芯片战争,赌上国运的背水一战

2020-06-11 由 发布 阅读(351)

30年多年前,美国以国家安全受威胁为由,从经济和政治层面对日本芯片实施打压,日本败北。如今,美国对中国芯片如法炮制。这一次,鹿死谁手?

2020年5月15日,美方宣布将对华为的技术限制进一步升级,同时禁止台积电给华为代工芯片。

有人会问,既然台积电不能给华为代工芯片,换一家代工不行吗?残酷真相是,国内的半导体行业,尤其是芯片制造环节,技术确实跟不上。在文章开始之前,我们先来了解一下半导体与芯片行业。

半导体、集成电路、芯片关系图
【图一:半导体、集成电路、芯片关系图】
半导体产业链各环节及主要公司
【图二:半导体产业链各环节及主要公司】

芯片制造环节,俗称晶圆代工。就是将已经设计好的电路版图加工为成品,处于半导体产业链的中游环节,却是芯片制造的核心工艺。它的难度之大,好比在米粒上盖摩天大楼。

晶圆代工基本环节
【图三:晶圆代工基本环节】

首先,晶圆代工中有一个关键环节是光刻。

晶圆光刻,核心设备是光刻机。而全球只有荷兰的ASML能造出先进制程的光刻机,且单台售价超过1亿美元。然而钱不是问题,问题在于有钱也买不到。ASML的三个股东分别是英特尔、三星和台积电,只要这三家不同意就无法交易,即使这三家股东都愿意卖给你,“瓦森纳协定”也会将你拒之门外,中国企业很难买到最先进的光刻机。没有了光刻机,也就无法在后续工艺上做出改进和突破,中国“芯”之所以长期落后,很大原因在于缺乏最先进的光刻设备。

与头部企业光刻设备差距
【图四:与头部企业光刻设备差距】

其次,晶圆代工还有两个关键环节分别是刻蚀和气相沉积。就不再一一赘述,只提一句:目前国内还没有气相沉积相关设备的企业。

可以看出,工艺+设备+垄断,共同构成半导体行业发展的技术壁垒。

在芯片制造工艺上,没有任何一个国家能独自完成所有工序。每一道环节、每一处零件、每一个设计,都需要多国的合作与资源共享,几乎所有的芯片制造商都无法彻底脱离与美国企业的合作。因此美方禁止台积电使用美方设备给华为代工芯片,逼迫台积电在中美之间做二选一,以制约中国基于芯片领域的技术发展,这不得不让人联想到《三体》中三体人派智子对地球展开技术封锁的情节。两国之间,政治与经济的刀光剑影暴露无遗。

而就在美方宣布禁令当天,台积电发声,宣布将在美国建立5nm晶圆半导体工厂。预计2021年开工,2024年投产,月产量为2万片。此举还将为当地创造出1600多个高科技专业岗位和数千个间接工作岗位。而6月8日,更有台媒报道称台积电已撤销华为海思订单,一时间华为的困境变得越发严峻。

这不由让人疑惑,台积电明明是中国台湾的企业,在这个时间段宣布在美建厂,究竟是站在哪一边?撤销华为的订单,又是怎么一回事?

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故事还要从1989年那个冬天说起。

台北下着淅淅沥沥的小雨。一家名不见经传的早餐店却迎来了两个大人物,三星掌门人李健熙与台积电创始人张忠谋。

李健熙秘密约见张忠谋的目的只有一个,就是挖走这位高龄58岁的台湾半导体教父——张忠谋。

张忠谋,生于大陆,学于美国,在美国著名的德州仪器一工作就是25年,最高曾做到副总裁位置。就在张忠谋54岁时,台湾省当时的行政院院长特地前往美国,邀请张忠谋回来助力中国台湾的半导体产业发展。

当时中国台湾的半导体产业可谓一穷二白,要技术没技术,要人才没人才。全球的主要半导体公司都是IDM类型公司,也就是从设计到生产一条龙的集成设备制造商。但张忠谋仍决意回到台湾省,尽一生之力帮助中国台湾半导体产业崛起。凭借大半生对半导体的研究,张忠谋决定只做晶圆代工。初回台湾省仅一年,张忠谋便成功创立了第一家属于自己的芯片代工制造公司,便是如今的台积电。

