根据公开报道,三星、SK海力士、台积电、联发科等厂家已经向美国商务部提交申请,希望能继续向华为提供产品。不过有法律专家指出,除非有特殊情况,否则要取得许可“或许相当困难”。
为何芯片如此重要,我们为什么不能制造高端芯片
“因为没有中国芯片制造业能支持,面临着没有芯片可用的问题。”2020华为开发者大会上,华为消费者业务CEO余承东坦言,“现在唯一的问题是生产,华为没有办法生产。中国企业在全球化过程中只做了设计,这也是教训。”
正是由于没有独立的芯片制造,华为才显得如此的被动。为何芯片如此重要,我们为什么不能制造高端芯片?
芯片(又称微电路、微芯片、集成电路)是指内含集成电路的硅片。作为智能电器的核心部件,芯片一直充当着“大脑”的角色。从电脑、手机,到汽车、无人机,再到人工智能、脑机接口等,芯片可谓无所不在。
芯片体积微小,制造却极其复杂。以手机的核心处理器为例,在显微镜下,指甲盖大小的芯片上集成了数百亿的晶体管,仿佛一个微型世界。而半导体厂商Cerebras Systems生产的目前最大的AI芯片WSE,基于台积电16纳米工艺,更集成了1.2万亿个晶体管,40万个AI核心。16纳米工艺,意味着在芯片中,线最小可以做到16纳米的尺寸。制程缩小,则可以在更小的芯片中塞入更多的晶体管,芯片性能提升就更加明显。
可以说,芯片之于信息科技时代,是类似煤与石油之于工业时代的重要存在。
芯片行业包括一个庞大而复杂的产业链,整体上可以分为设计、制造、封装、测试四大环节。在封装、测试方面,中国已经处于世界领先地位。
依托庞大的下游市场,中国近年来在芯片设计领域同样发展迅速。然而,设计电子芯片必需的软件EDA则被3家美国公司Synopsys、Cadence、Mentor高度垄断。据统计,这3家公司共计垄断95%以上的中国芯片设计市场,而中国最大的EDA厂商只占1%的市场份额。
中国遭遇“卡脖子”最为严重的是在芯片制造环节。芯片构造极为精密,对制造设备的复杂度也有着超高要求。在全球光刻机市场当中,荷兰ASML公司毫无疑问占据了霸主地位。ASML公司生产的EUV光刻机制造难度极高,需要多个国家、多个领域的顶级公司通力合作,几乎代表着工业制造各领域的最高成果。EUV光学透镜、反射镜系统的制造难度非常大,精度以皮米计(万亿分之一米)。ASML的总裁曾介绍,如果反射镜面积有德国那么大,最高的凸起不能超过1公分。
然而,ASML公司也只是技术链条上的一环。EUV光刻机的镜头几乎由德国的蔡司垄断,激光技术在美国Cymer手中,ASML的核心技术只不过占光刻机的不到百分之十。正是由于全球化的分工和各国的通力合作,才能成就光刻机,成就整个半导体产业。
新中国很早就意识到了半导体产业的巨大潜力,投入资源建立了初级的半导体产业。以光刻机为例,中国1978年开发5微米制程半自动光刻机,此后,电子工业部45所、上海光机所、中科院光电所、上海微电子等单位持续推出多个版本的光刻机。与自身相比,中国芯片产业并未停滞,2019年生产集成电路2018.2亿个,40年来增长上万倍。
然而,由于芯片制造相关的基础科研能力不足,制程从微米深入纳米后,中国无法跟上世界顶尖企业的发展步伐,缺少足够的市场竞争力,差距逐渐拉大。
对于目前中国的芯片困境,中国工程院院士邬贺铨表示:“我国芯片受制于人,其中最大的原因是我们的工业基础——包括精密制造、精细化工、精密材料等方面的落后。”
中国芯片技术和产业的短板最终还是需要中国人踏实创新来解决
“不停止、不暂停、一起努力!”
