李垚

半導體是人類發明的最復雜的工具之一,也是制造成本最高的產品之一。驅動超級計算機和高端智能手機的芯片上集成了密密麻麻的晶體管,這些晶體管小到以納米為單位。也許唯一比芯片本身更巧妙的是制造它們的光刻機器,這些設備可以處理小得難以想象的東西,芯片制造機器的制造需要耗時數年,每臺造價數億美元。
微芯片堪比半導體的“石油”,是現代世界賴以生存的稀缺資源,這些論調并非危言聳聽。事實上,當今軍事、經濟和地緣政治力量都建立在計算機芯片的基礎上,幾乎所有東西——從導彈到微波——都在芯片上運行,包括汽車、智能手機、股票市場,甚至是電網。
在全球芯片產業競技中,美國雖然以設計和制造最快的芯片并保持其作為第一超級大國的領先地位,但優勢正面臨下滑的危險,力量逐漸被中國臺灣、韓國和歐洲接管制造業的參與者所削弱。作為芯片制造的后起之秀,中國在芯片上的花費比其他任何行業都多,國家向芯片制造計劃投入數十億美元,正因為如此,“卡脖子”現象在近幾年尤為明顯。
最典型的就是,為限制中國,荷蘭光刻機生產企業阿斯麥最近幾年都是被美施壓的對象。12月9日,荷蘭同意對中國半導體的出口管制法規化,在具體的執行層面,可能包括禁止ASML向中國出售DUV浸潤式光刻機,其先進程度比EUV光刻機落后一代,是制造7nm以上制程芯片的必備硬件。
12月13日我國商務部做出回應,已向世界貿易組織(WTO)申訴,以回應美國對于中國的半導體貿易實施新的管制措施,此舉是對貿易保護主義的回應。商務部條法司負責人提到,此舉是希望通過法律手段解決問題,是捍衛自身合法權益的必要方式,對方應該及時糾正錯誤做法,停止擾亂芯片等高科技產品貿易,維護中美正常經貿往來,維護全球芯片等重要產業鏈供應鏈穩定。
在提起新申訴之前,世貿組織專家組上周剛裁定美國對進口鋼鐵和鋁征收關稅違反了國際貿易規則。此案涉及前總統特朗普于2018年以國家安全為由征收的進口關稅,理由是需要保護國內制造商免受全球金屬過剩的影響。

