内忧外患,中国半导体进入关键时刻

中国半导体的发展正面临非常关键的时刻,要解决国产化问题。有国内半导体专家认为,一旦我国半导体产业国产化率达到30%~50%,美国的打压将失去意义。而实现卡脖子技术的国产化,需要采取举国体制+产学研协同+军团化运作模式。

文|游勇 杨意

编|石兆

01

中国半导体的关键时刻

“中国半导体的发展正面临非常关键的时刻,可以用外忧内患两方面来解释。”8月5日,根据集微网的报道,在一场高峰论坛上,国家“01”专项总师、清华大学教授魏少军给出了这样一个观点。

魏少军指出,所谓的外忧内患,从外面来看,以美国和西方对中国的打压作为重要的标志,我们的外部形势越来越严峻。从国内来看,中国半导体产业的自主发展也正进入一个关键时刻。

但魏少军也明确表示,中国半导体产业的发展和兴衰成败,不因某些人、某些事件中断。在过去的很多年当中,这个行业是靠全体企业家、全体从业人员共同奋斗,才获得今天的成绩。在未来我们还会受到很多困难,但这些困难都无法阻挡中国半导体的发展。因为中国半导体产业发展已经取得了长期进步。可以看到不仅仅是设计业,还有制造业、封测业、装备和材料业都在均衡的发展,中国半导体产业在今天的纷乱世界当中,拥有了一定的话语权。

芯片已成为近年来的角力点。可以看到,最近一两年,全球主要国家和地区,无一不在加码半导体产业投资和发展。

竞争激烈的同时,美国还试图通过各种“歪门邪道”打压中国半导体产业。比如,3月底,媒体报道,美国正提议与韩国、日本和中国台湾,成立半导体产业联盟“Chip 4”,对中国大陆“在全球供应链中形成包围圈”,以此孤立和限制中国半导体产业的发展。

对外来看,外部形势越来越严峻,对内,国内半导体产业的自主发展也已经进入一个关键时刻。

根据中国半导体行业协会发布的数据,国内集成电路产业总营收更是在2021年首次突破万亿大关,同比增长18.2%,达到了10458.3亿元。其中,设计业、制造业、封装测试业的销售额分别为4519亿元、3176亿元、2763亿元,同比分别增长了19.6%、24.1%、10.1%。

与此同时,中国依然是全球最大的芯片进口国,占据全球半导体市场的1/3。在高端产品上依然存在较强的进口依赖,在关键的口脖子技术上还任重道远。

02

美国的手段

根据资深半导体专家介绍,美国对中国半导体产业的打压一直未停止过。

今年4月市场调研公司Gartner发布的 2021 年报告显示,由于美国的制裁,华为旗下芯片企业海思,已跌出全球25大半导体供应商的排名。Gartner 研究副总裁Andrew Norwood在报告中表示:“海思收入下降了81%,从2020年的82亿美元降至2021年的15亿美元。这是美国制裁该公司及其母公司华为的直接结果。”

根据外媒的报道,美国还施压荷兰光刻机大厂ASML,禁止其向中国出口高端光刻机。美国也限制本国半导体设备企业,向中国出口高端设备。

不出意外,美国的芯片法案也将于8月9日正式签署。

美国芯片法案的全称是“芯片与科学法案”,主要涉及两部分:芯片部分是协助厂商扩大生产和研发,比如,由政府提供520亿美元的补贴,包括为投资生产半导体芯片的公司设立了25%的投资税收抵免优惠,金额预计达240亿美元。英特尔透露,通常来说建造建造一座新的晶圆厂,成本大概需要100亿美元,而在“芯片法案”下,企业能节省30亿美元。

而科学部分则是预计投入2000亿美元,鼓励半导体、人工智能、机器人、量子计算等各领域的科研创新,并加强美国在基础科学方面的教育。

这项由美国政府主导的法案酝酿了三年之久,总规模高达2800亿美元。表面上看,美国想发展本国半导体制造业,创造更多的税收和岗位,毕竟美国曾经拥有全球无可匹敌的半导体制造优势。1990年,其芯片产能在全球占比高达40%,然而,近二三十年来,美国在全球半导体制造市场中的份额一直在稳步下降,目前仅占 12%左右。

但更深的用意是结盟遏制中国半导体产业的发展。

美国不仅补贴本国企业,也找了全球芯片制造排名第一和第二的台积电和三星,要求他们去美国建厂。

该法案规定,要想拿到美国政府的补贴和资助,必须承诺不在中国大陆地区增加先进芯片的产能,在未来10年内禁止在中国大陆投资或新建高端半导体工厂。目前,像台积电在中国大陆的投资,主要以16纳米和28纳米等成熟制程的芯片工厂为主。

