美國“芯”焦的背后

　　針對華為，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(shuō)白了就是一句話(huà)，切斷這些公司和美國有關(guān)的交易。

　　一開(kāi)始，華為只是不能從美國購買(mǎi)芯片，也不能委托在美國的公司為其設計和制造芯片。

　　隨后一年多的時(shí)間里，制裁不斷升級。

　　現在，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，原來(lái)為華為代工的臺灣積體電路制造股份有限公司，因為上述制裁措施，從9月14日起，將停止為華為供貨。

　　圖窮匕見(jiàn)，美國對華為持續加碼的打壓，要害都是芯片。

　　悖論

　　芯片對于5G至關(guān)重要，5G的通信設備需要大量高性能的芯片。制作芯片的原材料半導體，是一種性能優(yōu)良的導電材料。

　　中科院半導體所研究員姬揚解釋道，我們日常生活中最常見(jiàn)的半導體器件就是芯片，所以業(yè)內經(jīng)常把半導體和芯片兩個(gè)概念等同。

　　由于芯片行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈條較長(cháng)，很難有一家公司能覆蓋從材料研發(fā)到芯片設計再到生產(chǎn)制造的全過(guò)程。

　　華為目前掌握芯片的設計，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(wú)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，對許多芯片公司來(lái)說(shuō)，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商之一，今年業(yè)績(jì)大幅跳水，2020財年二季度，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”的不穩定和對大客戶(hù)的出口限制是主要影響因素。

　　不光是利潤，制裁對美國公司還有更為深遠的影響。

　　譚主和某芯片設計企業(yè)的工程師聊了聊，他長(cháng)期奮戰在芯片采購、設計的第一線(xiàn)，實(shí)踐經(jīng)驗極其豐富。

　　在他看來(lái)，華為這一類(lèi)通信巨頭，對相關(guān)美國企業(yè)的意義絕不僅限于訂單。

　　就拿美國占絕對優(yōu)勢的電子設計自動(dòng)化（EDA）行業(yè)而言，EDA被稱(chēng)為芯片產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，就像電腦需要操作系統一樣，設計芯片離不開(kāi)EDA軟件。美國的芯片設計軟件優(yōu)勢來(lái)源于數據庫，數據越豐富，軟件越好用，而這些數據來(lái)自于制造端的反饋。

　　本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，有訂單需求，工廠(chǎng)才能開(kāi)工，開(kāi)工才有資金和數據反饋，才能推動(dòng)工藝進(jìn)步。訂單—生產(chǎn)的循環(huán)頻繁了，數據反饋就越多，EDA軟件也會(huì )變得更加有競爭力。

　　他以臺積電為例說(shuō)明，臺積電的一些工藝做得好，很大程度上因為臺積電的客戶(hù)全是像華為這樣的大客戶(hù)，訂單大，覆蓋的應用場(chǎng)景廣泛。

　　所以，芯片行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步是特別依賴(lài)市場(chǎng)需求驅動(dòng)的。

　　現在最大的需求市場(chǎng)在哪里呢？我們來(lái)看一組數據：

　　中國是全球最大的半導體產(chǎn)品消費國家，相當于美國、歐盟及日本市場(chǎng)的總和。

　　中國購買(mǎi)了世界芯片出口總量的54%。

　　隨著(zhù)5G建設的深入，物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車(chē)等產(chǎn)業(yè)落地，中國的需求還將持續增長(cháng)。

　　顯而易見(jiàn)，從市場(chǎng)需求角度來(lái)說(shuō)，中國是世界芯片行業(yè)名副其實(shí)的“半壁江山”。

　　少了來(lái)自中國的巨大訂單需求，美國半導體企業(yè)也難以維持現有產(chǎn)能規模，需要巨大投入的技術(shù)進(jìn)步也可能會(huì )變成空想。

　　對此，資深通信專(zhuān)家、飛象網(wǎng)CEO項立剛給出了這樣的評價(jià)：

　　“都是市場(chǎng)經(jīng)濟，美國企業(yè)要看投資回報�；�了幾十億美元做的生產(chǎn)線(xiàn)，現在不讓它給中國企業(yè)代工，最大客戶(hù)就沒(méi)了，它給誰(shuí)代工？它干嘛要去投入？”

　　從這一邏輯推導，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。

　　面對這種無(wú)妄之災，美國半導體企業(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成專(zhuān)利和解，華為只用支付其18億美元就能繼續使用高通的專(zhuān)利技術(shù)，遠低于蘋(píng)果的45億美元。高通公司還正在游說(shuō)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，美國針對華為的禁令會(huì )把價(jià)值80億美元的市場(chǎng)讓給海外競爭對手。

　　高通的擔心不無(wú)道理。

　　因為美國政府的圍堵打壓，波士頓咨詢(xún)的報告調研發(fā)現，華為正積極在尋找韓國和歐洲的芯片供應商；而OPPO、小米等中國企業(yè)，雖然暫時(shí)沒(méi)有進(jìn)入美國的實(shí)體清單，但為了防范潛在風(fēng)險，也在主動(dòng)使半導體供應商多樣化。

　　報告預測：禁令會(huì )直接威脅美國半導體行業(yè)從中國設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(mǎi)單。

　　此情此景，中國科學(xué)院半導體所研究員姬揚評價(jià)道：

　　“雖然美國政府希望中國能被孤立，然后讓美國來(lái)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(wàn)分之一的晶體管講起。

　　簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，晶體管是使用半導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量可達數以十億計。

　　▲芯片生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化圖

　　1947年12月，美國貝爾實(shí)驗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)一直處于絕對領(lǐng)先地位。

　　而現在，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，用于總結芯片行業(yè)的發(fā)展規律。

　　這一定律內容大概是，集成電路上可容納的晶體管的數目，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)格卻能保持穩定。

