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“中国芯”进击的独特逻辑

发布日期:2021-07-26 浏览次数:2531 来源:瞭望作者:网络
 即使面对美国的极限打压,国产芯片也必将崛起。随着业界实践如火如荼地展开,“中国芯”的成功逻辑已日益清晰

 

这种逻辑并不简单,因为芯片行业极为特殊,相比于其他行业,国产芯片面临的挑战极为艰巨。

 

最终的胜利虽然已能看到路线图,但需要不短的时间,也要经历不同的阶段,需要极强的耐心与方向感。

 

这一过程不会是痛快地全面出击,而是需要继续耐心周旋,与外界深入合作。

 

深刻了解芯片行业的特殊性、国产芯片的产业现状以及未来的发展阶段,对“中国芯”的信心才会有坚实的基础。

 

打好芯片行业的发展基础,需要一步一个脚印扎实进步,不追求一鸣惊人的戏剧性突破。

 

一个极为特殊的行业

 

芯片是电脑、手机、家用电器等电子产品的核心元器件,是人类社会不可思议的“超级福利”,对全球经济贡献极大。

 

芯片的性能一代一代地显著提升,摩尔定律一直在延续,是因为多年来在还算正常的商业流程中,全球很多公司紧密配合,才共同创造了令人惊叹的技术奇迹。以芯片为基础的整个IT业,深度分工合作效率极高,是人类社会近年来进步最快、对经济社会贡献最大的行业之一。

 

中国是芯片业飞速发展的受益者,也是重要贡献者。2020年全球芯片约四分之一由中国生产,还有超过一半进口到中国,用于各种电子产品中,后者又行销全球。全球消费者并不直接使用芯片,但通过中国这个中心节点,芯片的“超级福利”才扩散到全世界。

 

芯片业本来是技术飞速发展、推动人类社会共同进步的产业典范,近年来其商业流程却遭到一些美国政客的大肆破坏。在这种背景下,公众对芯片有了一定的认知,同时也对光刻机和国产芯片抱有很高期望。然而,公众和舆论对国产芯片的发展路径快速给出结论,或套用其他行业的经验进行分析,常常与业内人士存在认知差异。

 

这种认知差和预期差,很大程度上来源于公众并不了解,芯片业作为当今世界技术复杂程度最高的科技产业之一,具有极端特殊性。

 

芯片制造的特殊性在于,虽然人们清楚其复杂程度,但外界终究难以对这个行业的困难形成直观认识。

 

用常规的高科技产业评估流程来对待芯片制造业投资,就算理论知识再丰富、态度再谨慎,现实中也还是有可能陷入麻烦。高科技项目通常不会一帆风顺,总会伴随着各种问题。一般的高科技项目,就算失败,也起码能生产出一些成品。但芯片制造不同,如果仓促上马项目不能成功,不要说拿不出成品,甚至可能连生产线都凑不出来,连调试解决问题的机会都没有,这就是芯片制造的高风险性。

 

对于高科技项目来说,成功的关键在于齐全的产业链。然而在芯片制造领域,中国缺的恰恰是齐全的产业链,芯片已成为中国科技产业最大的短板之一。这个行业在连续11年位居世界第一制造业大国、拥有世界各国中最齐全产业链优势的中国,是一个特殊的存在。

 

芯片制造业的特殊性还在于,即使相关技术取得突破,相关生产环节也多达上千个,需要的技术人才是海量的。芯片业人才培养的规律,也与其他高科技项目有所不同。

 

芯片制造的特殊性

 

2020年,中国进口芯片超过全球产量的一半。海量进口芯片,反映的是中国芯片设计、制造技术能力与产能的严重缺失。其根源是芯片制造技术与产业链的特殊性。

 

公众所熟知的摩尔定律,是指芯片性能每18个月翻一倍。每18个月单位面积内晶体管数量翻倍,意味着生产技术难度与需要的投资指数级上升,并产生了一系列“逆向效应”。

 

随着芯片制程(晶体管栅极距离)从微米级深入到纳米级,一个芯片内晶体管数量增至上百亿个,“量变到质变”发生,绝大多数芯片制造公司已经跟不上了。高端芯片制造门槛极高,目前只剩台积电、三星、INTEL三家还在芯片制造的最前沿。2018年芯片代工巨头格罗方德已宣布放弃7nm技术研发。

 

在芯片制造设备上,最尖端的EUV光刻机只有荷兰的ASML有,曾经的光刻机巨头日本的尼康和佳能则研发失败。

 

