中美科技战旋涡之中的华为芯片战争

作者:宗恩
发自 SiFou Office
责编:徐九、芒果果

前情提要:

美国商务部当地时间 5 月 15 日发布声明称,将全面限制华为购买采用美国软件和技术生产的半导体,包括那些处于美国以外,但被列为美国商务管制清单中的生产设备。芯片代工厂要为华为和海思生产代工前,都需要获得美国政府的许可证。

但美国商务部考虑到该措施可能会对晶圆代工厂带来巨大的经济影响,因此设定了 120 天的缓冲期,以降低该规定变更可能带来的冲击。

就在美国宣布对华为封锁措施的当天,台积电也正式宣布将在美国的承诺支持之下,在未来的 9 年内斥资 120 亿美元,在美国本土兴建一个 5 nm 晶圆厂。

同样在这一天的晚间,国内半导体龙头中芯国际在港交所披露公告称,国家大基金二期与上海集成电路基金二期同意分别向附属公司中芯南方注资 15 亿美元、7.5 亿美元,汇率换算后,中芯国际将获得大基金近 160 亿注资。

此举被视为我国应对美国芯片管制策略的一项大举措。

之后有关台积电和华为新订单的事情在媒体层面经历了三度反转。

先是中国台湾《经济日报》消息称,华为已对台积电紧急追加 7 亿美元大单。

随后,国内媒体转发日本经济新闻援引多个消息来源称,台积电已经停止接收来自华为的新订单,以响应美国针对华为公司的出口管制新规。

再一小时后,路透社发布采访台积电新闻发言人的最新报道,台积电方面表示,「关于客户订单的消息将不会公开,将遵守美国相关法律法规,停止接受华为订单的相关报道『纯属市场传言』。」

紧接着财联社报道,台积电回应称其不会披露订单细节,并指出,日经报道「纯属市场传言」。


为什么选择「制裁」华为

===================

美国此次制裁为何单独点名华为?又为何着重强调封锁采用美国软件和技术生产的半导体?美国司法部长威廉·巴尔前段时间的一次演讲中可以找到这个两个问题的答案。

财经会议资讯 2 月 6 日报道,美国司法部长威廉·巴尔应华盛顿智库「战略与国际研究中心」邀请,参加了「中国行动计划会议」,并做了主题演讲。

美国司法部长威廉·巴尔

巴尔在演讲中解释了美国为什么必须“绞杀“华为,他说的打击华为的根源,和对伊贸易完全无关,甚至说是因为网络安全都不完全对,他说:

1、毫无疑问,中国的技术攻势对美国构成了前所未有的挑战,使我们国家的风险空前高涨。自 19 世纪以来,美国在创新和技术方面一直处于世界领先地位。正是美国的科技实力使我们繁荣和安全。我们的生活水平、我们为年轻人和子孙后代扩大的经济机会以及我们的国家安全都取决于我们持续的技术领导地位。

2、5G 技术处于正在形成的未来技术和工业世界的中心。本质上,通信网络不再仅仅用于通信。它们正在演变成下一代互联网、工业互联网,以及依赖于这一基础设施的下一代工业系统的中枢神经系统。

3、据估计,到 2025 年,以 5G 为动力的工业互联网可能创造 23 万亿美元的新经济机会。如果中国继续在 5G 领域独占鳌头,他们将能够主导一系列依赖 5G 平台并与之交织的新兴技术带来的机遇。

4、中国领先会让美国失去制裁的权力!从国家安全的角度来看,如果工业互联网依赖于中国的技术,中国将有能力切断各国与其消费者和工业所依赖的技术和设备之间的联系。与我们将屈服于中国主导权这个前所未有的杠杆影响相比,美国今天使用的经济制裁力量将显得苍白无力。

5、随着5G领域的深入发展,我们将看到的不仅仅是智能家居、智能恒温器,还有智能农场、智能工厂、智能重型建筑项目、智能交通系统等,以及一系列新兴技术。除了人工智能,我们还将与5G和工业互联网交织在一起并依赖它们,例如机器人技术、物联网、自动驾驶车辆、3D打印、纳米技术、生物技术、材料科学、储能和量子计算。

6、中国已经抢滩登陆,现在 5G 领域处于领先地位。5G 是一项基础设施业务。它依赖于无线接入网、无线局域网和各种设备。华为现在是除北美以外所有大陆的领先供应商。美国没有设备供应商。中国的主要竞争对手是芬兰的诺基亚公司,市场份额 17%,以及瑞典公司爱立信公司,占 14%。

