芯片制造能不能做到完全“去美國化”？

距離美國將華為加入實體清單已經(jīng)一年有余，從表面上看，華為至今活的好好的，而且依靠國內(nèi)市場的強(qiáng)勁增長，其 5G 通信設(shè)備、5G 手機(jī)業(yè)務(wù)幾乎沒有受到太大影響，導(dǎo)致很多媒體紛紛拋出“華為海思可以完全脫離美國搞自研”的論調(diào)。

2020 年一季度華為手機(jī)占據(jù)過半市場份額

但其實事情始終在向不好的方向發(fā)展。6 月 9 日，芯片代工廠臺積電舉辦年度股東大會，會上臺積電董事長劉德音毫不避諱的說到，“我們希望這種情況（斷供華為）不會發(fā)生。但是如果發(fā)生了，我們將在很短的時間內(nèi)（通過其他芯片公司的訂單）替代補(bǔ)足，現(xiàn)在還很難預(yù)測替代需要多久?！?/p>

臺積電董事長劉德音

要知道華為海思在臺積電訂單占到臺積電 2019 年全年收入的 14%，僅次于蘋果，而臺積電掌門人卻能開誠布公的說出這樣的話語，這充分說明，臺積電已經(jīng)做好了未來美國政府徹底禁止臺積電為華為代工的最壞打算。

既然事已至此，今天的文章我想簡單的談一談，假如最壞的情況真發(fā)生了，即美國商務(wù)部拒絕一切使用美國技術(shù)或設(shè)備的公司供貨華為的申請，那么華為海思能不能做到完全去美國化制造芯片呢？

01 芯片設(shè)計能不能國產(chǎn)化

根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu) IC Insights 公布的最新數(shù)據(jù)顯示，華為海思目前是國內(nèi)最大、全球排名第 10 的半導(dǎo)體公司，要知道這個榜單內(nèi)囊括的是芯片全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，也就是說在與英特爾、三星、臺積電、英偉達(dá)等大佬們放在一起排名的情況下，海思依然在 2020 年一季度收入排到第 10。毫無疑問，海思目前是全球頂尖的半導(dǎo)體企業(yè)。

2020 年一季度全球前十強(qiáng)半導(dǎo)體企業(yè)

但是，海思屬于 Fabless 企業(yè)，也就是無工廠芯片供應(yīng)商或者說芯片設(shè)計企業(yè)，簡單來說海思只能設(shè)計芯片，不能生產(chǎn)制造芯片，因此才需要臺積電或者中芯國際這樣的 Foundry 芯片代工廠為其將設(shè)計好的芯片生產(chǎn)出來。

打個比方，海思相當(dāng)于設(shè)計師，臺積電相當(dāng)于印刷廠，沒了臺積電，海思就是只能在電腦上完成設(shè)計方案，但不能將設(shè)計方案真正化為成品宣傳海報的空想家。

先不提芯片代工的問題，海思可以脫離美國技術(shù)獨立完成芯片設(shè)計嗎？

答案是不能。當(dāng)前芯片設(shè)計一定需要使用 EDA 軟件，學(xué)工科的胖友們應(yīng)該很多都上過 EDA 軟件使用的課程（當(dāng)時上課從始至終都有種這 TM 是給人學(xué)的嗎的趕腳），EDA，Electronic design automation，翻譯過來就是電子設(shè)計自動化，EDA 軟件就是幫助工程師使用軟件進(jìn)行復(fù)雜芯片設(shè)計的計算機(jī)軟件。

目前 EDA 軟件存在三大巨頭，即 Cadence、Mentor Graphics（總部美國，后被西門子收購）和 Synopsys，它們?nèi)渴敲绹ɑ蛘Q生美國）公司。

EDA 三巨頭簡介，來源“智東西”

全球任何芯片設(shè)計大廠都需要使用這三家公司的軟件來進(jìn)行芯片設(shè)計，當(dāng)然如果是低端芯片那可能小公司的軟件對付對付也行，但要知道華為海思目前設(shè)計的芯片都是 7nm 制程的最頂級手機(jī)或服務(wù)器、基站芯片，因此必須使用美國公司的 EDA 軟件，是必須，沒得選。