当时张忠谋此举并不被看好,毕竟晶圆代工技术要求太高了。当时没有人能想到,这家小公司不但成功了,而且改变了未来整个半导体产业的格局。

餐桌上,李健熙也从资金、人才、风险等方面对张忠谋进行劝诫和招揽,惜才之意之浓,宛如当年的秦昭王招揽范雎,巴不得立刻能与张忠谋共建半导体帝国。当然,最后的结果是失败的。张忠谋仍然是台积电的顶梁柱,而李健熙则为三星的下一步继续谋取更好的发展。

在张忠谋的带领下,台积电羽翼渐丰,得到了业界的认可。与此同时,半导体产业链的垂直模式也日趋成熟,从一条龙的IDM模式拆分成了各环节细分专精,行业整体研发效率得以提升。

图五:半导体产业链垂直模式
【图五:半导体产业链垂直模式】

台积电凭借专攻晶圆代工的先进技术,从行业中脱颖而出,在全球营收排名中稳居前三,而另外两家企业就是英特尔和三星。

然而到了2008年,金融危机席卷全球,就连整个台湾省的半导体产业都遭受重创。2009年的第一季度,台积电的利润直接暴跌95%。与此同时,关于台积电良率不高、订单被抢等舆论也不断扩散。

2009年,78岁高龄的张忠谋重新出山,执掌台积电。2010年,台积电第一季度的税后盈利便达到11亿美元,遥遥领先其他台湾省内科技公司。台积电在张忠谋的带领下,只花了三年便重回巅峰。

到了2018年,台湾省凭借在晶圆制造及先进封装的庞大产能,连续9年成为全球最大半导体材料消费地区,台积电功不可没。到了2019年第三季度,台积电的全球市场占有率已高达55.7%。这相当于,世界上每两枚芯片其中就有一枚是台积电生产的,真可谓是一骑绝尘、独孤求败。

别看A股市场半导体概念股那么多,但真正和芯片工艺沾边的凤毛菱角,大多只是供应原材料以及落后5-10年的设备。而且由于芯片设计的毛利率比晶圆代工要高得多,所以大多公司都选择从事上游的芯片设计环节,主攻中游晶圆制造环节的公司寥寥可数。晶圆代工,说白了就是一门需要持续高强度投资的苦差事。

A股晶圆制造公司列举
【图六:A股晶圆制造公司列举】

如果说台积电的市占率体现了其垄断地位,那其先进的制作工艺则是支撑起高市占率的基石,也是独步半导体领域的资本,而守住这份资本的则是台积电的“诚信”理念。

【某半导体从业者坦言:“21世纪初的时候,好多公司都扬言说自己可以帮你做代工,但代着代着,你就发现怎么这些代工厂就自己开始做芯片设计了,甚至出去偷偷另开一家IC设计公司,转身抢你的生意。

台积电的诚信理念有多强?翻阅台积电任何一年的年报,永远能看到这样一句话:“台积电不以自己的名义设计、制造或销售任何半导体产品,确保永远不会与客户竞争。” 

严格保守秘密、兢兢业业生产、不断突破创新。这三点台积电都做到了,而且坚持做了三十多年。而当初能与台积电相抗衡的联电,却仍然没逃过落末的结局。除了技术原因之外,还在于轻视了为客户保密的重要性。

为客户保密有多重要?拿英特尔来说,英特尔之所以坚持做一体化的部分原因,就是因为承担不起设计被泄露的风险。所以在1996年,当联电因为被客户质疑偷偷设立芯片设计部门时,联电直接损失了大批客户。原有的大客户,例如高通、索尼,也对联电的保密性产生质疑。最后,联电干脆直接宣布将设计部门剥离,也就成为了我们后来看到的联发科、联咏、联阳半导体等设计公司。

2005年大刀阔斧开展晶圆代工业务的三星,在2011年被苹果控告抄袭手机和平板设计后,便失去了苹果后来所有的订单。而这些订单,自然就落在了台积电手里。

这么多年,只有一家公司真正做到了“为客户保密”,或者说真正取得了所有芯片设计公司信任,它就是台积电。现如今,无论是苹果还是华为,都翘首以盼台积电5nm制程的量产。借台积电之力,为冲击5G铁王座助一波力。

因此,兼顾“忠、勇、诚”的台积电,不但宣布在美建厂,还爆出撤销华为订单的消息。台积电究竟意欲何为?

