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中國芯片，只缺光刻機？
騰訊科技：海外芯片技術很多是從實驗室裡先研究出來，多年後才應用到產業，這是為什麼，對我們有什麼啟示？
汪波：一個典型的芯片技術，從實驗室研發到走向市場大約需要十年甚至更久的時間。
例如，1990年華人科學家王國裕、陸明瑩以及他們在愛丁堡大學的合作者德尼爾和倫肖，在實驗室裡發明了第一顆單芯片CMOS圖像傳感器，但是直到2007年CMOS圖像傳感器的市佔率才超越了CCD圖像傳感器。
還有，華裔科學家薩支唐和他的同事萬拉斯於1963年，在仙童半導體的實驗室裡發明了CMOS技術，極大降低了芯片功耗，但是由於當時芯片規模小，功耗不大，CMOS技術並沒有迎來應用的高潮，直到1982年，芯片的規模增大導致功耗急劇增加，英特爾才在80C51單片機上採用了CMOS技術，這項技術才成為主流。
這些案例對我國芯片企業的啟示是，實現了首次技術突破固然很重要，但也只是邁出了第一步，後續還有穩定性、可製造性、良率等困難需要克服。除此之外還需要等到合適的市場時機，在這麼長的時期內，這項技術很容易被遺棄。
如果認定一個方向就應長期堅持，不為外部的波動而改變，同時業界也應對新技術給予長期的支持，如此才能守得花開。
騰訊科技：技術突破、長時間的磨合，最後再產業化應用，容易讓人聯想到國產光刻機，研發一台光刻機有多難？
汪波：誕生在上世紀50年代的最早的光刻機原型只是一台普通的三目顯微鏡，與之對比，現在的極紫外線光刻機（EUV）則像一座小型冰山，佔地約80 平方米，大量管道和線纜埋在地下10 米深處，然後才是露出地面的部分。
EUV光刻機的波長只有13.5nm，業界從上世紀90年代就開始研發，但是一直無法產生13.5nm的激光。21世紀初，加州的西盟公司研發出一種二氧化碳激光器能發出這麼短的波長。但是光源的功率又不夠大，直到2018年才將功率提高到250瓦。
有了光源還不夠，玻璃鏡頭會嚴重吸收EUV光，阿斯麥爾不得不將其廢棄，轉而發明新的反射式鏡面，表面交替塗有矽和鉬的薄層，每層只有幾nm厚。利用兩種材料不同折射係數的布拉格效應，每個交界面處都可以反射70%的EUV 光。EUV 光在到達晶圓台前要經過12個反射鏡，最後只有約1% 的光線能照射到晶圓片上。如此微弱的光線需要光刻膠極其敏感，但高靈敏度的光刻膠又會引起加工精度的波動……技術難題層出不窮，解決完一個，又冒出一個。
經過多次延遲，阿斯麥爾公司最終克服了難以想像的困難，在2018年製造出了人類歷史上最精密的光刻機，每台成本高達2億美元。為了造出EUV光刻機，阿斯麥爾需要向全球數百家供應商採購零部件，而這些供應商又分佈在荷蘭、德國、日本、美國等世界各地，它們通力合作才有了今天的EUV光刻機。
騰訊科技： 中國的芯片產業，缺的是光刻機嗎？
汪波：除了缺高端光刻機以及相應的半導體材料，我們還急缺電子設計自動化設計軟件（EDA）。
沒有高端的EUV光刻機，我們只是造不出最先進的芯片，而沒有了EDA設計軟件，所有的芯片設計公司都要停工。目前，中國大陸已經有了華大九天、概倫電子、芯華章等EDA廠商，但是體量比起新思科技、楷登電子和西門子EDA（原明導國際）等三大“巨頭”仍很小，其中的新思科技一家就佔據了約三分之一的市場份額。
當然最缺的是人才，例如，EDA行業需要復合型人才，既要懂編程和算法、又要懂半導體器件或電路等，培養起來難且慢。
此外，在芯片製造、設備、材料、設計、封裝和測試等領域都需要更多有志於面對挑戰的人加入芯片產業。
騰訊科技： 從EDA、材料到設備，再到人才培養，芯片產業有明顯的聚集性特徵，矽谷早期就是半導體聚集地，國內也有芯片“包郵區”的概念，為什麼會出現這種明顯的聚集性？
汪波：芯片產業的確有聚集性，因為技術突破往往在一家領先的研究機構取得。早期，貝爾實驗室就是這樣一家機構，實驗室的肖克利到加州創業，那裡的斯坦福大學提供了廉價的辦公場所和豐富的畢業生來源。接著從肖克利公司“叛變”出來的年輕人也選擇在附近創立了仙童半導體，後來又衍生出了一系列的創業公司，即俗稱的“小仙童們”。
