中國如何跨越美國的芯片制造禁令？
時間: 2022-08-17瀏覽次數(shù)：181
中國大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在專利方面落后于美國，在制造方面落后于韓國和中國臺灣，但它希望通過采用革命性的新芯片設(shè)計(jì)技術(shù)來超越競爭對手。
5G智能手機(jī)和一些工作站中使用的先進(jìn)芯片通過將晶體管本身的尺寸縮小到3nm~5nm，將數(shù)十億個晶體管集成到指甲大小的芯片上。大多數(shù)芯片的柵極寬度為28nm或更高。在硅片上蝕刻微小的電路是非常困難的。只有荷蘭制造商ASML制造EUV光刻機(jī)，這些光刻機(jī)使用紫外光譜最末端的短波長將晶體管縮小到如此微小的尺寸。建設(shè)相應(yīng)的晶圓廠非常昂貴，每個工廠的成本高達(dá)200億美元。2020年，美國迫使荷蘭政府禁止向中國出口ASML最先進(jìn)的光刻機(jī)。ASML使用美國知識產(chǎn)權(quán)，為華盛頓提供了杠桿作用。但ASML繼續(xù)銷售其上一代光刻設(shè)備，該設(shè)備使用“深紫外”（DUV）光來蝕刻14nm晶體管。僅在2021年，中國就購買了81臺這樣的機(jī)器。中國大陸最大的晶圓代工廠，中芯國際（SMIC），現(xiàn)在生產(chǎn)14nm芯片。中芯國際占全球晶圓代工制造市場的5%，落后于中國臺灣和韓國的競爭對手，但正在迅速擴(kuò)張。正如斯科特·福斯特（Scott Foster）和包杰夫（Jeff Pao）在《亞洲時報(bào)》上報(bào)道的那樣，華盛頓上個月要求荷蘭政府阻止ASML向中國出售舊的DUV機(jī)器。半導(dǎo)體行業(yè)高管告訴《亞洲時報(bào)》，荷蘭不會同意美國的需求。2021年，ASML在中國的銷售額超過27億美元，其中包括81臺深紫以下光刻機(jī)。分析師和高管們表示，舊機(jī)器的美國知識產(chǎn)權(quán)（IP）內(nèi)容不足以證明美國的禁令是合理的。與此同時，芯片設(shè)計(jì)人員已經(jīng)學(xué)會了如何使用業(yè)界稱之為“先進(jìn)封裝”的技術(shù)來構(gòu)建3D芯片。幾十年來，在芯片制造中以各種形式使用的過程中，具有較大晶體管堆疊在一起的芯片層可以產(chǎn)生與最小芯片的一維配置相等的計(jì)算速度。英特爾將公司的未來押注在先進(jìn)封裝的最新進(jìn)展上。晶圓代工行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者臺積電（TSMC）同樣在更新形式的工藝上投入了大量資金。三星剛剛制定了先進(jìn)封裝的任務(wù)，希望超越英特爾和臺積電。在特朗普政府三年前禁止芯片和芯片制造設(shè)備之前，中國大陸在半導(dǎo)體設(shè)備方面幾乎沒有能力，現(xiàn)在正在迎頭趕上。據(jù)中國貿(mào)易媒體報(bào)道，2月份，上海微電子“成功交付了第一臺2.5D/3D先進(jìn)封裝光刻機(jī)，這對國內(nèi)集成電路行業(yè)具有重要意義”。美國科技網(wǎng)站Tom's Hardware解釋說：當(dāng)中芯國際在2020年底被禁止購買先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)備，無法使用其10nm級節(jié)點(diǎn)制造芯片時，該公司表示將專注于開發(fā)先進(jìn)的封裝技術(shù)，以通過14nm和更厚節(jié)點(diǎn)制造復(fù)雜的多芯片設(shè)計(jì)。這將使中國芯片設(shè)計(jì)人員能夠使用數(shù)百億個晶體管構(gòu)建復(fù)雜且功能強(qiáng)大的處理器，即使不使用先進(jìn)的工藝技術(shù)。此外，該公司宣布了數(shù)十億美元的擴(kuò)張計(jì)劃，該計(jì)劃將使先進(jìn)節(jié)點(diǎn)上生產(chǎn)的芯片的產(chǎn)量增加兩倍。在很大程度上，先進(jìn)的封裝技術(shù)可能是中芯國際繞過美國出口限制的方式。美國政府當(dāng)然理解中芯國際給美國及其盟國帶來的選擇和風(fēng)險，因此它希望進(jìn)一步打擊中國獲得尖端芯片制造設(shè)備的機(jī)會。中國將無法生產(chǎn)臺積電和三星在其最新計(jì)劃中制造的3nm~5nm芯片，但它可能能夠?qū)⑤^舊的14nm芯片封裝成3D形式，從而實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果，并且成本大大降低。