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回顾历史,台积电其实是最早接到在美建厂邀请的企业之一。早在年初就有新闻报道过双方之间的谈判情况,虽然5月13日有媒体报道说,台积电已经确定拒绝在美建厂的邀请。台积电的CEO也表示,如果真的有在美建厂的那一天,也是顺应消费者的需求,而不是偏向美国的表现。退而言之,即使台积电在美建厂,5nm、3nm此类先进工艺也都会留在中国台湾。

虽然现实总不尽人意,没过几天,台积电确定在美建厂的消息便已满天飞。

但细细深究台积电的背景和市场大环境,我们可以发现:

就股份情况而言,台积电存在大量的外资占比。再看其市场份额,在2019年年报中可以看到,去年台积电美国市场的营收就占到59%左右,中国市场仅19%左右。所以说,即使华为为台积电带来了巨大的利润,但对于台积电而言,最大的客户仍然在美国。同时,台积电背后还始终存在着三星这把尖刀,随时等待时机给台积电致命一击。

而最关键的一点还在于,美国一直虎视眈眈要对华为展开打击。从开始25%的最低限度禁售门槛降到10%,再从10%直接降到0%。【最低限度规则:当外国制造产品中美国技术含量超过多大比例时,美国政府就有权限制出口。】

美国对华为进行技术限制时华为的态度
【图七:美国对华为进行技术限制时华为的态度】

台积电可能也是预料到会有这么一天。前段时间,台积电EUV一直力争将所有的产能都为华为海思服务,即使苹果订单也为之让路。只是由于美国对华为及其旗下芯片设计海思实施新禁令,现在台积电只得放弃华为这个大客户。近年来,台积电也积极在大陆建厂,争取两边都不得罪。

在中美的这场博弈之中我们可以体会到,台积电一直是避免卷入国家之间的政治纠纷的。

尽管现在消息已尘埃落地。但是值得注意的一点是,5nm虽然在现在看来已经最为先进,但根据台积电制程发展的规划,在2023年便可以量产3nm工艺。从中我们可以看出,台积电在美建厂的芯片并不是为苹果、华为代工用的,而是为已经跟不上步伐的英特尔、AMD等企业准备的。

不得不说,台积电无愧于台湾支柱产业,真可谓是好一招的移花接木。美国的一大半半导体企业都成为了它的人质。可以说,最后呈现在我们面前的在美建厂、5nm、2024年都是最后多方博弈的结果。

国家集成电路发展推进纲要
【图八:国家集成电路发展推进纲要】

现如今,中国大陆的芯片产业仍然处于蹒跚学步的阶段。台积电以技术倾权为由迫使中芯国际巨额赔款、割股10%、创始人张汝京辞退,中芯在上海的全力扶持下挺过至暗时刻,如今仍有能力向华为伸出援手;被美方不断打压,财务总兼公主的孟晚舟被关押500多天,依旧能够强大发展的华为。他们的崛起让我们看到了芯片产业崛起的曙光。

但14nm与5nm仍然是一道需要漫长时间才能跨越的鸿沟。这不仅仅是工艺的差距,还有试错机会的缺乏。台积电能邀请英特尔为自己“挑错”,在7nm上,有AMD、英伟达以及华为的大笔订单帮助他们提升良率与产能;在5nm上,更有苹果、华为、英伟达抢着预定。而中国大陆,没有最先进的芯片设计公司帮助我们“试错”。

中国的半导体产业已经起步,并且在拼命的向前追赶,中国官方对芯片产业的资金投入,比美国官方多得多。尽管弯道超车对于技术产业而言不太适用,但在未来,该产业将会出现无数个“技术转折点”,以中芯国际为代表的中国大陆企业将把握好每一次转折点。

21世纪,芯片战争的号角已经吹响,且振聋发聩。多难兴邦,玉汝于成。况且“友邦”在旁不时的敲打鞭策与恶意打压,吾辈当知耻而后勇。那些杀不死我的终将使我更强大。中国半导体人没有捷径,唯有迎头赶上。未来赶超,未必没有可能。