這些創業者會瞄準仙童半導體的需求，為其提供所需的製造設備、半導體晶圓等，互相依存，在一個彼此靠近的空間內形成了一條完整的產業鏈，實現了共同繁榮。
在中國也有這種地域的聚集，例如在長三角地區，由於有中芯國際和華虹半導體等製造企業的聚集和吸引效應，一大批芯片設計公司也陸續落戶在同一區域，形成了良性互動的局面。
在珠三角地區，從上世紀九十年代以及本世紀初開始，華為、中興、國民技術、國微電子和比亞迪半導體等國內公司開始踏入芯片設計領域，帶動了通信、汽車等領域的整機產品的發展，促使更多的芯片製造企業如中芯國際和粵芯等進駐這一地區。
騰訊科技： 歷史上，國際、社會重大事件事件持續推動著芯片產業發展，今天這個時代，哪些因素、趨勢，會推動芯片技術發展？
汪波：的確，歷史上的重大事件會推動芯片技術的發展，例如第二次世界大戰爆發，對高性能雷達的需求大大加速了對半導體矽和鍺的研究；1957年蘇聯人發射了首個人造地球衛星，這促使美國加大了對半導體晶體管的研究投入；1961年蘇聯人實現了首次載人航天，這再一次刺激了美國，增大對剛剛問世的芯片的投入。
在今天這個時代，國際大事和趨勢依然影響著芯片技術的發展，例如受到科技脫鉤的影響，中國從國外引進芯片技術的途徑受到限制，這讓我們的產業感到陣痛，但也會促使我們下決心建立自己完整的研發生產鏈條。
從短期看，國產替代可先解決那些對與國計民生影響較大的芯片與器件的依賴，如射頻器件、高性能Serdes和ADC等；
從中期看，突破光刻機和相關材料的技術難關，則會讓我們與世界同步；
從遠期看，在新器件（二維器件、碳基晶體管、憶阻器等）、新架構（存內計算、Chiplet等）方面的前沿領域研究，則有可能讓我們引領世界。
除此之外，人們對大數據、寬帶通信和人工智能算力的需求仍在不斷增加，這些都牽引著芯片朝著滿足其需求的方向發展。
騰訊科技： 關於芯片的發展，不久之前去世的英特爾創始人戈登·摩爾，他給這個行業留下了諸多寶貴財富，人們津津樂道的摩爾定律即其中之一，芯片的發展長期遵循著摩爾定律的預測，但近年來也有觀點認為——摩爾定律失效，您認同嗎？
汪波：摩爾定律是20世紀最偉大的預測之一。關於摩爾定律壽終正寢的說法從上世紀九十年代開始就一直不斷，例如有人說，“每過兩年，相信摩爾定律已死的人的數量就會翻倍”。
1990年，惠普科學家威廉姆斯斷言摩爾定律將在2000年終結，理由是絕緣層將失效。到了2000年，他再次預言摩爾定律將在2010年死去，這次是由於製造成本不斷攀升。到了2017年，他卻放棄再次預言了，因為他覺得自己怎麼也贏不了那些充滿創意的工程師們。
儘管摩爾定律已經放緩是不爭的事實，但說其現在已失效，可能為時尚早，因為摩爾定律也是一個關於人的信心和希望的定律，只要人類心中還有這兩樣東西，摩爾定律的腳步就不會停下。
當前，新興的技術（3D集成、Chiplet等）仍在不斷發展，頑強地支撐著芯片中元件數量的增長。未來，摩爾定律會如何“續命”？我在《芯片簡史》中也詳細介紹了未來摩爾定律發展的三條可能的道路——延續摩爾、擴展摩爾和超越摩爾。
延續摩爾，即繼續縮小晶體管尺寸，提高芯片裡晶體管的密度，使晶體管的工藝節點繼續朝著2nm、1nm甚至更小的尺寸縮小。
擴展摩爾，即增加系統功能的多樣性，在一個芯片上集成和實現豐富的功能，包括集成模擬、射頻、數字、傳感和存儲等各種功能和電路。
超越摩爾，即在主流的CMOS矽晶體管之外尋找更好的可能，包括碳nm管場效晶體管、隧穿場效晶體管、憶阻器等新型器件。
騰訊科技： 追逐摩爾定律的路上，主流大廠開始推動3nm量產，同時探索2nm、1nm工藝，人類追求這種工藝的提升，除了性能躍遷，有沒有可以量化、可感知的好處？
汪波：未來，人工智能、6G通信、沉浸式場景體驗、智慧城市、物聯網、量子計算等應用會對芯片算力提出越來越高的要求，這些要求芯片有更快的處理速度、更大的存儲容量，因而要求業界不斷推進工藝的提升，我們可以大致感受到未來技術發展的趨勢。不過具體到將來有哪些可感知的好處，現在並不容易預測出來。