2018 年，美國三大 EDA 巨頭占據(jù)中國市場份額的 95%，剩 5%基本就是低端芯片設(shè)計市場。

EDA 三巨頭 2018 年在中國市場份額，來源“前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人”

這三家公司已經(jīng)履行對華為斷供的政策。那么華為怎么辦？華為海思雖然前期已獲得了美國 EDA 公司的軟件使用授權(quán)，可以正常使用，但由于斷供原因，EDA 軟件不會再獲得更新以及技術(shù)支持，也就說，未來海思的新一代芯片產(chǎn)品，將無法使用新版本的 EDA 軟件。畢竟隨著芯片制程與工藝的提升，如果設(shè)計軟件跟不上，對于海思來說會很艱難。

當(dāng)然國內(nèi)也有一些 EDA 軟件公司（比如華大九天），但是就像我前面說的，在高端芯片設(shè)計方面美國公司無可替代。

中國 EDA 龍頭華大九天

另外，就算解決了 EDA 方面的問題，也僅僅是部分解決了 CPU 和 GPU 的問題。華為目前在基站上使用的 FPGA（Field－Programmable Gate Array，屬于專用集成電路中的一種半定制電路，是可編程的邏輯列陣）芯片可以說 100%來自于美國公司，因為這個領(lǐng)域被美國公司完全壟斷。

FPGA 全球市場份額

據(jù)稱，華為已儲備最多能使用兩年的的賽靈思公司的 FPGA 芯片。目前這個領(lǐng)域國內(nèi)無可替代公司。

除了 FPGA 外，美國公司英特爾與 AMD 在個人電腦與服務(wù)器芯片方面也處于壟斷地位，但個人覺得華為在這方面可以實現(xiàn)替代，今早剛看到新聞蘋果已經(jīng)準(zhǔn)備自研處理器替代蘋果電腦上的英特爾芯片了，另外華為本身就有服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品“鯤鵬”。

海思目前的全系列芯片

02?芯片制造設(shè)備能不能國產(chǎn)化

雖然大家都知道芯片制造中主要的一種設(shè)備叫做光刻機(jī)，全球高端光刻機(jī)市場被荷蘭公司 ASML 壟斷。

ASML 光刻機(jī)

但其實芯片制造涉及復(fù)雜的流程工藝，包含各類的制造生產(chǎn)設(shè)備，光刻機(jī)只是其中的一環(huán)。

芯片制造流程

根據(jù)美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)調(diào)查公司 VLSI Research 發(fā)布的 2018 年全球半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備廠商的排名結(jié)果來看，幾乎家喻戶曉的 ASML 僅排名第二名，全球排名第一的半導(dǎo)體設(shè)備廠商其實是來自美國的“應(yīng)用材料公司”。

2018 年全球半導(dǎo)體設(shè)備廠商排名

應(yīng)用材料公司幾乎可以生產(chǎn)用于制造半導(dǎo)體芯片的各種設(shè)備，包括沉積（CVD、PVD 等）、離子注入、刻蝕、快速熱處理、化學(xué)機(jī)械平整、計量檢驗等。簡單來說除了光刻機(jī)它不造，剩下它都行。

美國應(yīng)用材料公司

而且除了應(yīng)用材料公司外，榜單前 10 名中依然還有 3 家美國公司，也就是說，全球 10 強(qiáng)半導(dǎo)體設(shè)備公司美國公司占據(jù)四席。

有沒有一種可能，在芯片制造環(huán)節(jié)完全使用國產(chǎn)設(shè)備呢？

這么說吧，在芯片制造的每個環(huán)節(jié)涉及到的每種設(shè)備，中國都有相關(guān)企業(yè)能生產(chǎn)設(shè)備，只不過有的達(dá)到世界領(lǐng)先水平，有的還只能處于入門水準(zhǔn)。

