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成熟制程芯片已經(jīng)飽和

觀察者網(wǎng)：從您的角度看，我國臺灣地區(qū)和日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在歐美半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系中占據(jù)怎樣的地位呢？有多么重要呢？

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北大的彭練矛院士是我國碳基芯片的領(lǐng)軍人物之一

根據(jù)我的估算，綜合設(shè)備折舊、物流與材料高價(jià)等因素，該廠的生產(chǎn)成本約為臺南新竹園區(qū)的三倍左右，我預(yù)計(jì)該工廠出廠的芯片成本將徹底失控。

繼5月12日中美日內(nèi)瓦經(jīng)貿(mào)會(huì)談之后，中美關(guān)稅戰(zhàn)進(jìn)入90天的休戰(zhàn)期后，然而美國并沒有就此罷手，中美科技戰(zhàn)又重新成為焦點(diǎn)。就在會(huì)談后的第二天，5月13日美國商務(wù)部正式發(fā)布文件，撤銷拜登簽署的《AI擴(kuò)散規(guī)則》，同時(shí)宣布采取額外措施加強(qiáng)對全球芯片出口管制，包括禁止全球范圍內(nèi)使用華為昇騰AI芯片等。從表面上看，這幾乎是前所未有的對華芯片制裁。

芯聲：根據(jù)我掌握的消息和個(gè)人分析，我們應(yīng)該能在2028年完成28nm工藝的安全化。所謂安全化，并非將所有設(shè)備和工序一律國產(chǎn)化，而是確保28nm工藝所需要素可持續(xù)供應(yīng)，并部分以國產(chǎn)材料替代。到2030年，我們有望同樣實(shí)現(xiàn)14nm工藝的安全化。

再從半導(dǎo)體制造供應(yīng)鏈的角度看，臺灣島內(nèi)自主性明顯不足：絕大多數(shù)在臺半導(dǎo)體供應(yīng)企業(yè)都是日本集團(tuán)的分公司，相關(guān)耗材的供應(yīng)鏈嚴(yán)重依賴日本產(chǎn)業(yè)鏈。在制造方面，臺灣企業(yè)以臺積電為代表，極端依賴荷蘭的光刻機(jī)以及其提供的維護(hù)服務(wù)。

這意味著，到2028年，我們可在基站等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)芯片全面國產(chǎn)化。到2030年，若成功實(shí)現(xiàn)14nm制程生產(chǎn)安全化，就能徹底跨過AI芯片的門檻，為我們的AI芯片生產(chǎn)提供一個(gè)基礎(chǔ)的安全保障，盡管可能到時(shí)候這條產(chǎn)線上生產(chǎn)的AI芯片不會(huì)太先進(jìn)。

中國半導(dǎo)體發(fā)展的上限和下限

但是到5月15日，外界發(fā)現(xiàn)美國商務(wù)部工業(yè)與安全局又悄悄修改了此前新聞稿中的一句話，修改后的表述則變?yōu)椋骸鞍l(fā)布針對產(chǎn)業(yè)界的指南，提醒注意使用來自中國的先進(jìn)計(jì)算芯片（包括特定的華為昇騰芯片）所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。”而不是之前的“在全球任何地區(qū)使用華為昇騰芯片都違反美國出口管制規(guī)定?！?/p>

假設(shè)我們要將一臺設(shè)備從臺灣搬到中國大陸的南京，由于緯度、海拔、溫濕度與氣壓的差異，裝備拆卸和重新安裝完成后我們都需要重新調(diào)試。無論多先進(jìn)的光刻機(jī)，也只能等待那些在廠里工作十余年的“光刻機(jī)仙人”團(tuán)隊(duì)花數(shù)月甚至一年時(shí)間將光刻機(jī)重新調(diào)試至最優(yōu)狀態(tài)后，才能進(jìn)行正常工作。

從現(xiàn)在的情況看，歐美企業(yè)在成熟半導(dǎo)體領(lǐng)域幾乎沒有進(jìn)一步發(fā)展的空間。過去幾年里，無論是德州儀器、微芯科技，還是歐洲的恩智浦、英飛凌等公司，其在成熟制程領(lǐng)域的虧損高達(dá)20%到50%不等。如此持續(xù)虧損，遲早會(huì)迫使它們削減產(chǎn)能。

芯聲：我們需要從兩個(gè)維度來衡量臺灣的重要性：一是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)鏈的上下游，二是半導(dǎo)體制造的供應(yīng)鏈。半導(dǎo)體上下游環(huán)節(jié)主要包括設(shè)計(jì)、制造、封裝，之后經(jīng)過處理才能形成完整的電子產(chǎn)品。

