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美中芯片之争新篇章

(2022-09-15 06:58:18) 下一个

加拿大科技媒体TechInsight透露,中国大陆的中芯国际(SMIC)取得了重大突破,批量生产出准7纳米(nm)工艺。据TechInsight称,中芯国际采用准7nm工艺生产的产品已发货一年(下图 Gigazine)。一些媒体认为,中芯国际的进展表明,美国的封锁太少、太晚,而且已经过时。中芯国际这之前能成功制造的最先进的芯片工艺节点是14nm,且一直努力向先进工艺节点(低于10nm)发展。由于中芯国际于2020年12月被美国工业和安全局列入实体名单,无法从荷兰ASML获得必要的极紫外光刻机,中国大陆生产具备的10纳米或以下芯片的先进技术节点能力尤其令人印象深刻。

毋庸置疑,中芯国际是能够以现有设备生产出7nm芯片的。因为全球半导体制造业领先的台积电(TSMC),在其7nm批量生产的早期阶段使用的便是深紫外光刻机(DUV)。但使用DUV生产7nm芯片会影响到芯片产率和成本,故无论台积电还是三星都不再用DUV光刻机生产7nm芯片的工艺。

由于半导体产业所具有战略重要性,对大陆来说,拥有制造先进芯片的能力比这些芯片的价格更重要。因此,中芯国际可能会不计成本地利用已有设备和技术来实现技术突破。而中芯国际已使用DUV机器成功开发了具有FinFET N+1工艺的“准7nm”芯片一事表明,中芯国际的确实现了技术突破。这一实现技术突破意义十分重大。台积电董事长刘德音(Mark Liu)博士在谈及7nm芯片工艺时表示,7nm工艺是半导体制造业的分水岭。7nm工艺和14nm工艺之间的最大区别在于,7nm工艺的每单位面积的晶体管数量大大增加,其能耗大幅降低。这使得7nm芯片不但比14nm芯片有更强大的运算能力,而且经济上也也更划算。例如,使用台积电7nm工艺的NVIDIA A100 Tensor Core数据中心处理器的性能提高了20倍,可是7nm芯片的生产成本只有233美元,这不仅低于16nm芯片的331美元,还低于5nm芯片的238美元。

换句话说,7nm芯片不仅降低了拥有成本,还提供了高计算性能,这使得AI、云计算和5G在商业和军事应用中都具有经济可行性。因此,大陆的这一突破不论在技术上、商业上,还是在军事上,都具有十分重大的意义。它更向中国大陆政策规划者表明,尽管大陆的半导体产业在生产规模和技术方面落后于台积电、三星和英特尔,但通过政策支持和摩尔定律,大陆是有机会在技术上逐渐赶上领先厂家的(下图 FP)。

大陆赶超模式

于是,中国大量投资建造新的成熟工艺制程芯片工厂。到2024年底时,大陆将拥有31家新的成熟工艺制程芯片厂,超过台湾的19家和美国的12家。如果这31家芯片厂中有一两家能够脱颖而出,取得技术突破并进入最先进的工艺节点,那么这个“国家冠军”就有希望与先进工艺市场竞争,甚至占据主导地位。个人电脑/笔记本电脑领域的联想以及通信领域的华为和中兴都是使用这种模式发展壮大的(下图 CHINADAILY)。作为领先的大陆半导体公司,中芯国际就是这样一个“国家冠军”,最有可能在国际先进半导体领域竞争,打破美国的技术垄断。TechInsight报道的中芯国际在7nm制程上的进步就是最好的证明。

如果中芯国际能够将7nm工艺推广到其他中国大陆制造商的产品上,这将使大陆能够加速其在人工智能、高速计算和5G等领域的进步,使大陆实现从“制造业巨头”转变为“世界制造业强国”的目标。

