2018年以来,中美两国的“贸易冲突”愈演愈烈。美国特朗普政府先后针对中国实施了数次制裁,其形式从提高关税到限制技术出口各种各样。而在这轮举世瞩目的“贸易冲突”中,受到公众最多关注的领域莫过于半导体产业。
2020年5月15日,美国商务部发布禁令,要求任何企业将含有美国技术的半导体产品销售给华为之前,都必须获取美国政府的出口许可。考虑到相关企业手中仍持有即将发往华为的货物或未完成的华为订单,该禁令在实施前有120天的缓冲期。2020年9月14日为缓冲期的最后一天,9月15日起,该禁令正式执行。
从根本上来说,美国政府使用如此严酷禁令的底气在于美国在电子科技领域的绝对优势。从电子管到晶体管,从电话到计算机再到互联网,现代电子科技产业发展历程中的许多重要发明背后,都有美国政府、美国企业或美国科研院校的身影。
受历史原因限制,中国电子科技产业直到新中国成立后才开始起步。因此,中国电子科技产业的发展时间较短且时刻面临严峻的外部环境。《瓦森纳协定》及其他禁令的存在,导致中国无法像日韩那样自由进口先进半导体设备和技术,中国半导体产业的发展始终受到巨大限制。
中国半导体产业:成熟制程自给自足,先进制程依赖进口
总的来说,中国的消费电子技术之所以难以在世界市场上取得优势地位,根本原因在于半导体技术受到制裁,相较于世界先进水平仍然较为落后。当今时代,芯片的运用早已普及,很多传统印象中和电子科技无关的事物也早已得到了芯片的助力——智能马桶、智能油烟机等市面上流行的智能家居设备便是明证。
然而,不同芯片的功能和设计、制造难度也是不同的。公交卡、电磁炉、智能马桶上的芯片功能简单,其设计制造也并不困难。对于这类低端的芯片,中国早就已经具备大规模批量生产的能力,乃至已经大规模对外出口了。而大众媒体中常谈到的被“卡脖子”的芯片,则被视为是“芯片中的爱马仕”——微处理器芯片。
从产业链的角度来看,整个芯片行业大致可以分为设计、制造、封装、测试四个环节。
在行业内,有不少企业扮演的是类似于土木工程行业中的“设计院”角色。此类企业只负责芯片的设计工作,不从事制造和测试,被称为fabless(无厂模式)。华为旗下的海思半导体、美国的高通都归为此类。
负责制造芯片的企业,被称为foundry(代工)。此类企业类似于“施工队”,即根据已经确定的设计方案进行芯片制造工作。其中的典型代表就是台积电、中芯国际、格罗方德。
另外,还有一些企业扮演的是“工程监理”的角色,即对已经制造出来的芯片进行封装和测试,确保这些产品能够合格交付最终客户。
在“设计、制造、封装、测试”四个环节中,制造是中国最为薄弱的环节。之所以会在半导体产业上被“卡脖子”,主要是因为在制造环节上受制于人。实际上,高端芯片已经成为中国对外依存度极高的一种产品——2019年,中国从海外进口了总计价值1.5万亿元的原油,而就在同一年,中国从国外进口的芯片的价值则高达2万亿元。众所周知,我国对进口石油的依赖程度已经算是比较高的了,而高端芯片的对外依赖程度,甚于原油。
为什么会这样呢?因为制造高端芯片,其难度丝毫不亚于制造航空发动机或是空间站。从国家数量上来看,全世界共有7个国家有能力制造原子弹,有6个国家能独立发射洲际弹道导弹,但只有4个国家和地区掌握了高端处理器芯片的制造技术。至于制造高端芯片所需要的“EUV光刻机”,则全世界只有荷兰的ASML公司掌握它的生产技术,而且还是在全球数十个国家共同协作之下完成的。
