自中美贸易摩擦以来,以半导体为代表的高科技产业成为美国手里的一张牌,动辄制裁中国科技公司,并导致一些企业“休克”,以及一些芯片产品“绝版”。最近这两年,中国的存储芯片成长迅速,CC存储的NAND不仅在性能上可以媲美三星、SK海力士等国外大厂,更是在价格上具有比较优势,一举拉低了固态硬盘的价格,使全国消费者因此受惠。有一种观点认为,长存是整个半导体产业中,第一个抗住美国“制裁”的企业,并对舆论关注度高的华为、长存高唱赞歌。铁流认为,中国半导体产业在这几年里发展迅速,但还远远达不到“打脸美国”的程度,我们在为本土企业取得成绩的同时,不宜盲目乐观,捧杀本国企业。
美国制裁并没有被严格执行
有观点称,长鑫、中芯这些属于受到限制,只有华为,长存这种才叫“制裁”,认为这些企业扛住了美国“制裁”,顺带赞扬乃至大肆吹捧华为、长存。铁流认为,这种观点是值得商榷的。
美国卡的最严的是3个点,一是人工智能芯片,二是尖端芯片制造能力,三是超算。
以人工智能芯片来说,只要算力在4800TOPS以上美国就禁,英伟达为绕过禁令,贴着“算力红线”专门开发中国特供版计算卡。以尖端芯片制造而言,国内IC设计公司禁止使用5/7nm工艺,华为、飞腾的5/7nm工艺CPU都被禁,寒武纪上一代AI芯片可以使用台积电5/7nm工艺,但新一代AI芯片受美国禁令影响只能工艺倒退。在超算方面,具备FP64计算能力在100Petaflops以上,或者FP32在200Petaflops以上算力的计算系统都被禁,江南所、曙光公司都因涉及超算技术被列入实体清单。
实践上看,执行严格的方面基本是尖端工艺制造技术,或者是未来潜力巨大的技术(AI),或者是关乎国防和科研的技术(超算)。在其他方面,美国政客在发言中叫嚣的厉害,但从实践上看,美国制裁并没有被严格执行。
具体来说,在制裁华为之初,为了照顾美国半导体企业的利益,没有立刻掐断对华为的芯片供应,而是留了几个月的窗口期,让华为有时间囤积一批芯片。在制裁过程中,美国公司为了赚取利润,依然向华为卖产品,希捷因为违反美国出口管制法向中国华为运送价值超过11亿美元的硬盘驱动器,被美国政府开出3亿美元罚单。为了绕过美国的出口管制条例,美国公司各有绝招,比如英特尔,就在东南亚完成封装再出口中国。很多商业公司也是在商业利益和政治风险中玩平衡,比如ARM,当美国政客大放厥词的时候,ARM宣布中止与华为的商业往来和技术授权,当情势有所缓和之后,ARM又跳出来标榜“合规”,表示愿意继续做生意。
在制造工艺上,美国只监控尖端技术、头部客户和大订单,国内企业可以用代理的方式绕过禁令,这使代理已经成为一项产业,即便在禁止台积电为华为代工7nm以下芯片的时代,华为依然可以找使用美国半导体设备的晶圆厂代工14nm芯片,甚至小批量的5/7nm芯片也能通过代理的方式下单。也正是因此,在2021年年底,华为推出了盘古900桌面CPU,这款芯片集成了8个ARM Cortex A73(ARM于2016年发布),采用14nm制造工艺,专攻信创市场。由于美国的制裁使华为只能使用ARM老旧IP核,导致这款芯片在Spec测试中,单核性能不足同时期的龙芯3A5000一半。虽然性能不行,但这确实是用欧美技术做出来的芯片,如果美国真的把制裁落到实处,盘古900将在设计和制造两个环节被卡脖子。华为的X86服务器和荣耀手机业务也是通过非常简单的方式“复活”,华为把荣耀手机业务剥离,卖给了深圳国资,荣耀手机就可以合规采购美国芯片,华为把X86服务器剥离,卖给中原地方政府,还是原班人马,就改了个名字,于是就可以继续采购美国芯片。
