芯片：掐不住華為，更掐不住中國

吳健

“曾幾何時，美國可以泰然自若，因為沒有哪個國家能達到其在技術(shù)能力和實際規(guī)模上的結(jié)合程度。但歲月已然過去，現(xiàn)在的中國具備這種能力?！睂τ凇叭A為事件”，委內(nèi)瑞拉外交官阿爾弗雷多·托羅·哈迪曾在《大國技術(shù)逐鹿》文章里做過解釋，當(dāng)美國到了“戰(zhàn)略性而非策略性”切斷對某國技術(shù)供應(yīng)的地步，往往是這種差距縮小到“堪與比肩”的程度。過去一年多，美國相繼對中興通訊、福建晉華、華為等中國公司采取“芯片斷供”的措施，其結(jié)果都是中國未被打垮，卻加快了中國技術(shù)追趕。英國《經(jīng)濟學(xué)人》周刊明確提到，中美最核心的貿(mào)易問題是本世紀圍繞技術(shù)的競爭，涵蓋從人工智能到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一切，但最根本的競技場是芯片半導(dǎo)體，“這是美國產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位和中國大國雄心最直接碰撞的領(lǐng)域，無論有多少緩和語言出現(xiàn)在國際場合，較量都會持續(xù)更久”。

我們要能活下來

從2017年特朗普政府上臺伊始，美國封殺華為的行動變得愈發(fā)露骨，與此同時，中美半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的博弈也愈發(fā)激烈。2017年2月，時任華為駐美國華盛頓辦公室負責(zé)人、負責(zé)政府關(guān)系的副總裁威廉·普拉默（William Plummer）接到一通來自聯(lián)邦調(diào)查局（FBI）的電話，之后他在距離白宮不遠的一間高檔酒店的咖啡廳與兩名探員見面。FBI懷疑（華為）是否隱瞞相關(guān)信息：“如果華為不是受到中國政府的影響，那他們怎么可能在中國取得如此快速的發(fā)展？”同年12月，兩黨議員聯(lián)合致信聯(lián)邦通信委員會，對美國企業(yè)使用華為的產(chǎn)品表達了擔(dān)憂，通信運營商AT&T公司隨即在2018年1月決定不售賣華為手機（即便它采用美國高通公司提供的芯片）。此后，華為縮小了華盛頓辦事處的規(guī)模，普拉默也選擇離開。2018年8月，美國通過2019財年國防授權(quán)法案，事實上將華為排除在了美國市場之外。澳大利亞、新西蘭、英國、日本等美國的盟國開始圍繞5G對華為展開調(diào)查就是從那時開始的。普拉默告訴日本《朝日新聞》記者江淵崇和福田直之：“如果說美中在下一盤棋，那么華為問題不過是一枚棋子，棋局才剛剛開始。”

從技術(shù)制約華為乃至整個中國高科技產(chǎn)業(yè)，芯片似乎是最佳的“切口”。作為高速通信與人工智能技術(shù)的“心臟”，芯片長期是中國的軟肋，在國際知名調(diào)查公司IC Insights在2018年最新發(fā)布的芯片銷售排行榜上，前15位的分別是美國、韓國、中國臺灣地區(qū)、歐洲和日本企業(yè)，高端芯片基本依賴進口，中國在這個領(lǐng)域花的錢比進口石油還要多。美國正是看準(zhǔn)這一弱點，2018年4月，美國以中興通訊公司違反對伊朗制裁禁令為由，禁止美國企業(yè)供貨，中興通訊被迫暫停智能手機生產(chǎn)，公司經(jīng)營陷入危機。美國所握有的生殺予奪大權(quán)，令華為深感震撼，中興事件后，華為內(nèi)部曾召開座談會。公司創(chuàng)始人任正非當(dāng)時說：“我們還要繼續(xù)使用大量美國產(chǎn)品?！辈贿^會議紀要上還有這樣一段話：“中國與美國的差距，估計未來二三十年，甚至五六十年還不能消除。但是，我們要將差距縮小到‘我們要能活下來?！?/p>

諾言很快化作行動。IFA2018柏林國際電子消費品展覽會上，華為消費者業(yè)務(wù)CEO余承東發(fā)布面向智能手機的自主知識產(chǎn)權(quán)芯片——“麒麟980”，場上掌聲雷動，它使用全球最先進的7納米集成電路工藝，戲劇性地提升人工智能的機器學(xué)習(xí)和圖像處理能力，同時大幅節(jié)省電力消耗。兩個月后，華為輪值CEO徐直軍在上海一間巨大的展示廳里告訴在場的2000名聽眾：“這是目前全世界性能最高的芯片?！逼聊簧险故镜氖歉呒壍娜斯ぶ悄苄酒獣N騰910，是目前全球已發(fā)布的單芯片計算密度最大的芯片，運算能力是美國英偉達公司同級別產(chǎn)品的兩倍。

