最大威胁来了!美国在这个领域,正式宣战……

2020-8-1 13:00| 发布者: ☆邪メ神☆| 查看: 740| 评论: 0

摘要: 作者:陈经来源:功夫财经台积电在2020年9月后将不再为华为代工芯片,中芯国际也发公告称不能代工。传华为自建芯片产线应对,中国最顶尖的技术公司与美国的斗争进入高潮。华为是不是在自建芯片生产线、能不能搞出光 ...


作者:陈经 来源:功夫财经

台积电在2020年9月后将不再为华为代工芯片,中芯国际也发公告称不能代工。传华为自建芯片产线应对,中国最顶尖的技术公司与美国的斗争进入高潮。

华为是不是在自建芯片生产线、能不能搞出光刻机、芯片产线什么时候能用上,这方面的信息目前不多,还在很早的阶段。除了华为与相关公司的消息,还需要去了解芯片生产各个环节,要有深入的研究。这正说明,美国对中国发起的技术战争,双方的斗争进入了深层次的实操阶段。

另一方面,美国会不会在其它领域也发起攻击,同样值得关注。即使不深入细节,起码要对美国攻击的总体态势有个把握。芯片是一个显然的斗争领域,那其它行业又是什么情况?

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芯片之外的领域威胁小得多

我们发现,美国的主力部队,其实就是在情况很特殊的芯片领域,其它领域的威胁明显要小得多。可以认为,芯片就是中美技术战争的主战场。

以《科技日报》2018年总结的35项卡脖子技术为例,这35项技术分别是:

科技日报的信息来源不太可能覆盖所有产业,各类技术层级也很不相同,但是也算是尽力去寻找各种技术短板。

芯片相关的技术在其中最为突出。芯片产业影响大、技术难度高、美国主导,目前在中美技术斗争中处于核心地位。35个技术中,光刻机、光刻胶、射频芯片、超精密抛光工艺、工业软件,都是与芯片制造相关的,加上芯片本身,一共占了六项。如果往下细分,还能加几十上百项进来。

操作系统、数据库管理系统,这些是美国主导的软件核心技术,但威胁就不像芯片断供这么直接。中国觉得卡脖子,是觉得这些软件被美国垄断,希望自己能有市场份额。这些公开发售的软件,能复制多份,组成共生的技术系统,是软件生态环境的范畴,不是单纯的技术问题,和硬件相关的技术逻辑很不相同。个人认为不适宜用“卡脖子”的概念,更多是信息安全、行业生态的范畴。

但是这些技术,美国技术与产品占优的不多,只有激光雷达、医学影像设备等少数领域。还有两项是高端电阻电容、高端轴承钢,算是能用在多个领域的部件。

高端轴承钢其实中国已经攻克,高铁轴承是“洛阳造”了,国产高端轴承钢还出口到日本、欧洲。

高端电阻电容也是日本占优的领域,这很难说是一个卡脖子技术,中国也能造。中国生产工艺还有问题,批次质量不整齐,在大批量供应的消费电子领域竞争力不足,手机制造商采购日本质量整齐的产品方便做品控。但如果日本断供了,国产的供应没有问题。

如2020年5月10日,国产掘进机主轴承通过验收测试,取得了重大突破。2019年苏州纳微生产的微球打破了日本技术垄断,每年节省上百亿。锂电池隔膜领域,上市公司恩捷股份占全球市场份额50%,成为宁德时代的供应商,并不是被卡脖子的状态。

总体而言,像科技日报这样列单项技术,是能列出不少卡脖子的,值得重视。但对中国的威胁没那么大,一是随时被突破,二是单项技术影响的领域小,三是主要的单项技术掌握在日本、德国等国企业手中,和美国无关。即使找出更多细分领域的卡脖子技术,性质上也差不多,不会忽然发现一个让人冒冷汗的东西。

这些单项技术,中国产业链齐全,基本没有空白,都有对标的中低端技术。有实际在运作的生产线,有研发基础,随时取得突破是符合规律的。中国各种单项生产技术,可以说每天都有突破,一年年下来成果已经非常可观。