芯片法案之后

事实已经证明,实体清单未能阻止中国大陆突破7nm工艺技术。因此,为阻滞大陆进入5nm及更先进工艺,仅仅向中国大陆禁售EUV极紫外光刻机是不够地。美国现在正尽力向日本和荷兰施加外交压力,不仅延长目前的EUV禁运,甚至还讨论实行DUV禁运。因为根据大陆过去的工业化历史,一旦她在一种产品上实现突破,就会让这种产品占领全球市场(下图 CKGSB)。

很可能大陆仍需要数年时间,来将这一突破应用于大规模生产上。但该事实表明,中国大陆正有条不紊的快速前行 -- 从先进的电池、机器人、量子计算和半导体芯片。当然,这并不等同于美国已丧失竞争力。曾几何时,日本在技术领域也与美国争锋相对,步步紧逼。但此后美国在移动计算、Windows操作系统、互联网甚至芯片生产的一系列重大突破,不但一举将其甩开好几条街,而且就此服服帖帖。为了让中国大陆重蹈日本的覆辙,拜登总统8月9日签署了一项规模高达2800亿美元的法案,旨在支持美国的芯片制造业,解决全球供应链问题,并反制中国日益增长的影响力。据路透社报道,拜登政府计划在10月扩大禁止向中国大陆出口高端芯片和芯片制造设备的规管范围,作为《2022年芯片和科技法案》的后续措施。目的就是要趁你病,要你命。趁大陆现在仍依赖美国、厚积蓄势但尚未后来居上之际,祭出更加严厉的管制和限制措施,确保美国对大陆在半导体技术上的优势。用印第安纳州的联邦参议员托德·杨(Todd Christopher Young 下图 Etsy)话来说,就是“如果把我们的大量资源调动起来,无人能在创新能力上超越美利坚合众国。”

“芯片法案”的核心在于将包括台积电和三星在内的世界尖端半导体芯片制造能力虹吸到美国,帮助美国重新获得在半导体制造领域的领先地位。但台积电的创始人张忠谋曾多次公开表明,他们不愿在美国建厂,认为那不现实,因为成本更高,而且缺乏配套产业和技术人才。台积电现任董事长刘德音则无奈地表示,不希望台积电距离中国大陆近而被歧视(下图 Forbes)。台湾显然不愿意将其最先进的半导体芯片制造工艺搬到美国地,至少是心不甘情不愿。因为正是由于对被视为护国岛神山的台积电和其他台湾芯片公司的依赖,才让中国大陆不会轻易入侵台湾。美国对台积电技术的依赖,则使其对台湾的军事支持更具可信度。而三星在中国大陆的巨大利益,也让韩国在加入芯片4方联盟时三心二意,更别说在美国建厂生产其刚刚宣布成功的3纳米芯片了。

其实美国政府与民间在重振美国半导体制造的路径是有差异的。如哈佛大学肯尼迪政府学院国际事务研究中心主任艾利森(Graham Allison)和谷歌公司前董事长施密特(Eric Schmidt)在今年6月20日当天的华尔街日报上撰文,就半导体芯片发展向美国政府建议:白宫完全没必要苛求台积电转移7纳米以下制程的生产线来重塑自身的高端芯片制造业,而应该大力发展制程并不高的普通芯片!《2022年芯片和科技法案》和后续措施的签署执行表明,拜登政府有自己的想法。

如今美国有了“芯片法案,” 决心要重摘半导体制造皇冠。但美国政府拥有软硬兼施的手段和能力、该出手时便敢于向包括台湾和韩国这样的盟友出手的决心吗?台积电和三星会如何与美国打太极,弯弯绕呢?抑或如笔者2年多前所言,台积电或许“必须为美国的国家利益作出重大让步,乃至牺牲。毕竟,……台湾有太多需要求助于美国的地方”? 

