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2020第一道难关,华为靠自己真过不去

iwangshang / 贡晓丽 / 2020-01-09

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摘要:台积电咄咄逼人,可华为没得选。

大发棋牌app下载记者 贡晓丽

华为遇到了2020年的第一道难关。

有媒体报道称,台积电以担忧海思半导体库存过剩为由,砍掉了麒麟7nm芯片20%的订单,而海思让出的这些产能,顷刻便让苹果、AMD、高通及联发科等客户一抢而空。

雪上加霜的是,此前还有消息传出,随着美国调整实体名单实施政策,台积电很快将无法继续为海思半导体代工14nm以上制程芯片,这意味着,华为未来只能把更多的芯片代工业务交给中芯国际。

问题是,中芯国际有能力承接华为的先进制程订单吗?

台积电是华为的生命线

众所周知,去年华为被美国列入实体名单后,台积电并没有断供华为,因为美国制定的标准是“源自美国技术”不能超过25%。

经过台积电内部评估,其7nm制程工艺技术来自美国的比例约在9%左右,而14nm以上的制程工艺技术,源自美国的比例在15%左右,因此继续供货华为,并不会违反相关禁令。

然而,最近又有消息传出,美国计划在1月17日将“源自美国技术”的标准,从25%的比例下调至10%,这样一来,台积电只能继续为华为供货7nm芯片,而14nm以上芯片则将受限断供。

为此,华为正拟定对策,一方面加速将海思芯片产品转向7nm和5nm等先进制程,一方面将14nm以上订单分散去中芯国际代工,以避开美方牵制。

万万没想到的是,这时竟传出台积电主动发起缩减与重新分配7nm产能,砍掉麒麟7nm芯片20%订单的坏消息。

有消息人士指出,海思半导体一直在持续要求台积电给出更多7nm、5nm制程产能,需求量相当于2亿套5G SoC,从华为的角度看,这么做显然是为了加大库存备货,以防止不可预测的断供风险。

但是台积电却认为,海思半导体的订单要求已远超其实质需求数量,担心华为智能手机与海思半导体的SoC建立过多库存。有鉴于7纳米产能目前十分紧俏,台积电选择将华为要求的过多部分产能,拿来分配给如AMD等真正有需要的客户,同步降低未来去化库存与产能过度扩张的风险。

中芯国际就差一台光刻机

台积电主动砍单的行为,似乎并不怎么尊重华为,尤其后者还是自己的大客户。但这场交易原本就不对等,华为完全处于被动,丝毫没有讨价还价的余地。

因为放眼全球,目前有能力代工7nm芯片的只有台积电和三星两家,而后者是华为在手机市场最大的竞争对手。

华为最可靠的代工厂是中芯国际,后者才刚刚实现14nm制程工艺的小规模量产,虽说良率据称高达95%,但相比早已大规模量产14nm多年的台积电或三星,代工成本恐怕要高上许多。

至于7nm制程工艺,中芯国际本来想在今年试产,但现在看来恐怕会变得遥遥无期,因为7nm制程工艺必须用到荷兰ASML制造的极紫外(EUV)光刻机,而中芯国际花1.2亿美元预定的EUV光刻机,至今还没有运到上海。

这是因为EUV光刻机牵涉到全球最高端工艺芯片技术的生产,ASML在向中国出口这类设备之前,需要拿到政府发放的出口执照和核准。ASML表示在2019年7月之前,便已提前提出申请,但出口执照至今未发下来,因此无法将EUV光刻机按时出货给中国客户。

而据路透社报道,自2018年开始,美国就一直在游说荷兰政府,不要为ASML发放向中国客户出售先进设备的许可。

因为EUV光刻机中,“源自美国技术”比例并未达到25%,美国政府无法直接阻止交易,转而施压荷兰政府考虑“安全问题”,美国国防部官员就此与荷兰官员至少进行了4轮会谈,讨论此次出售的“安全风险”。

ASML自身倒是很想卖光刻机给中国,还对外声明称,无论有没有拿到销售许可,或者是否会遭受到“禁运”,ASML都将继续寻找与中国企业合作的机会,继续向中国企业供应ASML高端光刻机,毕竟,目前中国市场在ASML的营收中占比高达20%,是仅次于韩国(35%)的全球第二大市场。

14nm够用还是要上7nm

综上可见,美国费尽心思搞小动作,就是为了防止以中芯国际为代表的晶圆代工厂,进入14nm以下的先进制程工艺。

对此,也有部分业内人士认为,并不是所有芯片类型,都对7nm有强劲需求,至少在现阶段来讲,7nm并非多数市场的刚需。

确实,目前在半导体行业,许多产品用14nm甚至28nm就已绰绰有余,花更高的成本与精力去研发7nm乃至5nm制程工艺,眼下看来好像是个赔本买卖。

可是如果把目光放至未来,随着5G和AI技术的发展,5G智能终端、VR/AR产品、机器人、AI和超算等产品的成熟和应用,都将对芯片的性能、能耗和算力提出更高的要求。