拜登政府壓制中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的企圖似乎適得其反。中國已經(jīng)找到了繞過美國禁運(yùn)的變通辦法和技術(shù)。2011年，中國本土生產(chǎn)的芯片僅占國內(nèi)消費(fèi)總量的12.7%，其余部分則進(jìn)口。到2021年，它生產(chǎn)了國內(nèi)消費(fèi)量的17%，到2030年預(yù)計(jì)將產(chǎn)生30%。2020年，中國的芯片進(jìn)口總額為3780億美元，是其國際貿(mào)易中最大的單一項(xiàng)目。美國的壓力促使中國推動自給自足，增加了中國芯片行業(yè)在本世紀(jì)末成為世界主導(dǎo)生產(chǎn)商的可能性。今年中國股市的明星表現(xiàn)者之一是半導(dǎo)體設(shè)備制造商上海微電子，年初至今上漲了25%，而行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者ASML下跌了45%。上海微的凈收入從2020年的1.33億元人民幣上升至2021年的5.73億元人民幣（8520萬美元），因?yàn)檫@家新興設(shè)備制造商受益于對中國銷售先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備的限制。隨著大多數(shù)主要經(jīng)濟(jì)體處于或接近衰退，全球芯片短缺已經(jīng)變成了訂單普遍過剩。半導(dǎo)體股是今年迄今為止表現(xiàn)最差的股票之一，但中國除外，中國的地緣政治給該行業(yè)帶來了順風(fēng)。拜登政府正在考慮采取新措施，防止中國購買芯片制造設(shè)備。這似乎是對中國芯片制造方法（包括先進(jìn)封裝）進(jìn)步的回應(yīng)。而中國的芯片制造設(shè)備公司是科技戰(zhàn)的主要受益者。上海微電子是中國領(lǐng)先的光刻設(shè)備生產(chǎn)商，可以滿足該國對90nm及以上老一代芯片的需求，據(jù)報(bào)道，它已經(jīng)出貨了第一批28nm機(jī)器。2010年，中國占世界半導(dǎo)體制造能力的份額為11%，預(yù)計(jì)到2030年將上升到24%。根據(jù)經(jīng)合組織的一項(xiàng)研究，中國1700億美元的國家集成電路基金占2014至2018年間政府向芯片制造商提供的所有贈款的86%。與此同時，美國國會一直無法通過一項(xiàng)520億美元的一攬子計(jì)劃來補(bǔ)貼美國的半導(dǎo)體生產(chǎn)。為了應(yīng)對立法的延遲，英特爾取消了7月22日在俄亥俄州一家芯片制造廠的奠基儀式，臺積電警告說，其在亞利桑那州的晶圓廠可能不會建成。半導(dǎo)體市場的突然疲軟以及2020-2021年全球短缺后芯片過剩的威脅消除了對額外產(chǎn)能的需求。英特爾每年有100億美元的自由現(xiàn)金流，如果擁有客戶，它可以為自己擴(kuò)張?zhí)峁┵Y金。美國商務(wù)部在7月初公開告訴商業(yè)媒體，它正在考慮擴(kuò)大對中國半導(dǎo)體設(shè)備出口的限制，以包括制造不太先進(jìn)的芯片的舊技術(shù)。這種限制的威脅以及中國本土能力的重要進(jìn)步支撐了中國本土設(shè)備制造商的股價，這些制造商也受益于政府補(bǔ)貼。截至2022年，中芯國際已損失約8%的市值，而臺積電則損失了36%。中國努力實(shí)現(xiàn)芯片制造高度獨(dú)立性的一個關(guān)鍵瓶頸是光刻機(jī)。ASML是世界上唯一一家EUV光刻機(jī)制造商，該光刻機(jī)為柵極寬度為7nm或更小的最先進(jìn)芯片刻蝕電路。只有臺積電和三星可以生產(chǎn)它們。特朗普政府禁止出口這些芯片，關(guān)閉了華為和中興的5G手機(jī)業(yè)務(wù)，還說服荷蘭政府禁止向中國銷售EUV機(jī)。中芯國際僅占世界市場份額的5%，但其收入在過去18個月中翻了一番。它可以生產(chǎn)14nm芯片。除智能手機(jī)和少數(shù)專業(yè)應(yīng)用外，14nm及以上制程的芯片占世界芯片需求的95%。盡管華為的5G手機(jī)業(yè)務(wù)在沒有獲得7nm及以下芯片的情況下崩潰了，但中國在用成熟制程工藝芯片構(gòu)建其5G基站網(wǎng)絡(luò)時沒有問題。
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