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科技新聞

中國半導體崛起的四大障礙

文字:[大][中][小] 2020-10-23    瀏覽次數:669    

  在過去的二十年中,中國在電子產品的組裝,測試和封裝領域在半導體行業中的地位日益突出,但目前在設計和制造需求量很大的半導體集成電路(“芯片”)方面落后。從國家層面看,參與這個全球規模達4000億美元的行業將對經濟有巨大的推動作用,但該行業還推動了電信,計算機和汽車等不同領域的創新。

  中國半導體產業能否趕上該產業的領先優勢?今天中國對進口半導體技術的依賴程度如何?如果盡管花費數十億美元仍不太可能趕上,那么它可能遇到的障礙是什么?

  近年來,中國加強建設國內半導體,其中最引人注目的是通過其各種政策以及更具體針對半導體行業的措施,例如《促進國家集成電路產業發展的指導方針》,該法規經常被提及。作為國家集成電路計劃。他們在半導體行業的廣泛目標包括:到2025年滿足中國70%的國內需求,到2030年達到該行業所有領域的國際領先技術。半導體行業政策在中國已有40多年的歷史了,而這些最新目標大部分是對長期目標的重述,該目標旨在提高這些技術的國內產能。

  數據顯示,中國在2019 年僅本土生產了其國內使用所需半導體的16%,并且鑒于中國為減少對外國技術的依賴而做出的不斷努力,因此他們增加自給自足就不足為奇了。然而,國有資本流入中國半導體行業,引發了人們的擔憂。這加劇了全球對中國如何在這一具有地緣戰略意義的重要技術領域達到與領先的設計和制造同等地位的擔憂,特別是考慮到其他市場部門展示的突破能力。

  2014年,《國家集成電路計劃》呼吁通過中央政府以及省市政府的投資在半導體行業投資約1500億美元。這一資金水平相當于中國每年的半導體市場總量,是全球半導體行業每年用于研發的支出的兩倍,這是一筆可觀的投資。中國似乎有望在2020年達到1500億美元的投資水平,而沒有達到既定的長期目標。大部分投資發生在美國開始向全球供應商施加壓力以切斷中國對先進半導體的獲取之前。是什么阻礙了中國?

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  阻礙一:技術落后

  目前,中國臺灣,韓國和美國擁有世界領先的半導體制造設施(稱為代工廠或代工廠,是制造設施的簡稱),日本和美國的公司提供了絕大部分的專用設備。進入那些制造工廠。臺積電(TSMC)是全球最大,最先進的合同制造商。臺積電的大批量生產很大程度上是通過提供由兩家最大的智能手機制造商蘋果和華為設計的定制芯片來維持的。

  半導體制造是資本密集型產業,該領域的研發支出通常超過其年收入的15%。平均而言,每一代最先進的制造技術的壽命只有兩到四年,然后才被更新的技術所取代,取代并降為利潤較低的產品。半導體制造設備供應商與跨國公司的代工廠和芯片設計師緊密合作,以保持這種不斷發展的制造技術步伐。

  今天,中國沒有領先的半導體制造廠。中國最先進的晶圓代工廠直到2019年底才在上海的SMIC開始生產14納米(nm)技術節點的芯片。這使中芯國際落后了由臺積電,三星(韓國)和英特爾(美國)運營的領先代工廠大約十年,至少是第二代。

  作為參考,臺積電自2018年以來一直在7納米節點上進行大批量生產,并有望在2020年末實現5納米節點的大量生產。作為其技術領先地位的標志,臺積電還制定了具體計劃。以下兩個節點。

  2020年8月,臺積電公開宣布他們打算在2022年下半年實現3納米節點的量產,并開始在新竹建設2納米節點的研究中心。中國在建造數十個晶圓代工廠方面進行的巨額投資主要是針對在較舊的節點上制造低端芯片,而不是針對利潤豐厚的處理器芯片(例如用于筆記本電腦和移動電話的圖形處理單元和中央處理器)的節點。

  障礙二:人才招聘

  為了將制造能力從14 nm升級到更先進,更小的節點,中國的公司將需要發展自己的制造專業知識。迄今為止,中國的公司還沒有表現出維持協作網絡的能力。創造和保護知識產權;和/或維持一支能夠制造前沿技術的勞動力。這與中國在該領域具有高度創新性的組裝,測試和包裝公司形成鮮明對比。

  目前,中國具有全球競爭力的半導體制造人才庫非常有限。近年來,中國的制造業公司積極招募人才,以吸引人才離開中國臺灣。中國大陸招聘公司的薪水是中國臺灣平均薪水和獎金的2-2.5倍。

