美國“芯”焦的背后

　　針對華為，美國再次出手，華為在全球21個國家的38家子公司被列入實體清單，至此，包括華為在內總共有150多家關聯(lián)公司被列入實體清單。

　　列入這個清單有什么后果？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計和制造芯片。

　　隨后一年多的時間里，制裁不斷升級。

　　現(xiàn)在，任何公司，不管在不在美國，只要用了美國技術，都不能為華為及在名單上的關聯(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，美國對華為持續(xù)加碼的打壓，要害都是芯片。

　　悖論

　　芯片對于5G至關重要，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的半導體器件就是芯片，所以業(yè)內經常把半導體和芯片兩個概念等同。

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

　　華為目前掌握芯片的設計，但是生產由其他公司代工，這也正是美國打擊制裁的關鍵點。

　　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商之一，今年業(yè)績大幅跳水，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(wěn)定和對大客戶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，他長期奮戰(zhàn)在芯片采購、設計的第一線，實踐經驗極其豐富。

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

　　就拿美國占絕對優(yōu)勢的電子設計自動化（EDA）行業(yè)而言，EDA被稱為芯片產業(yè)皇冠上的明珠，就像電腦需要操作系統(tǒng)一樣，設計芯片離不開EDA軟件。美國的芯片設計軟件優(yōu)勢來源于數(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，才能推動工藝進步。訂單—生產的循環(huán)頻繁了，數(shù)據(jù)反饋就越多，EDA軟件也會變得更加有競爭力。

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

　　所以，芯片行業(yè)技術的進步是特別依賴市場需求驅動的。

　　現(xiàn)在最大的需求市場在哪里呢？我們來看一組數(shù)據(jù)：

　　中國是全球最大的半導體產品消費國家，相當于美國、歐盟及日本市場的總和。

　　中國購買了世界芯片出口總量的54%。

　　隨著5G建設的深入，物聯(lián)網、智能汽車等產業(yè)落地，中國的需求還將持續(xù)增長。

　　顯而易見，從市場需求角度來說，中國是世界芯片行業(yè)名副其實的“半壁江山”。

　　少了來自中國的巨大訂單需求，美國半導體企業(yè)也難以維持現(xiàn)有產能規(guī)模，需要巨大投入的技術進步也可能會變成空想。

　　對此，資深通信專家、飛象網CEO項立剛給出了這樣的評價：

　　“都是市場經濟，美國企業(yè)要看投資回報�；�了幾十億美元做的生產線，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，美國的制裁實際上是一種悖論。某種程度而言，制裁中國也等同重創(chuàng)美國在這一行業(yè)的領先地位。

　　面對這種無妄之災，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)建立合作關系。

　　高通先是在近期與華為達成專利和解，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，遠低于蘋果的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，美國針對華為的禁令會把價值80億美元的市場讓給海外競爭對手。

　　高通的擔心不無道理。

　　因為美國政府的圍堵打壓，波士頓咨詢的報告調研發(fā)現(xiàn)，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)，雖然暫時沒有進入美國的實體清單，但為了防范潛在風險，也在主動使半導體供應商多樣化。

　　報告預測：禁令會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單。

　　此情此景，中國科學院半導體所研究員姬揚評價道：

　　“雖然美國政府希望中國能被孤立，然后讓美國來占領世界市場。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。”

　　切斷自己技術進步的路徑、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)量可達數(shù)以十億計。

　　▲芯片生產流程簡化圖

　　1947年12月，美國貝爾實驗室研制成功了世界上第一塊點接觸式晶體管，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，美國在全球芯片產業(yè)一直處于絕對領先地位。

　　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，用于總結芯片行業(yè)的發(fā)展規(guī)律。

　　這一定律內容大概是，集成電路上可容納的晶體管的數(shù)目，約每隔18~24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，而產品價格卻能保持穩(wěn)定。

　　翻譯一下，就是通過技術進步，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。

　　今天可以在一臺小小的手機內，就基本實現(xiàn)十年前臺式電腦才能實現(xiàn)的功能，而價格反而更低，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要點是：

