中國半導(dǎo)體應(yīng)對美國打壓的“三板斧”

近兩年，美國政府針對中國電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，出臺(tái)了一系列的限制打壓政策，對于這些不斷升級(jí)的舉措，中國產(chǎn)業(yè)界，以及政府相關(guān)部門也在持續(xù)研究，想辦法應(yīng)對，且開始逐步適應(yīng)這種非正常狀態(tài)。

目前來看，美國政府的限制政策主要瞄準(zhǔn)三個(gè)方面：一是高端芯片成品，主要用于數(shù)據(jù)中心和人工智能等高性能計(jì)算（HPC），如英偉達(dá)的A100和H100等高端GPU；二是用于先進(jìn)制程（14nm及更高級(jí)制程）芯片制造的半導(dǎo)體設(shè)備，以及用于制造18nm制程DRAM和128層3D NAND Flash的設(shè)備；三是高端EDA工具，這方面限制的影響有限，因?yàn)槟壳爸幌拗朴糜?nm制程芯片設(shè)計(jì)的EDA工具。

面對這樣的限制政策，感到棘手的不只是中國大陸相關(guān)企事業(yè)單位，提供這些產(chǎn)品的美國廠商也相當(dāng)頭疼，因?yàn)檫@些政策截?cái)嗔怂鼈儾簧儇?cái)路，在不違反美國政府相關(guān)限制政策的情況下，美國廠商，特別是HPC芯片廠商，為了不失去中國大陸市場這一大財(cái)源，在相對短時(shí)間內(nèi)，推出了中國“特供”產(chǎn)品，代價(jià)是芯片性能有所下降，典型代表就是英偉達(dá)。

由于英偉達(dá)的高端GPU芯片A100和H100不能出售給中國公司，英偉達(dá)開發(fā)了A800和H800，這些處理器的性能明顯下降，避開了美國政府的政策限制。當(dāng)然，中國企業(yè)，如阿里巴巴、騰訊等購買這些芯片，也要付出代價(jià)，那就是要大幅增加成本（實(shí)現(xiàn)類似性能和效果，H800用量是H100的三倍）。

除了英偉達(dá)，業(yè)績持續(xù)下滑的英特爾，以及風(fēng)頭正勁的AMD，也在研發(fā)面向中國客戶的“特供”芯片。

相對于芯片成品，半導(dǎo)體設(shè)備受到的管控更加嚴(yán)格，這對應(yīng)用材料、KLA、LAM等幾家美國設(shè)備大廠的營收產(chǎn)生了不小的影響。

中國的應(yīng)對

面對美國的限制政策，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)都在探尋解決方法，以便使相關(guān)芯片產(chǎn)線，以及下游的電子設(shè)備系統(tǒng)“有米下鍋”。其中，最為重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)是芯片設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體設(shè)備，只要能在這兩方面快速提升，就可以很好地緩解美國禁售政策所形成的壓力。

芯片設(shè)計(jì)方面，相對于在芯片制造方面與國際先進(jìn)水平存在較大差距，中國芯片設(shè)計(jì)能力并不弱，也一直在進(jìn)步，同時(shí)，中國的芯片設(shè)計(jì)公司數(shù)量和規(guī)模在不斷擴(kuò)大。然而，與全球領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)公司相比，仍有一定差距，例如，美國的高通、英特爾、AMD、博通等公司擁有雄厚的技術(shù)實(shí)力和人才儲(chǔ)備，是全球領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)公司，與之對應(yīng)，中國大陸的優(yōu)秀芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，如華為海思、紫光展銳、兆易創(chuàng)新、匯頂科技等，都取得了明顯的發(fā)展業(yè)績，但與全球領(lǐng)先企業(yè)相比，仍存在明顯差距。

中國芯片設(shè)計(jì)企業(yè)與國際大廠之間的差距，主要體現(xiàn)在對EDA工具和制程工藝的依賴程度，例如，使用同樣一款較為先進(jìn)的EDA工具，國際大廠都?jí)蛟?8個(gè)月內(nèi)設(shè)計(jì)出一款較為成熟的7nm制程芯片，且能取得較高的流片成功率（1-3次流片），而中國排名靠前的設(shè)計(jì)公司，使用同樣的工具，只能設(shè)計(jì)出14nm的芯片，且流片成功率與國際先進(jìn)大廠之間也存在差距。之所以如此，主要原因有兩個(gè)：一是技術(shù)積累不夠，國際大廠已經(jīng)成長、發(fā)展了幾十年，如高通，積累了大量的技術(shù)、IP和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對芯片設(shè)計(jì)過程中的很多know-how了然于心，這樣就會(huì)提升芯片設(shè)計(jì)的迭代速度和效率，而中國大陸企業(yè)都是后起之秀，是追趕者，積累還不夠；二是缺乏市場機(jī)會(huì)，特別是試錯(cuò)機(jī)會(huì)，由于在2019年之前，美國沒有對中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行限制，使得本土電子系統(tǒng)和設(shè)備商在采購芯片時(shí)，特別是中高端產(chǎn)品，多傾向于熟悉的國際大廠產(chǎn)品，這樣比較穩(wěn)妥，出錯(cuò)的概率低，久而久之，本土中高端芯片難有在市場上歷練的機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)水平提升和產(chǎn)品迭代效率自然就難以改善。