芯片中的晶体管数量是决定芯片处理能力的核心指标,为了让芯片具有更强大的计算能力,芯片上需要堆积更多的晶体管。这里,我们就必须提到著名的“摩尔定律”。摩尔定律并不是一个可以用严谨的数学方程式证明的定理,而是美国半导体工程师戈登·摩尔(Gordon Moore)对半导体产业技术演进趋势的“感性总结”——在半导体器件价格基本不变的情况下,集成电路之中所容纳的晶体管数目每隔18~24个月就会翻倍,其性能也将随之翻倍增强。
20世纪70年代,世界上第一块商用微处理器芯片“4004处理器”问世。它虽只有一枚硬币的大小,内部却装有2250个晶体管;而2019年华为海思发布的“麒麟芯片”内部则装有将近69亿个晶体管。假如我们用4004处理器的工艺来安装这69亿个晶体管,那么最后得到的是一块面积达600多平方米的芯片,比一个篮球场还大。
根据摩尔定律,芯片上晶体管的数量总是会翻倍增加,而芯片本身的大小却又相对稳定不变。因此,晶体管只能越来越小,彼此之间的排布也越来越紧密。于是,人们便提出了“制程”这一指标。
图2-5-1 晶体管结构
所谓制程,指的是晶体管(见图2-5-1)上面栅极的宽度,栅极越宽越费电。4004处理器的大小和麒麟芯片的大小相差无几,但前者为10微米制程,后者为7纳米制程。1微米=1000纳米。一个4004处理器上的晶体管栅极,宽度大约等于1400个麒麟芯片上的晶体管栅极。当今世界,只有台积电和三星两家企业掌握了7纳米芯片的量产技术,中国大陆的7纳米制造技术仍然在紧张研发之中,尚未实现大规模量产。所以,从物理角度上来说,也只有台积电和三星能为中国大陆市场提供高端的处理器芯片。另外,掌握着30台光刻机的台积电,良率目前也比中芯国际要高出不少。这就意味着,要拿出同样数量的合格芯片,台积电所生产的芯片总量要大大低于中芯国际的,成本上具有很大的优势。虽然在消费电子领域,中国大陆所处的形势并不算太乐观,但这并不致命。最需要落实国产替代的地方,是那些要害领域,比如国防、航天、交通运输、能源。值得高兴的是,在这些领域中,中国其实早已经实现了自主可控。
相较于消费电子行业的产品,人们对军事和工业上使用的芯片有着截然不同的要求。智能手机的处理器芯片是消费电子行业的代表产品,因为需要给用户提供优秀的使用体验,满足视频、游戏等多种复杂的功能,故而其主要考察的是功耗、算力等指标。而对国防、工业中使用的芯片最看重的是其可靠性和稳定性,因为它并不需要处理如此复杂的任务,也不讲究用户体验,所以也就不需要5纳米、7纳米这样精细的工艺制程。美国F-22战斗机的机载电脑的性能,其实远远不如同时期的家用电脑。
以军用的GPU为例。GPU,全称是graphic processing unit(图形处理单元),是一种半导体产品品类。顾名思义,主要任务就是进行图像的处理——简单来说,就是将单调的信号转换成为屏幕上具体的图像,让每一个像素点,出现在它们应该出现的地方。尽管听起来好像功能很单调,但需要它发挥作用的地方实在是太多太多了:电子游戏、自动驾驶、机器识别、军用雷达、武器瞄准……几乎一切需要“视觉”的地方,都离不开GPU的帮助。
对军用GPU来说,一种重要的应用就是在飞机的航电系统上。航电系统的全称是“综合航空电子系统”,对如今主流的战斗机来说,航电系统是飞机的灵魂所在。
航电系统的日常就是处理速度、高度等飞行数据以及传输各种信号,而航电显示系统则是战机和飞行员之间实现人机交互的窗口。
二战和冷战时期,因为技术还没这么发达,飞行员主要靠密密麻麻的仪表盘来了解飞机的飞行状态。在实际的战斗中,飞行员往往一边屏住呼吸和敌人缠斗,一边还要盯着自己面前的几十种仪表,精神压力巨大,严重影响战斗力。
