就在几天前,华为消费者业务CEO余承东公开表示,海思麒麟高端芯片Kirin990和Kirin1000系列已成绝唱,这一切的源头都是因为美国的一纸禁令。那么,是什么让特朗普有底气签署这样的禁令?最关键的是华为如何破局?
今天我们就来探讨一下这三个问题。
现在半导体领域是“一超多强”的格局,美国拥有世界上最大的半导体市场,其半导体行业产值占全世界总产值的47%,是当之无愧的老大。除了美国,韩国三星、海力士的存储芯片占了65%;从80年代起,欧洲的英飞凌、意法半导体、恩智浦,一直都是模拟芯片领域的佼佼者;信越、日立等日本公司,几乎垄断了半导体的上游材料,比如高端光刻胶等;中国台湾则在芯片代工领域独步天下,台积电和联电占据了越60%的市场,日月光等公司还抢下芯片封装测试一半的份额;中国则依托庞大的下游应用市场,近年在芯片设计领域快速发展,华为海思挤进芯片设计前十,设计规模跟上位居世界第二。
从表面上看,储存芯片有韩国,芯片生产代工有中国台湾,模拟芯片有欧洲,再加上华为拥有芯片设计能力,似乎抛开美国攒一台手机也并不是什么难事。现实情况却比这个要复杂得多,抛开政治因素,其他国家或地区能在半导体领域有所建树,背后多多少少都有美国人的影子,或者说是得到美国的认可。
以台积电为例,台积电最开始的专利技术来自IBM授权,英特尔不光给订单,还对芯片加工的几百道工序,进行手把手指导,美国则通过资本市场,掌握了台积电80%的股份。
谁的拳头大,谁就有话语权。这是亘古不变的真理,在半导体领域也一样,美国及其盟友日本,拥有三张王牌,分别是设备、材料和设计软件,管控任何一样,都可以让你停工歇菜。
一、设备:
目前,全球前五大半导体设备厂,其中三家是美国企业,日本的东京电子、荷兰的阿斯麦,好巧不巧,都是喝美国奶长大的,这五家公司加起来,占了全球半导体设备近60%的营收,2019年超过了500亿美元。
芯片加工的核心设备包括光刻机、刻蚀机、化学抛光机、离子注入机,以及检测设备等,几乎都被这五家公司垄断,或者说是被美国垄断。
而美国能实现垄断,除了时间积累上的优势外,还要归功于其高超的工艺技术。
就荷兰的光刻机来说,其技术核心是极紫外光源,EUV,全球最先进的EUV研发是由美国主导的,由英特尔和美国能源部牵头组件EUV LLC联盟,成员包括摩托罗拉、AMD、IBM,以及能源部下面的三大国家实验室,可以说为了研发EUV,美国把家底都掏出来了。
在深紫外光DUV时代,日本尼康也是光刻机巨头,但是由于美国视日本半导体为对手,尼康没有拿到EUV的入场券,从此没落。阿斯麦非常懂事,保证55%的零部件会从美国进口,同时接受美国的定期审查。于是阿斯麦成为天选之子,在高端EUV光刻机领域一家独大。
投桃报李,美国同意阿斯麦收购几家美国公司,包括掩膜技术龙头、紫外光源龙头等,进一步巩固其行业老大的地位,同时,阿斯麦也深深烙下美国的印记。
二、材料:
2019年,日本占领了全球半导体材料66%的份额,19种主要材料中,有14种份额超过50%,有好几种核心材料,甚至达到了70%以上。美国不是不想吃下这块肥肉,主要是材料这块,还真得日本人来做,因为半导体材料的“纯度”、“配方”,都需要专注和坚持,在一个捏饭团都能成传奇的国度,最不缺的恰恰是极致的专注和耐心的坚持。
以硅片为例,半导体硅片纯度要求是11个9,什么概念,相当于两个足球场的面积里,只有一粒沙大小的杂质。如果杂质过多,将直接影响良品率,半导体材料成本极高,上千道工序,每一步的废品率都要做到万分之一,甚至十万分之一,才能保证不亏本。
在材料生产过程中,为了保证高纯度,就必须使用大量精密测量仪器,能够检测十亿分之一的杂质含量,这就需要其他基础学科的协助,比如光学、化学、物理学等。除此之外,人员的经验,即业内常说的“know-how”,也是至关重要的。
做到99.99%,努努力是可以实现的,但是如果要做到十个九以上,所付出的努力可能是四个九的百倍千倍,而且可能要花费数年才有可能实现。
控制住设备和材料,代工厂连议价权都很弱,想要对抗美国的禁令,几乎不可能。美国可以轻易的断了你的粮,甚至砸了你的锅。
三、设计软件:
美国除了拿住了生产制造的上游,芯片设计的上游,也牢牢握在美国人手中。
芯片的设计是一件非常复杂的事情,一块芯片动不动就是数以亿计的晶体管,如果要靠人工来完成,根本不可能。所以,设计芯片就必须要用到电子设计自动化软件,也就是EDA来辅助。
EDA的核心是知识产权库,即IP库,IP库将经常使用的功能标准化、模块化,设计公司只需要调用即可,不需要重新设计,大大减少了设计难度。2019年,全球芯片IP市场前三强,EDA就占了两个,仅次于ARM。
除此之外,EDA的仿真功能也是必不可少的,芯片一次流片成本并不低,普通芯片1平方毫米都要十多万人民币,高端芯片一次流片费用更是可能高端数百万美元。
尴尬的是,我国最大的EDA厂商,华大九天在全球EDA市场仅占1%左右的份额,而美国控制的三大厂商,新思科技、楷登电子、明导科技,则占据了80%以上的市场。
四、如何破局
美日在半导体领域曾有一战,美国对日本半导体发起攻击:政治封锁、商业打压、关税逼迫,无所不用其极,同今天对付中国高科技公司的手段如出一辙。但是,美国并没有如愿以偿,虽然日本半导体受到重创,但是日本以退为进,在半导体材料上面,做到了美国人都无法企及的高度。
寻根探源,是过去30年日本在基础科学领域的突破,日本在三大自然科学领域获得16项诺贝尔奖,其中6个属于化学领域,这才是日本对抗美国的基础。
任正非曾感叹:过去国家发展工业,主要方法就是砸钱,但是,用钱砸芯片不行,得将钱砸数学家、物理学家、化学家......。只有基础学科突破了,才能赢取下一个时代。
目前,华为已经有所行动了,前段时间公布的“南泥湾计划”,就是专门研究去美国化的技术方案,并且加速推进不含美国技术的笔电和智慧屏业务。
抗日战争时期,军队在南泥湾开展的大规模生产活动,目的在于克服经济困难,实现生产自给,坚持持久抗战。如今华为开启半导体的南泥湾计划,剑指半导体全产业链,从基础学科开始,建立中国自己的半导体产业链,工程浩大,非华为一家之力能完成,只能说,前途是光明的,道路是曲折的。
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参考资料:
[1] 陈帅/刘芮,远川研究生,谁扼住了华为:美日半导体霸权的三张牌
[2] 时代周报,麒麟绝版催生B计划 华为挺进“南泥湾”