参考资料

工商社论. (2022).  社论:美国芯片法案出台 台湾要有备案. 台湾《工商时报》. 链接 https://www.haozaobao.com/mon/keji/20220823/123298.html

孟建国,Liu, J. & Zhong, R. (2022). “暴风中心”:被卷入大国芯片之争的台湾. 纽约时报中文网. 链接   https://cn.nytimes.com/asia-pacific/20220830/taiwan-chips/

賴彥伶. (2022).  美國晶片法案其實劍指台灣?陳文茜:許多人沒注意條文裡有警告. 新新聞. 链接 https://www.storm.mg/article/4462490

Kanno-Youngs, Z. (2022). 拜登签署2800亿美元芯片法案,抗衡中国. 纽约时报中文网. 链接 https://cn.nytimes.com/usa/20220810/biden-semiconductor-chips-china/

Sanger, D. E. (2022). 中国成功制造7纳米芯片,这意味着什么. 纽约时报中文网.  链接  https://cn.nytimes.com/usa/20220729/us-china-semiconductors/

Wang, C. J. (2022). China’s Semiconductor Breakthrough. THE DIPLOMAT. 链接  https://thediplomat.com/2022/08/chinas-semiconductor-breakthrough/

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评论
markyang 回复 悄悄话 我觉得太多人认为美国的对华技术封锁是为了美国的一家利益,其实昨天法国外长,前天的德国外长都提到了中国的技术剽窃行为给他们带来的威胁,西方国家对于中国的恐惧可以说是全面的,美国不过是个代表,提出的“友邦供应链”也是以后的趋势,美国的制造业从来就不可能大规模回流,也不是方向,但是支持其它美国的友邦进行产业升级是个趋势,中国要做好半球化的准备
tintin9999 回复 悄悄话 美国如果连芯片这样的高科技产品都无法实现国产制造的话,普通产品制造回归美国也就更不可能了。追求制造回流美国也就成了一句空话。
chinomango 回复 悄悄话 7nm工艺是半导体制造业的分水岭 - 这话过时了
chinomango 回复 悄悄话 据我所知14nm国内良率很低。我公司4nm已经流片。芯片的设计和制造是不可分割的,因为设计用的库就是制造厂家的库。设计软件就是美国两三家,盗版都没可能。
大陆的进步,说到底还是大陆出生的在美工作的台湾人的功劳,没有继续。
其实,争取落后2-3代也没啥,把14-28nm市场占完也很了不起的,只要脚踏实地,不要搞义和团或大炼钢铁。
至于大陆大学的IC水平,说好点三流。
llarry 回复 悄悄话 想替土工吆喝,就直接喊出来!哆嗦啥呀
三颗牙 回复 悄悄话 扯的啥玩意
crazysm 回复 悄悄话 ”芯片的核心是设计,不是芯片制造。“ 这句话暴露文科生对理科的那种理解能力
aaoc 回复 悄悄话 中芯已经7纳米发货一年了,可喜可贺!不过咋没看到啥厂家在用呢,这中芯太不地道了,华为都这样了还不帮。好像不合逻辑啊,是不是我太幼稚了还是这消息编得太烂?呵呵
irisin2021 回复 悄悄话 没有强大的基础科学的国家,永远是落后的。芯片的核心是设计,不是芯片制造。设计使芯片不断更新换代,你芯片生产技术成熟了,但也过时了。
三河匹夫 回复 悄悄话 “台积电美国工厂迎来新进展:上梁仪式已完成,2024年如期量产” 2022-07-28
半岛人 回复 悄悄话 先进制程做出的芯片大都是锦上添花类的芯片,比如手机,游戏机,图像处理等。
对国家最关键的核心产品往往不需要最先进的制程,如军事工业,家电,汽车等。
中国也不需要许多芯片生产商能制作先进制程,1-2个足矣。其它只需要做成熟制程的即可。
原先中国芯片生产商很难生存,因为其产品无法与外国产品竞争。美国的封锁给了中国的芯片产商有了生存机会。假以时日,一旦中国芯片生产成熟了,芯片就成了白菜价,到时候世界上能生存下去的芯片公司就没有几个了。
Firefox01 回复 悄悄话 新视角、新思维,值得继续关注。
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