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观察 | 华为芯片断供 “卡脖子”倒逼攻坚

发布时间: 2020年09月16日 来源: 中央纪委国家监委网站

  2020年9月8日,北京,国家会议中心,华为在国际服务贸易交易会上展示鲲鹏920芯片。 (图片来源:人民视觉)

  9月15日,美国对华为的新禁令正式生效。在此之后,台积电、高通、三星及SK海力士、美光等主要元器件厂商将不再供应芯片给华为。这意味着,华为可能再也买不到利用美国技术生产的芯片、存储器。

  面对困局,华为即将开始移动生态的艰难探索之路。遭到“断供”后的华为将何去何从?

  美国制裁华为严重破坏全球芯片产业链

  2019年5月16日,美国商务部以国家安全为由,将华为及其70家附属公司列入管制“实体名单”,禁止美国企业向华为出售相关技术和产品。封杀令一出,世界哗然。

  时隔一年,2020年5月15日,美国商务部发布公告,严格限制华为使用美国技术和软件在美国境外设计和制造半导体。

  而就在3个月后,8月17日,美国政府再次发布新禁令,对华为的打压继续升级。此次禁令的核心在于,任何使用美国软件或美国制造设备为华为生产产品的行为都是被禁止的,都需要获得许可证。

  新禁令切断了华为寻求与非美企供应商合作的道路,进一步封锁了华为获得芯片的可能性。自家设计的不给造,别人生产的不给买,直接把华为逼入了“无芯可用”的困境。

  “利用技术垄断优势,实施可以将华为置于死地的禁运措施,超出了贸易争端的范畴,是一种破坏游戏规则的行为。”日本国立政策研究大学院大学经济学教授邢予青表示。

  美国对华为的封杀升级,同样挑战了国际供应链和产业链的底线。批评人士称,美国此轮制裁不仅是对华为“处以极刑”,更会严重扰乱全球芯片市场及相关行业。

  芯片设计公司通常利用美国开发的电子设计自动化工具,而在先进半导体制造厂中,采用结合美国技术的芯片制造设备更是再普通不过的事情。美国宣布的禁令主要针对华为,但影响远超过华为本身。

  8月,美国半导体行业协会(SIA)和国际半导体产业协会(SEMI)相继针对禁令发布声明,希望禁令延期,并强调禁令对产业利益的损害。

  “我们仍在评估该规则,但是对商用芯片销售加以广泛限制将给美国半导体行业带来严重破坏。”8月18日,美国半导体行业协会(SIA)主席兼首席执行官John Neuffer表示。

  国际半导体产业协会则在声明中称,美国此举最终会损害美国的半导体产业,并在半导体供应链中造成巨大的不确定性和破坏,从而最终破坏美国的国家安全利益。

  事实上,早在美国5月颁布华为禁令时,国际半导体产业协会就已经表示,禁令将抑制企业购买美国制造设备与软件的意愿,同时也导致与华为无关的企业已损失将近1700万美元。而且长期来看,“除了侵蚀美国产品的既有客户基础,也加剧企业对美国技术供应的不信任,更促使其他企业努力取代美国技术”。

  据报道,分析机构加特纳公司的分析显示,2019年华为在全球半导体采购支出达到208亿美元,居全球第三,这意味着禁令之下,半导体行业总营收可能将会减少200亿美元左右。

  据美媒报道,美国芯片企业高通公司试图游说特朗普,取消向华为出售芯片的限制,否则就可能会把价值高达80亿美元的市场拱手让给高通的海外竞争对手。

  韩国半导体产业协会常务副会长黄喆周则表示,由于目前韩国的半导体产业体系为“大企业带动中小型供应商”的发展模式,两大巨头对华为断供后,若无法找到比华为更稳定的合作商,整个韩国芯片产业都将遭受“生死考验”。

  根据公开报道,三星、SK海力士、台积电、联发科等厂家已经向美国商务部提交申请,希望能继续向华为提供产品。不过有法律专家指出,除非有特殊情况,否则要取得许可“或许相当困难”。

  为何芯片如此重要,我们为什么不能制造高端芯片

  “因为没有中国芯片制造业能支持,面临着没有芯片可用的问题。”2020华为开发者大会上,华为消费者业务CEO余承东坦言,“现在唯一的问题是生产,华为没有办法生产。中国企业在全球化过程中只做了设计,这也是教训。”

  正是由于没有独立的芯片制造,华为才显得如此的被动。为何芯片如此重要,我们为什么不能制造高端芯片?