随着技术进步,电子光学仪表逐渐取代了老式的机电仪表。对现代战斗机的飞行员来说,机载计算机系统已经成了他们的“左膀右臂”,不仅极大地减轻了工作负担,还可以通过头盔显示器把相关数据和信息以最直观的方式呈现在飞行员面前。
不过,军用GPU最重要的指标还是“稳定”。和民用GPU不同,战斗机上的GPU随着战斗机进行机动,不仅承受着6个G以上的过载,而且还经常在几分钟的时间内从零下三十几摄氏度的高空俯冲到温暖的超低空,同时还要忍受战场上复杂的电磁环境。如果使用民用GPU,纵然性能先进,也很可能会在关键时刻“掉链子”。
2014年,长沙的景嘉微JM5400通过了军队的验收,终结了我国没有自主军用GPU的历史,实现了军用GPU的国产替代。由此可以看出,中国在与国防、工业相关的芯片上基本能够满足“自主可控”的需求。实际上,电科38所“魂芯 Ⅱ-A”芯片已经做到了国际领先的水准,其各项技术指标超过国家行业标准,达到国际同类产品先进水平。
中国自然不应该也不能仅仅满足于国防、工业上的芯片自给自足,消费电子作为半导体产业里“最大的一块蛋糕”,中国厂商必然要布局于此。而目前摆在中国厂商面前的主要阻碍仍旧是技术问题。
以目前中国大陆规模最大、技术最先进的芯片制造企业中芯国际为例,其总资产为1100亿元,年收入200亿元,毛利率维持在20%上下;而台积电总资产高达5200亿元,年收入高达2400亿元,毛利率46%。从现有数据来看,中芯国际和台积电之间的实力差距已经不在一个数量级。
从技术水平来看,目前中芯国际最先进的工艺制程水平为14纳米,已能满足智能手机、平板电脑、AI芯片等领域的需求,但距离世界顶尖水准的5/7纳米仍有代际差距。另外,14纳米和28纳米制程的产品对中芯国际的收入贡献作用有限,说明目前中芯国际的主要产品仍然是28纳米以上的非高端产品。而反观台积电,其94%的收入都来自最先进的10纳米以下先进制程的产品。不过,中芯国际的追赶势头极其猛烈,研发投入强度极高——中芯国际的研发费用已经占了营业收入的22%,远高于台积电的9%。
政策方面,中国政府对本土的半导体产业扶持力度极大,正在积极探索针对半导体产业核心技术的“新型举国体制”,并且对芯片行业开始了力度极大的减税。值得注意的是,政府在税务方面的减免措施以“工艺制程”作为分类基础:只要企业或项目营运超过15年,且工艺制程在28纳米以下,就能在未来10年内免征企业所得税。由此可见,政府已经决定对半导体产业进行大力的扶持,国产替代的窗口才刚刚打开。
不过,对于中国大陆的半导体厂商来说,机会就在眼前——2020年新冠肺炎疫情以来,全球半导体产能都受到重大打击,而中国大陆由于疫情防控有力,迅速恢复生产。整体来看,当前国际芯片产业处于供不应求的状态。疫情之后,中芯国际大幅度提高了产能,2020年增加了3万片8英寸的产能、2万片12寸的产能,1.5万片高端FinFET产能——换算8英寸等效计算的情况下,总产能可以达到22.5万片/月。从2021年数量来看,中芯国际已经在全球排名第四,获得了5%的市占率。
因此,总的来说,中国大陆半导体厂商在短期内赶上国际先进水平仍旧属于小概率事件,但长期来看,有了超强的研发投入、强大的政策支持,以及“新型举国体制”的加持,中国大陆的晶圆厂在未来必然能够追赶乃至超越世界先进水平。
越发复杂的半导体设备体系
中国半导体产业最核心的问题并不是缺少先进的工艺调教,而是缺少国产的半导体设备和半导体材料。
