本的佳能和尼康，以及荷兰的 asml。 那美国不希望把这么关键的技术交给日本，最终选择了 asml。 那时候的美国正处于单机时代，大力推崇全球化，对荷兰呢，几乎没有防备。美国唯一的要求是 asml 必须在美国生产一些关键的部件，但是 asm 也不是疑惑的，技术就能立刻生产的，从技术上的可行性到真正的产品化，中间还有很长的路要走，这一走就是三十年。 我们来看看这个集紫外光刻机的方案，你将会发出惊叹。首先啊，你需要产生集紫外光， 但这个世界上并没有直接产生极紫外光的灯泡。你得制造直径只有三千万分之一米的小溪球，在真空中让他可以每小时两百英里的速度移动， 然后用激光进行两次打击。第一次打击是为了提高小吸球的温度，第二次呢，则是让小吸球爆炸，变成温度高达五十万度的等离子体，这可比太阳表面的温度还要高。要实现可用于光刻的极子外光，这个喷射吸的过程需要每秒重复 五万次。要知道，这里面的每一步都还没有现成的技术能实现，都需要技术创新。比如你需要找到德国的通快公司来开发这种激光器，他们的专长是二氧化碳激光器，但其中的百分之八十的能量会转化为热，只有百分之二十是激光。这就带来了一个散热的问题， 以前的散热都是用风扇，但光刻机要求的风扇转速达到了每秒一千次，普通的物理轴承承受不了， 因此通快不得不专门开发了一种磁悬浮风扇。而在使用激光轰击吸球时，还会遇到吸球反光的问题，以及如何保证吸球气体的密度恒定等问题。 特别是为了引导激光准确打击需求，需要用到工业钻石，但现有的工业钻石纯度不够，必须开发新型的超高纯度钻石。结果 仅仅这台激光器的开发，德国的通快公司就花了十年的时间，这台激光器自身就有几十万个零部件。这还没完，即使激光器成功轰击了需求，你还得收集产生出来的极子外光，这就需要特殊的镜子。 但问题是极子外光的波长太短，普通材料上的反射率太低，大部分都会被吸收。 后来发明的及紫外光刻机用的镜子简直逆天。一九九八年的一篇论文提出，可以通过交替排列金属木和硅来制造能反射及紫外光的镜子。 研究人员计算后发现，这个镜子必须是多层结构的，一层金属木和一层硅来交替，每层厚度仅有几纳米，而且要堆叠上百层。后来德国的蔡司公司竟然 真的做出来了这样的镜子，这可能是有史以来人类做出的最光滑的物体，其平滑程度甚至超过了詹姆斯维勒太空望远镜的镜面。这个镜子的精度非常高，据说如果你把它放大到整个德国这么大， 表面的凹凸不平的地方只有十分之一毫米光。这面镜子蔡思公司的耗时超过了二十年， 整个光刻过程就是二氧化碳激光器对着小小的吸球发射激光，从而产生极子外光，然后用一些特殊的镜子把这些极子外光收集起来，再投射到龟片上去，那这样一来，就能在龟片上精确的刻画出芯片。 最后做出来的光刻机体积巨大，差不多有一列火车头那么大，里面有数十万个零部件，这就是有史以来 最复杂的机器。而且 asml 最厉害的地方并不只是他们具体的研发工作，而在于他们对供应商的协调和管理能力。 sml 自己只能制造出百分之十五的零部件，其余的都需要依赖供应商，这些供应商通常也需要进行研发才能生产所需部件。像我们之前提到的那两个德国公司，负责做激光器和镜子，付出了大量的资金和时间成本。 而像这样的光刻机零部件供应商呢？总共有上千家， asml 怎么管理这些供应商？怎么说服他们投入研发，以及怎么确保他们的研发能成功，这才是关键。 一方面， sml 会直接资助研发，比如他们给蔡司公司提供了十亿美元用于研发镜子。另一方面，他们强调标准 和纪律，如果有供应商不合作， asml 甚至可能会采取收购的措施。到了二零一零年代末，经过差不多三十年的时间， asml 终于制造出了极紫外光科技， 所以这台机器是凝聚了三十年研发成果和超过一千家供应商协助的人类最高科技。他的复杂性体现在，每台机器有超过四十五万个零部件， 任何一个零件的故障都可能导致整个机器受损。所以即使 asm 要公开所有的设计图纸，由于生产过程中呢，还存在大量的未记录的经验性知识，也就是内影知识，我们就算有了图纸，短期内可能也难以复制出这种机器， 即便投入巨资，耗时多年后搞成了，也面临着技术更新迭代的挑战。