卡脖子（qiǎ bó zi），意思是指用双手掐住别人的脖子，多比喻抓住要害，致对方于死地。

又指中国仍依赖发达国家的多项关键核心技术和设备，如光刻机、操作系统等。

我国的芯片技术一直都在被国外“卡脖子”，早有很多报道指出我国的芯片行业具体卡脖子在光刻机上，而对于业内来说，我国的芯片行业的各个环节都是在卡脖子。

首先来简单了解下芯片从设计到成品的几个环节：

1. 设计

2. 制造

3. 封装测试

芯片制造过程类似于盖房子的步骤，先打好地基，在往上层层叠加，然后产生所需要的芯片。而盖房子的这个步骤中，除了必要的建造工人外，房子的设计师也是不可缺少的部分。设计师设计出的设计图是芯片建造的依据。因此，芯片设计是芯片制造的前提。那么，芯片设计中的“建筑师”又有哪些呢？

在芯片生产制造流程中，芯片设计一般都由设计公司进行规划和设计。根据2020年第二季全球十大芯片设计公司营收排名可以看出，芯片设计大厂博通、高通、英伟达等均为美国企业，而以中国为代表的联发科、联咏等企业也都集中在中国台湾省。

这些大厂已有多年的设计经验与工程技术，他们都自行设计各自的芯片，然后根据芯片不同的规格、效能供给下游厂商选择，由于是由各厂工程师自行设计，所以工程师的技术直接影响着企业的价值。那么，芯片设计究竟有哪些过程？

第一步：规格制定

设计师会根据芯片的实际应用要求定制芯片的规格，这就好比在设计房子之前，室内设计师会根据客户具体的需求，如家庭人口数量或者是客户的实际要求设计房子相应的室内图纸，或是三室一厅或是两室一厅等等。同样的，芯片设计也有一定的规格。一般来说，芯片设计的越大芯片规格越高，性能越强。

比如一颗PC芯片和手机芯片的设计标准就不同，一颗标准的CPU大小在一百平方毫米以上是正常的，而高端CPU和高强处理器大小达到二百多毫米也是正常的事。

由于PC的体积较大，因而散热的环境较好，因此做大芯片的规格来提升芯片的性能是常有的方法。

但对于手机芯片来说，手机内部原本的空间就比较狭小，因而芯片的规格控制在几十毫米以内就已经是较好的结果，过大的芯片自然也就不能适用于手机内部。

第二步：绘制蓝图

设计师根据已经做好的规划，在电脑上将规划画出平面设计图。在IC设计中，逻辑合成这个步骤至关重要。将确定无误的程式码放入电子设计自动化工具中，用电脑将程式码转换成逻辑电路产生电路图，反复进行修改最终确认正确。

然后将合成完的程式码再放入另一套电子设计自动化工具中，进行电路布局与绕线。在经过不断的检测后，最后形成纵横交错的电路图。蓝、红、绿、黄等不同颜色，每种不同的颜色就代表着一张光罩。

层层光罩，叠起一颗芯片。

首先已经知道一颗IC会产生多张的光罩，这些光罩有上下层的分别，每层有各自的任务。

下图中，左边就是经过电路布局与绕线后形成的电路图，在前面已经知道每种颜色便代表一张光罩。右边则是将每张光罩摊开的样子。

制作是，由底层开始，逐层制作，最后便会产生期望的芯片了。

说完光罩，再说下晶圆。我们经常会听到很多晶圆厂，如台积电、联华电子、三星、中芯国际等等，都是晶圆制作的大厂。而晶圆尺寸常以6寸、8寸、12寸等规格进行划分，这里阐述下什么是晶圆，这里的6寸、8寸、12寸指的又是什么？

晶圆（Wafer）是芯片制作的基础。正如前文提到的芯片制造过程类似于盖房子的步骤，先打好地基。而晶圆就是这个地基，在这个地基上层层叠加，达到自己期望的造型，不同的造型对应的不同的应用芯片。因此，打好地基（造好晶圆）是造出优质芯片的基础。

说到这里就需要回顾下晶圆的制作过程《你真的懂芯片吗？一文带你深入探寻芯片的奥秘。》

晶圆又称硅晶圆，无论前面的电路设计是什么样子，最终都要叠加在晶圆上。

而通过他的名字“硅晶圆”不难看出其主要成分就是“硅”（Si）。硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐（R(SiO3)n）或二氧化硅（SiO2）的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。

硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧（49.4%）。

从上面的数据看，自然界硅的含量不少。但上文同时也指出硅是极少以单质的形式出现的，也就是说，制作晶圆所需的硅是需要从砂石中提纯的，含硅的石头不少，但是提纯的技术却不易，这项技术是我们的卡脖子之一。

芯片制作不可缺少的部分二——光刻机。光刻机（Mask Aligner) 又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。

如果说晶圆是地基的话，那么光刻就是造主体。地基打好了，要将之前设计好的电路图信息内容传递到晶圆上，这时候就需要光刻这项技术，光刻也是制造芯片的最关键技术，他占芯片制造成本的35%以上。也就是我们要有光刻机才能对晶圆进行光刻，而作为我国半导体“卡脖子”技术的光刻机，在世界范围内的拥有者也是屈指可数。

用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

半导体制造由于超高的精度，无法通过手工和机器装配，只能通过激光来刻蚀，而光刻机就是这个设备，是半导体制造的关键，无论台积电、三星还是中芯国际都会受制于光刻机技术。

由于光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，制造和维护需要高度的光学和电子工业基础，世界上只有少数厂家掌握：

ASML

尼康

佳能

欧泰克

上海微电子装备

SUSS

ABM, Inc.

以上列举的是全球为数不多的光刻机制造商。我国光刻机的最高水平代表要属上海微电子的光刻机，制程工艺为90nm，而ASML早在15年前就已经量产了90nm。这就好比，2021年了，别人已在用iPhone13的时候你还在使用初代iPhone3GS，别人已经博士后的时候，你还在上初中。

从造晶圆到光刻再到掺杂最后到封装测试，困难贯穿于整个步骤。到达最后，将做好的芯片用精细的切割器从晶圆上切下来，焊接到基片上装壳密封，最后测试包装才是成品。（关于芯片的制作详细内容可回顾之前的文章：你真的懂芯片吗？一文带你深入探寻芯片的奥秘。）

通过介绍不难看出芯片的制作过程之复杂、困难，而我国在芯片事业的关键技术上自始至终都面临着巨大的挑战，不管是芯片设计还是芯片制作，所有核心环节都缺少关键技术和人才。

随着我国科学实力与经济实力的不断壮大，尽管我们在诸多方面已经有了巨大的飞跃，但是国际半导体大厂的技术实力仍然令我们望其项背。

如今的中国不缺“粮草”，更多的是对半导体领域专业人才的渴求。