華為消費者業(yè)務(wù)CEO 余承東發(fā)布面向智能手機的自主知識產(chǎn)權(quán)芯片——“麒麟980”。

更給力的是，2019年5月17日，芯片企業(yè)海思公司總裁何庭波發(fā)布一封激情澎湃的員工內(nèi)部信，提到自研芯片“從備胎轉(zhuǎn)正”，成為華為最大的底氣。美國半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士告訴日本《選擇》月刊，“海思芯片設(shè)計能力已超越高通和英特爾，差距還可能在未來進一步擴大”。海思是華為的全資子公司，只向華為供貨?！盁o論資金還是人才投入，（海思）都是沒有后顧之憂的?！边@位人士不忘解釋一下，半導(dǎo)體行業(yè)存在模式差異，有像英特爾、三星電子這樣從設(shè)計到制造全部一手包辦的企業(yè);也有像臺積電這種按照其他公司設(shè)計圖紙進行半導(dǎo)體加工的晶圓代工企業(yè);再有就是只負責(zé)設(shè)計，制造工序則委托晶圓代工廠加工的企業(yè)，比如海思。換言之，海思實驗室里的芯片樣品，能否投入規(guī)模生產(chǎn)，仍然存在變數(shù)。

要害是光刻機

現(xiàn)代社會高度信息化，再厲害的“國之重器”，大部分所支撐的卻是尺寸和重量都很小的芯片，沒有它，就談不上自動化，大部分設(shè)備就會失靈……芯片是半導(dǎo)體元器件的統(tǒng)稱，是指內(nèi)含集成電路的硅片。如果再具體點，芯片是集成電路的載體，是集成電路經(jīng)過設(shè)計、制造、封裝、測試后的成果，通常是一個可以立即使用的獨立整體。正因如此，人們常常將“芯片”和“集成電路”混用。要注意的是，廣義上，芯片和集成電路并不完全畫等號，只要是使用微細加工手段制造的半導(dǎo)體片，都可以叫作芯片，里面并不一定有電路（如半導(dǎo)體光源芯片、機械芯片、生物芯片等）。只有在電子技術(shù)領(lǐng)域，當(dāng)范圍局限到硅集成電路時，芯片才和集成電路畫等號。而在軍用和民用領(lǐng)域，絕大部分芯片都含集成電路，所以“芯片”和“集成電路”名詞混用沒什么問題。

一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合后，還可以形成芯片組，它們相互依賴，發(fā)揮更大的作用，比如，計算機里面的處理器和南北橋芯片組，手機里面的射頻、基帶和電源管理芯片組等。芯片最難的是晶片制作環(huán)節(jié)。要想制造高端芯片，首先須有高端的加工設(shè)備。在這方面，世界上呈現(xiàn)出高度壟斷的情況，例如，光刻機是生產(chǎn)集成電路的關(guān)鍵設(shè)備，但全球高端光刻機幾乎被荷蘭ASML壟斷。全球14納米的光刻機，都是ASML的產(chǎn)品，每年的產(chǎn)量只有24臺，單價高達1.5億美元。而英特爾、臺積電、三星電子等芯片巨頭，之所以能制作出高端芯片，就是獲得ASML的高端光刻機，原因很簡單，這三家都是ASML的股東。然而，其他國家和地區(qū)的芯片廠商就難以獲得高端光刻機，甚至是萬金難求，出多大價錢人家都不賣。即使購買比較過時的二手光刻機，還需要美國點頭，因為美國是《關(guān)于常規(guī)武器和兩用物品及技術(shù)出口控制的瓦森納協(xié)定》（簡稱《瓦森納協(xié)定》，目前共有包括美國、日本、英國、俄羅斯等40個成員國，目的是通過成員國間的信息通報制度，加強對常規(guī)武器和雙用途物品及相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)讓的監(jiān)督和控制）的主導(dǎo)者，它通常都附加苛刻條件，就是不能用于生產(chǎn)軍用級別的芯片和自主研發(fā)的芯片。