7、5G 依赖于一系列技术,包括半导体、光纤、稀土和材料。中国已经开始将所有这些元素国产化,所以现在它将不再依赖外国供应商。

8、未来 5 年内,5G 全球版图和应用主导地位格局将成。问题是,在这个时间窗内,美国和我们的盟国是否能够与华为展开足够的竞争,以保持和占领足够的市场份额,从而维持足够长期和强劲的竞争地位,避免将主导权拱手让给中国。时间窗很短,我们和我们的盟友必须迅速采取行动。

以上八点犹如八支利剑,箭头直指华为。《华盛顿邮报》的评论更加一针见血:「特朗普面临的最棘手问题,就是如何阻止中国的华为和中兴主导全球数字基础设施。」


制裁针对芯片

==============

目前我国是全球芯片消费量最大的国家之一,2018 年中国进口芯片 3120 亿美元,而全球芯片市场规模约为 4688 亿美元,中国进口额度占了全球 66.6% 的市场,粗略加上中国自己生产的芯片,相当于中国消费了全球 70% 以上的芯片。

需求大产量小是当下的现状,清华大学微纳电子学系主任、微电子所所长魏少军表示:「2018年中国生产的芯片从全球市场来看,大约只占 7.9%,即约莫只有 370 亿美元左右的产值。」

近日华为海思入选为全球前十大半导体企业,其推出的芯片除了手机芯片之外,还包括电源管理芯片、网通处理器等众多芯片。但华为只是半导体芯片行业中的 Fabless ,芯片制造能力缺失无疑成为了华为的阿克琉斯之踵。

在半导体芯片行业,企业的模式主要分三种:

1、有的公司,从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包,被称为IDM (Integrated Design and Manufacture)公司,例如英特尔 Intel。

2、有的公司,只做设计这块,是没有fab(工厂)的,通常就叫做Fabless(无工厂),例如ARM、AMD、高通、华为海思等。

3、而还有的公司,只做代工,只有fab,不做设计,称为Foundry(代工厂),例如台积电等。

像华为的麒麟 990、麒麟 820 和麒麟 985 等芯片都是由台积电采用  7nm 及更先进工艺生产,而麒麟 710F 等中低端芯片以及电源管理芯片等其他芯片却是采用技术较为落后的制造工艺,这些芯片都可以由中芯国际生产。

芯片制造厂商中芯国际生产的大多都是一些中低端芯片,去年实现了14nm 芯片的量产,但对于这个数字以上的芯片却无能为力。

当下华为面对的不仅是芯片代工厂的合作受阻,设计芯片的高端软件无法使用的问题也难以越过,条文中「全面限制华为购买采用美国软件和技术生产的半导体」明确表示要扼杀华为继续使用美国生产的高端芯片设计软件。

而目前 IC 设计的 EDA 工具仍基本由 Cadence、Synopsys、Mentor 三家美国公司垄断,短期难以完全替代。

如果台积电代工环节受到限制,华为高端芯片的生产很快会陷入停滞。短期来看,华为可能会加大与三星的合作,争取让三星成为台积电的替代。因为世界上目前仅有三家公司有能力承担这项工作,除去台积电和美国公司因特尔,三星所在国韩国目前还没有公布针对华为「芯片管制」禁令。

韩国也可能凭借其在存储器、显示器、成像和移动处理器等关键器件中的强大供应能力和扩产能力取代美国,从而成为全球半导体的领导者。

这里简单介绍下华为芯片的历程:

1991年,华为成立了自己的 ASIC 设计中心,专门负责设计ASIC。

2004年,华为在ASIC设计中心的基础上,成立了海思半导体有限公司。

2009年,华为海思推出了第一款面向公开市场的手机终端处理器 K3 。因为产品还不成熟,所以并没有获得成功。

在2012年,华为海思推出 K3V2 处理器,这颗处理器选择了台积电 40nm 工艺制程,整体功耗高,兼容性差。

2013年底,华为海思推出了麒麟 910。这是他们的第一款SoC。麒麟 990、麒麟 820 和麒麟 985等芯片的推出不断刷新的外界对华为芯片能力的印象。

2020 年 5 月 7 日,并首次进入全球半导体 TOP 10 榜单。

“……(芯片)暂时没有用,也还是要继续做下去。一旦公司出现战略性的漏洞,我们不是几百亿美金的损失,而是几千亿美金的损失。我们公司积累了这么多的财富,这些财富可能就是因为那一个点,让别人卡住,最后死掉。……这是公司的战略旗帜,不能动掉的。”


难道除了台积电就没有别的公司可以为华为代工?