　　性能提升

　　成本基本穩(wěn)定

　　有明顯規(guī)律性

　　▲芯片大小變化

　　但摩爾定律進階到今天，三要素都在動搖。半導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百分點，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。

　　不但是黃仁勛，摩根士丹利也在一份報告中認為，傳統(tǒng)半導體制造業(yè)的發(fā)展已經放緩，摩爾定律的失靈就是明證。目前領先的海外制造廠的優(yōu)勢可能會縮小，因為前沿開發(fā)變得越來越具有挑戰(zhàn)性。

　　為了衡量芯片的技術進步，行業(yè)內用了“制程”這個概念，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候，進程又被宣告延后6個月。

　　摩爾定律失靈會帶來什么？首先就是成本。

　　研發(fā)費用會呈現(xiàn)出幾何式的增長。

　　曾在中芯國際，意法半導體等芯片巨頭任職10多年，現(xiàn)任一家風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，一座芯片廠的建設和設備購買成本不過百億人民幣，然而到了7納米，這個成本增長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)處于先進地位的美國即將進入瓶頸，能夠突破現(xiàn)有極限的新材料距離現(xiàn)實還很遙遠，后面還有中國、歐盟等后來者。

　　另一方面，在芯片產業(yè)的下游——5G通信網絡上，中國企業(yè)握有優(yōu)勢，中國的華為、中興、OPPO和中國電信科學技術研究院，四家企業(yè)一共擁有全球36%的5G標準必要專利，5G關鍵技術專利更是位居全球首位。

　　優(yōu)勢領域逐漸進入瓶頸期，在劣勢領域又被拉開差距。

　　美國也許要失去未來，焦慮可想而知。

　　追逐

　　美國的極限打壓，首先讓我們認清了現(xiàn)實。

　　中國科學院半導體所研究員姬揚發(fā)現(xiàn)，這幾年，政府對科技半導體產業(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(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，高端技術長期被國外廠商控制，但中國芯片產業(yè)正在專注積蓄力量，為今后的突圍時刻準備著。

　　隨著摩爾定律到達極限，芯片產業(yè)逐漸進入后摩爾時代，更新?lián)Q代速度開始下降。姬揚認為，現(xiàn)在是身為追趕者的中國芯片產業(yè)的絕佳時機。

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

　　8月4日，國務院發(fā)布了《新時期促進集成電路產業(yè)和軟件產業(yè)高質量發(fā)展的若干政策》，制程小于28nm納米，經營期在15年以上的公司最高將可享受長達十年的免稅期。對于頭部公司的扶持可謂“史詩級別”。

　　在政策大力推動，并且優(yōu)先扶持尖端技術公司的方向下，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，均已經在芯片設計軟件、晶圓代工與芯片生產、封裝測試等環(huán)節(jié)出現(xiàn)了可圈可點的地方。

　　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)與世界先進水準已經相差不遠。

　　本土的三大封測廠商——華天科技、長電科技、通富微電已經拿到約30%的市場占有率，封測成為可能在短期突破實現(xiàn)完全國產替代的環(huán)節(jié)。

　　9個月前，國家集成電路產業(yè)投資基金二期正式注冊成立，注冊資本高達2041億元，至少撬動累計過萬億的資金助力產業(yè)發(fā)展。

　　越是風浪，越生出堅韌。

　　去年四月，習近平總書記曾在武漢考察時強調：

　　“要加快在芯片技術上實現(xiàn)重大突破，勇攀世界半導體存儲科技高峰。'兩個一百年'奮斗目標不是敲鑼打鼓、輕輕松松就能實現(xiàn)的。機遇前所未有，挑戰(zhàn)前所未有�！�

　　兩個“前所未有”，既是對芯片產業(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。

　　在這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭中，誰會成為最后的贏家？

　　星星和燈光都知道。

　　無數(shù)個不眠的夜晚，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。