处在风口浪尖的华为是如此,其他上了实体清单的公司也是如此。虽然飞腾被美国列入了实体清单,在高端工艺上被美国限制,但在14nm工艺上,美国的制裁根本没有多少影响,飞腾的14nm ARM CPU虽然一度有过供货不足,但很快恢复了供货,华为在自家的ARM芯片被禁后,也曾向飞腾下单。
zx国际、CC存储成绩喜人,在制造中所使用光刻机、刻蚀机、薄膜设备做不到完全不依赖进口,光刻机、刻蚀机、薄膜设备种类很多,国产只能做其中几个步骤,目前还达不到全覆盖。中微半导体的5nm刻蚀设备为例,这款设备只是刻蚀流程中CCP介质刻蚀里的多种设备中的一种,前后道制程ICP与CCP一共接近30种刻蚀设备,中微与北方华创目前只能完成1/4左右,3/4被国外大厂垄断。即便门坎相对较低的清洗设备,目前也只能做到50%的国产化率。
晶圆厂所需的晶圆也需要从国外进口,多年前,日本胜高曾经砍掉CC存储的晶圆订单,优先供货给台积电、英特尔、镁光等大厂,一旦外商卡脖子,国内晶圆厂只能仰仗沪硅等本土企业,由于沪硅等本土企业硅晶圆产能相对有限,一旦进口晶圆被卡,CC存储就只能压缩产能。几年前的一次交流中,紫光一位高管曾表示,对国内自媒体“沸腾体”报道很无奈,并告知:在写CC存储时,最好说明技术比美国企业落后2-3代,以免刺激到美国。最近,zx国际官网撤去了其14nm工艺的介绍,只保留28nm以上工艺的介绍,也是基于类似逻辑。有人认为,撤去14nm工艺是为了集中搞28nm,问题是14nm工艺和28nm工艺并不矛盾,N+2工艺线和提升国产化比例的28nm工艺线并行不悖,zx国际的做法就是为了低调发展。
可以说,我们的一些企业没有彻底“休克”,很大程度是得益于美国制裁在立法和执行上存在差异,以及美国企业为了商业利益想法设法绕过美国政府禁令赚取利润。
中国半导体产业崛起势头不可挡
最近这些年,中国半导体产业取得了巨大进步,在芯片设计、制造、设备等方面都取得了不少成果。
在存储芯片方面,CC存储在NAND上取得的进步尤为突出。多年前,紫光在境外高薪寻找优秀的人才,并严格遵守国际商业的道德规则,“只带人不带文件”,坚持“自己的技术要靠自己研发”。在整合两岸技术团队之后,CC存储开启了自主研发之路,在2017年完成32层NAND的小批量生产,在2019年完成了64层NAND量产。2020年推出128层NAND芯片。用短短3年时间实现从32层到64层再到128层的跨越,3年完成国外大厂6年走过的路。2022年,CC存储交付192层NAND芯片。
值得一提的是,CC存储独创的Xtacking架构具有一定比较优势。其3D NAND得益于Xtacking技术,使得产品开发时间缩短三个月,生产周期可缩短20%,NAND I/O速度大幅提升到3.0Gbps,比传统3D NAND拥有更高的存储密度。这使得CC存储的64层的3D NAND单位面积的存储密度可以接近国际大厂的96层3D NAND。随着CC存储在技术上的持续突破,在NAND的性能上基本追平了三星。产业突破的最直接结果就是SSD的价格大幅下跌,让消费者获得了实惠。
在CPU设计方面,龙芯3A6000 CPU实测性能大幅超出预期,经SPEC2006测试,IPC达到了定点17/G,浮点22/G,这个性能已经追平英特尔十三代酷睿了,就单核性能来说,龙芯3A6000测试成绩为定点42.3分,浮点53分,2.5Ghz的龙芯3A6000与3.7Ghz的AMD R5 2600相当,只要软件跟得上完全可以替换美国CPU。龙芯和英特尔在前端设计上已经没有差距了,主要差距在物理设计上,如何提高主频会成为龙芯下一个阶段的重要任务。
