芯片制造能不能做到完全“去美國(guó)化”？

距離美國(guó)將華為加入實(shí)體清單已經(jīng)一年有余，從表面上看，華為至今活的好好的，而且依靠國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，其 5G 通信設(shè)備、5G 手機(jī)業(yè)務(wù)幾乎沒(méi)有受到太大影響，導(dǎo)致很多媒體紛紛拋出“華為海思可以完全脫離美國(guó)搞自研”的論調(diào)。

2020 年一季度華為手機(jī)占據(jù)過(guò)半市場(chǎng)份額

但其實(shí)事情始終在向不好的方向發(fā)展。6 月 9 日，芯片代工廠臺(tái)積電舉辦年度股東大會(huì)，會(huì)上臺(tái)積電董事長(zhǎng)劉德音毫不避諱的說(shuō)到，“我們希望這種情況（斷供華為）不會(huì)發(fā)生。但是如果發(fā)生了，我們將在很短的時(shí)間內(nèi)（通過(guò)其他芯片公司的訂單）替代補(bǔ)足，現(xiàn)在還很難預(yù)測(cè)替代需要多久?！?/p>

臺(tái)積電董事長(zhǎng)劉德音

要知道華為海思在臺(tái)積電訂單占到臺(tái)積電 2019 年全年收入的 14%，僅次于蘋(píng)果，而臺(tái)積電掌門(mén)人卻能開(kāi)誠(chéng)布公的說(shuō)出這樣的話語(yǔ)，這充分說(shuō)明，臺(tái)積電已經(jīng)做好了未來(lái)美國(guó)政府徹底禁止臺(tái)積電為華為代工的最壞打算。

既然事已至此，今天的文章我想簡(jiǎn)單的談一談，假如最壞的情況真發(fā)生了，即美國(guó)商務(wù)部拒絕一切使用美國(guó)技術(shù)或設(shè)備的公司供貨華為的申請(qǐng)，那么華為海思能不能做到完全去美國(guó)化制造芯片呢？

01 芯片設(shè)計(jì)能不能國(guó)產(chǎn)化

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu) IC Insights 公布的最新數(shù)據(jù)顯示，華為海思目前是國(guó)內(nèi)最大、全球排名第 10 的半導(dǎo)體公司，要知道這個(gè)榜單內(nèi)囊括的是芯片全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，也就是說(shuō)在與英特爾、三星、臺(tái)積電、英偉達(dá)等大佬們放在一起排名的情況下，海思依然在 2020 年一季度收入排到第 10。毫無(wú)疑問(wèn)，海思目前是全球頂尖的半導(dǎo)體企業(yè)。

2020 年一季度全球前十強(qiáng)半導(dǎo)體企業(yè)

但是，海思屬于 Fabless 企業(yè)，也就是無(wú)工廠芯片供應(yīng)商或者說(shuō)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)海思只能設(shè)計(jì)芯片，不能生產(chǎn)制造芯片，因此才需要臺(tái)積電或者中芯國(guó)際這樣的 Foundry 芯片代工廠為其將設(shè)計(jì)好的芯片生產(chǎn)出來(lái)。

打個(gè)比方，海思相當(dāng)于設(shè)計(jì)師，臺(tái)積電相當(dāng)于印刷廠，沒(méi)了臺(tái)積電，海思就是只能在電腦上完成設(shè)計(jì)方案，但不能將設(shè)計(jì)方案真正化為成品宣傳海報(bào)的空想家。

先不提芯片代工的問(wèn)題，海思可以脫離美國(guó)技術(shù)獨(dú)立完成芯片設(shè)計(jì)嗎？

答案是不能。當(dāng)前芯片設(shè)計(jì)一定需要使用 EDA 軟件，學(xué)工科的胖友們應(yīng)該很多都上過(guò) EDA 軟件使用的課程（當(dāng)時(shí)上課從始至終都有種這 TM 是給人學(xué)的嗎的趕腳），EDA，Electronic design automation，翻譯過(guò)來(lái)就是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，EDA 軟件就是幫助工程師使用軟件進(jìn)行復(fù)雜芯片設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)軟件。

目前 EDA 軟件存在三大巨頭，即 Cadence、Mentor Graphics（總部美國(guó)，后被西門(mén)子收購(gòu)）和 Synopsys，它們?nèi)渴敲绹?guó)（或誕生美國(guó)）公司。

EDA 三巨頭簡(jiǎn)介，來(lái)源“智東西”

全球任何芯片設(shè)計(jì)大廠都需要使用這三家公司的軟件來(lái)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，當(dāng)然如果是低端芯片那可能小公司的軟件對(duì)付對(duì)付也行，但要知道華為海思目前設(shè)計(jì)的芯片都是 7nm 制程的最頂級(jí)手機(jī)或服務(wù)器、基站芯片，因此必須使用美國(guó)公司的 EDA 軟件，是必須，沒(méi)得選。

