温戈，想当作家的数字IC设计工程师 公众号：OpenIC 阅读原文 泛半导体领域，包括：材料，EDA，制造，设备（光刻机，ATE 等）。 近期，一股缺芯潮流席卷全球，很多行业都面临着无芯可用的情况。比如晶圆厂 8 英寸和 12 寸晶圆都处于全球性的紧张状态，芯片面临着供需失衡的局面。 早在 2020 年 12 月，大众公司就曾警告称，由于半导体短缺，2021 年第一季度公司将遭遇大规模生产中断，届时将调整中国、北美和欧洲工厂的生产。虽然部分业内人士已经预料到芯片将面临短缺的状况，但显然缺芯潮已远远超出了行业预估，减产效应正在全球多个行业之间蔓延。再加上美国寒潮和日本地震的影响，让本来缺芯的状况雪上加霜。而近几年，从美国接连对中兴，华为，中芯国际等企业实施科技封锁，到日前美国拉拢欧盟、日韩成立半导体联盟针对中国，这一系列的动作导致国内的芯片行业陷入了困境。 无论是半导体产业链的脆弱性，还是国内半导体的与国际先进水平存在一定差距的现状，都使得在芯片领域发展提速变得刻不容缓。 就目前的现状，我们关注芯片领域以下几个问题： 本轮的芯片危机，更多是暴露了中国芯片产业存在的短板，还是更多展示了中国芯片产业存在的机会？中国芯片产业在这一轮危机下，应该重点做什么?侧重生产汽车芯片，还是手机芯片？ 本轮芯片危机，既暴露了我国芯片产业的短板，我们也从中看到了巨大的机会。 从贸易角度来看，在过去我国的关键芯片长期依赖进口，中国芯片多年进口总额超过了石油。2019 年中国芯片进口总额约 3000 亿美元，而石油进口总额约 2400 亿美元。操作系统、高端光刻机仍被国外公司垄断，90%以上传感器来自国外。以手机 SoC 芯片为例，手机终端商如果使用高通手机芯片，除了要支付芯片购买费用外，还需向高通缴纳专利使用费。即使手机终端商不使用高通芯片，仍需要向高通定期报备手机出货情况，并缴纳专利费。高额的进口费用，也造成了每年 2000 多亿的贸易逆差。 （来源：海关总署） 从发展角度来看，国际局势风云变化，半导体供应链脆弱，任何一环出问题都会严重影响到整个产业链。无论是汽车芯片还是手机芯片都存在随时断供的风险。所以芯片的国产替代化势在必行。从国家的层面来看，目前已经出台了一系列政策，比如把集成电路设为一级学科，给予半导体企业税额的减免，建立集成电路标准化委员会等。但是仅仅这些还不够，集成电路是一个前期投资高，回报周期长的行业，很多公司在最初几年很难盈利，即使流片成功，如果销量不佳依然会面临亏损的尴尬局面。所以个人认为国家可以加强政策上的激励，从而为行业注入新的活力。与此同时，要加大监管力度，设立准入门槛。近年来，芯片烂尾的现象频发，在中美半导体产业博弈的关键节点，这样的行为可以说造成了极为恶劣的影响！ 半导体作为技术密集型的产业，也希望国家能建立一套完整的知识产权保护机制，在半导体产业链的薄弱环节，积极鼓励创新，营造良好的产业环境。比如，EDA 作为芯片设计的支撑点，我国起步的较早。1993 年，我国集成电路设计中心发布了首套 EDA 工具 “熊猫系统” ，但是因为各种原因，发展缓慢，时至今日，也只是在芯片设计的某些点具有不错的工具以及优化能力，缺少全面支持产业发展的工具。目前，国内的 EDA 市场大部分都被三大 EDA 厂商 Cadence，Synopsys 和 Mentor 瓜分，国内的芯片设计严重依赖于国外的 EDA。 （注：2020 年全球 EDA 市场占有率） EDA 企业可以先从某点入手，比如芯禾科技，在后端方面水平突出，国家可以多引导国内的中小企业使用，然后再争取境外高端客户，以客户需求驱动发展，实现产品的快速迭代，进而形成良性的生态循环。 与此同时，要加强国际方面的合作。美国对中国芯片的一系列制裁，也间接的打击了欧洲的半导体公司。从最近的新闻“欧洲 17 国联合发展半导体”来看，欧洲也在寻求半导体破局。而中欧合作，是一个双赢的局面。对欧盟来说，中国拥有全球最大的半导体市场，这么大的一块蛋糕是非常具有吸引力的。而对中国来说，目前的半导体技术与国际的先进水平还存在较大差距，短时间内无法完全靠自己实现独立自主。而与欧盟合作，不仅可以弥补我们技术的短板，也会大大促进我国半导体技术的发展。 如何看待 3 月 3 日中芯国际与 ASML 签订 12 亿美元的协议购买光刻机？这次能购买到极紫外光刻机（EUV）吗？ 目前这份协议并未透漏具体是什么型号的光刻机，但大概率是 DUV 光刻机。EUV 光刻机所需要的极紫外光源是由美国 Cymer 提供的，目前还受美国的出口管制，所以不会出售给中国。 （图片来源于网络） 即使是 DUV 光刻机，也分很多个型号，预计这次的采购会包含 NXT 1980Di，NXT2050i 等高端型号，可以用于制造 14nm 或者制程更先进的芯片。 这次和 ASML 协议的签订，说明国内的 DUV 光刻机并未成熟，需要从国外引进。但可以预知的是，国内 DUV 光刻机在某种程度上也取得了一定的进展，否则也不会允许 ASML 向中国出口 DUV 光刻机。 此次协议的签订，对国内的的芯片制造来说是有利的。中芯国际可以继续研发 14nm 及以下的工艺，同时为中端芯片带来更多的产能，缓解目前芯片短缺的压力。 有人说中国能造的出来原子弹、天问一号、嫦娥，却造不出来芯片，这些东西和芯片有可比性吗？ 中国不是造不出来芯片，而是不具备先进工艺制程如 7nm，5nm 的芯片制造能力。而在高端芯片制造上面，依赖 ASML 的光刻机。 目前先进工艺制程的芯片主要用于消费电子产品，如手机，平板，电脑等。而在我国的军用，国防以及航空航天等领域，使用的芯片都是成熟工艺，比如 90nm，65nm 等，这些芯片的特点是要抗干扰性强，并且不太在乎芯片的面积。所以并不要求最先进的工艺。可以说这些芯片完全是自给自足的。 与其说芯片与原子弹哪个更难造，不如说光刻机与原子弹哪个更难造。 ASML 光刻机采用了多个国家的顶尖技术与高精尖硬件，光源技术是美国的、光学设备是日本的、轴承是瑞典的、阀件是法国的、机械工艺和蔡司镜头是德国的、制造技术则是来自台积电和三星。 （图片来源： ASML） 所以现如今最好的光刻机其实并不是一个国家的技术，而是整个西方最先进的工业体系，托举起了如今的 ASML。所以其难，难在要光刻机所需要所有零部件都达到国际一流的水准，难在产业链中。 原子弹难在原材料不足，需要国家的基础工业支持以及众多高层次的科技人才参与，还有一个就是政治因素。虽然原子弹也难，但两者对于一个国家的意义是完全不同的。一个是搞出来就能存活下来，一个是只有最优秀的能存活下来。氢弹是军用品，没有商业竞争，也不需要考虑消费者是否满意。而光刻机是商品，最终看的还是经济收益。 所以说，光刻机和氢弹的难度方向，以及战略意义不在一个方向上，也无法简单的去比较。 我国能研发出成熟的光刻机吗？要多久？ A：事实上，我国已经有自己的光刻机了。目前最先进的光刻机是上海微电子装备（SMEE）的 90nm 制程光刻机。据传，今年将交付可以制造工艺为 28nm 芯片的光刻机，不过，目前并未有任何相关的消息。 （图片来源：大众新闻网） 目前我国产业的困境在于高端光刻机，包括 DUV 和 EUV 等。但并不意味着我们没有机会。光刻机的原理其实并不难，追赶比创新容易得多。也许第一台 EUV 光科技的研发需要大量的金钱和科研资源投入，但是如果知道了原理，或者有原理图后，再模仿出来一台光刻机要容易很多。并且，时间在中国这边。半导体技术已经接近成熟。新技术的发展放缓，中国就有机会迎头赶上。只要加快科研经费以及人才的投入，稳扎稳打，相信未来十年我们可以达到世界先进水平。 此次的缺芯潮显然是处于各方都始料未及的一个状态，而芯片短缺造成的后续影响也不断凸显。据伯恩斯坦（Bernstein Research）研究机构表示，由于 2021 年全球范围内的汽车芯片短缺，预计将造成 200 至 450 万辆汽车产量的减少，这相当于近十年以来全球汽车年产量的近 5%。我国作为拥有最大汽车市场的国家，自然也收到了严重的冲击。在未来，车企如何构建零件采购体系，芯片行业如何自主可控成了我们必须要面对的问题，而在消费电子产品方面，未来一年也将面临涨价的隐患。但是，我们作为消费者也不必过于恐慌，毕竟缺芯只是一种暂时的情况。 面对芯片卡脖子的问题，国家层面也给予了高度重视。两会期间，政协委员周玉梅表示，我们国家跟世界拥有先进技术的国家相比仍然存在差距，这表明我们需要加大加快投入力度，重视技术研发和芯片改造升级。集成电路是从业人员的长征路，科技工作者一直在与时间赛跑，我们的芯片从无到有，从有到成，不断前进。集成电路产业对一个国家来说至关重要，关乎现在也影响未来，希望能有更多的目光关注集成电路产业，更多优秀人才投身于集成电路产业，也希望更多学子能够报考集成电路专业，为国家培养更多的技术人才。 过去十年，我们在半导体领域已经取得了长足的进步，未来十年，中国芯片也存在着巨大的发展空间。芯片已经渗透到了人们生活的每一个部分，新技术如 5G，人工智能，VR，边缘计算的出现也必将带来巨大的市场，而国产替代化，也将催生一大批新的半导体企业。只要我们稳扎稳打，刻苦攻坚，就一定会迎来属于我们自己的“芯”时代！ 阅读原文