  芯片(又称微电路、微芯片、集成电路)是指内含集成电路的硅片。作为智能电器的核心部件,芯片一直充当着“大脑”的角色。从电脑、手机,到汽车、无人机,再到人工智能、脑机接口等,芯片可谓无所不在。

  芯片体积微小,制造却极其复杂。以手机的核心处理器为例,在显微镜下,指甲盖大小的芯片上集成了数百亿的晶体管,仿佛一个微型世界。而半导体厂商Cerebras Systems生产的目前最大的AI芯片WSE,基于台积电16纳米工艺,更集成了1.2万亿个晶体管,40万个AI核心。16纳米工艺,意味着在芯片中,线最小可以做到16纳米的尺寸。制程缩小,则可以在更小的芯片中塞入更多的晶体管,芯片性能提升就更加明显。

  可以说,芯片之于信息科技时代,是类似煤与石油之于工业时代的重要存在。

  芯片行业包括一个庞大而复杂的产业链,整体上可以分为设计、制造、封装、测试四大环节。在封装、测试方面,中国已经处于世界领先地位。

  依托庞大的下游市场,中国近年来在芯片设计领域同样发展迅速。然而,设计电子芯片必需的软件EDA则被3家美国公司Synopsys、Cadence、Mentor高度垄断。据统计,这3家公司共计垄断95%以上的中国芯片设计市场,而中国最大的EDA厂商只占1%的市场份额。

  中国遭遇“卡脖子”最为严重的是在芯片制造环节。芯片构造极为精密,对制造设备的复杂度也有着超高要求。在全球光刻机市场当中,荷兰ASML公司毫无疑问占据了霸主地位。ASML公司生产的EUV光刻机制造难度极高,需要多个国家、多个领域的顶级公司通力合作,几乎代表着工业制造各领域的最高成果。EUV光学透镜、反射镜系统的制造难度非常大,精度以皮米计(万亿分之一米)。ASML的总裁曾介绍,如果反射镜面积有德国那么大,最高的凸起不能超过1公分。

  然而,ASML公司也只是技术链条上的一环。EUV光刻机的镜头几乎由德国的蔡司垄断,激光技术在美国Cymer手中,ASML的核心技术只不过占光刻机的不到百分之十。正是由于全球化的分工和各国的通力合作,才能成就光刻机,成就整个半导体产业。

  新中国很早就意识到了半导体产业的巨大潜力,投入资源建立了初级的半导体产业。以光刻机为例,中国1978年开发5微米制程半自动光刻机,此后,电子工业部45所、上海光机所、中科院光电所、上海微电子等单位持续推出多个版本的光刻机。与自身相比,中国芯片产业并未停滞,2019年生产集成电路2018.2亿个,40年来增长上万倍。

  然而,由于芯片制造相关的基础科研能力不足,制程从微米深入纳米后,中国无法跟上世界顶尖企业的发展步伐,缺少足够的市场竞争力,差距逐渐拉大。

  对于目前中国的芯片困境,中国工程院院士邬贺铨表示:“我国芯片受制于人,其中最大的原因是我们的工业基础——包括精密制造、精细化工、精密材料等方面的落后。”

  中国芯片技术和产业的短板最终还是需要中国人踏实创新来解决

  “不停止、不暂停、一起努力!”

  2020华为开发者大会上,华为以这样的开场白透露出意味深长的信息。

  在华为消费者业务软件部总裁王成录看来,芯片问题反而给了企业反思,没有选择就是最好的选择。限制反而让大家有一个非常好的机会,危、机并存。

  “困难是一定有的,但我更愿意看到它积极的一面,正是因为这样的限制,我相信中国所有的行业都该清醒了,我做软件20多年,有发自内心的感触。我们不能说中国的高科技行业不繁荣,因为那么多所谓高科技企业进入到世界500强,但真正看一下,这样的‘枝繁叶茂’是非常危险的,瞬间就可以被推倒。为什么?因为我们没有‘根’。所以从这个角度来看,芯片制裁这种事反而给了中国产业界去重新构建的一个绝好机会,没有选择就是最正确的选择。”王成录说。

  9月1日,华为心声社区对外公布了题为《不要浪费一场危机的机会》的华为轮值董事长郭平与新员工座谈纪要。在芯片层面,郭平表示,前端还有芯片制造工艺、制造设备和原材料,是美国约束华为的地方。“对我们来说,会继续保持对海思的投资,同时会帮助前端的伙伴完善和建立自己的能力。我相信若干年后我们会有一个更强大的海思。”

  芯片这一劫数,渡得过是“机”,过不了则“危”。此前,有知情人士称,为了应对美国对华为的技术打压和封锁,华为已经悄然启动了一项名为“南泥湾”的项目。该项目意在制造终端产品的过程中,规避应用美国技术,以加速实现供应链的“去美国化”。该知情人士还透露,华为之所以用“南泥湾”命名这个项目,背后的深意在于“希望在困境期间,实现生产自给自足”。

  目前,华为“去美国化”已经取得了一定进展。据介绍,去年美国宣布制裁以后,华为发布的首款旗舰手机器件国产率不到 30%,而今年发布的 P40旗舰机,器件国产率已超过86%。在被制裁期间,华为已完成从推出鸿蒙OS、HMS到迭代至鸿蒙OS 2.0,HMS成长为全球第三大移动应用生态的转变。