根据《瓦森纳协定》,该协定的缔约国应当对该协定控制清单上的货物出口实施国家控制,由该国政府决定是否允许或拒绝出口某类产品。《瓦森纳协定》的控制清单分为两类:一类是军民两用商品和技术清单,包括先进材料、材料处理、电子器件、计算机、信息通信、激光传感设备、导航与航电设备、船舶与海事设备、推进系统等九大类产品和技术;另一类则是纯粹的军用品清单,总计包括22个大类,涉及多种武器弹药、设备和作战平台。
在“军民两用商品和技术清单”之中,就包括了半导体产业发展所必需的半导体专用制造设备。“一代装备,一代产品”,这是半导体行业重要的“游戏规则”。芯片作为一种精密程度极高的高级工业制成品,其加工制造离不开特种设备、材料和工具的使用——卡住半导体设备的“脖子”就等于卡住了“芯片”的脖子。
在2015年的技术条件下,英特尔、三星、台积电等非中国大陆厂商可以从荷兰ASML购买10纳米制程的光刻机,而中国大陆的厂商仅能购买ASML5年前(2010年)生产的32纳米光刻机。中国半导体设备制造业相比国际先进水准有2~3代的差距,从而也导致中国始终不能在高端处理器芯片上实现“自给自足”。
相比起最终的芯片成品,大众舆论对于半导体设备的了解严重不足。这种不足表现在两方面:其一是对于半导体装备体系的复杂性了解不足,其二是对于“光刻机”的过度重视。事实上,半导体装备是一个极其复杂的系统,光刻机只是其中一环。在晶圆厂的生产线上,和光刻机同等重要的设备还有很多很多。
常规来看,诸如台积电、中芯国际这样的大型晶圆厂往往会划分7个彼此独立的车间来完成芯片制造的不同工序。由于工序不同,每个车间所需要的设备自然也完全不同。这7个车间分别是:热处理(thermal process),光刻(photolithography)、刻蚀(etch)、离子注入(ion implant)、薄膜生长(dielectric deposition)、抛光(CMP)、金属化(metalization)。
具体来看,每个车间又需要如下设备来完成相应的工艺:
“热处理”车间,执行氧化、RTP(Ropid Thermal Processing,快速热处理)、激光退火3种工艺,需要氧化炉、RTP设备、激光退火设备。
“光刻”车间,执行涂胶、测量、曝光、显影4种工艺,需要涂胶显影设备、CD SEM等设备、光刻机。
“刻蚀”车间,执行干法刻蚀、湿法刻蚀、去胶、清洗4种工艺,需要等离子体刻蚀机来完成干法刻蚀,以及湿法刻蚀设备来完成湿法刻蚀,此外,还需要等离子去胶机和相关清洗设备。
“离子注入”车间,执行离子注入、去胶、清洗3种工艺,需要离子注入机、去胶机和清洗设备。
“薄膜生长”车间,执行CVD、PVD、RTP、ALD、清洗等工艺,需要CVD设备来完成化学气相沉积,需要PVD设备来完成物理气相沉积,需要RTP设备来完成快速热处理,需要ALD设备来完成原子层沉积。
“抛光”车间,执行CMP、刷片、清洗等工艺,需要CMP设备来进行化学机械研磨找平,也需要刷片机和相关的清洗设备。
“金属化”车间,执行PVD、CVD、电镀、清洗等工艺,除了PVD、CVD、清洗设备,还需要相应的电镀设备来完成“芯片铜互联工艺”。
即便以最粗略的方式来进行分类,半导体装备至少超过20种。光刻机不过只是其中一种而已。正所谓“一代设备,一代芯片”,拥有先进、完整的半导体装备体系,是制造高性能芯片的先决条件,如表2-5-1所示。
表2-5-1 典型晶圆生产车间里的半导体设备体系
资料来源:SEMI,长江证券研究所
以中芯国际位于天津的T3 12英寸集成电路生产线项目为例:在一个成熟的、月产1万片12英寸晶圆的生产线上,扩散设备需要22台,CVD设备需要42台,涂胶去胶设备需要15台,光刻机需要8台,刻蚀设备需要25台,离子注入设备需要13台,PVD设备需要24台,研磨抛光设备需要12台,清洗设备需要17台,检测设备需要50台,测试设备需要33台,其他各种设备需要17台。