从另一个维度来说,芯片的发展也将催生出新的应用生态,或是对早已成熟的市场带来革命性的颠覆。

例如,当下因苹果AirPods而重新迎来第二次黄金时代的TWS(真无线立体声耳机)市场,各大厂商使用的蓝牙芯片制程尚未踏入7nm领域,大多聚集在28nm至12nm。

但是随着市场需求倒逼蓝牙芯片发展,未来各家厂商为了能在更小的芯片中集成更多的功能与应用,也将逐渐推动蓝牙芯片朝着7nm甚至是5nm制程演进。

中芯国际也很清楚这样的趋势,所以才打磨了先进制程技术的“三支箭”,分别为14nm FinFET工艺技术进入风险试产、12nm工艺技术有客户进行流片,以及对于第二代FinFET技术N+1工艺的布局。

在14nm和12nm工艺节点,中芯国际还用不到EUV光刻机,而2018年下单预定EUV光刻机,正是为了N+1工艺做准备,一般来说,这个工艺节点应该是7nm左右。

如今EUV光刻机迟迟无法到货,硬生生拖慢了中芯国际的发展速度。

三大巨头众筹EUV光刻机

没有EUV光刻机,能进军更先进的制程工艺吗?几乎没有可能。

目前,中芯国际最好的设备是ASML的深紫外(DUV)光刻机,采用波长193nm的深紫外光,当芯片制程从28nm一步步缩小到7nm,这形同用同一支笔,要写的字却愈来愈小,最后发生了笔尖比要写的字还粗的窘境。

接替DUV的“超细笔”,是波长仅有13nm的EUV,技术源自里根时代的“星球大战计划”。

可是这个技术实在太难了。EUV的能量、破坏性极高,光刻机的所有零件和材料,样样都在挑战人类工艺的极限。

例如,空气分子会干扰EUV光线,生产过程得在真空环境。而且,机械的动作得精确到误差仅以皮秒(兆分之一秒)计。而最关键零件之一,由德国蔡司生产的反射镜得做到史无前例的完美无瑕,瑕疵大小仅能以皮米(纳米的千分之一)计。

这是什么概念?ASML曾做过一个比方,如果反射镜面积有整个德国大,最高的突起处不能高于1厘米。

有人评价,造一台EUV光刻机,难度胜于建造航母,因为要用到材料、光学、机电等领域最尖端的技术。

ASML公司员工正组装一台半导体光刻机

因为技术难度太大、投资金额太高,日本的尼康和佳能,都已放弃开发EUV光刻机,而ASML成为人类冲刺下一代先进制程,摩尔定律继续保持的唯一希望。

为了支持ASML研发EUV光刻机,Intel、三星和台积电三大晶圆制造巨头于2012年一起入股了ASML,用38.5亿欧元换来了23%的股份,此外,三家还为ASML的研发项目投资了近50亿美元。

可以这么说,ASML如今独步天下的EUV光刻机,是晶圆制造领域最大的三个土豪众筹出来的,这也是为什么EUV光刻机在产能紧张的情况下,只能优先供应这三家的原因。

中国光刻机落后多少年

那么,中国能研制出自己的EUV光刻机吗?很遗憾,目前还看不到任何希望。

且不说类似磁悬浮工件台这样的超精密机电设备有多难造,就以EUV光刻机最核心的两个组件为例,全世界EUV光源做的最好的是美国Cymer公司,这家公司2012年就被ASML收购了,而能生产反射镜的也只有德国蔡司一家,这家公司也被ASML入股了。

 

蔡司博物馆内展示的深紫外光刻机镜头组

我国光刻机研发布局其实很早,领头羊上海微电子早在2008年就研发成功了90nm前道光刻机,可是12年后,上海微电子还在准备65nm的研发和验证,与最新的7nm技术要差上好几代。

这是因为,上海微电子最先进的光刻机,包含13个分系统、3万个机械件和200多个传感器,任何一个部件出错,都会导致整台机器趴窝。要保证系统稳定工作,一些核心精密配件就只能依赖国外供应商,比如美国的光栅、德国的镜头、瑞典的轴承等。

这便意味着,国产光刻机想要向先进制程进发,哪怕有一家核心供应商拒绝提供配件,也会让我们寸步难行。

最终,上海微电子不得不转向用于封装的后道光刻机研发,走起了以中低端市场支持高端研发的路线。

2002年,上海微电子总经理贺荣明去德国考察时,曾有工程师告诉他:“给你们全套图纸,也做不出来。”

贺荣明几年后理解了这句话。

“发展光刻机,需要高素质的人群。所以我们做来做去,做最多的是培养人,改变人。”贺荣明说,这需要他们用五十年一百年的长远眼光去做事情,而不是期望几个月解决问题。

确实,论技术,国产光刻机落后15年,论技术积淀,国产光刻机落后几代人,这是中国半导体行业不得不面对的现实,也正是基于这样的现实,当华为面对眼前这道难关时,唯有祈祷台积电和ASML不要屈从于美国的压力,仅此而已。

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