所以即便美國人希望臺積電把現(xiàn)有產(chǎn)能搬往日本或美國，整個(gè)搬遷的成本和時(shí)間和新建一家工廠沒有區(qū)別。哪怕他們省下購機(jī)時(shí)間與成本，但是相關(guān)方面仍需長時(shí)間“調(diào)教”與聯(lián)動(dòng)各項(xiàng)生產(chǎn)要素，這幾乎無異于重造。

在我們搞定14nm安全化路線后，我們可以加速推進(jìn)兩條腿走路，不能在碳納米管路線上延緩研究進(jìn)度。等到2035年的時(shí)候，我們可能會(huì)采用別的架構(gòu)乃至別的材料去替代目前的硅晶圓了，避免陷入西方半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高成本路線。

觀察者網(wǎng)：我們目前在半導(dǎo)體研發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展程度如何？外國公司是否能夠遠(yuǎn)程控制我國的光刻機(jī)？

芯聲：其實(shí)在我看來，成熟制程的芯片目前產(chǎn)能并非即將走向飽和，而是已經(jīng)徹底飽和了。如今你會(huì)常聽到歐美媒體指責(zé)中國存在“產(chǎn)能過?！眴栴}，這是從全球視角對產(chǎn)能問題做出的評判。然而，我們還必須考慮極端情形，比如在極端情況下，我國的半導(dǎo)體設(shè)備與原材料都無法從外部獲得。

至于日本本身，其本土公司在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域已極度落后。事實(shí)上，日本本國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在經(jīng)由美國扶持的臺灣地區(qū)和韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)多年打擊后，其老舊產(chǎn)線基本退出，僅剩少數(shù)設(shè)備仍在運(yùn)行。在臺積電大規(guī)模投資日本工廠之前，日本連量產(chǎn)40nm制程芯片都難以實(shí)現(xiàn)，在制程領(lǐng)域甚至落后于中國大陸。其封裝能力同樣遜色，畢竟如果上游都缺位，下游環(huán)節(jié)還剩什么呢？在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，日本幾乎沒有新興設(shè)計(jì)公司，潛在的一些初創(chuàng)企業(yè)在美國和中國大陸海量先進(jìn)設(shè)計(jì)企業(yè)的夾擊下難以立足。

在這種情況下，歐美繼續(xù)往2nm以下制程推進(jìn)將對中國國家安全影響寥寥，而且那個(gè)時(shí)候他們會(huì)遇到一個(gè)困境：高投入、高售價(jià)，而愿意買單的消費(fèi)者寥寥無幾。

到時(shí)候，手機(jī)加上潛在關(guān)稅，可能就不是一萬人民幣左右買一臺蘋果了，而是一萬美元買一臺蘋果了。

制造芯片的產(chǎn)業(yè)鏈長度遠(yuǎn)超絕大多數(shù)人想象

那么在這種極端條件下，即使是成熟制程的產(chǎn)能，在中國大陸是否足夠？我們也需要做出評估。若條件不那么極限，那么競爭就回歸到技術(shù)和成本實(shí)力本身。相對而言，成熟制程技術(shù)門檻并不高，誰擁有產(chǎn)能、誰有優(yōu)勢，各憑本事。屆時(shí)，落敗方很可能被迫裁撤落后或過剩產(chǎn)能，從而緩解產(chǎn)能過剩。

短時(shí)間看，西方公司AI芯片領(lǐng)域投入暫時(shí)不會(huì)受到成熟制程芯片飽和的沖擊。英偉達(dá)本身并不擁有成熟制程的晶圓廠，它主要通過委托代工完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造；因此，成熟產(chǎn)能的波動(dòng)對其影響相對有限。

針對中國半導(dǎo)體，尤其是高端半導(dǎo)體產(chǎn)線的未來發(fā)展前景以及美國對華半導(dǎo)體制裁的影響，觀察者網(wǎng)連線了復(fù)旦大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間國際治理研究基地特邀研究員、B站知名半導(dǎo)體up主芯聲，就相關(guān)問題展開細(xì)致討論。

在我之前的直播中，有很多激進(jìn)彈幕說我們應(yīng)該早日推進(jìn)“海島奇兵”迅速奪取臺積電產(chǎn)能，這樣就可以補(bǔ)全現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造業(yè)了。但是從產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈角度看，我們現(xiàn)在缺少的不是臺灣晶圓廠的產(chǎn)能，而是讓現(xiàn)有及未來工廠能夠穩(wěn)定運(yùn)營、持續(xù)生產(chǎn)的能力。