芯片制作的難度，還有設(shè)計布圖，其試錯成本高、排錯難度大。超大規(guī)模集成電路的芯片，往往指甲蓋大一片的面積就有上億個晶體管，但最終能在電路板上測到的信號線卻只有十幾根到幾百根。要想根據(jù)這些少得可憐的信息去判斷哪個晶體管有問題，難度不言而喻。芯片從電路設(shè)計開始到投片，最少需要半年;投片送到工廠加工生產(chǎn)，需要三個月。一次投片的費用最少需要數(shù)十萬元人民幣，先進工藝高達一千萬到幾千萬元，這么高的試錯時間和資金成本，對一次成功率要求極高，設(shè)計團隊中任何一個人出點錯，都有可能在數(shù)月后制作出來的芯片只是廢金屬片。

三類芯片，中國不怕

嚴格來說，所謂“美國斷芯，華為（或中國）鬧心”的擔(dān)憂，既有緊迫性，又有局限性，絕非某些自媒體宣揚的那么厲害。按照業(yè)內(nèi)劃分，芯片分為商業(yè)級、工業(yè)級、軍品級和航天級。就重要性而言，每級芯片又可劃分為一般、重要、關(guān)鍵、核心四個層級。消費級電子產(chǎn)品當(dāng)然采用商業(yè)級芯片，與事關(guān)國家安全的軍品級芯片區(qū)別極大，后者對性能、工藝要求并不高，但對穩(wěn)定性、可靠性、抗電磁和復(fù)雜地磁環(huán)境干擾、抗沖擊、使用環(huán)境溫度等要求極高，例如，在工作溫度上，軍品級中央處理器（CPU）的工作溫度范圍是-55至125攝氏度之間，而商業(yè)級CPU的工作溫度范圍只有0至70攝氏度之間。

YLC-8B型機動式預(yù)警相控陣雷達。

即使是半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先的美國，軍品級芯片的性能與商業(yè)級芯片也相差甚遠，像美國空軍不少現(xiàn)役F-16C/D戰(zhàn)斗機上，還在使用已是古董的“486”或者“奔騰”芯片。工藝上，現(xiàn)在全球最先進的手機芯片已開始采用10納米制作工藝，但美國很多軍用芯片仍在采用老舊的65納米的制作工藝。這樣做的一個重要原因在于，老的制作工藝制作出來的芯片，具有更好的抗電磁干擾能力，而現(xiàn)在先進的制作工藝制作的芯片，抗電磁干擾能力較差。

由于軍品級芯片對性能要求不高，所以中國雖然得不到高端加工設(shè)備，但用稍微低端一些的加工設(shè)備仍能滿足生產(chǎn)軍品級芯片的需要，無非是芯片尺寸大一點、能耗高一點、外觀差一點。這種芯片如果放在民用市場上雖缺乏競爭力，但對于軍用來說，不存在商業(yè)競爭的問題，因而能保障軍用芯片的安全供應(yīng)，實現(xiàn)自給自足。

據(jù)公開信息，軍用芯片領(lǐng)域，中國大體實現(xiàn)國產(chǎn)化，這也是各類國產(chǎn)雷達在技術(shù)性能上達到世界頂尖水平的主要原因。例如，有源相控陣雷達就離不了發(fā)射/接收（T/R）模塊，因為有源相控陣雷達的后端沒有發(fā)射機，全靠數(shù)量眾多的T/R模塊發(fā)射和接收雷達波。如果不能生產(chǎn)先進的T/R模塊，就談不上發(fā)展有源相控陣雷達。而預(yù)警機里除了有源相控陣的T/R模塊之外，還需要數(shù)字信號處理器（DSP）芯片，以實現(xiàn)數(shù)字加密通信。中國已有多款預(yù)警機，采用的都是國產(chǎn)DSP芯片，其性能也是世界一流的。CPU和GPU（圖形處理器）在軍用武器裝備上應(yīng)用極其廣泛，所有的軍用計算機都少不了CPU，各類軍用顯示設(shè)備、數(shù)字地圖都少不了GPU。這兩類芯片，國內(nèi)也完全可以滿足軍用需求。既然核心層級的軍用芯片不會被發(fā)達國家卡脖子，那么一般、重要、關(guān)鍵層級的軍用芯片的自產(chǎn)就更不在話下。如一般層級的電阻電容器，國內(nèi)生產(chǎn)沒有任何問題，就是航天級的鉭電容國內(nèi)也能生產(chǎn)。之所以這些級別的芯片還要進口，主要是由于國外的同類產(chǎn)品生產(chǎn)量和銷售量巨大、價格更低，又不屬于被控制出口的敏感產(chǎn)品，而且電阻電容器也不存在CPU可能留有后門的隱患，因而這類采購既不存在斷供風(fēng)險，也不存在信息安全方面的風(fēng)險。說到價格，軍品級芯片對于價格并不敏感，因為其需求量遠不如商業(yè)級那么大。而且，由于國防安全的重要性怎么強調(diào)都不為過，相對來說，成本就不是很重要的考慮因素，所以各國對于軍品級芯片都是能自主盡量自主。然而，商業(yè)級芯片對于價格很敏感，在性能相近的情況下，拼的就是價格。