因此,半导体行业是不折不扣的重资产行业——企业的资金基本都用在了设备的购置和维护上。仅仅是上述的这些设备,就已经占了设备投资总额的80%。
繁杂的设备只是高端芯片制造过程里的一个“小难点”,高端芯片制造的更大难点在于其越来越复杂的工艺。正如前文提到的摩尔定律所说,每隔18~24个月,芯片上的晶体管数量便会成倍增加——这也就意味着芯片制造的工艺越来越复杂、工序越来越多。尤其需要注意的是,当芯片的工艺制程下探到22纳米以下的时候,传统的沉浸式光刻技术就已经无能为力了。此时,必须使用极度烦琐的多重曝光技术——整个芯片的工艺步骤也因此突破了1000步的大关。
由于制造工序增加、工艺更复杂,芯片的生产时间也在拉长。为了保证足够的产能,晶圆厂必须在生产线上安装更多的设备以提高产能。因此,在同样的产能下,先进生产线所需要的设备数量远远高于常规工艺的生产线。
目前,中国大陆绝大多数晶圆厂的绝大多数产品的工艺制程仍然相对落后。即便是对于中芯国际这样的头部晶圆厂,14/28纳米制程的产品也仅仅占比14.6%,占绝大多数份额的仍然是45纳米以上制程的产品。由此我们也可以推断:大陆晶圆厂确实缺乏高端、先进的生产设备,整体水平相较于台积电和三星这样的同行较为落后。如果国内半导体装备产业一日不能提供足够先进的设备,那么国内的晶圆厂就一日没办法生产更先进的芯片。
中国半导体设备的国产替代:门类齐全但仍有技术差距
总体来说,相比起西方发达国家的半导体装备体系,我国的半导体装备体系仍旧比较落后,整体落后1~2代,个别产品落后3代以上。截至2021年底,国外产品目前已经可以实现5纳米的加工精度,而我们最先进的水平也不过14纳米。尽管少数产品(刻蚀机)已经达到了世界先进水准,但整体仍旧有较大差距。
不过,相较于西方发达国家,我国的优势在于产业完整。热处理、光刻、刻蚀、薄膜生长……尽管中国的半导体设备技术水平仍相对落后,但我们拥有几乎每一类产品的设计、制造能力。
根据光大证券的研究报告:扩散设备,全球市场规模16亿美元,占半导体设备市场的比重为3%。目前国际主流水准为7/14纳米,我国的北方华创最先进的产品为28纳米,落后1代。具体来说,卧式扩散炉由于结构简单,国内已经实现了自给自足。立式扩散炉技术目前仍垄断在日本东京电子、日立国际等厂商手中,北方华创目前仅能小批量生产300毫米直径的立式炉。
光刻设备,全球市场规模98亿美元,占半导体设备市场的比重为18.2%。目前国际主流水准为5/7纳米,我国沈阳芯源微、上海微电子等企业的最先进产品水准为65纳米,落后3~4代。具体来说,在涂胶显影设备方面,日本东京电子处于垄断地位,市场份额87%,我国沈阳的芯源微占比只有4%。在光刻机方面,高端技术垄断于荷兰ASML公司手中,日本尼康和佳能实力也不俗,工艺制程普遍都已经达到7~14纳米水平。国内主要的光刻机厂商是上海微电子,最先进制程为65纳米,落后3~4代。
刻蚀设备,全球市场规模129亿美元,占半导体设备市场的比重为23.8%。目前国际主流水准为7纳米,国内北方华创和中微半导体的最先进水平为7/14纳米,基本已经追平国际主流水准。具体来说,等离子体刻蚀机、湿法刻蚀机仍旧垄断在美国泛林、日本东京电子、美国应用材料3家手中,3家总计占据了94%的市场份额。北方华创和中微半导体虽然已经在技术上追平了西方厂商并成功进入了台积电等大厂的采购名单,但在市场竞争中仍然和西方厂商有较大的差距。
