近兩年,美國(guó)政府針對(duì)中國(guó)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(duì)于這些不斷升級(jí)的舉措,中國(guó)產(chǎn)業(yè)界,以及政府相關(guān)部門(mén)也在持續(xù)研究,想辦法應(yīng)對(duì),且開(kāi)始逐步適應(yīng)這種非正常狀態(tài)。
目前來(lái)看,美國(guó)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(duì)這樣的限制政策,感到棘手的不只是中國(guó)大陸相關(guān)企事業(yè)單位,提供這些產(chǎn)品的美國(guó)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(guó)政府相關(guān)限制政策的情況下,美國(guó)廠商,特別是HPC芯片廠商,為了不失去中國(guó)大陸市場(chǎng)這一大財(cái)源,在相對(duì)短時(shí)間內(nèi),推出了中國(guó)“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(guó)公司,英偉達(dá)開(kāi)發(fā)了A800和H800,這些處理器的性能明顯下降,避開(kāi)了美國(guó)政府的政策限制。當(dāng)然,中國(guó)企業(yè),如阿里巴巴、騰訊等購(gòu)買(mǎi)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(lèi)似性能和效果,H800用量是H100的三倍)。
除了英偉達(dá),業(yè)績(jī)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(guó)客戶(hù)的“特供”芯片。
相對(duì)于芯片成品,半導(dǎo)體設(shè)備受到的管控更加嚴(yán)格,這對(duì)應(yīng)用材料、KLA、LAM等幾家美國(guó)設(shè)備大廠的營(yíng)收產(chǎn)生了不小的影響。
中國(guó)的應(yīng)對(duì)
面對(duì)美國(guó)的限制政策,中國(guó)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(guó)禁售政策所形成的壓力。
芯片設(shè)計(jì)方面,相對(duì)于在芯片制造方面與國(guó)際先進(jìn)水平存在較大差距,中國(guó)芯片設(shè)計(jì)能力并不弱,也一直在進(jìn)步,同時(shí),中國(guó)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(guó)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(duì)應(yīng),中國(guó)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(jī),但與全球領(lǐng)先企業(yè)相比,仍存在明顯差距。
中國(guó)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)與國(guó)際大廠之間的差距,主要體現(xiàn)在對(duì)EDA工具和制程工藝的依賴(lài)程度,例如,使用同樣一款較為先進(jìn)的EDA工具,國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)際大廠已經(jīng)成長(zhǎng)、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(duì)芯片設(shè)計(jì)過(guò)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(guó)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(chǎng)機(jī)會(huì),特別是試錯(cuò)機(jī)會(huì),由于在2019年之前,美國(guó)沒(méi)有對(duì)中國(guó)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(gòu)芯片時(shí),特別是中高端產(chǎn)品,多傾向于熟悉的國(guó)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(chǎng)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(guó)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)制程工藝的依賴(lài)與對(duì)EDA工具的依賴(lài)類(lèi)似,需要改變,特別是2019年之后,中國(guó)大陸半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展被美國(guó)全面限制后,本土芯片設(shè)計(jì)企業(yè)原本對(duì)EDA工具和先進(jìn)制程工藝的依賴(lài)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(gòu)企業(yè)將更多的訂單給到了本土芯片公司,使得中國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司有了更多在市場(chǎng)上歷練的機(jī)會(huì),這對(duì)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(méi)有什么捷徑,就是要沉下心來(lái),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(guó)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(duì)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(guò)于頻繁、人才分布過(guò)于分散的問(wèn)題,需要改善和規(guī)范。
中國(guó)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(guó)的限制,促使中國(guó)大陸自研芯片,特別是AI芯片量大增,這對(duì)特殊應(yīng)用IC(ASIC)需求量大幅增長(zhǎng)。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(lèi)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(guó)企業(yè)通過(guò)組合更多芯片來(lái)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(duì)相關(guān)ASIC的需求量成倍增長(zhǎng)。
ASIC設(shè)計(jì)服務(wù)企業(yè)可以協(xié)助客戶(hù)依照自身需求,開(kāi)發(fā)定制化芯片,并代為向晶圓代工廠投片,縮短芯片開(kāi)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(guó)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(duì)中國(guó)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(guó)對(duì)先進(jìn)制程半導(dǎo)體設(shè)備的禁運(yùn),確實(shí)給中國(guó)本土晶圓廠相關(guān)產(chǎn)線的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)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(guó)本土企業(yè)自研的高端芯片會(huì)更加難產(chǎn)。
為了應(yīng)對(duì)眼前的挑戰(zhàn),中國(guó)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(qǐng)客戶(hù)修改芯片設(shè)計(jì)方案,將較為先進(jìn)的制程改為相對(duì)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(duì)成熟制程設(shè)備彌補(bǔ),但這不是長(zhǎng)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(jī),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(guó)限制,ASML不能向中國(guó)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(wú)法交付。因此,業(yè)界人士,甚至是廣大國(guó)民對(duì)國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的期盼度很高。
據(jù)悉,某國(guó)產(chǎn)28nm制程光刻機(jī)已經(jīng)于今年初通過(guò)驗(yàn)證,并交付給客戶(hù)了,而且,所需的關(guān)鍵零部件都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)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(lái),國(guó)產(chǎn)EUV設(shè)備的研發(fā)工作也將展開(kāi),而且是半導(dǎo)體設(shè)備廠與中國(guó)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(guò)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(guó)沒(méi)有限制28nm制程用半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)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(guó)相關(guān)決策部門(mén)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(duì)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(yǔ)
為了應(yīng)對(duì)美國(guó)HPC芯片,先進(jìn)制程半導(dǎo)體設(shè)備,以及高端EDA工具對(duì)華出口限制,中國(guó)本土相關(guān)企業(yè)正在加緊修煉內(nèi)功,無(wú)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(jī)。
不過(guò),從目前的情況來(lái)看,整體狀況還不樂(lè)觀,有些措施和辦法只是權(quán)宜之計(jì),“三板斧”過(guò)后,要想實(shí)現(xiàn)更大程度的“芯片自由”,還有很長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái),或許,這是一種特定時(shí)期的、中國(guó)式的IDM發(fā)展策略。
作者:暢秋