深圳灣芯展上，一臺看似普通的示波器前擠滿了圍觀人群，這款帶寬90GHz的“工業(yè)眼睛”正精準(zhǔn)捕獲著皮秒級的瞬態(tài)信號，它見證了中國在高端電子測量領(lǐng)域從長期追隨到全球領(lǐng)先的飛躍。

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國產(chǎn)90GHz示波器破局

在前不久的灣區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)博覽會上，深圳市新凱來技術(shù)有限公司旗下子公司萬里眼發(fā)布了一款帶寬高達(dá)90GHz的超高速實(shí)時示波器，這一突破性產(chǎn)品將國產(chǎn)示波器性能提升了500%，標(biāo)志著中國在高端電子測量儀器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了關(guān)鍵突破。

“用漏勺接瀑布”，這是萬里眼公司CEO劉桑對超高帶寬下采集信號難度的生動比喻。示波器作為電子工程師的“眼睛”，是將肉眼看不見的電信號變換成可視化圖像的關(guān)鍵工具。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，高端示波器的重要性不亞于光刻機(jī)，直接影響著芯片設(shè)計和測試的能力。

萬里眼發(fā)布的ExWave TS系列示波器實(shí)現(xiàn)了90GHz的帶寬突破

而萬里眼此次發(fā)布的ExWave TS系列示波器不僅實(shí)現(xiàn)了90GHz的帶寬突破，更在多項(xiàng)核心指標(biāo)上達(dá)到國際先進(jìn)水平——每秒2000億次采樣率精準(zhǔn)捕獲瞬時脈沖，40億樣點(diǎn)存儲深度為業(yè)界同級別產(chǎn)品的兩倍，每通道獨(dú)立支持200GSa/s采樣率和4Gpts深存儲。

萬里眼示波器與國內(nèi)外同類產(chǎn)品性能對比

此前，中國高端示波器市場長期由是德科技、泰克、力科等西方廠商壟斷，國內(nèi)廠商能量產(chǎn)的示波器帶寬基本在20GHz以下。萬里眼此次突破直接將國產(chǎn)示波器的關(guān)鍵性能指標(biāo)向前推進(jìn)了好幾代，成為全球首個超高速智能示波器和全面屏示波器。

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電子測量的“抗斷供”逆襲

“一臺國外高端示波器曾叫價1000萬元，還禁止合作開發(fā)?！?/strong>國內(nèi)測量設(shè)備廠商的困境在高端示波器上被赤裸呈現(xiàn)。示波器作為半導(dǎo)體制造的“標(biāo)尺”，長期被是德科技、力科壟斷，中國廠商被壓制在20GHz以下中低端市場。

高端示波器一度是我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“卡脖子”式的存在

在嚴(yán)峻的封鎖形勢下，中國測量精度量級與國際先進(jìn)水平長期存在代際差距。全國政協(xié)委員、中國計量科學(xué)研究院院長方向曾指出：“測得出才造得出，測得準(zhǔn)才造得精。新形勢下，我國芯片研發(fā)計量能力面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?！?/strong>

面對這一“卡脖子”難題，萬里眼選擇了全面突破根技術(shù)的路徑。示波器的“心臟”——ADC芯片長期被美國ADI公司壟斷，萬里眼通過與國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈伙伴協(xié)同攻關(guān)，成功研發(fā)出自主可控的高速ADC芯片。

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全球供應(yīng)鏈的“中國變量”

90GHz示波器的突破，對中國半導(dǎo)體及相關(guān)高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

國產(chǎn)示波器已開始在國內(nèi)研發(fā)單位落地

這款設(shè)備已應(yīng)用到華為、上海交大等關(guān)鍵研發(fā)單位，使我國在半導(dǎo)體、光通信、智能駕駛領(lǐng)域不再因?yàn)闇y量工具而“失明”。

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產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)攜手破局

萬里眼90GHz示萬里眼是新凱來旗下企業(yè)，而新凱來在此次灣芯展上展示了“軟硬結(jié)合”的整體實(shí)力。其旗下武漢啟云方科技有限公司發(fā)布了兩款擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)EDA軟件，可將硬件產(chǎn)品開發(fā)周期縮短高達(dá)40%。這種“設(shè)備-材料-軟件”協(xié)同迭代的中國路徑，正在構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

在本屆灣芯展上，拓荊科技用于3D存儲芯片制造的晶圓對晶圓混合鍵合設(shè)備，以及有研億金的高純金屬濺射靶材，與萬里眼示波器共同形成“上游突破-中游驗(yàn)證-下游應(yīng)用”的正向循環(huán)。

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光刻機(jī)之“謎”

我國超高速實(shí)時示波器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從無到有的突破，有它如同巨龍眼睛般幫助產(chǎn)業(yè)鏈一起創(chuàng)新技術(shù)當(dāng)然是件好事。然而，要將精密的設(shè)計化為現(xiàn)實(shí)的芯片，需要打通芯片制造中最核心的“物理實(shí)現(xiàn)”環(huán)節(jié)。

中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在過去幾年間，被美國層層加碼的管制倒逼著自力更生，在國產(chǎn)軟件、設(shè)備、材料等領(lǐng)域取得進(jìn)步。但最引人關(guān)注的，無疑還是最直接用于制造芯片的光刻機(jī)。

光刻機(jī)的工作原理類似于照相機(jī)，但精度要求是天壤之別。簡單來說，光刻機(jī)將電路圖案從掩模版轉(zhuǎn)移到硅片上，這個過程決定了集成電路芯片上電子元件的尺寸和位置。按照光源類型，光刻機(jī)可分為UV（紫外光）、DUV（深紫外光）、EUV（極紫外光）。