2018 年，美國(guó)三大 EDA 巨頭占據(jù)中國(guó)市場(chǎng)份額的 95%，剩 5%基本就是低端芯片設(shè)計(jì)市場(chǎng)。

EDA 三巨頭 2018 年在中國(guó)市場(chǎng)份額，來(lái)源“前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人”

這三家公司已經(jīng)履行對(duì)華為斷供的政策。那么華為怎么辦？華為海思雖然前期已獲得了美國(guó) EDA 公司的軟件使用授權(quán)，可以正常使用，但由于斷供原因，EDA 軟件不會(huì)再獲得更新以及技術(shù)支持，也就說(shuō)，未來(lái)海思的新一代芯片產(chǎn)品，將無(wú)法使用新版本的 EDA 軟件。畢竟隨著芯片制程與工藝的提升，如果設(shè)計(jì)軟件跟不上，對(duì)于海思來(lái)說(shuō)會(huì)很艱難。

當(dāng)然國(guó)內(nèi)也有一些 EDA 軟件公司（比如華大九天），但是就像我前面說(shuō)的，在高端芯片設(shè)計(jì)方面美國(guó)公司無(wú)可替代。

中國(guó) EDA 龍頭華大九天

另外，就算解決了 EDA 方面的問(wèn)題，也僅僅是部分解決了 CPU 和 GPU 的問(wèn)題。華為目前在基站上使用的 FPGA（Field－Programmable Gate Array，屬于專用集成電路中的一種半定制電路，是可編程的邏輯列陣）芯片可以說(shuō) 100%來(lái)自于美國(guó)公司，因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域被美國(guó)公司完全壟斷。

FPGA 全球市場(chǎng)份額

據(jù)稱，華為已儲(chǔ)備最多能使用兩年的的賽靈思公司的 FPGA 芯片。目前這個(gè)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)無(wú)可替代公司。

除了 FPGA 外，美國(guó)公司英特爾與 AMD 在個(gè)人電腦與服務(wù)器芯片方面也處于壟斷地位，但個(gè)人覺(jué)得華為在這方面可以實(shí)現(xiàn)替代，今早剛看到新聞蘋(píng)果已經(jīng)準(zhǔn)備自研處理器替代蘋(píng)果電腦上的英特爾芯片了，另外華為本身就有服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品“鯤鵬”。

海思目前的全系列芯片

02?芯片制造設(shè)備能不能國(guó)產(chǎn)化

雖然大家都知道芯片制造中主要的一種設(shè)備叫做光刻機(jī)，全球高端光刻機(jī)市場(chǎng)被荷蘭公司 ASML 壟斷。

ASML 光刻機(jī)

但其實(shí)芯片制造涉及復(fù)雜的流程工藝，包含各類的制造生產(chǎn)設(shè)備，光刻機(jī)只是其中的一環(huán)。

芯片制造流程

根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)調(diào)查公司 VLSI Research 發(fā)布的 2018 年全球半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備廠商的排名結(jié)果來(lái)看，幾乎家喻戶曉的 ASML 僅排名第二名，全球排名第一的半導(dǎo)體設(shè)備廠商其實(shí)是來(lái)自美國(guó)的“應(yīng)用材料公司”。

2018 年全球半導(dǎo)體設(shè)備廠商排名

應(yīng)用材料公司幾乎可以生產(chǎn)用于制造半導(dǎo)體芯片的各種設(shè)備，包括沉積（CVD、PVD 等）、離子注入、刻蝕、快速熱處理、化學(xué)機(jī)械平整、計(jì)量檢驗(yàn)等。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)除了光刻機(jī)它不造，剩下它都行。

美國(guó)應(yīng)用材料公司

而且除了應(yīng)用材料公司外，榜單前 10 名中依然還有 3 家美國(guó)公司，也就是說(shuō)，全球 10 強(qiáng)半導(dǎo)體設(shè)備公司美國(guó)公司占據(jù)四席。

有沒(méi)有一種可能，在芯片制造環(huán)節(jié)完全使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備呢？

這么說(shuō)吧，在芯片制造的每個(gè)環(huán)節(jié)涉及到的每種設(shè)備，中國(guó)都有相關(guān)企業(yè)能生產(chǎn)設(shè)備，只不過(guò)有的達(dá)到世界領(lǐng)先水平，有的還只能處于入門(mén)水準(zhǔn)。

