美國企圖剝奪中國生產先進芯片的潛力

美國出台了新的阻礙中國半導體行業發展的出口管制。禁令對集成電路所必需的EDA/ECAD軟件,以及以金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導體材料。正是這些元素,而不是硅,用於最新一代芯片中的半導體電路板。美國工業和安全局 (BIS) 的決定中沒有明確提及中國,但很明顯,該決定正是為了阻止中國獲得尖端技術。
Sputnik
此前美國總統拜登簽署了《芯片法案》,即所謂的CHIPS Act。根據這項法律,政府將撥出 520 億美元補貼給全球芯片製造商,用於在美國發展生產。該有兩個目的 :增加美國在全球芯片生產中的份額(現在美國佔世界​​產量的比例不超過 12%)。第二個目的是防止美國資金直接或間接地為中國生產的發展做貢獻。該法明確規定,獲得補貼的一個重要條件是必須在 10 年內不投資開發中國28 納米工藝技術或更薄的芯片生產。
此前華盛頓曾勸說世界領先的硅片光刻設備供應商荷蘭ASML不要向中國供應極紫外(EUV)光刻設備。但事實證明,這並不足以阻礙中國半導體產業的發展。中國不僅成為了全球所有廠商生產最終產品的平台:英特爾、台積電、德州儀器等在中國都有自己的芯片封裝和測試設施。中國的芯片公司,如中芯國際,不斷發展自身實力並掌握的新技術。近日,有媒體報道稱,中芯國際已經能夠掌握7nm工藝技術的芯片生產。而且,在光刻方面,中國公司使用前幾代的ASML設備,即極紫外DUV光刻,並未被禁止。
美國做甚麼,芯片研產不至於輸給中國
美國還想說服 ASML 禁止向中國供應DUV 設備。但遭到這家荷蘭公司果斷拒絕。因為中國約佔 ASML 銷售額的 16%,是繼韓國和台灣之後的第三大市場。此外,ASML 強調 DUV 設備已經在世界市場上銷售了很長時間,而中國已經能夠創造出相當數量的這種設備。
華盛頓已經意識到對中國半導體行業的現有限制不再奏效——中國仍然能夠在創造下一代芯片方面取得進展。事實上,既然中國已經能夠自主生產7nm芯片,禁止提供28nm甚至10nm工藝芯片生產技術的供應看起來很荒謬。因此美國決定主動採取行動,禁止供應尚未與全球製造商合作的有前景的技術。
芯片本質上是一組晶體管。現代芯片中有幾十億個晶體管。根據著名的摩爾定律,硅晶片上的晶體管數量每兩年翻一番——這會提高處理器的性能。然而,為了減小芯片尺寸和降低功耗,芯片上的晶體管越來越密集,硅片本身也越來越薄。這就是所謂的納米工藝技術。問題是不可能將硅晶片的尺寸減小到無窮大——從根本上說,需要新的處理器架構和製造它們的材料。
所有世界領先的芯片製造商——三星、台積電、英特爾——都看到了 Gate-All-Around 技術或圓形柵極晶體管背後的未來。此外,金剛石和氧化鎵將用於製造芯片。與硅不同,此類材料可以承受更高的電壓、頻率和溫度負載。因此,將有可能在單個芯片上增加晶體管和互連的密度。然而,全球製造商就何時向新技術的過渡,意見不一。三星宣佈將開始使用 Gate-All-Around 技術生產 3nm 工藝芯片。台積電和英特爾預計生產 2nm 芯片將需要 Gate-All-Around。無論如何,新架構的廣泛使用預計不會早於 2024-2025 年。
BIS 實施的出口限制正是針對這些有前途的技術。不過,在北京師範大學-香港浸會大學聯合國際學院許粲昊教授看來,這些技術可能需要很長時間才能得到廣泛應用,因此在短期內此類限制不會產生甚麼重大影響。

許粲昊教授說:“短期內對我國半導體產業的發展影響不大。因為這些出口限制技術主要應用於3nm以下最高端的工藝,而我國自主研發技術還處於28nm左右的節點,二者間代差較大。另外,目前包括我國在內的整個半導體產業,以28nm工藝為代表的成熟工藝仍然是眾多廠商維繫利潤、參與半導體先進工藝研發的基礎。最先進的工藝雖然確實很有用,但佔整個半導體和芯片產業的比例較低。長期是否會造成影響,我認為還要看未來我國在半導體產業設計、製造,包括光刻機設備的發展情況。比如在10~20年的時間段內,行業的發展基本會產生一些變化,可能還會有新的技術出現。”

從長遠來看,中國的目標是發展本國技術。中國的科學發展理念完全沒有必要跟隨西方發展的腳步。很有可能將出現其他替代解決方案,解釋這將證明具有突破性——它們將成為新的世界技術標準。例如,華為電信設備征服了全球市場,該公司開發了自己的 SingleRAN 算法,允許配置一個基站同時提供 2G、3G 和 4G 標準的通信。在半導體行業,中國正在開發自己的技術,在芯片生產中使用碳化硅芯片——這一任務甚至在當前的五年技術發展規劃中都有明確規定。此外,中國可以通過使用舊設備生產下一代芯片來擺脫現有困境,正如在 DUV 設備所看到的那樣。也許這會增加生產成本,但卻值得。中國人一向不遺餘力地研發有前景的產業和技術。去年中國將 GDP 的 2.44% 或 4410 億美元用於研發。
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