“海島奇兵”迅速奪取臺積電產(chǎn)能？

實(shí)現(xiàn)高端芯片量產(chǎn)所需的大多數(shù)設(shè)備、零部件、耗材、材料和軟件，其原產(chǎn)地均不在臺灣地區(qū)。以一家月產(chǎn)能約3萬片的晶圓廠為例，可能就需要配備數(shù)十種核心設(shè)備、數(shù)百種工藝材料，以及數(shù)以萬計(jì)的備品備件和耗材，而且這些東西常年需要儲(chǔ)存在公司倉庫中。材料方面，它不僅需大量化學(xué)試劑和金屬氧化物等材料，還要囤積各類特種氣體。此外，幾乎每臺設(shè)備都離不開管路、閥門、真空泵等配件儲(chǔ)備，而光刻機(jī)更是需定期更換光刻模組、工件臺等專用組件。

它們?nèi)艮D(zhuǎn)向尖端制程，又要面對臺積電與英偉達(dá)等企業(yè)形成的強(qiáng)大競爭壁壘。對于這種新一輪競爭，我們既希望也衷心祝福這些歐美廠商能夠脫穎而出，挑戰(zhàn)臺積電和英偉達(dá)的領(lǐng)先地位。

這些材料的更換周期通常為數(shù)月到一年，而正是這些設(shè)備與耗材構(gòu)成了晶圓廠持續(xù)運(yùn)營的命脈，其重要意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于拿下幾個(gè)晶圓廠。而在上述備品備件與耗材生產(chǎn)領(lǐng)域，日本企業(yè)無疑占據(jù)了主導(dǎo)地位。如果我們能搞定這些問題，那獲得的戰(zhàn)略收益將遠(yuǎn)大于擴(kuò)建更多受外國控制的新廠房。

當(dāng)然美國也在強(qiáng)壓臺灣企業(yè)將技術(shù)向日本轉(zhuǎn)移，但日本本身沒有那么大的需求。臺積電前往日本，很大程度上是受到日本公司的邀請，本質(zhì)上仍是給索尼“打工”。整體產(chǎn)業(yè)鏈的上下游配套齊全，可以在一個(gè)“舒適區(qū)”內(nèi)完成生產(chǎn)，但是最終產(chǎn)能也僅僅能覆蓋日本市場需求。相比之下，短期內(nèi)臺灣仍憑借其完整的產(chǎn)業(yè)鏈上下游與供應(yīng)鏈優(yōu)勢，保持其高效、連續(xù)運(yùn)營“最佳戰(zhàn)場”的地位。

芯聲：以2035年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對中國而言，這個(gè)“上限”意味著要徹底啃下幾乎整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)從成熟制程到3nm、5nm制程芯片的量產(chǎn)。這樣到2035年，我們可以在芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)像在造船和集裝箱領(lǐng)域那樣產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，如洪水過境般勢不可擋。

而且由于美國對我們碳納米管相關(guān)方面的管控并沒有硅基半導(dǎo)體方面那么嚴(yán)，我會(huì)認(rèn)為，相比于光刻機(jī)相較于先進(jìn)水平落后約20年的現(xiàn)狀，我國在碳納米管方面落后世界先進(jìn)水平大約3年左右。

臺灣島與日本距離接近，許多日本化學(xué)品企業(yè)便在臺南、新竹等臺積電廠區(qū)附近設(shè)立前體加工廠，將進(jìn)口的前體化學(xué)品轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體所需材料。而臺積電廠區(qū)本身靠海，便于海運(yùn)大宗化學(xué)品，也使得供應(yīng)鏈成本可以得到有效控制。

6月8日至13日，中美經(jīng)貿(mào)磋商機(jī)制首次會(huì)議將在倫敦舉行。

在設(shè)計(jì)方面，臺灣設(shè)計(jì)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊聯(lián)發(fā)科可排在全球第二梯隊(duì)，僅次于高通、博通與華為海思等第一梯隊(duì)；在封裝方面，臺灣地區(qū)在先進(jìn)封裝技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先于大陸，但其整體產(chǎn)能占比與中國大陸相當(dāng)，同為約20%。但是在芯片制造領(lǐng)域，臺灣地區(qū)的芯片制造能力相比于全球其他地區(qū)處于斷檔式領(lǐng)先地位，其中臺積電占據(jù)全球代工產(chǎn)能近60%。

而英特爾則以14nm為主營盈利節(jié)點(diǎn)，并將10nm產(chǎn)能用于PC和服務(wù)器芯片的生產(chǎn)，所以同樣不太受成熟制程飽和的沖擊。真正受到影響的，則是那些以成熟制程為主業(yè)的傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商——當(dāng)它們的主力盈利來源受到擠壓，就會(huì)率先承壓。未來只能“祝他們好運(yùn)”了。

而“下限”則是大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在保有一定尖端能力的同時(shí)，讓消費(fèi)級產(chǎn)品徹底平民化，屆時(shí)即便我們一時(shí)無法量產(chǎn)最先進(jìn)的3nm、5nm芯片，只要保持充足的7nm產(chǎn)能，并大量維持14nm節(jié)點(diǎn)，就能逼迫歐美廠商將資源投入極尖端領(lǐng)域。