美国为什么单项技术感觉还不如日本、德国?并不是美国技术不行,而是和美国选择的产业技术发展路径有关。美国可以说是系统级控制的大师,对单项技术就没那么在意。美国会注意核心领域的控制力,一些单项技术由日本德国这些盟国来搞,只要美国控制力足够,不怕日德等国和美国对着干。

事实说明,用单项技术来控制产业很不现实,产品做得好受到市场欢迎,但要想控制产业,那还差远了。

美国对全球的控制有政治、军事、金融层面的,但是技术层面的控制也很重要。美国的技术控制路线主要有两个,一个是以软件为代表的应用生态控制,一个是以芯片业为代表的产业链控制。二者结合在一起,体现为美国对IT业的控制。

IT业正是美国相对日本欧洲最大的技术优势,也代表了国际产业技术潮流的先进方向,从美国60-70年代黄金发展时期一直延续到现在,仍然在蓬勃发展,是美国国力最大的技术支撑。

所以,科技日报去找卡脖子的项目,关于美国的就是系统级别的,芯片业、软件业、航空业,这种控制是真正厉害的,比日本德国那些单项技术对中国的威胁要大得多。

2

美国通过芯片业进行产业控制的技术背景

为何美国选择芯片业与软件业来进行产业控制?这是有深刻技术背景的。可以用摩尔定律来解释。

▲摩尔定律:芯片上的晶体管数量每隔24个月增加一倍

摩尔定律好的方面是,芯片的元器件数量与性能不断翻倍提升,价格还越来越便宜。从消费者角度看,芯片产业的技术进步好到和做梦一样,性价比的提升简直逆天,和其它行业完全不一样。几乎没有消费者直接买芯片来用,使用芯片开发要一定技术。但是芯片的间接消费者迅速扩展到所有地球人,人均芯片数量还在急剧上升。

芯片的直接消费者,是海量的电子产品商家。产品设计者将通用或专属芯片加入产品设计中,就能实现种类繁多的各种功能。如一度火爆的测温枪,其实能生产的厂家很多,核心器件就是测温芯片,行情好的时候能采购到芯片就发财了。

华为在90年代早期也在这个层面,将程控交换机的功能做进板子,把芯片用起来。当时没多少公司在琢磨这事,但现在已经成了白菜化的技术了,光深圳能做这类开发的公司就不计其数。绝大多数中国消费电子公司都在这个层面,也足够了,能把芯片用起来水平不低了。

这个层面的通用技术可能是PCB(printed circuit board)制板,把芯片、电阻等各种元器件在板上实现电气互连。虽然在中国是白菜化了,但能搞PCB设计的,就能算是高科技企业了,发展中国家不一定玩得起来。在这个层面搞开发,已经是潜力无穷,是中国科技主要的竞争力表现形式之一。

▲PCB板

大多数中国搞技术的,搞来搞去就是在这个框架里。要么就是软件,要么就是这个软硬件架构。很多不是学计算机的,最后也转来这个框架里,变成搞IT或者软硬件开发的。

这个架构的意义非常大。日本以前就是靠一套架构发财的,电子产品横扫天下。但是后来芯片性能快速进步,软件越来越强大,开发技术大规模扩散。本来以为是大公司才能搞的,山寨小厂也能玩起来了,这事就变味了。

中国厂家随手能开发出来的东西,日本公司再拿出来主打就没有格调了,得去开发一些独家的核心器件与功能。有时日本公司会搞些奇奇怪怪的产品功能,算是技术上有难度,但就走歪了。

这涉及到计算机行业与其它产业的关系。比如汽车,在传统汽车里面加入一些计算机元素,搞搞汽车电子,是一个自然的思路。如果是在计算机体系架构里,加入汽车元素,就是另一种更激进的发展方向。总体来说,计算机体系架构有强大的扩展能力,标准化做得最好,软硬件天然就是全球分工合作,又能自由开发,技术扩散速度极快。

中国软硬件应用的开发人员数量世界最多,水平也不错。和各行业齐全的产业链结合,中国芯片应用持续火爆高增长。中国的主力出口产品就是机电产品,占了一半以上,占比还越来越高。