例如啊， a s m l 计划 关于二零二五年推出成本高达三亿美元的新一代高光圈及紫外光刻机。另外，即使我们成功制造出了与 asml 同级别的光刻机，光有光刻机还不足以生产芯片， 像台机电那样的芯片制造还需要巨大的人力物力投入和技术研发，而且到那时候，市场领先者已经在成本上占据了优势，新进入者面临的竞争压力将非常巨大。 综上及紫外光刻机已经不是靠大力初级技能搞出来的，而且就算模仿成功也无法超越，这就是目前我们被卡脖子的现状。至于这个局我们日后要怎么破， 后面会做一期视频专门讲。我们继续讲 asml。 其实一开始 asml 自己没这么多钱搞如此 庞大的项目，在整个研发过程中，英特尔、三星和台机店都对 asml 进行了投资，其中投入最多的就是英特尔，总计数十亿美元。 那你可能会想，既然光刻机终于研发成功了，樱桃也投入了这么多钱，他们肯定会迫不及待的购买几台用于生产芯片吧？但实际上并非如此，出乎意料的是，樱桃突然对极紫外光刻机不感兴趣了。 这是个可以作为商学院教材的案例，但这个是反面教材。樱桃的两位重要人物安迪格鲁夫和格德摩尔分别在二零一六年去世和淡出公司事务， 使得樱桃儿的新一代管理层呢，对未来的芯片技术创新缺乏热情。这种态度的背后，是因为樱桃儿已经牢牢控制住了现有的市场。安迪格鲁夫在九十 十年代就已经整顿好了樱桃的业务，使其 cpu 几乎占据了所有主流计算机和服务器的市场。此外，樱桃还建立了强大的护城河 x 八六架构。 由于个人电脑普遍使用基于 x 八六加高的 windows 操作系统，这就使得开发新架构变得更加的困难，也使市场更难摆脱樱桃的控制。 樱桃的芯片生产就像印钞机一样盈利，从八十年代末至今，总利润高达了两千五百亿美元。 尽管印特尔非常有钱，但他们并没有积极投资于新技术，这可能和华尔街的内在缺陷有关，因为华尔街希望上市公司都要有好看的财报。为了保持高利润率呢，公司就倾向于避免高成本的投资，比如购买昂贵的新一代光科技， 因为这可能会降低利润率，而华尔街不想看到利润率的下降。 ibm 将其笔记本业务出售给联想的决定也反映了类似的逻辑，选择高利润率的项目而非低利润率的业务， 樱桃可能也采取了相同的策略。然而，从长期角度来看，这种做法可能意味着牺牲未来以及追求当前的利益。正如哈佛教授克莱顿克里斯坦森所描述的创新者的窘境一样， 尽管樱桃的管理层应该都看过创新者的总结，但他们最终还是陷入了这一总结，从而错过了极紫外光合机的险机。 其实及此外，光刻机最大的用武之地就是在智能手机芯片的生产上。由于智能手机需要尺寸小且功耗低的高性能芯片，这就要求使用更高精度的制成。 然而，樱桃似乎没有充分认识到手机市场的潜力，当苹果公司提出希望樱桃为 iphone 生产芯片时，樱桃并不感兴趣，认为不值得专门为手机去开发芯片。 结果苹果转而自行设计芯片，采用了节能的 arm 架构。从 iphone 四开始，苹果使用了自家设计的芯片，先是由三星制造，后由台机电制造。 除了错过智能手机芯片市场，因他也没能及时进入人工智能芯片领域，被做 gpu 的英伟达抢占。 那关于为何英伟达的芯片更适合 ai， 我们后面视频会展开讲，所以我们回头看，英特尔的管理层在最近二十年就没做出什么远见的决策，导致公司在多个重要的领域失去了先机。看英特尔的股价表现就知道了。但如果站在历史节点 面对及阻碍光刻机的决策，其实大部分人都会犹豫。这一种机器不仅售价超过一亿美元，而且维护成本极高。 asml 虽然努力提高了光刻机零部件的耐用性，但鉴于机器的复杂度，他们还开发了预测性算法来估计零件的寿命，并且需要现场人员持续维护。 生产高端芯片是一个投资巨大、风险极高的业务，所以樱桃的选择有其合理性。但历史上总有一些人愿意接受这样的挑战，改变整个行业的面貌。 有一个人，他不仅有远见卓识，而且敢于冒险，几乎是以一己之力改写了世界芯片制造的权利格局。他的故事值得单独讲述，他就是张中谋。听了他的故事，你可能也会佩服的说，生子当如 张中谋，我们下一期就来讲张中谋的故事。好，新片历史第四期就先说到这，希望能让你的知识又增加了那么一点点。我是张宇玩，我们下期再见。