有的人误认为中国芯片被“卡脖子”的是高端芯片制造,只要把高端光刻机搞出来,能让华为制造手机芯片,就可以突破了。

 

事实上,中国的整个芯片制造体系,从低端到高端,制造设备的差距都很大,多个环节需要依赖进口设备与服务。这并非EUV光刻机等个别设备的问题,而是整个自主生产线都缺乏实际生产经验。

 

发展国产芯片制造设备有双重难度:一是挑战物理极限的技术难度,二是难以进入业界主流得不到发展机会,后一个难度更为致命

 

1个原子的直径是0.1纳米,10纳米只够排100个原子,高端芯片却要在其中安排一个晶体管。这需要原子级别的操控,微观量子效应都会出来捣乱,难度极高。而且还需要快速精准的工业生产,上亿块芯片要在合理时间内以90%以上的合格率生产出来,处理程序达上千道,配套工业体系精度要求极高。

 

全球业界紧密配合,形成了研发、生产、销售的正向循环,才在实际产业运行中以摩尔定律快速提升了芯片制造技术水平。然而,中国企业因历史因素一开始就未参与到循环之中,对芯片制造产业链基本没有影响力。这也是中国芯片制造技术落后的特殊背景

 

近来国内业界已经形成共识,首先要打牢基础,把28nm及以下的市场占比更高的成熟制程芯片工艺吃透,构建一条28nm的自主生产线并逐步提高国产设备的比例,才是更为现实的目标

 

28nm虽然被称为成熟制程,但对于国产芯片来说,也是巨大的挑战。目前国产芯片的代表还只是中芯国际、华虹集团等极为依赖进口设备的公司,且产出以中低端芯片为主。

 

国产设备研制成功后,切入已有生产线并调试成功的难度也不小,甚至可能得不到调试的机会,因为会担心降低良率影响经济效益。这个特性令中国的芯片制造设备发展举步维艰。几乎与业界脱节,是中国芯片自主最为困难的环节。

 

现阶段,国产设备需要与进口设备“混搭”切入生产线,国产设备有机会进入产业链就是进步。这是最急需补齐的短板。

 

“补短板”与“两条腿走路”

 

芯片制造设备现状如此严峻,国产芯片还有希望吗?

 

事实上,政府高层一直很清楚芯片及相关制造设备的重要性,并以越来越大的力度对芯片制造技术进行投资,这在世界上是独一无二的。

 

中国并非没有发展芯片制造的能力相关技术一直有国家专项资金重点支持,只是作为技术储备未大规模进入生产环节。过去中国企业使用美系芯片与技术体系,以保证在重要市场的技术竞争力,这也是全球企业通行的做法。

 

然而,美国的打压导致芯片产业逻辑变了。新的逻辑是,市场不再是成本决策,而是开始考虑生存问题,自主技术将获得空前的动力,相关企业为了生存会主动对芯片技术体系进行调整。

 

当前,政府正以前所未有的力度组织芯片业“补短板”。按以往经验,以国有企业为核心的技术团队实现基础技术突破,将高科技元素“白菜化”之后,地方上的投资热潮会逐渐兴起。芯片业也会遵循这一规律。

 

发展芯片制造业需要遵循的另一条规律是,在其他制造业领域,中国引进自研两条腿走路的路线大获成功,国产替代取得很大进展。

 

其他领域取得大面积突破的主要原因是,业界生产技术基本稳定,中国各种配套技术纷纷进步,时机成熟后就能一举替代成功。芯片制造的特殊性在于,技术不仅没有停滞,还在加速发展。

 

目前,国产设备已经初步具备了自主发展的基础。如华虹集团与中芯国际未来设备国产化率必然逐渐提升。需要指出的是,芯片制造设备的国产替代虽然正在加紧进行,但由于起点低,现在还处于早期阶段,暂时还不能成为国产芯片提高产能的主要支撑。目前国内正在规划快速提高芯片产能,预计数年内可以翻倍,但肯定是以进口制造设备为主。

 

一些人将国产芯片落后的原因归结为以前忽视自主制造,其实这并非真相,其他行业的经验也不支持这种结论。

 

发展芯片制造业短期内还是应该坚持“两条腿走路”。在自主发展的同时,如果上产能需要引进外国设备,那就大力引进。由于中国芯片市场极其重要,全球芯片业界内心非常渴望中国市场,合作的机会并不会因美国遏制而消失。例如,大批买入ASML的DUV光刻机我们很需要也可以做到,即使美国不让买。

 

进击路线图

 

