美國“芯”焦的背后
針對(duì)華為，美國再次出手，華為在全球21個(gè)國家的38家子公司被列入實(shí)體清單，至此，包括華為在內(nèi)總共有150多家關(guān)聯(lián)公司被列入實(shí)體清單。
列入這個(gè)清單有什么后果？說白了就是一句話，切斷這些公司和美國有關(guān)的交易。
一開始，華為只是不能從美國購買芯片，也不能委托在美國的公司為其設(shè)計(jì)和制造芯片。
隨后一年多的時(shí)間里，制裁不斷升級(jí)。
現(xiàn)在，任何公司，不管在不在美國，只要用了美國技術(shù)，都不能為華為及在名單上的關(guān)聯(lián)公司制造芯片。
一系列制裁措施切斷了華為麒麟系列高端5G芯片的供應(yīng)，原來為華為代工的臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司，因?yàn)樯鲜鲋撇么胧瑥?月14日起，將停止為華為供貨。
圖窮匕見，美國對(duì)華為持續(xù)加碼的打壓，要害都是芯片。
悖論
芯片對(duì)于5G至關(guān)重要，5G的通信設(shè)備需要大量高性能的芯片。制作芯片的原材料半導(dǎo)體，是一種性能優(yōu)良的導(dǎo)電材料。
中科院半導(dǎo)體所研究員姬揚(yáng)解釋道，我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷陌雽?dǎo)體器件就是芯片，所以業(yè)內(nèi)經(jīng)常把半導(dǎo)體和芯片兩個(gè)概念等同。
由于芯片行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈條較長，很難有一家公司能覆蓋從材料研發(fā)到芯片設(shè)計(jì)再到生產(chǎn)制造的全過程。
華為目前掌握芯片的設(shè)計(jì)，但是生產(chǎn)由其他公司代工，這也正是美國打擊制裁的關(guān)鍵點(diǎn)。
切斷華為5G芯片的代加工，無疑給華為沉重一擊，而美國在這一次又一次的打擊中就能全身而退了么？
在美國的制裁下，斷供華為，對(duì)許多芯片公司來說，最直接受影響的是“訂單”。
美國的芯片巨頭高通公司是華為芯片的供應(yīng)商之一，今年業(yè)績大幅跳水，2020財(cái)年二季度，凈利潤比去年同期下降29%。同期，另一家芯片巨頭美光科技凈利潤也同比下降75%。
美國博通公司的CEO更是直接道出了背后的原因：
“地緣政策”的不穩(wěn)定和對(duì)大客戶的出口限制是主要影響因素。
不光是利潤，制裁對(duì)美國公司還有更為深遠(yuǎn)的影響。
譚主和某芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的工程師聊了聊，他長期奮戰(zhàn)在芯片采購、設(shè)計(jì)的第一線，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)極其豐富。
在他看來，華為這一類通信巨頭，對(duì)相關(guān)美國企業(yè)的意義絕不僅限于訂單。
就拿美國占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）行業(yè)而言，EDA被稱為芯片產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，就像電腦需要操作系統(tǒng)一樣，設(shè)計(jì)芯片離不開EDA軟件。美國的芯片設(shè)計(jì)軟件優(yōu)勢(shì)來源于數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)越豐富，軟件越好用，而這些數(shù)據(jù)來自于制造端的反饋。
本質(zhì)上來說，有訂單需求，工廠才能開工，開工才有資金和數(shù)據(jù)反饋，才能推動(dòng)工藝進(jìn)步。訂單—生產(chǎn)的循環(huán)頻繁了，數(shù)據(jù)反饋就越多，EDA軟件也會(huì)變得更加有競(jìng)爭力。