比如蝕刻環(huán)節(jié)的蝕刻設(shè)備，中國(guó)的中微半導(dǎo)體已經(jīng)可以生產(chǎn) 5nm 制程設(shè)備。在中微半導(dǎo)體 2019 年年報(bào)中，其表示公司開(kāi)發(fā)的高端刻蝕設(shè)備已在各大國(guó)際知名廠商的 65nm 到 7nm 的芯片生產(chǎn)線上。另外,財(cái)報(bào)還顯示,中微半導(dǎo)體根據(jù)客戶（大概率是臺(tái)積電）的需求已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了 5nm 刻蝕設(shè)備，并且獲得了行業(yè)領(lǐng)先客戶的批量訂單。

中微半導(dǎo)體

而在關(guān)鍵的光刻環(huán)節(jié)，目前國(guó)內(nèi)最頂尖的光刻機(jī)制造商上海微電子，預(yù)計(jì)將于 2021-2022 年交付第一臺(tái) 28nm 工藝的國(guó)產(chǎn)沉浸式光刻機(jī)。雖然與目前 ASML 的 7nm 甚至 5nm 光刻機(jī)相比，28nm 光刻機(jī)簡(jiǎn)直是上個(gè)時(shí)代的產(chǎn)品，但要知道上海微電子的 90nm 光刻機(jī)一直用了 13 年至今，才終于研發(fā)出新一代產(chǎn)品。

上海微電子的光刻機(jī)

而且，目前全球絕大多數(shù)芯片其實(shí)并不需要 10nm、7nm 這樣的高端制程，搞定 28nm 制程已經(jīng)可以解決大部分芯片需求了。

全球芯片制程需求

但對(duì)于手機(jī)、電腦、服務(wù)器、基站等高端芯片來(lái)說(shuō)確實(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

其他環(huán)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備就不一一舉例了，總的來(lái)說(shuō)，用全國(guó)產(chǎn)設(shè)備組成一條能湊合用的芯片生產(chǎn)線問(wèn)題不大，但是對(duì)于海思來(lái)說(shuō)依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以想脫離美國(guó)或者其盟友國(guó)家的生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)高端芯片的生產(chǎn)制造，基本不可行。

03?芯片制造能不能國(guó)產(chǎn)化

臺(tái)積電在 6 月 9 日的股東大會(huì)里，對(duì)于能否建立一條沒(méi)有美國(guó)技術(shù)、設(shè)備的生產(chǎn)線，劉德音表示，臺(tái)積電需要使用很多美國(guó)設(shè)備。

就算是中國(guó)大陸芯片代工廠中芯國(guó)際，由于使用美國(guó)設(shè)備，也是要受到美國(guó)政策影響的。由于中芯國(guó)際近期要回國(guó)內(nèi)科創(chuàng)板上市，因此 6 月份剛剛公布了招股說(shuō)明書(shū)，在其招股說(shuō)明書(shū)中明確注明：

“若干自美國(guó)進(jìn)口的半導(dǎo)體設(shè)備與技術(shù)，在獲得美國(guó)商務(wù)部行政許可之前，可能無(wú)法用于為若干客戶的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)制造。上述修訂的規(guī)則中，仍然有許多不確定的法律概念，其具體影響的程度，目前尚未能準(zhǔn)確評(píng)估?！?/p>

若干客戶中其中最重要的一個(gè)就是華為。由于華為目前完全不具備芯片制造能力，如果沒(méi)有臺(tái)積電和中芯國(guó)際的代工，是不能制造芯片的。

而且就算是中芯國(guó)際能為海思代工，其僅具備最高 14nm 制程芯片代工能力，無(wú)法制造華為目前全系高端芯片，而中芯國(guó)際已經(jīng)是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先其他代工廠幾個(gè)時(shí)代的最頂級(jí)代工廠了。

全球主要芯片代工廠當(dāng)前制程能力

因此就算海思能把芯片設(shè)計(jì)出來(lái)，目前來(lái)看想把芯片生產(chǎn)出來(lái)，也困難重重。

04?總結(jié)

如果想完全去美國(guó)化的生產(chǎn)低端芯片，那么這事兒目前來(lái)看可行。

但如果是華為海思這種級(jí)別的公司，想不使用任何美國(guó)技術(shù)與設(shè)備生產(chǎn)高端芯片，那么需要頂尖的芯片設(shè)計(jì)工程師團(tuán)隊(duì)+國(guó)產(chǎn)高端 EDA 軟件+每個(gè)環(huán)節(jié)完全國(guó)產(chǎn)的高端半導(dǎo)體制造設(shè)備+一家熟練掌握所有工藝流程的高端芯片代工廠，目前除了頂尖的芯片設(shè)計(jì)工程師團(tuán)隊(duì)外，其他條件需要國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)跨越人家領(lǐng)先幾年到幾十年的代差，難于登天。