比如蝕刻環(huán)節(jié)的蝕刻設(shè)備，中國的中微半導(dǎo)體已經(jīng)可以生產(chǎn) 5nm 制程設(shè)備。在中微半導(dǎo)體 2019 年年報中，其表示公司開發(fā)的高端刻蝕設(shè)備已在各大國際知名廠商的 65nm 到 7nm 的芯片生產(chǎn)線上。另外,財報還顯示,中微半導(dǎo)體根據(jù)客戶（大概率是臺積電）的需求已經(jīng)開發(fā)出了 5nm 刻蝕設(shè)備，并且獲得了行業(yè)領(lǐng)先客戶的批量訂單。

中微半導(dǎo)體

而在關(guān)鍵的光刻環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)最頂尖的光刻機(jī)制造商上海微電子，預(yù)計將于 2021-2022 年交付第一臺 28nm 工藝的國產(chǎn)沉浸式光刻機(jī)。雖然與目前 ASML 的 7nm 甚至 5nm 光刻機(jī)相比，28nm 光刻機(jī)簡直是上個時代的產(chǎn)品，但要知道上海微電子的 90nm 光刻機(jī)一直用了 13 年至今，才終于研發(fā)出新一代產(chǎn)品。

上海微電子的光刻機(jī)

而且，目前全球絕大多數(shù)芯片其實并不需要 10nm、7nm 這樣的高端制程，搞定 28nm 制程已經(jīng)可以解決大部分芯片需求了。

全球芯片制程需求

但對于手機(jī)、電腦、服務(wù)器、基站等高端芯片來說確實是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

其他環(huán)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備就不一一舉例了，總的來說，用全國產(chǎn)設(shè)備組成一條能湊合用的芯片生產(chǎn)線問題不大，但是對于海思來說依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以想脫離美國或者其盟友國家的生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)高端芯片的生產(chǎn)制造，基本不可行。

03?芯片制造能不能國產(chǎn)化

臺積電在 6 月 9 日的股東大會里，對于能否建立一條沒有美國技術(shù)、設(shè)備的生產(chǎn)線，劉德音表示，臺積電需要使用很多美國設(shè)備。

就算是中國大陸芯片代工廠中芯國際，由于使用美國設(shè)備，也是要受到美國政策影響的。由于中芯國際近期要回國內(nèi)科創(chuàng)板上市，因此 6 月份剛剛公布了招股說明書，在其招股說明書中明確注明：

“若干自美國進(jìn)口的半導(dǎo)體設(shè)備與技術(shù)，在獲得美國商務(wù)部行政許可之前，可能無法用于為若干客戶的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)制造。上述修訂的規(guī)則中，仍然有許多不確定的法律概念，其具體影響的程度，目前尚未能準(zhǔn)確評估?！?/p>

若干客戶中其中最重要的一個就是華為。由于華為目前完全不具備芯片制造能力，如果沒有臺積電和中芯國際的代工，是不能制造芯片的。

而且就算是中芯國際能為海思代工，其僅具備最高 14nm 制程芯片代工能力，無法制造華為目前全系高端芯片，而中芯國際已經(jīng)是國內(nèi)領(lǐng)先其他代工廠幾個時代的最頂級代工廠了。

全球主要芯片代工廠當(dāng)前制程能力

因此就算海思能把芯片設(shè)計出來，目前來看想把芯片生產(chǎn)出來，也困難重重。

04?總結(jié)

如果想完全去美國化的生產(chǎn)低端芯片，那么這事兒目前來看可行。

但如果是華為海思這種級別的公司，想不使用任何美國技術(shù)與設(shè)備生產(chǎn)高端芯片，那么需要頂尖的芯片設(shè)計工程師團(tuán)隊+國產(chǎn)高端 EDA 軟件+每個環(huán)節(jié)完全國產(chǎn)的高端半導(dǎo)體制造設(shè)備+一家熟練掌握所有工藝流程的高端芯片代工廠，目前除了頂尖的芯片設(shè)計工程師團(tuán)隊外，其他條件需要國內(nèi)相關(guān)企業(yè)跨越人家領(lǐng)先幾年到幾十年的代差，難于登天。