他以臺(tái)積電為例說明，臺(tái)積電的一些工藝做得好，很大程度上因?yàn)榕_(tái)積電的客戶全是像華為這樣的大客戶，訂單大，覆蓋的應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。
所以，芯片行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步是特別依賴市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)的。
現(xiàn)在最大的需求市場(chǎng)在哪里呢？我們來看一組數(shù)據(jù)：
中國是全球最大的半導(dǎo)體產(chǎn)品消費(fèi)國家，相當(dāng)于美國、歐盟及日本市場(chǎng)的總和。
中國購買了世界芯片出口總量的54%。
隨著5G建設(shè)的深入，物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車等產(chǎn)業(yè)落地，中國的需求還將持續(xù)增長。
顯而易見，從市場(chǎng)需求角度來說，中國是世界芯片行業(yè)名副其實(shí)的“半壁江山”。
少了來自中國的巨大訂單需求，美國半導(dǎo)體企業(yè)也難以維持現(xiàn)有產(chǎn)能規(guī)模，需要巨大投入的技術(shù)進(jìn)步也可能會(huì)變成空想。
對(duì)此，資深通信專家、飛象網(wǎng)CEO項(xiàng)立剛給出了這樣的評(píng)價(jià)：
“都是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，美國企業(yè)要看投資回報(bào)。花了幾十億美元做的生產(chǎn)線，現(xiàn)在不讓它給中國企業(yè)代工，最大客戶就沒了，它給誰代工？它干嘛要去投入？”
從這一邏輯推導(dǎo)，美國的制裁實(shí)際上是一種悖論。某種程度而言，制裁中國也等同重創(chuàng)美國在這一行業(yè)的領(lǐng)先地位。
面對(duì)這種無妄之災(zāi)，美國半導(dǎo)體企業(yè)也在尋求破局。很明顯，他們還是希望和中國企業(yè)建立合作關(guān)系。
高通先是在近期與華為達(dá)成專利和解，華為只用支付其18億美元就能繼續(xù)使用高通的專利技術(shù)，遠(yuǎn)低于蘋果的45億美元。高通公司還正在游說美國政府，呼吁取消該公司向華為出售芯片的限制。
高通的理由是，美國針對(duì)華為的禁令會(huì)把價(jià)值80億美元的市場(chǎng)讓給海外競(jìng)爭對(duì)手。
高通的擔(dān)心不無道理。
因?yàn)槊绹膰麓驂海ㄊ款D咨詢的報(bào)告調(diào)研發(fā)現(xiàn)，華為正積極在尋找韓國和歐洲的芯片供應(yīng)商；而OPPO、小米等中國企業(yè)，雖然暫時(shí)沒有進(jìn)入美國的實(shí)體清單，但為了防范潛在風(fēng)險(xiǎn)，也在主動(dòng)使半導(dǎo)體供應(yīng)商多樣化。
報(bào)告預(yù)測(cè)：禁令會(huì)直接威脅美國半導(dǎo)體行業(yè)從中國設(shè)備制造商那里獲得的約490億美元收入，而這將占總收入的22%。
美國人的重拳出擊讓美國自己人為此買單。
此情此景，中國科學(xué)院半導(dǎo)體所研究員姬揚(yáng)評(píng)價(jià)道：
“雖然美國政府希望中國能被孤立，然后讓美國來占領(lǐng)世界市場(chǎng)。但這些政策更大的可能是美國把自己跟世界的聯(lián)系切斷。”
切斷自己技術(shù)進(jìn)步的路徑、給自己的企業(yè)造成傷害，之所以美國要做這種自損1000、傷敵800的事情，背后或許有更深層的焦慮......
