中國如何跨越美國的芯片制造禁令？

2022年7月19日 09:38
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來源：半導體產業縱橫


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美國阻止中國制造高端芯片的努力正受到新形式的削弱。

編譯來源：asiatimes
中國大陸的半導體產業在專利方面落后于美國，在制造方面落后于韓國和中國臺灣，但它希望通過采用革命性的新芯片設計技術來超越競爭對手。
5G智能手機和一些工作站中使用的先進芯片通過將晶體管本身的尺寸縮小到3nm~5nm，將數十億個晶體管集成到指甲大小的芯片上。大多數芯片的柵極寬度為28nm或更高。在硅片上蝕刻微小的電路是非常困難的。
只有荷蘭制造商ASML制造EUV光刻機，這些光刻機使用紫外光譜最末端的短波長將晶體管縮小到如此微小的尺寸。建設相應的晶圓廠非常昂貴，每個工廠的成本高達200億美元。
2020年，美國迫使荷蘭政府禁止向中國出口ASML最先進的光刻機。ASML使用美國知識產權，為華盛頓提供了杠桿作用。
但ASML繼續銷售其上一代光刻設備，該設備使用“深紫外”（DUV）光來蝕刻14nm晶體管。僅在2021年，中國就購買了81臺這樣的機器。
中國大陸最大的晶圓代工廠，中芯國際（SMIC），現在生產14nm芯片。中芯國際占全球晶圓代工制造市場的5%，落后于中國臺灣和韓國的競爭對手，但正在迅速擴張。
正如斯科特·福斯特（Scott Foster）和包杰夫（Jeff Pao）在《亞洲時報》上報道的那樣，華盛頓上個月要求荷蘭政府阻止ASML向中國出售舊的DUV機器。
半導體行業高管告訴《亞洲時報》，荷蘭不會同意美國的需求。2021年，ASML在中國的銷售額超過27億美元，其中包括81臺深紫以下光刻機。
分析師和高管們表示，舊機器的美國知識產權（IP）內容不足以證明美國的禁令是合理的。
與此同時，芯片設計人員已經學會了如何使用業界稱之為“先進封裝”的技術來構建3D芯片。
幾十年來，在芯片制造中以各種形式使用的過程中，具有較大晶體管堆疊在一起的芯片層可以產生與最小芯片的一維配置相等的計算速度。
英特爾將公司的未來押注在先進封裝的最新進展上。晶圓代工行業領導者臺積電（TSMC）同樣在更新形式的工藝上投入了大量資金。三星剛剛制定了先進封裝的任務，希望超越英特爾和臺積電。
在特朗普政府三年前禁止芯片和芯片制造設備之前，中國大陸在半導體設備方面幾乎沒有能力，現在正在迎頭趕上。據中國貿易媒體報道，2月份，上海微電子“成功交付了第一臺2.5D/3D先進封裝光刻機，這對國內集成電路行業具有重要意義”。
美國科技網站Tom's Hardware解釋說：
當中芯國際在2020年底被禁止購買先進的半導體設備，無法使用其10nm級節點制造芯片時，該公司表示將專注于開發先進的封裝技術，以通過14nm和更厚節點制造復雜的多芯片設計。這將使中國芯片設計人員能夠使用數百億個晶體管構建復雜且功能強大的處理器，即使不使用先進的工藝技術。
此外，該公司宣布了數十億美元的擴張計劃，該計劃將使先進節點上生產的芯片的產量增加兩倍。
在很大程度上，先進的封裝技術可能是中芯國際繞過美國出口限制的方式。
美國政府當然理解中芯國際給美國及其盟國帶來的選擇和風險，因此它希望進一步打擊中國獲得尖端芯片制造設備的機會。
中國將無法生產臺積電和三星在其最新計劃中制造的3nm~5nm芯片，但它可能能夠將較舊的14nm芯片封裝成3D形式，從而實現相同的結果，并且成本大大降低。
拜登政府壓制中國半導體產業的企圖似乎適得其反。中國已經找到了繞過美國禁運的變通辦法和技術。
2011年，中國本土生產的芯片僅占國內消費總量的12.7%，其余部分則進口。到2021年，它生產了國內消費量的17%，到2030年預計將產生30%。
2020年，中國的芯片進口總額為3780億美元，是其國際貿易中最大的單一項目。美國的壓力促使中國推動自給自足，增加了中國芯片行業在本世紀末成為世界主導生產商的可能性。
今年中國股市的明星表現者之一是半導體設備制造商上海微電子，年初至今上漲了25%，而行業領導者ASML下跌了45%。上海微的凈收入從2020年的1.33億元人民幣上升至2021年的5.73億元人民幣（8520萬美元），因為這家新興設備制造商受益于對中國銷售先進半導體設備的限制。
隨著大多數主要經濟體處于或接近衰退，全球芯片短缺已經變成了訂單普遍過剩。半導體股是今年迄今為止表現最差的股票之一，但中國除外，中國的地緣政治給該行業帶來了順風。
拜登政府正在考慮采取新措施，防止中國購買芯片制造設備。這似乎是對中國芯片制造方法（包括先進封裝）進步的回應。而中國的芯片制造設備公司是科技戰的主要受益者。
上海微電子是中國領先的光刻設備生產商，可以滿足該國對90nm及以上老一代芯片的需求，據報道，它已經出貨了第一批28nm機器。
2010年，中國占世界半導體制造能力的份額為11%，預計到2030年將上升到24%。根據經合組織的一項研究，中國1700億美元的國家集成電路基金占2014至2018年間政府向芯片制造商提供的所有贈款的86%。與此同時，美國國會一直無法通過一項520億美元的一攬子計劃來補貼美國的半導體生產。
為了應對立法的延遲，英特爾取消了7月22日在俄亥俄州一家芯片制造廠的奠基儀式，臺積電警告說，其在亞利桑那州的晶圓廠可能不會建成。
半導體市場的突然疲軟以及2020-2021年全球短缺后芯片過剩的威脅消除了對額外產能的需求。英特爾每年有100億美元的自由現金流，如果擁有客戶，它可以為自己擴張提供資金。
美國商務部在7月初公開告訴商業媒體，它正在考慮擴大對中國半導體設備出口的限制，以包括制造不太先進的芯片的舊技術。
這種限制的威脅以及中國本土能力的重要進步支撐了中國本土設備制造商的股價，這些制造商也受益于政府補貼。
截至2022年，中芯國際已損失約8%的市值，而臺積電則損失了36%。
中國努力實現芯片制造高度獨立性的一個關鍵瓶頸是光刻機。ASML是世界上唯一一家EUV光刻機制造商，該光刻機為柵極寬度為7nm或更小的最先進芯片刻蝕電路。
只有臺積電和三星可以生產它們。特朗普政府禁止出口這些芯片，關閉了華為和中興的5G手機業務，還說服荷蘭政府禁止向中國銷售EUV機。
中芯國際僅占世界市場份額的5%，但其收入在過去18個月中翻了一番。它可以生產14nm芯片。除智能手機和少數專業應用外，14nm及以上制程的芯片占世界芯片需求的95%。
盡管華為的5G手機業務在沒有獲得7nm及以下芯片的情況下崩潰了，但中國在用成熟制程工藝芯片構建其5G基站網絡時沒有問題。 





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