  “断供”之后,华为的中低端机型可采用其他芯片予以替代麒麟芯片。例如中芯国际在今年5月已经向华为提供低端手机芯片麒麟710A,并应用在荣耀Play 4T手机上。不过,值得注意的是,中芯国际亦有可能受到美国禁令的影响。有外媒报道指出,美国政府正考虑将中芯国际列入贸易黑名单,使得中芯国际的生产受到打击。

  据日经新闻报道,中芯国际正测试非美国设备的生产能力,预计今年底将在完全不使用美国设备的情况下,试产40纳米芯片,并计划在3年内生产更先进的28纳米芯片。

  “曾经,我们在很多方面,希望能够用更省事的办法解决问题,所谓‘造不如买,买不如租’。实践证明,核心技术是买不来的。中国芯片技术和产业的‘短板’最终还是需要中国人踏实创新来解决。”中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员倪光南表示,从这个意义上来说,华为事件是全民的“警醒剂”,有积极的一面。

  在倪光南看来,目前中国的短板主要是芯片、操作系统、工业软件以及大型基础软件方面。如果能够整合国内资源,利用好人才和市场优势,突破这些短板并不会需要很长时间。

  不过,倪光南也指出:“发展集成电路产业,要有长期的思想准备和投入,不能指望短短几年就获得回报,真正把集成电路产业发展起来,恐怕还要一二十年的时间,我们要有决心,也要有定力,要把行业短板补齐,踏踏实实坚持做下去。”

  这场“战争”或许是中国芯片产业涅槃的开端

  9月11日下午,习近平总书记在北京主持召开了科学家座谈会,指出了一些现实问题:农业方面,很多种子大量依赖国外,一些地区农业面源污染、耕地重金属污染严重;工业方面,一些关键核心技术受制于人,部分关键元器件、零部件、原材料依赖进口……这都是在科技创新领域被卡了脖子,或者受制于人,或者受制于我们自己的技术短板。

  上海市科学学研究所所长石谦研究员认为,习近平总书记关于很多“卡脖子”技术根源问题的论断十分深刻。改革开放以来,我国产业链积极融入全球产业链,取得了巨大的经济成就,然而在创新链布局方面相对滞后,存在原始创新不足这块短板。

  “我们不必为此否定过去,因为这是我国经济社会发展的历史阶段所决定的。”石谦解释道,过去很长一段时间,我国处于全球产业链的中下游,在科技领域以跟跑为主,所以在创新链的上游投入较少。如今,我国一些前沿领域开始进入并跑、领跑阶段,为了在国际竞争合作中占据主动地位,我们必须把原始创新能力提升摆在更加突出的位置。

  美国接连制裁华为背景下,加快发展自有核心技术的重要性突显。8月4日,国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》强调集成电路产业和软件产业是信息产业的核心,是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。有消息称,对于第三代半导体产业的发展,政府将给予更高的优先权,直到真正实现我国半导体产业的独立自主。

  据央视财经8月19日援引国务院发布的相关数据显示,中国芯片自给率要在2025年达到70%,而2019年我国芯片自给率仅为30%左右。

  除了国家政策和资本的支持之外,我国企业也开始加大对半导体的研发投入。中芯国际5月15日发布公告称,旗下14纳米及以下产能平台中芯南方将获得注资,注册资本由35亿美元增加至65亿美元;阿里通过收购两家芯片企业和投资五家芯片企业进军芯片领域……在各界的共同努力下,中国集成电路产业正迅速发展。

  在复旦大学中国研究院院长张维为教授看来,中国与美国的芯片生产的确有一定差距,但并非所有领域。他指出,在国防安全领域里,中国使用的几乎都是国产芯片,例如北斗三号卫星导航系统、太湖之光超算计算机、歼-20高性能飞机、嫦娥四号的芯片和系统等。“相对而言,中国芯片弱在商业应用的芯片,例如手机芯片等。”张维为说。

  而现在,得益于中国广阔的市场和应用领域,中国商业芯片行业正展现出很强的发展动能和潜力。最为关键的是,在外部环境倒逼和内部技术提升的共同作用下,国产芯片加速试错、改造、提升,已经从“不可用”向“基本可用”、再到“好用”转变。

  过去,只有航空航天、超级计算机、高铁、卫星导航系统等使用“中国芯”;现在,手机、笔记本电脑、智能穿戴设备等,也已经部分使用国产芯片。

  实践证明,关键核心技术是买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。

  眼下,中国芯片产业正在进行一场没有硝烟的战争。这一仗的胜负,要放在十年乃至更长时间来评估。

  我们不要怀疑华为战胜困难的决心,而且也不要低估了中国科学家的能力和韧劲。对于华为来说,这毫无疑问是痛苦而艰难的时刻,但这或许也将成为华为,乃至整个中国芯片产业涅槃的开端。