瓶頸
美國在焦慮啥？要從尺寸只有頭發(fā)絲萬分之一的晶體管講起。
簡單說來，晶體管是使用半導(dǎo)體材料制造的一種元器件，可以控制電壓。在芯片上的晶體管可以做的非常小。一枚指甲蓋大小的芯片上晶體管數(shù)量可達(dá)數(shù)以十億計(jì)。
▲芯片生產(chǎn)流程簡化圖
1947年12月，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功了世界上第一塊點(diǎn)接觸式晶體管，而1958年，美國德州儀器公司的杰克基爾比發(fā)明了第一塊芯片……隨后，美國在全球芯片產(chǎn)業(yè)一直處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。
而現(xiàn)在，美國遇到了瓶頸。
擋住美國的東西，不是資本，不是人才，而是摩爾定律的失靈。
摩爾定律是由英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾提出，用于總結(jié)芯片行業(yè)的發(fā)展規(guī)律。
這一定律內(nèi)容大概是，集成電路上可容納的晶體管的數(shù)目，約每隔18~24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，而產(chǎn)品價(jià)格卻能保持穩(wěn)定。
翻譯一下，就是通過技術(shù)進(jìn)步，在成本穩(wěn)定的情況下，芯片上的晶體管尺寸可以做得越來越小，單位面積上的晶體管數(shù)量也就越來越多，可處理的信息量更大，芯片的性能也就提高了。
今天可以在一臺(tái)小小的手機(jī)內(nèi)，就基本實(shí)現(xiàn)十年前臺(tái)式電腦才能實(shí)現(xiàn)的功能，而價(jià)格反而更低，這就是摩爾定律帶來的福利。
綜上，正常情況下摩爾定律的三個(gè)要點(diǎn)是：
性能提升
成本基本穩(wěn)定
有明顯規(guī)律性
▲芯片大小變化
但摩爾定律進(jìn)階到今天，三要素都在動(dòng)搖。半導(dǎo)體晶體管尺寸逐漸觸及到物理極限，難以繼續(xù)縮小，這也就意味著芯片上所能容納的晶體管數(shù)量難以繼續(xù)增加。
“摩爾定律過去是每5年增長10倍，每10年增長100倍。而如今，摩爾定律每年只能增長幾個(gè)百分點(diǎn)，每10年可能只有2倍。因此，摩爾定律結(jié)束了。”
英偉達(dá)CEO黃仁勛在2019年的國際消費(fèi)電子展上，如此預(yù)測(cè)了摩爾定律的未來。
不但是黃仁勛，摩根士丹利也在一份報(bào)告中認(rèn)為，傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)放緩，摩爾定律的失靈就是明證。目前領(lǐng)先的海外制造廠的優(yōu)勢(shì)可能會(huì)縮小，因?yàn)榍把亻_發(fā)變得越來越具有挑戰(zhàn)性。
為了衡量芯片的技術(shù)進(jìn)步，行業(yè)內(nèi)用了“制程”這個(gè)概念，隨著芯片上晶體管的尺寸減小，制程也就越小，芯片上能容納的晶體管數(shù)量就越多，也就是說制程越小，芯片的性能就越好。
就拿芯片龍頭英特爾來說，到了14納米制程，研發(fā)就已舉步維艱。英特爾在這一水準(zhǔn)被卡了整整5年。到了10納米制程，英特爾也一延再延。而到了7納米制程，又遲到了3年，今年第一批7納米處理器該上市的時(shí)候，進(jìn)程又被宣告延后6個(gè)月。
摩爾定律失靈會(huì)帶來什么？首先就是成本。
研發(fā)費(fèi)用會(huì)呈現(xiàn)出幾何式的增長。
曾在中芯國際，意法半導(dǎo)體等芯片巨頭任職10多年，現(xiàn)任一家風(fēng)險(xiǎn)投資基金首席投資官的曹韻告訴譚主：
在90納米制程階段，一座芯片廠的建設(shè)和設(shè)備購買成本不過百億人民幣，然而到了7納米，這個(gè)成本增長10倍，逼近千億元人民幣，而臺(tái)積電正在研發(fā)的3納米制程，研發(fā)費(fèi)用加上資本支出至少在萬億人民幣級(jí)別。
這對(duì)美國而言并不是好消息。
一方面，在芯片行業(yè)處于先進(jìn)地位的美國即將進(jìn)入瓶頸，能夠突破現(xiàn)有極限的新材料距離現(xiàn)實(shí)還很遙遠(yuǎn)，后面還有中國、歐盟等后來者。