很顯然，中國與芯片強國的真正差距，主要在商業(yè)級芯片上，它強調(diào)性能、工藝，還強調(diào)外觀、價格，而這些正是中國目前的短板。美國在芯片技術(shù)上之所以占據(jù)領(lǐng)先地位，是因為其起步早、投入大而且持久、從研發(fā)到投入市場速度快、市場認同度高等原因。尤其在商業(yè)級芯片方面，美國芯片企業(yè)的服務(wù)器芯片、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）芯片、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）芯片、數(shù)字信號處理（DSP）芯片、射頻芯片、控制芯片、有線傳輸領(lǐng)域的高速光模塊等高端電子元器件，在全球市場幾乎無可替代。

美國發(fā)展芯片的思路是：只要掌握核心和大部分關(guān)鍵層級的元器件設(shè)計生產(chǎn)能力，以及系統(tǒng)設(shè)計和整合的能力，就掌握了這一產(chǎn)品的命脈，并不追求100%國產(chǎn)化，客觀上這也做不到。正因為如此，美國既是芯片出口大國，同時也從外國大量采購。所以，一個國家如果要發(fā)展自己的芯片產(chǎn)業(yè)，在堅持軍品級芯片以我為主的基礎(chǔ)上，在發(fā)展商業(yè)級芯片上也不能求全，無需要求所有芯片全都靠自己研發(fā)生產(chǎn)，其實，在某些領(lǐng)域擁有自己的核心技術(shù)或獨門技術(shù)才是關(guān)鍵。

有希望的“苦難行軍”

如前所述，中國芯片企業(yè)幾乎在設(shè)計方面趕上世界水平，但在制造加工與檢測方面仍需“苦難行軍”。2019年1月，華為在深圳發(fā)布了最新研制的芯片組，但確切地說，他們在大陸只完成設(shè)計環(huán)節(jié)，代工卻還是和以往一樣，是交給臺灣協(xié)作企業(yè)實施，反映了中國大陸企業(yè)與世界企業(yè)技術(shù)差距。不過與華為的謙遜態(tài)度形成鮮明對比的是，美國國際半導(dǎo)體技術(shù)咨詢公司總裁簡·瓦達曼覺得，中國引以為傲的國內(nèi)一流芯片企業(yè)至多比海外對手企業(yè)落后十年，“這加劇了美國封鎖與規(guī)制的沖動”。他指出，自2012年以來，中國積極收購半導(dǎo)體企業(yè)，獲取技術(shù)，拉攏優(yōu)秀人才，讓美國感到警覺。半導(dǎo)體制造設(shè)備成本和制造最先進處理器所必需的研發(fā)成本日益增大（最先進處理器的用途包括高性能計算機、高端移動設(shè)備、游戲設(shè)備和人工智能等），這將導(dǎo)致“高端俱樂部”的座位越來越緊俏，“更多的選手將被排擠下去”。

美國晶片制造廠高通。

日本《日經(jīng)商貿(mào)》周刊注意到，就世界范圍而言，臺積電是全球最大的半導(dǎo)體代工企業(yè)，合同數(shù)占整個市場的一半，但在2019年1月24日，它宣布今后也向華為“學(xué)習(xí)”，將年收益的8%至9%用作研發(fā)經(jīng)費，而在2018年，它的研發(fā)經(jīng)費達29億美元之巨。由于智能手機需求急劇下降，公司短期收益預(yù)期惡化，但這些并沒有阻礙臺積電擴充研發(fā)費用。另一方面，中國內(nèi)地最大的半導(dǎo)體企業(yè)——中芯國際集成電路制造公司在2018年投入約5.5億美元研發(fā)經(jīng)費，相當(dāng)于銷售額的16%。倫敦阿雷特研究公司高級分析師吉姆·豐塔內(nèi)利指出，最尖端的芯片制造開始變得困難，“這里沒有捷徑可走，連美國英特爾公司都陷入苦戰(zhàn)”。據(jù)稱，首先需要的是巨額研發(fā)資金，然后是業(yè)績首屈一指的工程師，由于研發(fā)經(jīng)費上漲，美國半導(dǎo)體代工企業(yè)（銷售額居世界第二的）格羅方德半導(dǎo)體公司與臺灣聯(lián)華電子已于2017-2018年相繼退出最尖端芯片的制造競爭，退而求其次，將重點放在現(xiàn)行生產(chǎn)工藝制造的芯片的更新上。