貿易戰的背后,是全球芯片格局的變化,而其中終端制造業是體現各國技術實力的標準之一。眾所周知,從芯片誕生以來的這幾十年,半導體產業已經發生了兩次大規模轉移,最開始是從美國到日本,再到日本、韓國、我國臺灣省。
按照2021年的數據,目前全球的芯片產能基本上都集中在亞洲,亞洲生產的芯片,占全球總芯片產能的80%,而歐洲和美國合計僅占20%左右。
一個典型芯片的制造流程如下,可能來自英國的日資公司ARM(日本軟銀已經正式完成對ARM公司的收購,約合2135億元人民幣),由加利福尼亞和以色列的工程師團隊設計,用的是美國的設計軟件。當設計完成后,它會被送到我國臺灣省的一家工廠,該工廠從日本購買超純硅晶片和專用的氣體。由最精密的機器將這些設計刻在硅上,這些機器可以蝕刻、沉積和測量原子級別厚度的材料層。工具主要由五家公司生產,一家荷蘭公司、一家日本公司和三家加利福尼亞公司,沒有它們,先進的芯片基本上是不可能制造出來的。然后,通常芯片的封裝和測試在東南亞進行,然后再送往中國組裝成手機或電腦。
近三年新冠疫情引發芯片短缺,這一復雜流程頗受阻礙,老美去年損失了整整一個百分點的經濟產出,即數千億美元。芯片業務具有全球多樣性,與石油、航空母艦或核武器一樣,誰控制半導體產業的問題具有地緣政治意義。不僅在智能手機和筆記本電腦中,而且在現代世界的幾乎所有物品中,芯片都是至關重要的成分——這些物品中最重要的有武器、監控技術和人工智能系統。
芯片荒給各國芯片產業發展提出了更高的制造需求,進而引發了進一步的芯片制造競爭,各大廠商都在大規模擴產。最近兩年,從中國大陸的幾大芯片代工廠商擴產情況來看,不僅大陸本土的企業在擴產,一些外資在大陸的企業也在擴產,并且擴產的規模,并不比大陸的小。
中國福建某芯片代工企業負責人告訴記者:“與世界一流的芯片生產商相比,中國頭部的芯片制造商所能生產的芯片還存在著非常大的差距。”但中國早在2020年便提出1.4萬億美元的計劃,以推進其芯片技術和制造產業部門的發展,其中包括對華為的支持,決心不移。
2021年,中國在進口方面花費了約1500億美元,2022年9月初,中國還宣布開始在上海這個半導體中心城市大規模量產14納米芯片。來自渠道的報告顯示,中國的中芯國際集成電路制造有限公司有可能在技術上擁有生產7納米芯片的能力。
要具備芯片制造端的能力,繞不開荷蘭公司阿斯麥(ASML),該公司制造了世界上能夠刻印最快芯片設計的光刻機,這樣的設備在過去十年中只生產了140臺。
ASML把一個沉睡的荷蘭郊區埃因霍溫變成了一個新興城市,在柏林和圣地亞哥也有生產設施,ASML總部能創造約190億歐元(196億美元)的年收入。在全球芯片需求激增的推動下,這家荷蘭制造商的目標是到2025年實現銷售額高達400億歐元,并計劃每年投資約5億歐元以擴大全球產能。
ASML占據全球60%以上的光刻機市場份額,也是全球唯一一家能夠供應7納米及以下芯片所需的EUV光刻機的廠商,所以,其一舉一動都會受到關注。ASML公司今年在韓國建設的半導體集群已經啟動,占地16000平方米,全部計劃于2024年完工。大規模的布局亞洲市場,要說不考慮中國市場確實沒人相信,畢竟目前對DUV光刻機有大量需求的,也就剩下中國市場了,目前美國并沒有可替代ASML的技術。
此外,高通公司等許多美國半導體公司很大一部分收入來自中國,抵制這些企業的產品將會適得其反。比如蘋果公司大部分iPhone都在中國生產,近五分之一的收入來自中國市場,銷量也大于歐美,一旦中國全面反制可能會破壞這種關系。
在2018年,高通公司對恩智浦半導體的收購計劃流產,就是因為中國商務部否決掉這個收購案。這種國外大公司抱團占據高端市場的做法,被視為阻礙正在成長的本土IC(集成電路)企業的出路。還有幾項交易,包括英特爾公司斥資60億美元收購Tower Semiconductor的交易,現在正等待中國政府批準。中國還可以對電池材料或藥物成分等自身已占據主導地位的產品實施出口管制,包括限制稀土供應。

中美芯片設計和供應鏈、組裝測試對比圖
另一方面,過半的國字號芯片企業已上市,產能擴張正在進行時。包括中芯國際、士蘭微、華潤微、揚杰科技,華虹集團旗下的華虹半導體在港交所上市,安世半導體通過聞泰科技實現上市。
實際上,國內芯片制造企業已進入新一輪產能擴張期,這些芯片制造企業幾乎都有新的產能擴張項目在建或計劃落地。目前,中芯國際的產能最高,月產能達到54萬片,今年計劃成熟12英寸產線擴產1萬片,成熟8英寸產線擴產不少于4.5萬片。此外,中芯國際在上海、北京、深圳等多地還有多個項目規劃落地,合計投資總額超過千億元。
長江存儲和長鑫存儲作為國產存儲芯片的代表企業,在技術取得突破后也在加緊產能擴張。長江存儲近些年先后實現從32層到64層再到128層存儲芯片的技術躍進。
國內一線芯片企業的產能擴張除了推進商用進程外,普遍都在推進12英寸晶圓產線,其相較8英寸,技術難度更大,可以獲得更多的裸片,性價比更高,這也是芯片制造企業競爭力的一大體現。
對于當下的格局,《紐約時報》這樣評論:“沒人知道中國是否能將這一突破應用于大規模生產上,可能仍需要數年時間。但有一個教訓:國會在辯論、修訂和爭吵,再用上幾年才能把事情辦成。而中國是用商業速度工作,彌補差距、生產出最先進的芯片的努力屬于‘中國制造2025’計劃的一部分。”