这个技术体系是美国主导搞出来的,一半的芯片,主要的系统软件、工具软件,是美国公司开发的。美国是通过芯片和软件,实现对这个技术体系的控制。美国人更大的兴趣是做芯片、做系统软件、工具软件,关注整个技术生态。

对于具体的计算机应用,美国人也做得很厉害,但就有些挑。例如美国公司对计算机特效应用到电影行业非常狂热,软硬件算法技术进步非常厉害,从90年代起依靠技术优势,一举将好莱坞推到了全球超级垄断的霸权地位,将美国文化推广到全球。

另一个美国非常热衷的应用是互联网,美国成为全球互联网霸主。这两个应用收益极大,中国日本德国在那辛苦搞软硬件开发的“小行业”,美国人不一定看得上,丢掉也不是太关键。但是有一个行业美国人认为丢得很可惜,就是移动通信,走错了技术路线,败给了中国与欧洲。

如果排除互联网这个赢家通吃的行业,在IT计算机应用这个领域,美国公司并没有特别占优,中国电子消费品之类的应用更为活跃。

3

芯片设计能力的全球分布

在IT与计算机应用的下一个层级,是芯片设计,也是受摩尔定律的支配的。芯片复杂度越来越高,芯片制程却越来越短,会受微观世界的一些特殊规律影响,芯片设计的难度是在上升的。

IT应用,写完代码经过不多几步就可以跑出结果进行调试,代价不大。芯片设计就难多了,整个流程高度依赖工具软件,要经过很多步才能出结果,复杂芯片的设计开发成本越来越高。有的公司只能赌博式开发一款芯片,失败了钱就烧完了。

在芯片设计这个层面,美国公司的优势就要大多了,2018年全球市场份额52%超过一半。这是因为芯片设计门槛高多了,美国芯片设计公司的先发优势很大。

芯片设计公司分两类,一类是自己设计自己生产的IDM模式,一类是设计出来让别人代工的Fabless模式。美国这两类都厉害,英特尔、德州仪器、美光是自己有工厂生产芯片,而且是从芯片产业发展之初就是如此,市场份额46%。美国Fabless模式的芯片设计大公司更多,苹果、高通、博通、AMD、英伟达等都是业界巨头,市场份额更是高达68%。

中国大陆虽然全球份额只有3%排第六,但其实已经算是值得一提的玩家,在纯设计领域13%的市场分额不算小能排第三,海思已经是全球排名靠前的芯片设计巨头。可以预计中国的纯设计市场份额会不断上升,已经有不少小有名气的芯片设计公司冒头。

▲国科大“一生一芯”CPU项目的开发时间表

从设计角度来看,芯片越来越复杂,对从业人员的要求在提升。但是有自动处理仿真软件,也有ARM这样的架构服务简化开发难度,同等性能芯片上手的难度其实降低了。国科大的五个本科生在几位指导老师带领下,四个月就设计出了基于RISC-V架构的CPU芯片,110nm制程,在中芯国际流片,成功跑起了linux操作系统。

中国芯片设计公司的数量近年来在快速增长,在高投入和人才数量积累到一定程度后,芯片设计能力可以跟上甚至超过全球行业的发展。

4

芯片制造的噩梦难度

但是,中国短板是芯片制造,自有工厂的芯片设计公司几乎没有,在前六里这个短板最严重。

芯片设计再向下的层级就是芯片制造。芯片设计受摩尔定律影响,难度越来越高,但还可以接受或者克服困难,对中国问题不算特别难。芯片制造的难度就象噩梦一般,正好与芯片消费者的美梦对应,摩尔定律的坏处集中体现在制造这一端。

芯片元器件越做越小,制程小到几十纳米,甚至几纳米,相当于头发丝的千分之一到万分之一的宽度。不仅容易出错,有时还会碰到旧路线绕不过去的障碍,需要新的技术原理。对研发人力、资金、时间的要求都越来越高,失败了就得重来。

▲贴片电阻

花了极高的研发成本搞出来的设备,需要多生产芯片平摊成本。所以,晶圆要往大里做,8寸升12寸,一片做上千个晶圆,一炉子加工一堆晶圆,并行处理,单个芯片的成本才能降下去。这样,就需要扩大芯片厂规模,初始设备投资也非常高。