有能力代工就必须拥有 7nm 及以上制造能力的光刻机,也就是极紫外线(EUV)光刻机,而这样的光刻机全世界就只有荷兰的 ASML 一家公司有能力制造。

ASML EUV 光刻机

ASML 制造的光刻机都卖给了谁?据 ASML 发布的 2019 年财报显示,2019 年 ASML 共卖出了 26 台极紫外线(EUV)光刻机,有一半的光刻机卖给了台积电,剩余的一半卖给了美国的英特尔和韩国的三星。

2020 年一季度 ASML 公司获得了 73 台光刻机订单,在这 73 台光刻机订单中,大部分也是卖给了台积电,其次是三星和英特尔。

之所以 ASML 生产的 EUV 光刻机都被这三家企业「垄断」,是因为这三家企业既是 ASML 的客户,也是 ASML 的股东。ASML 虽然是一家荷兰公司,但是背后却有欧美、韩国财团的资本存在,ASML 通过与大客户利益捆绑,间接的垄断了整个高端光刻机市场。

我们是否有可能购买到 ASML 的 EUV 光刻机?


我们把视角转移到向ASML购买光刻机的思路上。

2018 年时中芯国际曾花 1.2 亿美元从荷兰 ASML 订购了一台 EUV 光刻机,按照合同 ASML 应该在 2019 年底向中芯国际交货的,但是因为受到阻挠,直到现在为止,ASML仍然没有完成交货。

外界猜测发货延迟可能是因为美国方面使用《瓦森纳协定》向荷兰施压,拒绝向  ASML 发放新的出口许可证。

捷克曾拟向中国出口「无源雷达设备」时,美国直接出面干涉向捷克施加压力,成功迫使捷克停止这项交易。

《瓦森纳协定》又称瓦森纳安排机制,全称为《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳协定》 目前共有包括美国、日本、英国、俄罗斯、荷兰等42个成员国。尽管「瓦森纳安排」规定成员国自行决定是否发放敏感产品和技术的出口许可证,并在自愿基础上向“安排”其他成员国通报有关信息。但“安排”实上完全受美国控制。而中国(大陆)就在「被禁运」国家之列。

不过在 5 月 14 日荷兰 ASML 公司与江苏无锡签约,扩大光刻机在无锡的服务基地。从而为 ASML 在中国售出的光刻机进行技术服务。

此举似乎暗示 EUV 光刻机将可能在近段时间交货中芯国际。


中国是否可以自己制造光刻机?

在 EUV 光刻机之前芯片制造商一直都是使用 DUV 光刻机,它的波长是 193nm,光源是ArF(氟化氩)准分子激光器,但是到了 7nm 这个节点已经是 DUV 光刻的极限。

在上世纪 90 年代后半期,大家都在寻找取代 193nm 光刻光源的技术希望可以向 7nm 迈进,提出了包括 157nm 光源、电子束投射、离子投射、X 射线和 EUV,接下来就是艰苦的探索与实验。

当初由 Intel 和美国能源部牵头,集合了摩托罗拉、AMD 等公司还有美国的三大国家实验室组成 EUV LLC,ASML 也被邀请进入成为 EUV LLC 的一份子。在 1997 到 2003 年间,EUV LLC的几百位科学家发表了大量论文,证明了 EUV 光刻机的可行性,然后 EUV LLC 解散。

全球首台 EUV 光刻机原型

接下来 ASML 在 2006 年推出了 EUV 光刻机的原型,2007 年建造了 10000 平方米的无尘工作室,在 2010 年造出了第一台研发用样机 NXE3100,到了 2015 年终于造出了可量产的样机,而在这研发过程中,其中 Intel、三星、台积电这三家公司进行了鼎力支持。

ASML 的 EUV 光刻机集成了全球数百家公司的技术,拥有超过 8000 多个零部件,其中大部分零件非常复杂。80% 部件来自于欧美各个国家,这些发达国家互通有无,将最先进的技术及材料卖给荷兰,才能促成 EUV 光刻机的诞生。