离子注入设备,全球市场规模16亿美元,占半导体设备市场的比重为3%。目前国际主流水准为7/14纳米,国内中信科、凯世通等厂商的最先进产品仍旧停留在28/45纳米水准。具体来说,离子注入设备主要被在美国垄断,市场份额70%,美国Axcelis公司占比为20%。清洗设备,日本DNS占据了60%的市场份额,东京电子占据了30%。
薄膜沉积设备,全球市场规模145亿美元,占半导体设备市场的比重为26.9%。目前国际主流水准为7/14纳米,国内的北方华创已经突破了7纳米技术,基本追平。具体来看,PVD设备方面,美国应用材料一家独大,市场份额高达80%;CVD设备方面,美国泛林、应用材料、东京电子,3家合计占比70%。国内最强厂商是北方华创,28纳米的产品已经实现销售,14纳米及更先进的PVD设备已经投入生产线进行验证。
抛光设备,全球市场规模21亿美元,占比3.8%。国际主流水准目前为7/14纳米,国产替代的进度为14/28纳米,华海清科、盛美、电科45所等厂商均有布局。具体来看,美国应用材料和日本Ebara占据垄断地位,分别占有60%和20%的市场份额。国内市场上,华海清科的抛光设备已经在中芯国际生产线上进行试用。
清洗设备,全球市场规模36亿美元,占比6.6%。国际主流水准目前为7/14纳米,国内最先进水平为14纳米,勉强追平,整体落后1~2代。具体来看,日本的Screen和东京电子占据了全球78%的市场份额,国内主要厂商为盛美半导体、北方华创和至纯科技。其中,盛美的产品水准已经达到了14纳米,进入生产线验证。
请给国产半导体设备在市场中锻炼捶打的机会
尽管中国半导体设备相较于国际先进水平还有较大的差距,但并非没有追赶上的可能。中国半导体装备产业已经体现出了非常强势的发展速度,政策、教育方面也有较大的投入和支持。
笔者认为,目前国内半导体装备企业最缺少的、最需要的,其实是参与实际生产的机会,即市场份额。
根据北方华创董事长赵晋荣的观点,中国半导体装备产业的强项在于研发速度和服务质量,弱势则在于起步较晚,缺少产业内的口碑和影响力。半导体行业是绝对的重资产行业,晶圆厂采购设备必须慎之又慎,一旦出现问题,带来的损失将不可估量。另外,晶圆厂对于技术升级的需求极高,必须坚持选择能力范围内最尖端的技术。
在这样的因素作用下,晶圆厂更多考虑的是设备的可靠性和先进程度。在这个过程里,厂商的目的在于快速、稳定地实现先进工艺产品的量产。因此,晶圆厂对于设备质量有严格的要求,往往倾向于购买早已成熟的外国设备。国产设备由于起步较晚,一方面普遍落后世界先进水平,另一方面缺少业内的口碑,也就很难进入大型晶圆厂的采购名单。
另外,中国大陆晶圆厂也急于追赶世界先进水平,往往在采购装备的时候参考台积电、三星之类国际大厂的选择。由于这些大厂仍然主要采购国外品牌的设备,国内厂商为了在市场竞争中“求稳”,也倾向于选择进口设备。因此,国产半导体设备的市场占有率即使是在中国市场上也不太好看。
这种现象带来的负面影响非常严重——芯片的生产不是设备到位就能立刻开始的,不同的芯片,加工的工艺也不尽相同。生产线上的几十上百种设备,按照什么顺序安装,什么时候用什么设备,怎么使用这些设备都需要经过复杂、严格的论证和试生产。国产装备不被采购,连试生产的机会都没有,自然也就没有在实践中快速改进的机会。
在半导体产业中,装备生产商和晶圆厂之间是密切合作的关系——装备生产商需要根据晶圆厂反馈的一线生产信息来改进设计,晶圆厂也会投资装备生产商来研发领先对手的装备。荷兰光刻机巨人ASML就先后接受了英特尔、台积电和三星总计超39亿欧元的投资,这恰恰就是这种关系的体现。