反觀美國，臺積電亞利桑那州工廠位于內(nèi)陸，既不靠海，運(yùn)輸成本較高；也缺乏成型的化工配套產(chǎn)業(yè)園。所有化學(xué)品成品只能先漂洋過海運(yùn)抵圣地亞哥港，再以大卡車長途跋涉六小時(shí)才能送達(dá)廠區(qū)。這會(huì)導(dǎo)致該廠區(qū)運(yùn)輸成本和運(yùn)營成本大幅上升。

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所以在這個(gè)背景下，你覺得它是否會(huì)留下后門、能否被遠(yuǎn)程關(guān)閉？畢竟ASML方面自己都說了，只要聯(lián)網(wǎng)，就能處理一切問題。

但是如果僅僅聚焦在制造供應(yīng)鏈層面，臺灣島內(nèi)擁有強(qiáng)大能力，日本現(xiàn)在除先進(jìn)光刻機(jī)外，各類生產(chǎn)設(shè)備和材料均能自主供應(yīng)。

觀察者網(wǎng)：近年來，關(guān)于碳基芯片在內(nèi)的新芯片路徑討論相當(dāng)火熱，從您的角度看，包括碳納米管等路線的前景如何？我們與國外相比，差距有多大？

在2022年Marvell公司的報(bào)告中提到了各個(gè)工藝下芯片開發(fā)成本，其中28nm工藝只要4280萬美元，22nm工藝需要6300萬美元，16nm工藝需要8960萬美元。而更先進(jìn)工藝的開發(fā)成本則呈直線上漲趨勢，7nm需要2.486億美元，5nm需要4.487億美元，3nm需要5.811億美元，而2nm工藝需要的開發(fā)資金是7.248億美元。未來再進(jìn)一步，芯片開發(fā)成本上百億人民幣不是夢。

而且半導(dǎo)體制造業(yè)對供應(yīng)鏈集成度的要求極高，尤其是無法離開穩(wěn)定的材料與服務(wù)，包括氟化氫、光刻膠、特種氣體和靶材等耗材必須隨時(shí)備用，這需要半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中心周圍配置有技術(shù)領(lǐng)先的化工產(chǎn)業(yè)作支撐。

芯聲：一個(gè)半導(dǎo)體廠的精密程度遠(yuǎn)超想象，常人以為建廠不過是打好地基、搬進(jìn)設(shè)備安裝即可。而實(shí)際上，對于臺積電那些所有的先進(jìn)制程半導(dǎo)體廠而言，廠內(nèi)所有設(shè)備都必須單獨(dú)打地基，因?yàn)榘雽?dǎo)體的芯片加工制造精度要求已經(jīng)達(dá)到nm甚至?級別（埃米，1?＝0.1nm），經(jīng)不起任何風(fēng)吹雨打，任何微小振動(dòng)都將導(dǎo)致制造出芯片無法正常工作。

觀察者網(wǎng)：展望未來，您如何看待中國半導(dǎo)體發(fā)展的上限和下限？

芯聲：碳納米管技術(shù)未來之所以至今未成為主流，是因?yàn)楝F(xiàn)在的芯片價(jià)格還不夠高。我個(gè)人估計(jì)，碳納米管路線和硅基半導(dǎo)體路線的盈虧平衡點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)在硅基芯片制程達(dá)到等效1nm的時(shí)候，也就是大概在2030年前后。所以我也認(rèn)為2030年是一道坎。

觀察者網(wǎng)：我記得您說過，半導(dǎo)體廠無法搬走。發(fā)展到現(xiàn)在，用于制作芯片的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)真的與文明中的奇觀建筑類似嗎？您認(rèn)為臺積電向日本和美國的轉(zhuǎn)移會(huì)是什么結(jié)果？

觀察者網(wǎng)：在現(xiàn)在看來，隨著中國的加入，成熟制程的半導(dǎo)體產(chǎn)能似乎即將迎來飽和，這對于歐美半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)沖擊有多大？對全球半導(dǎo)體格局有多大影響？

至于ASML是否可能遠(yuǎn)程控制我們的光刻機(jī)這一問題其實(shí)很敏感。我之前曾參與過與ASML的談判，對方曾明確希望將我們的光刻機(jī)接入外網(wǎng)，理由是便于他們提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)——只要將機(jī)器連接到互聯(lián)網(wǎng)，ASML預(yù)裝的遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)即可實(shí)時(shí)傳回所有數(shù)據(jù)。一旦出現(xiàn)故障，便可隨時(shí)遠(yuǎn)程處理，無需人工收集后再上傳。

【文/芯聲，對話/觀察者網(wǎng) 唐曉甫】