  諸如美國的硅谷和臺灣的新竹等行業人才高度集中的地區,是中國大陸確定的目標,這是中國人才招聘的重點。

  總體而言,估計有3000多名工程師從臺灣轉移到了大陸公司,占臺灣半導體研發人員的近10%。雖然這個招聘率并不是嚴重的人才流失,但依然值得跟蹤。

  障礙三:關鍵制造設備的限制

  中國面臨的另一個挑戰是其對半導體制造的關鍵外國技術依賴。一種先進制造的關鍵設備從未在中國大陸交付給任何晶圓廠,因此這可能代表了中國為提高復雜性階梯到領先地位所面臨的瓶頸——這個設備即極紫外(EUV)掃描儀,它可以縮小集成用于前沿制造的電路圖案。

  如今,EUV掃描儀只有一家商業供應商,即荷蘭ASML公司。復制ASML以及中國需要的技術,對中國來說將是一項艱巨的任務,而且不可能成功。ASML,其合作伙伴和多個國家政府在30多年來投資了數十億美元,以開發該掃描儀所需的許多創新產品。像中國這樣的“快速追隨者”方法已經在其他領域證明了這一點,不太可能為此類復雜設備尋求替代外國供應商。

  它能夠制造在10個納米節點及以下,甚至可能下降到3納米節點,沒有這樣的EUV掃描器,通過其他制作方法,如使用舊的深紫外線(DUV)掃描器技術使用多個重疊的圖案化來實現圖案尺寸減小。DUV設備已出口到中國,也不可能EUV掃描曝光機的限制。

  盡管如此,即使中國的晶圓廠能夠以這種方式使用DUV掃描儀來制造芯片,與中國臺灣,韓國的制造廠相比,額外的圖案化也有可能導致其整體制造成本更高,產量更低。

  障礙四:獲得前沿合同制造

  美國對出口的審查日益嚴格,使一些中國公司進入領先制造業的難度加大了。

  華為于2019年5月被列入美國實體名單后,這家中國公司需要尋找替代芯片供應商來制造其智能手機。在短短幾個月內,華為便轉向了臺灣,日本和荷蘭的芯片供應商,以取代其美國供應商。

  美國在2020年5月擴大了限制范圍,導致華為也無法在臺灣生產自己的芯片設計。2020年8月,華盛頓采取了進一步措施,通過轉移到外國供應商,防止華為規避美國的出口管制。修改了外國生產的直接產品規則,另外38家華為關聯公司被添加到了實體列表中,進一步加強了華為獲取使用美國軟件或技術開發或生產的國外制造芯片的限制。

  臺積電將在2020年9月之前停止制造華為的設計,以符合美國限制的擴展。來自美國的營收貢獻了臺積電60%的收入,而來自中國大陸的收入僅占其總收入的20%,這鼓勵臺積電遵守美國的規定,而不是冒失去更多收入來源的風險。

  為應對失去與臺積電的聯系,華為增加了中芯國際的芯片制造。但是,國內供應商不能代替臺積電。華為曾嘗試將設計發送到三星(韓國)或使用聯發科技(中國臺灣)的設計,但美國對外國直接產品規定的8月修正案將來可能會阻止這種情況。

  因此,華為公開表示,2020年末其新款智能麒麟處理器的智能手機出貨量可能是最后一次。需要更多的時間來了解這些限制是否會通過降低手機銷量來真正損害華為的利益,或者是否能夠找到其他外國供應商。

  結論

  目前,中國距離實現半導體行業的自給自足和全球領導地位的目標還很遙遠。中國該行業的制造部門至少落后了兩代,并依賴于外國制造設備的供應商。該行業的設計部門能夠進行具有全球競爭力的芯片設計,但其領先優勢依賴于外國供應商進行制造。

  短期來看,中國不太可能達到領先水平,而且多個國家政府加大對關鍵技術出口限制的壓力可能會進一步降低中國半導體制造業的發展速度。盡管確實存在基于技術的瓶頸(例如在此強調的瓶頸),

  作為解決中美戰略競爭的政策選擇,去耦和逆向供應鏈整合已被廣泛討論,但還有另一種觀點這表明應對相互依存和戰略競爭的更好方法是依靠盟國和志同道合的伙伴之間的集體行動和協調,以應對中國提出的共同的經濟和安全關切。

  擁有像中國這樣堅定,足智多謀,充滿活力的參與者,中國可能會繼續利用本土發展,外國人才吸引計劃,合資企業,垂直整合以及上面確定的其他方法,在半導體制造業的追趕中采用多種途徑。

  文章編譯自thediplomat

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