从客观上来说,外部封锁反而给中国的半导体设备厂商提供了绝好的机会——受到禁令影响的中国晶圆厂由于很难再采购国外设备,只能选择和国产装备商合作,整个产业链也都在积极进行“国产替代”——在正常情况下需要付出大量成本才能做成的事情,在禁令作用下却迅速推进了。
中芯国际作为中国大陆最大的晶圆厂,由于受到制裁,如今只能采购国内的半导体设备。借助中芯国际,国产设备也就提高了在产业内的认可度,各大厂商也会更加愿意选择国产设备。现在,已经有很多国内晶圆厂主动向北方华创、中微半导体这样的企业寻求合作了。
现在,国产设备生产企业的产品已经开始呈现“0—1—n”的迭代特点,实现了核心技术“从0到1”的突破后,剩下的“从1到n”的改良式进步就会快很多。
正如前文我们所说,中国半导体装备产业链很完整,各个领域也都取得了一定的突破,和外国的整体差距正在逐渐缩小。国内的设备厂商目前正处于“从0到1”和“从1到n”之间的区域,相信假以时日,就能够达到国际先进水平。
笔者认为:中国半导体产业发展到今天,最大的阻碍来自外部的限制。半导体产业是一个全球化程度极高的产业,世界半导体产业发展到今天,靠的不是一个两个先进国家的贡献,而是靠全球人民的智慧和全球各地企业的合作。
在这样的浪潮之下,中国涌现了一大批像华为海思这样优秀的半导体设计企业,也出现了像中芯国际这样优秀的半导体代工制造企业。小米、华为手机在全球的畅销以及各种欧美芯片企业在国内办厂,意味着中国的的确确已经深刻嵌入了全球半导体的产业链。这些都是中国半导体产业发展过程中的闪光之处。
但中国长期以来一直都受《瓦森纳协定》的限制,始终不能获得最先进的半导体制造设备,这也就导致中国始终没有形成先进制程芯片的生产能力。因此,中国虽然也是芯片生产基地,但产品的生产水平较低。
在常规条件下,中国大陆企业还可以委托台积电代工生产先进制程的芯片。但在如今这个受到重重限制的时代,台积电已经爱莫能助。国产半导体设备起步较晚,由于技术落后于先进水平,因此失去了市场,也失去了和客户共同成长的机会——这是中国半导体设备企业发展中的惨痛教训。
我们不妨按照最坏的情况假设一下,如果某天早晨一觉醒来,我们发现在一股神秘力量的驱使下,中国半导体产业被完全隔绝,成为世界市场中的一座孤岛,将会发生什么?(虽然这种情况不可能发生。)
最先失灵的将会是用于芯片设计的各类EDA软件和IP授权,以进口EDA软件和IP授权在国内的市场份额来看,将会有大批芯片设计企业陷入半瘫痪状态。但此时,国产EDA软件提供商则会扛起产业存亡的责任——国产EDA软件将被动地大举进入市场,然后在3~5年的时间里,在与企业的合作过程中进行迭代。
半导体设备和材料反而不会率先失灵,之前已经购置到位的设备和材料还能帮助我们生产一段时间。但如果时间拉长,这些进口的半导体设备可能出现故障、老化的情况,此时就需要国产设备顶上了——目前,国产设备虽然“齐全”,但技术水平仍然和世界先进水平有差距。因此,如果只能使用国产设备,中国半导体产业仍然可以存在下去,但一段时间后,产品技术指标必然会下降。
所以,如果“全面断货”真的发生,那么也就意味着中国半导体产业需要面临一场“脱胎换骨”的大手术。国产设计软件、材料、设备、IP等环节都需要进行重构,而国产替代的进度大约停在45纳米,还没有追上世界领先水平。
最后受到波及的才是下游企业。完全使用国产设备,我们的工艺制程水平只有45纳米左右。这个尺度下,国防军事、工业领域的芯片可以满足要求,依旧可以维持生产活动。但在消费端,只能搭载45纳米制程芯片的国产电子设备在世界市场上将毫无竞争力,海外市场将逐渐被蚕食。