其中，DUV的光源主要為氟化氪（KrF）和氟化氬（ArF），采用浸沒式技術(shù)的氟化氬光刻機(jī)通過多重曝光等技術(shù)，能夠制造出7納米（nm）及以上制程的芯片，是當(dāng)前集成電路制造的主力設(shè)備；EUV光源波長最短，因此最尖端的EUV光刻機(jī)能夠直接制造7nm及以下最先進(jìn)的芯片制程，但其技術(shù)復(fù)雜度極高，成本巨大，目前全球僅荷蘭阿斯麥（ASML）公司能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)。

隨著先進(jìn)以及次一級的光刻系統(tǒng)的禁運(yùn)，帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈集體“去美化”已是現(xiàn)實(shí)，我國芯片制造業(yè)必須把各個制程節(jié)點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)“重走一遍”——哪怕付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價和時間成本。

但是“硬剛”也要講究策略，最現(xiàn)實(shí)的問題仍然要解決。

公開數(shù)據(jù)顯示，2023年到2027年，全球晶圓代工成熟制程（28nm以上）和先進(jìn)制程（16nm以下）的產(chǎn)能比重預(yù)計將維持在7∶3。這意味著，在高性能芯片頻出的當(dāng)下，成熟工藝需求仍然非常大，以至于在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，40nm和28nm制程仍然能滿足近7成產(chǎn)品需求。

熟悉芯片制造的業(yè)內(nèi)人士曾提及，中國在成熟制程的市占率不到20%，因此，這幾年，大家都不約而同地想著先優(yōu)化、擴(kuò)大成熟工藝；再隨著國內(nèi)大量成熟工藝產(chǎn)能逐步釋放，成本逐步下降后拿出更具性價比的產(chǎn)品，沖擊歐美競爭對手。

這不失為一種在短期內(nèi)贏得喘息空間的好戰(zhàn)略，如果能利用好這個時間窗口，我們?nèi)杂袡C(jī)會集中資源攻克關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

國內(nèi)公開承認(rèn)肩負(fù)光刻機(jī)研制重任的上海微電子裝備(集團(tuán))股份有限公司，其用于制造90nm芯片的干式DUV光刻機(jī)就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，另外，28nm浸沒式DUV光刻機(jī)也進(jìn)入產(chǎn)品驗(yàn)證階段。

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理性看待光刻機(jī)國產(chǎn)替代

但想在窗口期“彎道超車”也沒那么容易。高端光刻機(jī)的研發(fā)難度極大，不然也不會被譽(yù)為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈“皇冠上的明珠”。兩年前我們曾經(jīng)采訪過國內(nèi)一家從事芯片制造前道流程設(shè)備的企業(yè)，彼時正值美國扼制中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)策略全面升級之時。

其負(fù)責(zé)人坦承，國產(chǎn)設(shè)備水平參差不齊，一些關(guān)鍵零部件仍依賴進(jìn)口，“多數(shù)設(shè)備28納米以下制程還是被美國、日本廠商壟斷，國產(chǎn)光刻機(jī)目前量產(chǎn)的只有90納米”。他還提到，很多國產(chǎn)設(shè)備技術(shù)水平還需要慢慢驗(yàn)證，畢竟“一臺光刻機(jī)的零部件高達(dá)10萬個，即使是ASML也需要5000家供應(yīng)商支持”。

很多人相信，我國的國產(chǎn)替代力度只有更堅(jiān)決才能破局。在這個過程中，有些消息總是會輕易牽動觀者的情緒。

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理性靜待

逐步形成的國產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈

光刻機(jī)本身可以粗略分為三大核心子系統(tǒng)，分別是光源系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)以及精密運(yùn)動控制系統(tǒng)（雙工件臺），我國產(chǎn)業(yè)界和學(xué)界在這三個部件系統(tǒng)其實(shí)均有突破。

例如光源系統(tǒng)，它如同光刻機(jī)的“心臟”，決定了雕刻精度所能達(dá)到的物理極限。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在產(chǎn)生13.5納米極紫外光的基礎(chǔ)研究上獲得重要進(jìn)展；北京科益虹源光電技術(shù)有限公司（下簡稱“科益虹源”）更是在適用于先進(jìn)制程的40kW高功率激光等離子體（LPP）技術(shù)上實(shí)現(xiàn)攻關(guān)，為穩(wěn)定光源提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

上海微電子將交付的28nm光刻機(jī)，就是由其自身負(fù)責(zé)光刻機(jī)設(shè)計和總體集成，科益虹源提供光源系統(tǒng)、國望光學(xué)提供物鏡系統(tǒng)、國科精密提供曝光光學(xué)系統(tǒng)、華卓精科提供雙工作臺，以及啟爾機(jī)電提供浸沒系統(tǒng)。這些都是我國光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)日趨成熟的標(biāo)志。

國內(nèi)部分光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈參與企業(yè)

核心子系統(tǒng)的突破非一日之功，卻是不得不修煉的核心“內(nèi)功”。想要在新一輪技術(shù)革命或爆款應(yīng)用來襲時躋身世界前列，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)必須構(gòu)建出自主化的堅(jiān)實(shí)基座，或者在某些細(xì)分環(huán)節(jié)扮演必不可缺的角色。至少從目前來看，一個能夠基本自足的產(chǎn)業(yè)鏈，已在慢慢形成。

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編輯｜張毅

主編｜黎坤

總編輯｜吳新

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