瓦達曼指出，撇開設(shè)計能力不談，中國半導(dǎo)體企業(yè)的成功，取決于制造工藝與性能檢測兩大指標(biāo)。以中芯國際為例，它正努力研制14納米生產(chǎn)工藝，不斷推進測試，目標(biāo)是2019年內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)，可韓國三星電子已于2014年實現(xiàn)這一技術(shù)。貝恩公司駐上海合伙人韋呂·辛哈指出，中國在半導(dǎo)體科學(xué)和設(shè)計方面的能力已是最先進水平，但在利用部分重要技術(shù)方面面臨課題。據(jù)分析，新一代半導(dǎo)體制造設(shè)備開發(fā)上，引領(lǐng)業(yè)界的制造設(shè)備供應(yīng)商（全都不是中國大陸企業(yè)）正與一流的半導(dǎo)體企業(yè)合作，像制造基于7納米工藝技術(shù)的處理器的臺積電與阿斯麥控股公司實現(xiàn)“結(jié)盟”，后者提供的超紫外線生產(chǎn)設(shè)備（EUV）猶如金字塔般存在，能生產(chǎn)搭載于華為、蘋果最新款智能手機的核心處理器。在這一方面，中國大陸企業(yè)被落下很多，《日本經(jīng)濟新聞》報道，中芯國際投入1.2億美元購買EUV，但用于商業(yè)生產(chǎn)需要數(shù)年時間。

問題是“什么時候”

瑞士信貸銀行駐臺北分析師蘭迪·艾布拉姆斯認為，在風(fēng)靡半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)應(yīng)用方面，有兩個趨勢：第一，通用芯片被重新設(shè)計和優(yōu)化，用于特定任務(wù);第二，原來相互獨立的處理和內(nèi)存等功能被集成到一塊芯片上。他指出，這給半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來“根本性變革”，并將為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提高存在感創(chuàng)造新機會。幾十年來，芯片產(chǎn)業(yè)一直是靠摩爾定律來推動的，根據(jù)該定律，特定尺寸的芯片性能每兩年翻一番。但定律正在達到其物理極限，半導(dǎo)體企業(yè)花了數(shù)十年時間競相促成晶體管數(shù)量實現(xiàn)翻番，極小面積內(nèi)的設(shè)計布圖與微細加工難度呈幾何級上升，這就為包括量子計算在內(nèi)的新概念、新技術(shù)的“新維度應(yīng)用”開辟道路，而這恰恰是中國的強項。

全球頂級半導(dǎo)體廠商三星電子。

辛哈樂觀地說，不能排除中國企業(yè)最終崛起為有競爭力的芯片制造商的可能性，“這不是‘會不會的問題，而是‘什么時候的問題。'但我們不是說中國企業(yè)一兩年就會趕上，我們認為需要五到十年，（中國企業(yè)）技術(shù)才能迎頭趕上”。另一方面，出于商業(yè)成本甚至“化敵為友”的考慮，中國電子設(shè)備企業(yè)需要進口芯片，“這一行業(yè)是全球化的贊歌，無論華為還是蘋果，它們各自有超過一萬家供應(yīng)商，其中一半以上在國外。對許多公司來說，中美互為巨大市場。高通公司三分之二的芯片銷售來自中國。任何試圖將該行業(yè)一分為二的措施，將首先損害自己的生產(chǎn)商和消費者，這將是一種坦率的對抗行為，它將混淆不公平和真正的競爭”。

艾布拉姆斯推測，從長遠看，美國對華芯片禁售是徒勞的，“這無疑可以放慢對手的速度，但中國的進步是無法阻止的。正如硅谷的崛起有賴于美國政府的支持一樣，中國為了實現(xiàn)目標(biāo)而將國家和企業(yè)的資源進行整合，它制定激勵計劃，從其他地方吸引工程人才，2015年美國阻止英特爾芯片出口反而刺激中國發(fā)展出更強大的超級計算產(chǎn)業(yè)，如今華為正成為新的‘倒逼創(chuàng)新刺激的案例”。他認為，美國終將轉(zhuǎn)向“更聰明”的游戲規(guī)則：一方面，培育國內(nèi)創(chuàng)新，更多政府資金進入芯片研究領(lǐng)域，加大對世界人才開放;另一方面，加快與盟國或伙伴國形成聯(lián)盟，為“中國芯片更加普及的世界”做準(zhǔn)備，這意味著美國必須提前擬定國際安全檢測程序和數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)，以“確保安全”的名義收緊中國芯片的生存空間。