　　翻譯一下，就是通過(guò)技術(shù)進(jìn)步，在成本穩定的情況下，芯片上的晶體管尺寸可以做得越來(lái)越小，單位面積上的晶體管數量也就越來(lái)越多，可處理的信息量更大，芯片的性能也就提高了。

　　今天可以在一臺小小的手機內，就基本實(shí)現十年前臺式電腦才能實(shí)現的功能，而價(jià)格反而更低，這就是摩爾定律帶來(lái)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

　　成本基本穩定

　　有明顯規律性

　　▲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。半導體晶體管尺寸逐漸觸及到物理極限，難以繼續縮小，這也就意味著(zhù)芯片上所能容納的晶體管數量難以繼續增加。

　　“摩爾定律過(guò)去是每5年增長(cháng)10倍，每10年增長(cháng)100倍。而如今，摩爾定律每年只能增長(cháng)幾個(gè)百分點(diǎn)，每10年可能只有2倍。因此，摩爾定律結束了�！�

　　英偉達CEO黃仁勛在2019年的國際消費電子展上，如此預測了摩爾定律的未來(lái)。

　　不但是黃仁勛，摩根士丹利也在一份報告中認為，傳統半導體制造業(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(chǎng)的優(yōu)勢可能會(huì )縮小，因為前沿開(kāi)發(fā)變得越來(lái)越具有挑戰性。

　　為了衡量芯片的技術(shù)進(jìn)步，行業(yè)內用了“制程”這個(gè)概念，隨著(zhù)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量就越多，也就是說(shuō)制程越小，芯片的性能就越好。

　　就拿芯片龍頭英特爾來(lái)說(shuō)，到了14納米制程，研發(fā)就已舉步維艱。英特爾在這一水準被卡了整整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(lái)什么？首先就是成本。

　　研發(fā)費用會(huì )呈現出幾何式的增長(cháng)。

　　曾在中芯國際，意法半導體等芯片巨頭任職10多年，現任一家風(fēng)險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(chǎng)的建設和設備購買(mǎi)成本不過(guò)百億人民幣，然而到了7納米，這個(gè)成本增長(cháng)10倍，逼近千億元人民幣，而臺積電正在研發(fā)的3納米制程，研發(fā)費用加上資本支出至少在萬(wàn)億人民幣級別。

　　這對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，能夠突破現有極限的新材料距離現實(shí)還很遙遠，后面還有中國、歐盟等后來(lái)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，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標準必要專(zhuān)利，5G關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利更是位居全球首位。

　　優(yōu)勢領(lǐng)域逐漸進(jìn)入瓶頸期，在劣勢領(lǐng)域又被拉開(kāi)差距。

　　美國也許要失去未來(lái)，焦慮可想而知。

　　追逐

　　美國的極限打壓，首先讓我們認清了現實(shí)。

　　中國科學(xué)院半導體所研究員姬揚發(fā)現，這幾年，政府對科技半導體產(chǎn)業(yè)的重要性認識明顯更加深刻，而且推出的支持性的政策更加具體，數量也越來(lái)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(cháng)期被國外廠(chǎng)商控制，但中國芯片產(chǎn)業(yè)正在專(zhuān)注積蓄力量，為今后的突圍時(shí)刻準備著(zhù)。

　　隨著(zhù)摩爾定律到達極限，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(kāi)始下降。姬揚認為，現在是身為追趕者的中國芯片產(chǎn)業(yè)的絕佳時(shí)機。

　　“我們實(shí)現國產(chǎn)替代的決心更加堅定了，不管是政府還是市場(chǎng)，他們都知道目標在哪里�！�

　　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(yíng)期在15年以上的公司最高將可享受長(cháng)達十年的免稅期。對于頭部公司的扶持可謂“史詩(shī)級別”。

　　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)在芯片設計軟件、晶圓代工與芯片生產(chǎn)、封裝測試等環(huán)節出現了可圈可點(diǎn)的地方。

　　就拿國內的半導體封裝測試行業(yè)舉例，它是芯片制造的最后一環(huán)，用于保護半導體中的晶圓裸片，連接裸片與外部電路板等零件。該行業(yè)與世界先進(jìn)水準已經(jīng)相差不遠。

　　本土的三大封測廠(chǎng)商——華天科技、長(cháng)電科技、通富微電已經(jīng)拿到約30%的市場(chǎng)占有率，封測成為可能在短期突破實(shí)現完全國產(chǎn)替代的環(huán)節。

　　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成立，注冊資本高達2041億元，至少撬動(dòng)累計過(guò)萬(wàn)億的資金助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　越是風(fēng)浪，越生出堅韌。

　　去年四月，習近平總書(shū)記曾在武漢考察時(shí)強調：

　　“要加快在芯片技術(shù)上實(shí)現重大突破，勇攀世界半導體存儲科技高峰。'兩個(gè)一百年'奮斗目標不是敲鑼打鼓、輕輕松松就能實(shí)現的。機遇前所未有，挑戰前所未有�！�

　　兩個(gè)“前所未有”，既是對芯片產(chǎn)業(yè)、半導體存儲科技的督促，也是對中國科技勇攀世界高峰的殷殷期許。

　　在這場(chǎng)沒(méi)有硝煙的戰爭中，誰(shuí)會(huì )成為最后的贏(yíng)家？

　　星星和燈光都知道。

　　無(wú)數個(gè)不眠的夜晚，無(wú)數盞徹夜閃爍在張江、科技園、坂田基地、五道口、中關(guān)村、合肥高新區的燈光。勤勞而勇敢的中國科技工作者們，正在用一種無(wú)聲但又震耳欲聾的方式詮釋著(zhù)問(wèn)題的答案。