其实,从成本和人才角度,芯片制造企业去美国设厂并不划算。台积电创始人张忠谋几次对外表示,一方面,在美国制造的成本令人望而却步。台积电奥勒冈州工厂的25年制造经验可为明证,该厂能获利,但几乎放弃扩建。他说:“在当初比较成本上,我们太天真,在美国制造芯片的成本比中国台湾贵50%。”另一方面,美国芯片制造业没有扩张和成功所需要的人才库。

对此,美国国内也有批评的声音,认为该法案违反了自由市场原则。事实上,芯片企业自身的竞争相当激烈。三星、台积电和英特尔都在先进制程上你追我赶。当美国提出芯片法案时,三星等企业就表达过这方面的顾虑,觉得美国的政府补贴很难对企业一视同仁,会厚此薄彼。而英特尔甚至建议“美国纳税人的钱应该只流向国内公司”。

不过,美国的胡萝卜加大棒的做法正在发挥作用。

目前,台积电正在美国亚利桑那州建造一座价值120亿美元的5纳米制程晶圆厂,预计于2024年投产。三星在2021年也宣布正在美国德克萨斯州投资170亿美元,新建一座晶圆代工厂。而2022年7月,SK集团宣布在美国投资220亿美元的半导体、电动汽车电池和绿色技术,包括新的先进芯片封装厂。

事实上,这几家半导体企业在中国大陆本来也有不少投资。

比如,三星2012年在西安建设了存储芯片工厂,累计投资约260亿美元,是韩国最大的外国芯片项目之一。根据TrendForce去年底的数据,西安工厂占三星全球NAND闪存产能的43%,占全球总产能的15%。

然而,美国对中国半导体的打压没有停留在去哪里设厂上,美国的手段基本是不遗余力。

今年3月,美国政府就提议与韩国、日本和中国台湾组建“芯片四方联盟”(Chip4),想把中国大陆排除在全球半导体供应链之外。

业界认为,这在破坏全球半导体产业链。比如,以韩国为例,一方面,中国是韩国半导体企业最重要的市场,韩国出口的60%的芯片流入中国市场。另一方面,韩国三星电子和SK海力士等在中国建有体量庞大的工厂。

03

如何解决发展与卡脖子问题

如今,再回首中国半导体产业的发展史,外界常常会用 “芯酸”二字来形容。“芯酸”无疑是个典型的谐音梗,但其背后却是中国半导体行业无数从业者,在芯片领域的一场艰辛奋斗史。

中国的芯片产业发展并不比日本晚。1956年,国内就已经发起“向科学进军”的口号,并同年发布的《1956~1967年科学技术发展远景规划》中,将半导体技术列为了国家四大紧急措施之一。4年后,以中科院半导体所为代表的大批研究机构相继成立,全国范围内也涌现出了数十个电子厂,中国半导体工业的“研发+生产”体系得以初步搭建起来。

但在相当长一段时间内,中国半导体行业的发展并不算顺遂。有业内专家告诉数智前线,我国半导体,现在的关键是解决发展和卡脖子问题,而根本是解决国产化。

根据东方证券2022年4月的报告,EDA国产化由点向面突破。半导体设备整体仍处于技术追赶状态,去胶设备已基本实现国产化,刻蚀、清洗、PVD等设备国产化率10%-20%,光刻、涂胶显影设备有望实现“0 的突破”。硅片作为主要材料,国产化率约 20%,大尺寸硅片国产化率仍处低位,ArF 光刻胶仅南大光电通过客户验证, EUV 光刻胶暂无国内厂商可量产。芯片设计国内企业已在部分细分领域实现从成长到引领的跨越,但高端逻辑芯片 CPU、GPU、DRAM、NAND flash 等严重依赖海外厂商,国产化任重道远。

有国内有半导体专家认为,一旦我们半导体产业国产化率达到30%~50%,美国的打压将失去意义。

上述半导体专家提出要实现关键设备国产化,需要采取举国体制、产学研协同和军团化运作模式。

以光刻机为例,光刻机涉及一个垂直产业链,荷兰光刻机大厂ASML的部件供应商有200个左右,ASML负责光刻机的研发设计和产品组装,部件供应商负责提供高质量部件,而他们都是各细分领域的佼佼者。

在这样的状况下,产学研协同和华为采取的军团模式,将科学家、工程师、产品化等各个环节集结,有望打通产业链,实现关键技术的突破。上述专家称,中国已经在刻蚀机等设备取得产品和市场化成功。

“国内半导体产业需要做出几个榜样,在关键时刻和关键技术获得成功。”上述专家称。

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