此外,包云岗团队已经完成第二代香山处理器的研发,第二代香山的IPC达到10/G,这个指标达到AMD第一代Zen的水平,和龙芯3A5000的IPC处于同一档次。就商用来说,国内IC设计公司完全可以买第二代香山的IP设计CPU/SoC,根据试点的经验看,只要达到20分,日常办公就基本没问题了。能够达到30分,对于办公就是性能过剩。由于香山处理器是开源的,并提供全套开发环境,这使国内商业公司没必要从国外高价买IP,完全可以用免费的IP(第二代香山)开发芯片。
在设备方面,中微半导体已经完成可以加工5nm芯片的刻蚀设备,CCP刻蚀设备已有超过200台反应台在生产线合格运转。2023年一季度,刻蚀设备收入为8.14亿元,较上年同期增长约13.94%,毛利率达到47.29%,MOCVD设备实现收入1.67亿元,较上年同期增长约300.48%,毛利率达到40.09%。即便是一直被卡脖子的光刻机,国内科研院所在也在光源等子系统上取得技术突破。
其实,这只是中国半导体产业进步的冰山一角。很多企业为了避免被美国盯上,对技术突破秘而不宣,只求闷声发财,低调发展,宏观上看,全球半导体产业向中国大陆转移已经是大势所趋。
结语
由于过去几十年中国半导体产业走了融入国际主流的道路,在造不如买的影响下,很多领域缺课太多,冰冻三尺非一日之寒,想要实现打通全产业链依旧任重道远。一些企业在这几年里能够发展迅速,一是得益于国家的产业政策和保护扶持,二是企业在核心技术上取得突破,三是美国禁令没有被严格落实,中美依然保持一定的商贸往来和技术交流。单纯将一些成绩和现象归功于企业“无敌”,未免有失客观。
诚然,中国半导体产业在诸多方面取得了不俗的成绩,但远远没有到可以打脸美国,或者声称抗住美国制裁的水平。一些企业好像被制裁的很厉害,只是舆论的关注度高所造成的错觉,一些企业早已被列入实体清单,只不过因为默默无声,仿佛该企业没有被制裁一样。从实践上看,美国立法上对中国半导体企业是无差别攻击,只要触及红线就被制裁,而恰恰美国在制裁上立法与执行的脱节给了中国企业发展的机会。
目前,国内企业在技术上取得了突破,但在市场份额上与欧美日韩寡头差距甚远。以CC存储为例,其市场份额估算为3-5%,而三星和SK海力士的市场份额加起来可以超过50%,应用材料2022年营收为256.8亿美元,中微半导体2022年营业收入47.4亿元。龙芯的年营收基本在10亿人民币以内,英特尔2022年营收为630.5亿美元。沪硅产业的晶圆市场占比为3.5%,日本信越和胜高的硅晶圆市场占比合计为50%左右。
差距不仅仅在营收和市场占比上,还有整个产业链的各个环节,在很多细枝末节上,中国半导体企业暂时还离不开西方技术,国产化替换是润物细无声的持续性工程,要循序渐进,不可能一蹴而就。
龙芯的自主水平很高,指令集自主研发,核心IP模块自主研发,但用于仿真的仪器是进口的,仿真就是在流片前进行模拟,模拟都正常再去流片,这样可以降低流片风险。仿真加速器有国产有替代的,只是技术上有较大差距,相当于勉强堪用和好用的差别。
中微半导体的设备可以替换国外设备,但在零部件上,也需要从国外进口。美国法院曾经禁止美国SGL公司给中微半导体提供晶圆承载器部件,最终中微半导体以和解的方式解决了这场纠纷。如果美国再度政治挂帅,禁止一切零部件供应,中微就只能在国内扶持供应商了。
最近几年,中国半导体产业取得的成绩是实打实的,但差距依然存在,在国内企业取得技术突破时,不宜过度情绪化,动辄“美国傻眼”、“打脸美国”,这是坐井观天、妄自尊大,大家对本土企业的进步,要理性看待,理性支持。