中國芯片設(shè)計(jì)企業(yè)對制程工藝的依賴與對EDA工具的依賴類似，需要改變，特別是2019年之后，中國大陸半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展被美國全面限制后，本土芯片設(shè)計(jì)企業(yè)原本對EDA工具和先進(jìn)制程工藝的依賴受到極大挑戰(zhàn)，因?yàn)榈玫较冗M(jìn)EDA工具和制程工藝的主要途徑被截?cái)?，要想生存、發(fā)展下去，就必須提升自身的設(shè)計(jì)水平。

好在近兩年，本土芯片采購企業(yè)將更多的訂單給到了本土芯片公司，使得中國芯片設(shè)計(jì)公司有了更多在市場上歷練的機(jī)會(huì)，這對于磨練設(shè)計(jì)水平很有幫助。

在提升設(shè)計(jì)水平，積累更多設(shè)計(jì)know-how認(rèn)知方面。本土公司也在努力，這方面，沒有什么捷徑，就是要沉下心來，在流片之前的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行枯燥且重復(fù)性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和驗(yàn)證、迭代工作，肯于花時(shí)間和精力，才能設(shè)計(jì)出高水平的芯片。當(dāng)然，設(shè)計(jì)出更高水平的產(chǎn)品，需要更高水平的芯片設(shè)計(jì)師，近幾年，國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)人才薪酬高漲，也從一個(gè)側(cè)面體現(xiàn)出行業(yè)對高水平芯片設(shè)計(jì)人才更加重視了。當(dāng)然，這里也有需要注意并改善的地方，那就是高薪酬的背后，存在著總體人才數(shù)量不足、行業(yè)挖角過于頻繁、人才分布過于分散的問題，需要改善和規(guī)范。

中國本土芯片設(shè)計(jì)業(yè)的火熱，還將促進(jìn)芯片設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)的發(fā)展。美國的限制，促使中國大陸自研芯片，特別是AI芯片量大增，這對特殊應(yīng)用IC（ASIC）需求量大幅增長。同時(shí)，在各種新興應(yīng)用的帶動(dòng)下，ASIC商機(jī)明顯增多，以AI應(yīng)用為例，數(shù)據(jù)流量逐年大增，這些數(shù)據(jù)需要處理、運(yùn)算，CPU/GPU這類通用芯片已經(jīng)難以跟上AI系統(tǒng)的發(fā)展要求。同時(shí)，如前文所述，中國企業(yè)通過組合更多芯片來達(dá)到英偉達(dá)高端HPC芯片的性能，多以自研芯片為基礎(chǔ)，由于組合的芯片量是單一芯片的數(shù)倍，對相關(guān)ASIC的需求量成倍增長。

ASIC設(shè)計(jì)服務(wù)企業(yè)可以協(xié)助客戶依照自身需求，開發(fā)定制化芯片，并代為向晶圓代工廠投片，縮短芯片開發(fā)周期。在中美科技戰(zhàn)延續(xù)，AI應(yīng)用蓬勃發(fā)展之際，中國大陸企業(yè)為了規(guī)避美方禁令，產(chǎn)生的大量自研芯片需求對中國本土芯片設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)是個(gè)大利好。

以上談的是芯片設(shè)計(jì)，下面看一下另一個(gè)重要環(huán)節(jié)——半導(dǎo)體設(shè)備。

美國對先進(jìn)制程半導(dǎo)體設(shè)備的禁運(yùn)，確實(shí)給中國本土晶圓廠相關(guān)產(chǎn)線的建設(shè)、運(yùn)營和量產(chǎn)造成了很大困擾，由于先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備制造能力的突破比芯片設(shè)計(jì)水平的提升難度更高，因此，中國本土企業(yè)自研的高端芯片會(huì)更加難產(chǎn)。