根据芯片行业的特殊性、国产芯片的产业现状来分析,可能的自主芯片的发展路线图如下:

 

第一阶段是奠定基础。2025年前,以进口设备为主大幅提升成熟制程芯片产能,自主芯片制造技术快速发展补短板,进口替代不断推进。这一阶段的自给率目标并不会太高。

 

由于晶圆厂建设周期长,短期内新增产能还是会主要依靠成熟技术也就是进口设备。中国企业掌握国际主流设备的生产工艺,意义也非常重大。扩大晶圆产能具有战略意义,不能等国产设备成熟后再推进,这与使用进口设备并不矛盾。

 

这一阶段,国产设备将争取切入生产线,获取实质性的设备市场份额。国产设备的技术能力得到证明后,进口设备也能更为顺利。

 

第二阶段是国产芯片制造设备成熟,主要环节打通,具备主动操作的能力,上产能加速

 

经过第一阶段的技术积累后,在成熟制程芯片领域,中国争取形成研发、制造、销售的自主产业链闭环。2025年以后,即使芯片制造设备无法进口,中国的产能扩张也能得到保证。届时中国芯片业将迎来历史性转折。

 

中国打通产业链以后,通常能实现效率的急剧提升,如建厂周期、建厂成本、设备成本大幅下降,生产效率大幅提升。芯片生产将和其他诸多行业一样,被中国重新定义。中国将不仅是芯片应用市场主体,也将成为芯片生产制造主体,更好地为全球提供芯片福利。

 

这个阶段,国产芯片自给率会大幅提升。全球芯片产能分布、制造设备份额分布将发生巨大变化。一批中国芯片企业会崛起。

 

第三阶段与前两个阶段有关联,中国先进制程芯片将取得重大突破,彻底解决“卡脖子”问题

 

先进制程的进展分为两类:一类基于进口设备与工艺,一类基于国产设备与生产线,二者并不矛盾。

 

“中国芯”将分阶段看到各类目标的曙光,目前正在转折前夜。此过程中,以芯片制造设备为核心的自主芯片研发进展将是最关键因素,但并不需要完全依靠自主,进口设备也是重要技术来源。

 

“芯片应用中心”的特殊意义

 

芯片生产出来后到消费者能用上,还需要进一步整合到整机系统里,因此芯片有极为广泛的下游应用行业。中国目前芯片生产环节相对弱势,需要大量进口,但下游芯片应用方面却发展得不错,这非常特殊——芯片应用行业并没有分散于全球,却集中到发生了工业奇迹的中国。

 

有些人担心,中国芯片制造技术落后导致进口太多,供应出了问题怎么办。实际上,在美国遏制中国产业升级的背景下,“芯片进口极多”和“芯片应用中心”的地位也发挥了特殊作用——市场份额的意义凸显出来了。中国进口芯片规模庞大,大到成为了市场主体,这就具有了保护作用,还可以对美国的行动形成制约。如果中国芯片应用规模不大,美国把这些生意搅黄或转移到其他国家,对它的影响可能不会太大。可中国的芯片应用产业占到全世界的七成,就是完全不同的逻辑了。

 

理论上,手机、平板电脑组装这样的芯片应用产业,可以转移到东南亚或印度等地,但想上规模难度非常大。产业规模本身就是不可逾越的难度,且相关的产能不是芯片一个行业的事。对于整个产业链来说,没有芯片不行,但只有芯片也不行;对于中国来说,国产芯片水平还不太行,但其他方面实在太行了。

 

中国芯片下游产业链齐全、产能充足的战略意义极大,相关行业的产能基本都是全球第二名的十倍以上。外国有芯片技术,但是要想把“外围产能”建起来,却需要很长时间。这种规模的投资是十万亿美元级别,且需要从基建开始搞起。

 

全球芯片业的必然选择是,生产的芯片大部分继续出口到中国集成应用,中国主导的应用环节是芯片业“变现”的最后一环,不可或缺。

 

虽然一些国家也在想办法把集成应用从中国分离出去,但进展不快,障碍很多,形成不了规模效应。国外不少高科技公司经营精力有限,嫌转移产业链太麻烦,也不想为政客不切实际的目标下大力气。回顾以往,2018年美国发动贸易战时,中国进口芯片增速还加快了。

 

“芯片应用中心”的特殊地位能为中国提供巨大的回旋空间。如果美国全面破坏芯片业正常的商业流程,那就等于与全球无数公司为敌。

 

市场地位,也是中国在芯片斗争中的底气

 

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