另一方面，在芯片產(chǎn)業(yè)的下游——5G通信網(wǎng)絡(luò)上，中國企業(yè)握有優(yōu)勢(shì)，中國的華為、中興、OPPO和中國電信科學(xué)技術(shù)研究院，四家企業(yè)一共擁有全球36%的5G標(biāo)準(zhǔn)必要專利，5G關(guān)鍵技術(shù)專利更是位居全球首位。
優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域逐漸進(jìn)入瓶頸期，在劣勢(shì)領(lǐng)域又被拉開差距。
美國也許要失去未來，焦慮可想而知。
追逐
美國的極限打壓，首先讓我們認(rèn)清了現(xiàn)實(shí)。
中國科學(xué)院半導(dǎo)體所研究員姬揚(yáng)發(fā)現(xiàn)，這幾年，政府對(duì)科技半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要性認(rèn)識(shí)明顯更加深刻，而且推出的支持性的政策更加具體，數(shù)量也越來越多，力度也加大了。
雖然起步較晚，目前中國的芯片自給率也較低，高端技術(shù)長期被國外廠商控制，但中國芯片產(chǎn)業(yè)正在專注積蓄力量，為今后的突圍時(shí)刻準(zhǔn)備著。
隨著摩爾定律到達(dá)極限，芯片產(chǎn)業(yè)逐漸進(jìn)入后摩爾時(shí)代，更新?lián)Q代速度開始下降。姬揚(yáng)認(rèn)為，現(xiàn)在是身為追趕者的中國芯片產(chǎn)業(yè)的絕佳時(shí)機(jī)。
“我們實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代的決心更加堅(jiān)定了，不管是政府還是市場(chǎng)，他們都知道目標(biāo)在哪里。”
8月4日，國務(wù)院發(fā)布了《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，制程小于28nm納米，經(jīng)營期在15年以上的公司最高將可享受長達(dá)十年的免稅期。對(duì)于頭部公司的扶持可謂“史詩級(jí)別”。
在政策大力推動(dòng)，并且優(yōu)先扶持尖端技術(shù)公司的方向下，頭部公司突圍成功的概率將大大增加。
不光是中芯國際，中微電子、北方華創(chuàng)、通富微電、華天科技、華大九天等公司，均已經(jīng)在芯片設(shè)計(jì)軟件、晶圓代工與芯片生產(chǎn)、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)出現(xiàn)了可圈可點(diǎn)的地方。
就拿國內(nèi)的半導(dǎo)體封裝測(cè)試行業(yè)舉例，它是芯片制造的最后一環(huán)，用于保護(hù)半導(dǎo)體中的晶圓裸片，連接裸片與外部電路板等零件。該行業(yè)與世界先進(jìn)水準(zhǔn)已經(jīng)相差不遠(yuǎn)。
本土的三大封測(cè)廠商——華天科技、長電科技、通富微電已經(jīng)拿到約30%的市場(chǎng)占有率，封測(cè)成為可能在短期突破實(shí)現(xiàn)完全國產(chǎn)替代的環(huán)節(jié)。
9個(gè)月前，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金二期正式注冊(cè)成立，注冊(cè)資本高達(dá)2041億元，至少撬動(dòng)累計(jì)過萬億的資金助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
越是風(fēng)浪，越生出堅(jiān)韌。
去年四月，習(xí)近平總書記曾在武漢考察時(shí)強(qiáng)調(diào)：
“要加快在芯片技術(shù)上實(shí)現(xiàn)重大突破，勇攀世界半導(dǎo)體存儲(chǔ)科技高峰。'兩個(gè)一百年'奮斗目標(biāo)不是敲鑼打鼓、輕輕松松就能實(shí)現(xiàn)的。機(jī)遇前所未有，挑戰(zhàn)前所未有。”
兩個(gè)“前所未有”，既是對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)科技的督促，也是對(duì)中國科技勇攀世界高峰的殷殷期許。
在這場(chǎng)沒有硝煙的戰(zhàn)爭中，誰會(huì)成為最后的贏家？
星星和燈光都知道。
無數(shù)個(gè)不眠的夜晚，無數(shù)盞徹夜閃爍在張江、科技園、坂田基地、五道口、中關(guān)村、合肥高新區(qū)的燈光。勤勞而勇敢的中國科技工作者們，正在用一種無聲但又震耳欲聾的方式詮釋著問題的答案。