實際上，在一項技術真正落地應用之前，我們很難預測出其可能的應用以及帶來的好處，歷史也是如此：20世紀60年代半導體紅外激光器就發明出來了，但人們直到20年後才為它找到了一個廣泛的應用：CD播放器。
為此，諾貝爾物理學獎獲得者克勒默曾提出了一個“新技術引理”——“任何一個有足夠創意的發明的主要應用點，過去是、將來也必定是由這種新發明本身創造出來的。”
所以，讓我們先把技術打通，然後再探索其可能的、會給我們帶來可感知好處的“iPhone時刻”。
騰訊科技： 這兩年，碳化矽為代表的第三代半導體材料也被拿到檯面上來，公開資料顯示，特斯拉的碳化矽器件逆變器效率，提升8個百分點到90%，是不是意味著材料也是芯片、半導體性能躍升的思路之一？
汪波：材料是決定半導體芯片性能的關鍵因素，例如碳化矽、氮化鎵材料在功率放大、顯示、射頻通信等應用上有著獨特的、優於矽的性能，未來在新能源汽車、電源、射頻器件等領域有著誘人和廣泛的應用前景。
不過，每種半導體材料都有各自擅長的方面，在數值計算、數據存儲、三維圖形等這些信息處理領域，矽半導體由於成本低和技術成熟等特點仍具有其他材料無法替代的優勢，在這些領域仍是未來主要的半導體材料。
騰訊科技： 舊的技術因為成本優勢，而讓新技術被暫緩應用或雪藏，您的《芯片簡史》中也有諸多案例，10年後再看矽基半導體，有沒有可能重演這種劇情？
汪波：歷史總是在上演相似的情形，儘管當事人毫無察覺。
目前CMOS矽晶體管是最具綜合優勢的芯片技術，為了維持這種優勢，人們不惜花費投入巨資和成千上萬的工程師研發最先進的光刻機、建造最複雜的晶圓廠，以維持晶體管尺寸的不斷縮小。
這條路徑目標最明確，由此帶來的芯片速度和性能的提升也最明顯，但這並不意味著CMOS矽晶體管將一代又一代，永遠接續下去。
未來某一天，CMOS矽晶體管的縮小之路將不可避免地撞上量子力學所限定的最小尺寸的天花板，那時由於加工難度的顯著提升，成本將不再下降，由於不斷增大的漏電，功耗將達到理論極限，而新型的半導體器件將會在CMOS矽晶體管這些最薄弱的環節向其發起進攻。
儘管目前新型的半導體器件已經被一而再地研究，但在應用上仍被CMOS矽晶體管的成本優勢壓制著，無法被廣泛應用到手機等主流產品中，而未來當CMOS矽晶體管遭遇天花板之時，這些新型器件將等來它們的時機、一躍登上歷史舞台，讓我們拭目以待。
騰訊科技：回到您的新作《芯片簡史》上來，它詳實記錄了芯片技術產業發展變遷，寫作這本書的初衷是什麼，最希望給讀者傳遞哪些信息？
汪波：《芯片簡史》介紹了芯片從誕生到今天的歷史，其中一個核心思想是——芯片的創新來自於叛逆的想法。
這本書不是單純地講技術發展，而是將芯片技術的發展融入到歷史事件和故事中。如果能激發一些年輕學子投身芯片產業，我就深感欣慰了。
寫這本書緣起2020年，華為公司遭受到了美國政府第二輪制裁，疫情加劇了全球芯片的供貨危機，芯片成為大眾關注焦點。
騰訊科技：會鼓勵更多的年輕人加入到芯片產業當中嗎， 會對他/她說些什麼？
汪波：芯片產業大有可為。只要回顧一下芯片的歷史就會發現，芯片的創新大多是由大膽的年輕人做出來的，例如諾伊斯發明芯片時只有31歲，姜大元發明MOS晶體管時只有29歲。
此外，芯片的各個發明人在面臨人生道路選擇時的決定，有些人進入芯片產業是因為那裡氣氛自由，有些人則是因為工資增速快，還有一些人則是為了挑戰自己，例如摩爾從化學轉到了半導體行業。
這些前人的抉擇和考量，對年輕人選擇專業和行業，有相當的參考和借鑒意義。
我還想對準備進入芯片產業的新人說，歷史上的芯片創新推動了PC、互聯網浪潮、機器人和智能電子產品的蓬勃發展，每一次摩爾定律面臨難以挽救的危機時，就有新的活力迸發出來，拯救摩爾定律於存亡之間。
當前，無論是自動駕駛、人工智能、登月計劃、還是5G通信、量子計算、超級計算機等，都離不開芯片的原始創新。未來，無論是在芯片設計、製造、還是工藝設備，只要能沉下心來踏實鑽研，都有機會成為拯救芯片產業、推動科技進步的英雄。(騰訊科技)