从华为芯片断粮讲起,这篇文章可能让你重新认识这个世界

2020-05-26 10:53 作者:小二郎 点击量:2303
中芯国际 华为 芯片战争 台积电

一则不太起眼的重磅新闻又被忽略了。

 5月15日,台积电宣布在美国亚利桑那州投资120亿美元建立5纳米晶圆代工厂,预计在2021年动工,2024年量产。同日,美国宣布,将严格限制华为使用美国的技术、软件设计和制造半导体芯片,以保护美国国家安全,并切断华为试图脱离美国出口管控的途径。

 一场有关未来的“战争”,美国又攻下一城。

波云诡谲的2020年,在历史的长尺中点了一点,然后留下一痕车辙,裹挟滚滚烟尘,不知向何处而去。

 烟起芯片之争

这段时间,在中国航天界连续发生了几件令人诧异又不适合多谈的事件,这也导致了诸多外媒有关于中国高科技底层逻辑的质疑。而就在我们忙着辟谣与批判的时候,美帝的大棒再一次锤到了华为头上,这次的危机是芯片断供,属于“降维打击”。

芯片有多重要?得芯片者得天下!

纵观这颗星球上的信息产业,中美占7成以上,而剩下的国家,能“打”的不过尔尔。一个时代有一个时代的叙事背景,中国信息产业可以大而化之的说是被“墙”出来的。国人很少冷静思考过,如果没有墙,以创意内销(抄袭)起家的中国互联网业能不能打到如今这样一个漂亮的翻身仗。

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现如今,爱奇艺与netflix竞争抢占台湾,抖音在全球APP下载榜中一骑绝尘,微信支付和Alipay与华人游客一同涌向世界,网易云音乐、四达时代在非洲开疆扩土。一众的金发碧眼到了上海之后惊呼,我的生活竟然可以不用下楼。前一秒还嚷嚷中国大陆厕所没有门的台湾小哥,后一秒就发现大陆人连现金都不用带了。就连日本的电视节目都惊呼,中国科技来了,滴滴正在日本攻城掠地。

从社交网络到移动支付,从大数据到新基建,华为的5G告诉世人,中国的信息产业霸权悄然生长,然后迸发出惊人力量,直接把中国从农业文明送进了信息文明。

跳跃的感觉很刺激,然而,隐忧无比巨大。

现阶段被我们寄予厚望的“科技霸权”大多飘在云端,而美国正在对我们进行“降维打击”。

现代信息技术的基础是芯片,它就像是孙悟空的金箍棒,没了棒子的猴子只能任人揉捏,而芯片霸权就掌握在美国人的手里。

芯片最重要的两点是稳定性和制程的先进性,稳定性自不必说,飞机大炮火箭航天,差一丝一毫都不可以。而先进的制程则决定了芯片的体积和耗电量,而这极大制约未来移动智能设备的研发(手机、智能耳机、智能眼镜等可穿戴设备、甚至是机器人)。

现在的美国如同三体人一般,掐死了国产芯片的先进制程。

国产半导体之路充满血泪

不偏不倚的说,中国从来不缺乏战略家,中国人很早就曾意识到自研芯片的重要性,而官方也曾不止一次提出要做芯片自产的工作。

1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管,从而开创了人类的硅文明时代。而在随后的几十年里,由于众所周知的原因,中国的芯片业被大大的拖后了进度。

在新中国成立时,中国电子元件生产能力和技术水平几乎为零。后来,苏联援建中国电子管厂和交换机厂,民主德国帮助中国引进18家单位的80多项产品,在北京酒仙桥筹建北京电子管厂(即现在的北京京东方公司)。

20世纪60年代后期,中国一度采用运动的方式全民大搞半导体。当时,报纸上宣传:街道老太太在弄堂里拉一台扩散炉也能做出半导体。这种违背基本规律的鼓吹,严重冲击了正规工厂的半导体生产研发流程。

1968年,北京组建东光电工厂,上海组建无线电十九厂,形成中国集成电路产业中的“南北两霸”。但所谓的“打破尖端迷信”,让造反派对东光电工厂建厂时铺设的水磨石地板进行了大肆批判,导致工厂不敢对产品质量提出起码的要求,甚至把其负责研制的百万次大型电子计算机电路推倒重来。

20世纪70年代初,随着中美关系的缓和,中国开始恢复与西方国家的经济技术交流。中方一个考察团赴美考察彩色电视机生产线,美方热情接待后赠送考察团代表每人一份工艺精致的玻璃蜗牛小礼品。不曾想“蜗牛”引起始料不及的政治风波,彩电生产线的引进被迫停止。

受此影响,中方此前与日本电气股份有限公司谈判引进的一条集成电路生产线也宣告流产,失去了一次引进全套技术的机会。

与之形成鮮明对比的是,中国台湾地区的“工研院”1975年向美国购买3英寸晶圆生产线,1977年即建成投产。1978年,韩国电子技术研究所(KIET)从美国购买3英寸晶圆生产线,次年投产。1980年,台湾地区的联华电子建立4英寸晶圆厂。