2020华为开发者大会上,华为以这样的开场白透露出意味深长的信息。
在华为消费者业务软件部总裁王成录看来,芯片问题反而给了企业反思,没有选择就是最好的选择。限制反而让大家有一个非常好的机会,危、机并存。
“困难是一定有的,但我更愿意看到它积极的一面,正是因为这样的限制,我相信中国所有的行业都该清醒了,我做软件20多年,有发自内心的感触。我们不能说中国的高科技行业不繁荣,因为那么多所谓高科技企业进入到世界500强,但真正看一下,这样的‘枝繁叶茂’是非常危险的,瞬间就可以被推倒。为什么?因为我们没有‘根’。所以从这个角度来看,芯片制裁这种事反而给了中国产业界去重新构建的一个绝好机会,没有选择就是最正确的选择。”王成录说。
9月1日,华为心声社区对外公布了题为《不要浪费一场危机的机会》的华为轮值董事长郭平与新员工座谈纪要。在芯片层面,郭平表示,前端还有芯片制造工艺、制造设备和原材料,是美国约束华为的地方。“对我们来说,会继续保持对海思的投资,同时会帮助前端的伙伴完善和建立自己的能力。我相信若干年后我们会有一个更强大的海思。”
芯片这一劫数,渡得过是“机”,过不了则“危”。此前,有知情人士称,为了应对美国对华为的技术打压和封锁,华为已经悄然启动了一项名为“南泥湾”的项目。该项目意在制造终端产品的过程中,规避应用美国技术,以加速实现供应链的“去美国化”。该知情人士还透露,华为之所以用“南泥湾”命名这个项目,背后的深意在于“希望在困境期间,实现生产自给自足”。
目前,华为“去美国化”已经取得了一定进展。据介绍,去年美国宣布制裁以后,华为发布的首款旗舰手机器件国产率不到30%,而今年发布的 P40旗舰机,器件国产率已超过86%。在被制裁期间,华为已完成从推出鸿蒙OS、HMS到迭代至鸿蒙OS 2.0,HMS成长为全球第三大移动应用生态的转变。
“断供”之后,华为的中低端机型可采用其他芯片予以替代麒麟芯片。例如中芯国际在今年5月已经向华为提供低端手机芯片麒麟710A,并应用在荣耀Play 4T手机上。不过,值得注意的是,中芯国际亦有可能受到美国禁令的影响。有外媒报道指出,美国政府正考虑将中芯国际列入贸易黑名单,使得中芯国际的生产受到打击。
据日经新闻报道,中芯国际正测试非美国设备的生产能力,预计今年底将在完全不使用美国设备的情况下,试产40纳米芯片,并计划在3年内生产更先进的28纳米芯片。
“曾经,我们在很多方面,希望能够用更省事的办法解决问题,所谓‘造不如买,买不如租’。实践证明,核心技术是买不来的。中国芯片技术和产业的‘短板’最终还是需要中国人踏实创新来解决。”中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员倪光南表示,从这个意义上来说,华为事件是全民的“警醒剂”,有积极的一面。
在倪光南看来,目前中国的短板主要是芯片、操作系统、工业软件以及大型基础软件方面。如果能够整合国内资源,利用好人才和市场优势,突破这些短板并不会需要很长时间。
不过,倪光南也指出:“发展集成电路产业,要有长期的思想准备和投入,不能指望短短几年就获得回报,真正把集成电路产业发展起来,恐怕还要一二十年的时间,我们要有决心,也要有定力,要把行业短板补齐,踏踏实实坚持做下去。”
这场“战争”或许是中国芯片产业涅槃的开端
9月11日下午,习近平总书记在北京主持召开了科学家座谈会,指出了一些现实问题:农业方面,很多种子大量依赖国外,一些地区农业面源污染、耕地重金属污染严重;工业方面,一些关键核心技术受制于人,部分关键元器件、零部件、原材料依赖进口……这都是在科技创新领域被卡了脖子,或者受制于人,或者受制于我们自己的技术短板。
上海市科学学研究所所长石谦研究员认为,习近平总书记关于很多“卡脖子”技术根源问题的论断十分深刻。改革开放以来,我国产业链积极融入全球产业链,取得了巨大的经济成就,然而在创新链布局方面相对滞后,存在原始创新不足这块短板。
“我们不必为此否定过去,因为这是我国经济社会发展的历史阶段所决定的。”石谦解释道,过去很长一段时间,我国处于全球产业链的中下游,在科技领域以跟跑为主,所以在创新链的上游投入较少。如今,我国一些前沿领域开始进入并跑、领跑阶段,为了在国际竞争合作中占据主动地位,我们必须把原始创新能力提升摆在更加突出的位置。
美国接连制裁华为背景下,加快发展自有核心技术的重要性突显。8月4日,国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》强调集成电路产业和软件产业是信息产业的核心,是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。有消息称,对于第三代半导体产业的发展,政府将给予更高的优先权,直到真正实现我国半导体产业的独立自主。
据央视财经8月19日援引国务院发布的相关数据显示,中国芯片自给率要在2025年达到70%,而2019年我国芯片自给率仅为30%左右。
除了国家政策和资本的支持之外,我国企业也开始加大对半导体的研发投入。中芯国际5月15日发布公告称,旗下14纳米及以下产能平台中芯南方将获得注资,注册资本由35亿美元增加至65亿美元;阿里通过收购两家芯片企业和投资五家芯片企业进军芯片领域……在各界的共同努力下,中国集成电路产业正迅速发展。
在复旦大学中国研究院院长张维为教授看来,中国与美国的芯片生产的确有一定差距,但并非所有领域。他指出,在国防安全领域里,中国使用的几乎都是国产芯片,例如北斗三号卫星导航系统、太湖之光超算计算机、歼-20高性能飞机、嫦娥四号的芯片和系统等。“相对而言,中国芯片弱在商业应用的芯片,例如手机芯片等。”张维为说。
而现在,得益于中国广阔的市场和应用领域,中国商业芯片行业正展现出很强的发展动能和潜力。最为关键的是,在外部环境倒逼和内部技术提升的共同作用下,国产芯片加速试错、改造、提升,已经从“不可用”向“基本可用”、再到“好用”转变。
过去,只有航空航天、超级计算机、高铁、卫星导航系统等使用“中国芯”;现在,手机、笔记本电脑、智能穿戴设备等,也已经部分使用国产芯片。
实践证明,关键核心技术是买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。
眼下,中国芯片产业正在进行一场没有硝烟的战争。这一仗的胜负,要放在十年乃至更长时间来评估。
我们不要怀疑华为战胜困难的决心,而且也不要低估了中国科学家的能力和韧劲。对于华为来说,这毫无疑问是痛苦而艰难的时刻,但这或许也将成为华为,乃至整个中国芯片产业涅槃的开端。