2024达沃斯论坛上,英特尔CEO基辛格表示:在美日荷的联合限制之下,中国与全球顶尖晶圆厂的技术差距为10年,未来全球50%的芯片将由美国企业制造。
基辛格称:由于芯片产业政策原因,导致芯片制造业集中在亚洲国家,而美国为了提升本土的芯片制造业实力,推出了《芯片与科学法案》,试图改变这一被动局面。
该法案计划提供527亿美元的补贴,以吸引各国芯片产业转移至美国,同时限制接受补贴的芯片企业在中国投资。其中,392亿美元直接用于芯片产能的扩建。
根据美国媒体的报道,英特尔、美光、德州仪器、三星、台积电分别获得32%、21%、14%、13%、10%的芯片补贴,这几大企业占了90%,剩余10%分给其他企业。
如果按照这个分配比例,英特尔将拿到168亿美元左右,美光拿到111亿美元左右,德州仪器分到74亿美元,三星分到69亿美元,而台积电分到53亿美元。
看来,美国的芯片法案还是向着美国本土企业,三星、台积电这些企业到底只是干儿子啊。
2023年,美国、日本、荷兰相继出台了半导体设备出口限制政策,在原来限制EUV设备的基础上,又增加部分浸润式DUV设备。
简单来说,就是限制用于制造14nm以下逻辑芯片的设备、16nm DRAM芯片的设备、128层NAND Flash的设备,这些设备的出口,必须要拿到出口许可证。
设备的限制,导致中国芯片只能制造14nm、7nm芯片,而台积电、三星、英特尔则开始向3nm、2nm甚至更精密的芯片进军,不出意外的话,台积电的2纳米芯片将应用于2025年上市的iPhone 17。
那么中国芯片企业呢?真的如基辛格所说,在技术上落后10年吗?
中国芯片技术真的落后10年吗?芯片技术涉及的面非常广,覆盖设计、制造、封装、EDA工具、半导体设备、半导体材料等。
如果把中国芯片比作一个木桶,而每一个环节比作是木桶上的一块木板的话,结果就会如下所示:
我们称之为木桶原理,也就是说木桶能够装多少水,不是由最长的木板决定,而是由最短的那块板决定的。
举个最简单的例子,华为能够设计出3nm手机SoC,但事实上华为手机搭载着最先进的SoC仍然是几年前的麒麟9000,采用的是台积电5nm制造工艺。
而纯国产打造的是麒麟9000S,工艺在7nm左右,就这还是在使用进口设备的前提下。
造成这种尴尬局面的原因,就是因为我们在半导体设备方面的落后,尤其是光刻机方面。
整个芯片制造需要几十种设备,最为核心的大约有9种,分别为光刻机、蚀刻机、离子注入机、CVD(化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)、机械抛光机、金属蒸发设备、清洗机、检测机。
光刻机方面,目前实现量产的是上海微电子的90nm光刻机,多次光刻后可以制造55nm芯片,与世界最先进的3nm差距非常大。
刻蚀机方面,国产设备具备一定的优势,中微半导体公司的刻蚀机已经达到了5nm水平,并且成功进入台积电的产业链。
目前正在攻关3nm技术。
但是存储芯片企业更愿意进口泛林集团的设备,毕竟因为它采用了最新的电刻技术,可以刻蚀出更多的层数。
离子注入机方面,中电科已经实现了28nm工艺制程全覆盖,可用于28nm逻辑器件、存储器件、功率器件、传感器等的制造,勉强算是打破了西方的垄断。
CVD、PVD方面,国内企业北方华创、拓荆科技、上海盛美也实现了突破,整体替代率达到了13%。
机械抛光机,国内的代表为华海清科,整体替代率为20%左右。
清洗机,国内代表为上海盛美、致纯科技,整体替代率为50%。
检测机方面,国内有睿励科学、精测电子、和御渡,整体替代率达到了9%。
也就是说,九大核心设备方面,我们都实现了国产化,但是精密程度参差不齐,表现最拉胯的依然是光刻机。
光刻机号称工业皇冠上的明珠,是芯片制造设备核心中的核心,使用率达到了24%。但是,目前光刻机被荷兰ASML垄断了。