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中国曾多次推出战略性措施,如“531战略”、“908工程”等,但因为种种大家可以猜想到的隶属那个年代特有的原因,导致其并未取得应有的效果。直到“909工程”,才给中国献上了大陆晶圆代工厂双子星之一的华虹。

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大陆芯片代工双子星,华虹半导体和中芯国际

无论是华虹还是中芯国际,在制程的先进性上都远远不如台积电。而战略技术储备层面则更是难以望其项背。

兵家必争之地—台积电

故事回到那个战火纷飞的年代。

一个宁波出生的官二代从小就随家人辗转迁徙,他体弱、孤僻、但学习成绩优异。他的父亲受西式教育,长期混迹财政领域却对理工情有独钟。他曾与母亲避难到香港,后又因日占香港,而去重庆读书。他18岁进入哈佛大学读书,成为全校新生中唯一一位中国人,但是后来却两度考博失败,日渐消沉。在事业有成之后,他获得了八个博士学位,不无自豪的说,“父亲的朋友,一家五子四博士,而我是父亲的一子八博士”。他就是后来被称为芯片大王的张忠谋。

张忠谋的生活算得上顺风顺水,除了读博失败、婚内出轨、与在美遭受人种歧视。张忠谋曾为德州仪器工作几十年,但做到这个全球“大厂”的3号人物以后就再也无法更进一步。后来,在台湾几度邀请之下,只身赴台,最终打下了台积电的芯片代工帝国。

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最初的台积电是不折不扣的“国企”,而张忠谋的生活经历又让他对先进科技和国际形势的判断尤其敏锐。他引入外部投资的时候,优先考虑的是战略思想,包括对方的专利数以及资本背景等,同时,其依靠在台的大胆设厂和对芯片先进制程的强烈企图心逐步战胜竞争对手,令公司成为全球芯片争夺的战略要地。

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早年间,因为大陆的广阔市场,台企流行在大陆设厂,而张忠谋的台积电则属于谋定而后动,他先确定了自己最先进的芯片制程,然后把相对不是那么重要的厂址设在了中国大陆。例如台积电2016年在南京投资建设了一座16nm制程工艺的芯片厂,而当时台湾岛内最先进的是7nm制程工艺的芯片厂,台湾岛内的生产线维持2代以上的技术优势。

这次在美设厂,台积电交出了5nm制程,然而台积电自家的制程线路图显示,3nm 工艺预计会在 2023 年量产。而无论是中国厂还是美国厂,都更像是一种政治表态,在产能方面仅仅占台积电总产能的很小一部分。

如果要形容台积电的地位,那么最简单的方式就是中国大陆芯片代工双子星的另一半“中芯国际”的创始人就是在台积电的阴影下选择出走大陆再次创业的张汝京。张汝京张忠谋都曾就职于德州仪器,而同事的交情自然是用来在职场内搏杀的。后期张汝京离开中芯国际并且承诺不再踏足半导体领域,也就是因为这个老同事老上司的一纸诉状。

美国何以控制全球芯片生产

芯片的生产包括设计、代工生产、商业化使用等。其中对中国最为掣肘的是设计和代工生产两个阶段。虽然华为海思的芯片设计相对先进,但其在设计过程中不得不使用美国的EDA,而与华为合作的晶圆代工厂也离不开美国应用材料和泛林半导体的设备。有文章曾经如此形容中国的“国产”:

1、最开始认为联想电脑是真国产,结果才发现电脑里屏幕、CPU、硬盘、存储芯片都是进口的。

2、 后来认为华为手机才是真国产,结果才发现手机里面的SOC、DRAM、NAND Flash、CIS、RF、OLED全部都是进口的。

3、后来认为海思才是真国产,结果发现IP、EDA、代工制造都是进口的,卡脖子的其实是芯片制造。

4、后来认为中芯国际、长江存储、京东方才是真国产,结果发现半导体设备、半导体材料95%都是进口的。

5、后来市场认为北方华创、沪硅产业才是真国产替代,结果发现设备和材料底层的材料,物理、化学、数学的原创理论基础也是欧美的。

有钱也买不到的光刻机

在芯片生产领域,另一个绕不过去的设备就是光刻机。我们即使有了中芯国际和华虹这类的半导体代工企业,但最根本的枪却还是受制于人。曾经有这样一个比喻,我们可以造的出来两弹一星,但是我们未必搞得出光刻机。而在光刻机领域不得不提一个名叫林本坚的人(也是个黄种人,惊不惊喜,意不意外)。

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1956年,美国贝尔实验室用晶体管代替电子管,制成了世界上第一台全晶体管计算机Lepreachaun,后来,基尔比发明了集成电路取代了晶体管,为开发电子产品的各种功能铺平了道路,并且大幅度降低了成本,第三代电子器件从此登上舞台。它的诞生,使微处理器的出现成为了可能,也使计算机变成普通人可以亲近的日常工具。自此,光刻技术开始萌芽。

