中國晶片到底差在哪?一次性普及了

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半導體是一個龐大的產業,從大類上講,包括集成電路(IC)、光電子、分離器和傳感器等,其中IC的規模占80%以上。

所謂晶片,就是內含集成電路的矽片,它分為幾十個大類,上千個小類。製造一塊小小的晶片,涉及50多個學科、數千道工序,包括設計、製造和封裝三大環節。

在這個產業鏈上,國內企業的差距是全方位的。

首先看設計,華為海思和紫光展銳分列國內前兩名。目前,兩家公司在不少領域已是世界領先水平,但一個巨大的問題是,其架構授權的核心都被外人掌握。

目前,國內僅有中科院的龍芯和總參謀部的申威擁有自主架構,前者用於北斗導航,後者用於神威超級計算機,民用領域基本是空白。

設備和材料是又一大短板。製造晶片的三大設備光刻機、蝕刻機和薄膜沉積,國內僅中微半導體的介質蝕刻機能跟上行業節奏,其7納米設備已入圍台積電名單。

此外,北方華創在氧化爐和薄膜沉積設備上成績不俗,但基本還處於28納米級別。其他設備,如離子注入機、拋光機和清洗機,也差不多。

差距最大的是光刻機。光刻機用於將設計好的電路圖曝光在矽片上,蝕刻機則負責微觀雕刻,刻出溝槽或接觸孔。目前ASML最先進的EUV光刻機,即將投入三星、台積電的7納米工藝,而國內上海微電子的光刻機,仍停留在90納米量產的水平。

材料方面,日本是全球領先者。

在製造晶片的19種主要材料中,日本有14種位居全球第一,總份額超過60%。全球近七成的矽晶圓產自日本,那是晶片製造的根基。

反觀中國,矽晶圓幾乎是空白,8英寸國產率不足10%,12英寸依賴進口,打破壟斷的希望還在張汝京創辦的新昇半導體,今年即將量產。他也是中芯國際的創始人。

除了矽晶圓,國內企業還在濺射靶材、研磨液等材料上有所突破,並實現了國產化。前者用於製作金屬導線,後者用於晶片研磨拋光。

以上均為單點突破,距離整個行業的崛起還比較遠。

晶片製造,國內最先進的是中芯國際和廈門聯芯,目前能做到28納米量產。而它們的競爭對手,三星、台積電等巨頭即將在今年量產7納米,相差兩三代。

最後是封測。這是目前大陸最接近國際水平的領域,長電科技收購新加坡星科金朋後,躋身全球第三。但全球封測中心在台灣,以日月光為首的台灣企業,擁有50%以上的市場份額。

在這樣一個超長的產業鏈中,全球通力合作必不可少。以光刻機為例,荷蘭ASML一騎絕塵,但它的成功得益於各國的鼎力合作,鏡頭來自德國蔡司、光源來自美國,這幾乎是西方近百年工業的技術結晶。

但中國在這個產業鏈上處於不利地位,經常面對不友好的產業環境。這次的中興事件只不過是浮上檯面的鬥爭與封鎖,而台面下的爭鬥幾十年來則是一直沒有消停。

晶片製造是人類歷史上最複雜的工藝,加工精度為頭髮絲的幾千分之一,需要上千個步驟才能完成。其難度,堪比兩彈一星。

如此複雜的工藝,需要巨額的投資。例如,建一個晶片工廠,就動輒需要上百億美元。這樣的投資規模,只有跨國巨頭乃至國家才能完成。

這讓巨頭企業在產業中更具優勢,也直接導致了行業的不斷集中。

過去40年,半導體行業呈現加速壟斷趨勢。1995年,全球七大半導體企業投資占比24%,如今這個數字已飆升至80%以上。40年前,全球有幾十家主要的設備製造商,如今只剩下三四家。