最顶级的新型高数值孔径(High NA EUV)的极紫外光刻机,被ASML100%垄断,顶级的EUV光刻机也被ASML垄断。
先进的浸润式DUV光刻机市场份额达到了95%左右。
那么国产光刻机什么时候才能达到ASML的水平呢?短期真的很难。
我们以EUV光刻机为例,近10万个零部件,3000个精密轴承,2000条线缆,来自全球3000多家供应商,荷兰本土供应商占比32%左右,北美供应商为占比27%,亚洲供应商占比27%;欧洲供应商占比14%左右。
中国大陆供应商比重非常小,而且提供的都是一些无关紧要的设备,几乎可以忽略不计。
这种情况下,我们无法切断ASML的技术和设备升级,只能快速提升国产配件厂商的技术水平。
目前来看,初步做到了28nm核心部件的替代。
光源由北京科益虹源打造,以准分子激光器为基础,得到579nm基频光,穿过非线性晶体,获得289.5nm的倍频激光,进一步得到193nm光源。
双工作台由清华大学和华卓精科共同打造,可用于28nm光刻机。
浸没系统由浙江启尔机电打造,温度稳定性误差达到了0.001度,仅次于ASML和日本尼康,符合国际先进水准,可以满足28nm光刻技术。
光学镜片:由中科院长春光机所制造,工艺方面达到了28nm光刻机的要求,但与德国蔡司差距巨大。
核心零部件攻克了,就意味着国产28nm光刻机不远了。
但是,ASML第一台浸润式光刻机是2004年制造出来的,如果仅从时间节点看的话,差距达到了20年。
而ASML的第一台EUV光刻机,是在2014年发布的,距今也已经有10年时间了。
如果从我们的最短板的光刻机来看的话,差距的确达到了10年以上,也就是说英特尔CEO基辛格说的是对的。
但是,这个10年,是中国一家以自己最大的短板,对全球最领先的技术,看起来很不公平,但世界就是如此。
未来50%的芯片将由美国制造?基辛格认为,未来全球50%的芯片都将由美国晶圆厂制造,这可能吗?
受益于美国《芯片与科学法案》527亿美元的补贴,台积电、三星、英特尔、美光等,将会加大在美国扩产的力度。
比较有名的,就是台积电投资400亿美元在美国亚利桑那州建造两座晶圆厂,一座为5nm晶圆厂,另一座为3nm。
原本计划2024年投产,但现实恐怕2025年都未必能实现。
原因很多,主要包括:1、基础设施落后,短期内无法满足投产需求;2、美国当地没有熟练的技术工人,去其他地方招聘,又受到美国工会阻拦;3、美国工人太难管理;4、补贴不到位。
台积电就是最好的例子,三星去建厂只会更难,甚至英特尔、美光这些本土企业都不会顺利。技术、设备上没问题,但实际操作起来阻力重重。
反观我们国产芯片,拥有最好的基础设施,最优秀的技术工人,补贴也不存在问题。唯一的难题就是缺少半导体设备。
好在国内芯片企业在去年疯狂囤购了大量的半导体设备,完全可以满足未来几年的需求。
分析机构预测,2023年中国芯片产能为760万片/月,预计2024年新增18个项目,产能将达到860万片/月,未来5年实现翻番,达到1500万片/月。
5年时间,国产28nm光刻机完全能够实现量产、技术升业配套,国产7nm生产线打磨完毕,依然会留住更多的芯片代工份额。
而美国则需要彻底改变他们的工作态度,让一线的技术工人,甚至整个国家“卷”起来,才能够将芯片产能迁移至美国本土。
996,每天工作12小时,周末轮班,美国工人能做到吗?显然不能。
为此,英特尔计划采用 AI系统代工厂,来引领半导体的未来之路,但是美国工会不是吃素的,取代美国工人将会遭到巨大的反噬。
总的来说,中国芯片技术落后是不争的事实,我们要坦然接受,至于落后多少年,其实并不重要,因为未来中国芯片将成为世界不可或缺的重要一环。
至于美国制造全球50%的芯片,姑且当个笑话看看得了。因为习惯了咖啡、旅游的美国工人,宁愿走上街头罢工,也不会在工厂加班。
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