用上海微电子董事长贺荣明的话来形容 EUV 光刻机工作的难度:「相当于两架大飞机从起飞到降落,始终齐头并进,一架飞机上伸出一把刀,在另一架飞机的米粒上刻字,不能刻坏了。」

说到上海微电子它是当之无愧的国内光刻机生产商龙头,但它目前技术节点仅为 90 nm,且多以激光成像技术为主,2021 年计划交付的首台国产光刻机还仅是 28 nm,这与荷兰 ASML 还有着相当大的差距,粗略估计技术相差在二十年以上。


面对打压,华为如何应对

这次禁令有 120 天的缓冲期。华为当下最紧迫的是要利用好这珍贵的 120 天,做好囤货和替代计划,特别是那些关键产品,比如高端旗舰手机和 5G 基站要用的芯片。

对于一些能被国产替代的部件,华为则可以调整策略,加大对国产芯片的使用比例。信达证券电子行业首席分析师方竞在一次分享称:「比如很多电源芯片、手机处理器的 PMU,本来是海思自己做,接下来会加大圣邦这类企业的占比。」

一家国内半导体企业董事长在接受 AI 财经社采访时表示:「120 天时间华为可以思考很多问题。有一条路是,华为不做海思,和小米一样买高通的芯片做手机。另一条路是将海思分拆出来,分成不同部分卖掉。不过华为大概率不会这么做,它有现金流,就硬抗一段时间。120 天还是有很多变数。」

针对是否要割舍海思求生,业内有很多种声音。华为战略顾问在一个行业电话会议中表示,现在谈拆分海思太遥远了。方竞则认为,虽然整个海思剥离的可能性非常小,但观察华为,近期持续有华为子公司的法人变动,说明华为也想做内部的调整。「最悲观的情况下,就是华为海思变为 IP 公司,保留核心的 IP 授权业务,而研发人员就化整为零,去支持其他国产芯片公司。」

潘多拉魔盒开启


半导体是全球化最彻底的产业,「牵一发而动全身」。如果这一管制措施真的实施了,势必将引发全球的混乱。而美国也难独善其身。

来自波士顿咨询的研究称:

未来三到五年内,如果美国继续现行的对华贸易政策,美国半导体公司可能会损失 8% 的全球份额和 16%  的收入。如果美国完全禁止半导体公司向中国客户销售,美国公司可能会损失 18% 的全球份额和 37% 的收入。

在两个月前的 3 月 31 日,华为公司轮值董事长徐直军公开表示:「潘多拉盒子一旦打开,对全球化的产业生态可能是毁灭性的连锁破坏,毁掉的可能将不止华为一家企业。我期望这条信息是假的,否则后患无穷。全球产业链任何一个玩家都很难独善其身。」

距离禁令正式实施还有 100 多天,如果这一管制措施真的实施了,势必将引发全球的混乱。

第一、芯片作为全球化最彻底的产业,能生产出它需要聚集几十个国家及地区的共同努力。限制任何使用美国技术的芯片产品向华为销售,意味着剥夺了价值链上众多参与者从华为获取回报的权利,必然引发众怒;

第二、如果一个国家以政治力量来扼杀另一个国家的一个企业,显然也给了该企业所在国政府以反制的理由。

第三、全球化已经让各方的利益交织在一起,争斗两国两败俱伤的同时会产生不可控的连锁反应。

华为郭平公开表示,虽然美国持续封杀华为,但华为不会走向封闭和孤立主义,会坚持全球化、多元化的战略。他还呼吁产业界共同努力,维护市场公平性, 确保全球统一的标准体系和分工协作的全球供应链体系。

「站在今天看明天,ICT 产业未来依然充满希望。」郭平说。他在演讲最后以一张在华为内部几乎成为精神图腾的二战飞机图片作为结束,这架飞机弹孔累累,却依然坚持飞行。配图的文字是:「回头看,崎岖坎坷;向前看,永不言弃。」

《波士顿咨询:限制对华贸易如何终结美国半导体业的领导地位报告》

AI财经社《华为海思保卫战》

芯智讯《美国出手阻挠,中芯国际的EUV光刻机黄了?》

《中国大使敬告荷兰不要限制EUV光刻机供应》

阅读 4.2k

推荐阅读

第一时间为开发者提供行业相关的实时热点资讯

20613 人关注
1884 篇文章
专栏主页