為了應(yīng)對眼前的挑戰(zhàn)，中國大陸龍頭級(jí)別的晶圓廠（晶圓代工廠和存儲(chǔ)芯片IDM）不得不采取應(yīng)急策略，包括調(diào)整制程節(jié)點(diǎn)，例如，晶圓代工廠不得不提請客戶修改芯片設(shè)計(jì)方案，將較為先進(jìn)的制程改為相對成熟的制程，在此基礎(chǔ)上，盡量實(shí)現(xiàn)原有的性能和功耗水平，但實(shí)際難度很大。

之所以會(huì)產(chǎn)生以上提到的尷尬局面，就是因?yàn)榫A廠拿不到先進(jìn)制程設(shè)備，只能退而求其次，用相對成熟制程設(shè)備彌補(bǔ)，但這不是長久之計(jì)。因此，近兩年，包括中微公司、北方華創(chuàng)、盛美上海等龍頭在內(nèi)的本土半導(dǎo)體設(shè)備廠商，在刻蝕、離子注入、薄膜沉積、CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）、清洗等關(guān)鍵設(shè)備方面加大、加強(qiáng)、加快研發(fā)投入，并取得了明顯成績，為本土晶圓廠解決燃眉之急提供著助力。

在所有半導(dǎo)體設(shè)備中，最受關(guān)注的是光刻機(jī)，由于美國限制，ASML不能向中國本土晶圓廠出售EUV設(shè)備，甚至有些高端DUV設(shè)備也遲遲無法交付。因此，業(yè)界人士，甚至是廣大國民對國產(chǎn)光刻機(jī)的期盼度很高。

據(jù)悉，某國產(chǎn)28nm制程光刻機(jī)已經(jīng)于今年初通過驗(yàn)證，并交付給客戶了，而且，所需的關(guān)鍵零部件都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，目前，正在進(jìn)行兼容性調(diào)試，并排除掉一些不確定因素，這些工作完成后，設(shè)備就可以應(yīng)用到產(chǎn)線了。接下來，國產(chǎn)EUV設(shè)備的研發(fā)工作也將展開，而且是半導(dǎo)體設(shè)備廠與中國本土IT系統(tǒng)設(shè)備大廠合作研發(fā)，這其中最為重要的工作是EUV光源的研發(fā)。在整個(gè)研發(fā)過程當(dāng)中，不僅有半導(dǎo)體設(shè)備廠商、IT系統(tǒng)設(shè)備大廠，還將有晶圓代工大廠深度參與其中。

目前，美國沒有限制28nm制程用半導(dǎo)體設(shè)備對華出口，在這種情況下，本土設(shè)備廠商已經(jīng)研制出相關(guān)設(shè)備，這體現(xiàn)出中國相關(guān)決策部門和廠商發(fā)展本土先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備的決心。據(jù)悉，相關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備廠商，晶圓代工廠，以及IT系統(tǒng)設(shè)備大廠正在密切配合，攻克14nm/7nm制程芯片的大規(guī)模量產(chǎn)難關(guān)，同時(shí)還要保障較好的良率。如果能在相對短時(shí)間內(nèi)攻關(guān)，則可實(shí)現(xiàn)7nm及以上制程芯片生產(chǎn)的自主可控，不會(huì)再被“卡脖子”了。

結(jié)語

為了應(yīng)對美國HPC芯片，先進(jìn)制程半導(dǎo)體設(shè)備，以及高端EDA工具對華出口限制，中國本土相關(guān)企業(yè)正在加緊修煉內(nèi)功，無論是芯片設(shè)計(jì)，還是半導(dǎo)體設(shè)備制造，走上了前所未有的發(fā)展之路，并取得了一系列成績。

不過，從目前的情況來看，整體狀況還不樂觀，有些措施和辦法只是權(quán)宜之計(jì)，“三板斧”過后，要想實(shí)現(xiàn)更大程度的“芯片自由”，還有很長的路要走，需要付出更多的心血，且要耐得住寂寞，肯坐冷板凳，潛心研究。

還有一點(diǎn)值得關(guān)注，那就是在芯片制造端，特別是半導(dǎo)體設(shè)備，在目前及今后較長一段時(shí)期內(nèi)，這種被封鎖的狀態(tài)難以避免，非常之時(shí)需非常之事，需要整合更多的本土企事業(yè)單位、資金、人才、基礎(chǔ)設(shè)施等資源，形成更強(qiáng)的合力，會(huì)進(jìn)一步提升研發(fā)效率，就像前文提到的28nm和更先進(jìn)的EUV光刻機(jī)研發(fā)，半導(dǎo)體設(shè)備廠商、IT系統(tǒng)設(shè)備大廠和晶圓代工廠聯(lián)合起來，或許，這是一種特定時(shí)期的、中國式的IDM發(fā)展策略。

作者：暢秋