每一次升级,耗资就上一个台阶,搞到后来一个工厂需要上百亿美元。各种设备都有专属的公司来研发,光刻机、刻蚀机,工序上百道,非常讲究配合,光自己努力不行。

在针尖上玩花活的加工环节难度如同噩梦,是芯片制造的核心技术难点。在微观世界搞完了,回到宏观世界搞封装、测试,这也需要海量的自动机器,但难度一下就回到传统水平,可以忽略不计了。

总体来说,芯片制造是研发花钱多、技术路线越来越难、建产线花钱更多、花了钱也未必能成。这里没有一关是轻松的,都需要砸钱砸人花时间去克服。而且就算一关打过去了,下一关更深的地狱级别难度还在前面等着,如果要升级,这个苦难就一直没完没了。

芯片设计虽然难,但还是开放性的,只要努力就能加入,投钱有信心,越来越多的玩家会进入。芯片制造就不是了,制程越来越小以后,已经是个极端封闭的领域。从描述就能看出,这就是要求最高的制造业领域了。新玩家几乎不可能来加入,旧玩家都会受不了退出。

确实不断有芯片制造公司宣布“不玩了”。美国格罗方德是全球第二大代工厂商,2018年宣布7nm放弃了。台湾第二大代工厂商联电,在稍早就宣布放弃了。英特尔近年来也在芯片制造上卡住了,7nm产线良率迟迟未能提升,被称为“牙膏厂”,芯片技术进步象挤牙膏一样。2020年7月下旬业界震动,英特尔让台积电代工18万片晶圆的6nm芯片,后面还可能有5nm、3nm等更短制程CPU芯片代工的需求。

只有台积电像开了挂一样,多次选对了技术发展方向,7nm、5nm量产,3nm、2nm也有消息了。

当然芯片制造厂不是说破产不干了,其实还是会有营运利润,只是用现有的制程能力来接单。大多数芯片逻辑芯片并不需要太高的制程能力,28nm就足够应付需求了。14nm就算是高精尖了,更高的只有高端手机芯片等少数需求了。

发展中国家作为芯片的间接消费者,没有问题。如果能作为厂商把芯片加入产品里,这就算是过得去的有些技术的国家了,也不算罕见,时间一长多少总能搞一点。芯片设计难度就更高些,需要特别的努力,但如果有决心还是有机会。可以断定,芯片制造是发展中国家绝对不会去做的,只会做一些封装测试的非核心环节。

在IT计算机产业链上,中国作为芯片消费者情况很不错,芯片设计也是上升势头。但是从技术原理就能看出,芯片制造会是最后最难的大关卡。

不仅如此,在整个全球技术体系里,芯片制造对中国的技术体系都有终极意义。可以说,再没有一个技术短板能与芯片制造有同等的战略意义。如果把芯片制造这关也打过去了,那么就再没有任何技术能够阻挡住中国技术体系了,中国人的技术信心会得到根本性的提升。

因此,中国将会不计代价地投入芯片制造体系的攻关,克服任何可能出现的困难。而且,中国并不是从零开始,也有多年的持续投入和积累。

中芯国际14nm已经良率95%量产出货,进入了先进制程行列,10nm取得了突破,标准较低的7nm也有了进展。其实仅从单一的制程表现来看,差距并不很大。但是主要问题在于技术受制于美国,中芯国际也不能给华为代工。

中国发展芯片制造的任务已经升级,不仅要做出先进制程,还需要实现去美化。芯片制造是中国面对的最高难度的制造业任务,也成为了中美技术战争的核心环节。虽然极其困难,但中国仍然有条件有信心逐步完成这个终极任务。

中国发展芯片路线是明确的,业界已经走过来了,并不需要去试别的道路,路线确定就是对研发最大的帮助。

另外,芯片制造也不需要一次成功,可以逐步上难度,先完成一个去美化的芯片制造产业链就是极大的阶段性成功。全球芯片制造业进步速度也慢下来了,中国总体是追赶而不是被甩开。

最大的悬念只是时间,这么困难的制造业难题,中国各方一起发力,进展会有多快。也不需要最终胜利,见到胜利的曙光就可以了。到那时,我们就可以宣称,中美的斗争迎来了转折点。


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