1962年, IBM开始用集成电路来制造计算机,IBM选择了仙童半导体的光刻工艺和产线,并为IBM360计算机投入总计50亿美元,这一金额是美国研制第一颗原子弹曼哈顿工程的2.5倍。

1963年,日本电气公司(NEC)自美国仙童半导体获得planar technology的授权。日本政府要求NEC将取得的技术和国内其他厂商分享。由此项技术的引进,日本的NEC、三菱、京都电气等开始进入半导体产业,日本半导体行业进入了高速发展阶段。佳能和尼康也开始进入光刻机领域,当时日本为了发展半导体,可以说举国之力,日本政府和日本企业共同出资投入了千亿来促进半导体产业的发展。

1984 年,尼康到达顶点,享有三成市占率。而这个时候,美日光刻机大战开始了,尼康宿中的敌人ASML开始正式成立,而美国就是ASML背后的大手。

ASML首先推出了步进式扫描投影光刻机,将芯片的制程和生产效率提升了一个台阶,慢慢崭露头角。而光刻机霸主尼康打算超长发挥,选用未来技术,也就是0.004nm,然而这个技术难度太高。

而在入股了ASML的台积电里,有一个专家叫林本坚(在越南出生),他曾在IBM负责提高成像技术,一干就是22年。在IBM时期,很多人在研究X光微影,而林本坚则带领一个小组研发深紫外光微影。他预见昂贵的“干式”微影技术将进入死角,建议使用浸润式或湿式微影,而ASML则成为了他理论的最大受益者。浸润式微影方法用最有成本效益的193nm ArF为激光源显影,将IC技术节点从65nm循产业路线图持续降至7nm,使得摩尔定律得以持续延伸了七代。而这也使的光刻机巨头尼康一蹶不振,被AMSL遥遥领先。AMSL在世界同类型产品中有90%市占率,而在10纳米节点以下有100%的市占率。

AMSL并不是一家传统意义上的公司,ASML的股权结构复杂,牵扯甚广,包括英特尔、三星、台积电、海力士等都在ASML中有相当可观的股份。光刻机的产能有限,并且关系到全球最先进的芯片生产,而只有投资ASML,才能够获得优先供货权。中国大陆不在此列。

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中国大陆的中芯国际曾向AMSL订购一台价值1.5亿美元的EUV 光刻机,而这台光刻机则决定了中国7nm以下制程芯片的生产。

据消息人士透露,在荷兰政府发放这台光刻机出口许可证之后的几个月中,美国的政府官员仔细研究了他们是否可以彻底阻止出售,并与荷兰政府相关人士进行了至少四轮谈判。而随后荷兰政府选择不续签 ASML 的出口许可。

对于此前已经购买的价值 1.5 亿美元的这台EUV光刻机,原计划应在 2019 年年初就交付到中国。不过,后来 ASML 方面因仓库遇火延后了 EUV 光刻机的交付时间,改为在 2020 年的年中交付。而现在,它能否交付也还是个未知数。

打破《瓦森纳协定》任重道远

科技的竞争向来是实力为尊,任何包装都无法弥补科技霸权国家对于落后国家的歧视。从雷达技术的限制,到被逼迫出来的自主航天站计划,中国始终在想尽办法打破科技封锁。

成立于2014年的国家集成电路产业投资基金,专为促进集成电路产业的发展而设立,外界称之为“大基金”。基金总额最初计划约为1200亿元,最后增至1250亿元,发起人包括国开金融、中国烟草、亦庄国投、中国移动、上海国盛、中国电科、紫光通信、华芯投资等实力雄厚的企业。

这是中国集成电路产业有史以来的最大手笔,它的影响将在未来数年或数十年可逐渐显现出来。

而就在最近,大家又集体忽略掉了一条无比重要的新闻,2020年1月13日,官方印发了《教育部关于在部分高校开展基础学科招生改革试点工作的意见》,决定自2020年起,在部分高校开展基础学科招生改革试点(也称强基计划),说白了就是不拘一格的吸纳和培养基础科学研究类的人才。而如果你持续搜索“强基计划”这个关键词,会发现后续的动作非常之多,也非常之大。

不燥进不气馁是真正的科技强国之路,在前进的路途中,虽然发生了磨掉国外芯片外皮自称全国产的“汉芯”超级造假事件,但我们仍然要对国产这件事报以信心和祝福。

因为科技,从来都不只是钱和买卖的事儿。

参考资料:

陈芳、董瑞丰:《“芯”想事成:中国芯片产业的博弈与突围》

野马财经:芯片“战争”:中芯国际二十年豪赌与突围

半导体行业观察:中美芯片之争 一场没有硝烟的战争

台视:台湾演义—台湾半导体教父张忠谋

投中网:华为能不能绕开美国生产芯片?问问台积电

张忠谋---维基百科

观察者网:张忠谋:世界局势变化大,台积电成战略家必争之地

朱邦凌:N+1工艺逼近7nm水准!中芯国际和台积电还有多大差距?

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