不僅如此,巨頭們不但自身可以使出很多種手段懲戒後來者,甚至還組建產業聯盟扼殺後來者。

手段之一是低價傾銷。這裡面都是套路:一開始你沒有,它通過壟斷積累暴利;等你做出來,它馬上降價傾銷,讓你越做越虧,暗無天日,最終斷了產業化的念想。

當年液晶大戰的慘痛就這樣。三星、夏普等液晶巨頭,一開始不願在華建廠,而等深圳市政府組織國內彩電巨頭,以及京東方要展開反攻時,他們卻又主動跳出來求合作。結果導致長虹動搖並撤出,京東方則被晾在一邊,國產計劃泡湯。

享受這一「待遇」的,還有MOCVD設備商。MOCVD是製造LED晶片的設備,在國產化之前,美、德兩家巨頭憑藉壟斷,每台設備賣2000萬。而等國內廠商開始介入時,售價立刻暴跌至600萬。結果,數十個國內玩家,如今只剩下中微、中晟光電等少數幾家。

去年,高通在華推出重磅計劃,與大唐電信旗下的聯芯科技成立領盛科技,聯手進軍中低端晶片市場。關心國內晶片產業的很多人士都一致認為,這是高通要「借刀殺人」,要以領盛科技用價格戰的方式絞殺正在向中高端晶片市場進軍的紫光展訊。而5月4日的最新消息顯示,這家合資企業已正式獲批。

2000年,張汝京出走台灣,在上海創建中芯國際。之後,他從台積電四處挖人,使得中芯短時間內迅速崛起。但厄運隨之而來,老冤家張忠謀很快就發起了專利戰。這場持續近七年的戰爭,最終的結果是中芯割地賠款,張汝京黯然出局。

台積電通過此舉,成功拖住了中芯。而當初引進張汝京的江上舟,也在兩年後辭世,死前一直惦記著中芯的未來。

同樣的一幕發生在中微身上。2007年,尹志堯領銜的中微剛推出自己的蝕刻機,就被老東家美國應用材料告上法庭。緊接著,另一巨頭泛林火上澆油。好在中微從一開始就小心規避專利陷阱,最終贏得了訴訟。

事實上,中國很早就重視了半導體的大戰。最早可追溯至上世紀60年代。但在後來的發展中,由於自身路徑,國內產研環境,以及不友好的產業環境等多種原因,逐漸掉隊。

中國半導體一直是在冒著敵人的炮火匍匐地前進。而今,敵人的炮火更是越來越兇猛,越來越密集。

西方一直有一個針對出口管制的制度安排,最早是1949年成立的巴黎統籌委員會,之後在1996年演變為瓦森納協定。該協定包含軍用、民用兩份控制清單,目的是限制向相關國家出口敏感產品和技術,中國就屬於被限制的對象。

過去幾十年,國家一直在努力突破這種封鎖。90年代,先後批覆908/909工程,時任領導人表態:砸鍋賣鐵也要把半導體搞上去。國務院則用財政赤字撥款。

然而,作為兩項工程的產物,華晶、華虹等企業到國際上採購設備卻遭到抵制,最終發展受限,一直未有大的突破。

2006年以後,國家又搞了01和02專項。前者劍指核心電子器件、高端通用晶片和基礎軟體,俗稱核高基;後者劍指IC製造和成套工藝。

近年來,兩個專項相繼開花結果,例如中微的蝕刻機已看齊世界水平,中芯國際的工藝已挺進到28納米,但受限於不友好的產業環境,水平還是差強人意。

以光刻機為例,ASML的EUV光刻機即將投入7納米工藝,而國內最先進的量產水平是90納米。之所以差距驚人,原因之一是買不到高水平的鏡頭和光源,這是光刻機的核心部件,而國內缺乏相關的技術。

坊間一直傳說,瓦森納協定禁止向中國出口高端光刻機。這種說法後來遭到ASML公司的否認,該公司聲稱,最快將於2019年在中國晶圓廠見到EUV光刻機。

但業內人士透露,在瓦森納協定中,確實是有光刻機限售條款的,只不過每隔幾年,條款就會作相應的調整。之所以調的原因也是,國產水平在不斷提高,所謂的調整,頂多也就是「敵人」不斷地根據我方的進展調整炮火的輕重與射程。

但結果卻不甚理想,中微不但賠上巨額的訴訟費,還賠上了下遊客戶的信心。再加上適逢經濟危機,不得不暫時砍掉MOCVD業務。


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