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半導體生死戰(下):美國禁令下,用「芯」良苦的中企們

半導體產業自主是實現中國習政權強軍目標的關鍵,現在更是美中競爭的焦點,因此華府本次也將設計晶片的飛騰等企業列入名單。 圖/路透社
半導體產業自主是實現中國習政權強軍目標的關鍵,現在更是美中競爭的焦點,因此華府本次也將設計晶片的飛騰等企業列入名單。 圖/路透社

▍上篇:

半導體生死戰(上):中國「芯」會碎一地嗎?

4月中旬,美國商務部將七間中國政府單位和公司列入實體名單,包括國家超級計算無錫中心,其中著名的「神威.太湖之光」超級電腦就在此地。拜登政府認為,這些機構協助中國發展軍事方面的計算能力,有害美國國家安全,而其能力大部分是源於美國的技術與設備,因此華府決定管制出口

該名單中的天津飛騰(Phytium)公司,由中國政府資助成立,主要為中國客戶設計IC晶片,包括華為、中興、百度等企業。根據美國政府所言,飛騰晶片搭載於中國的超級電腦內,被用以模擬東風17高超音速導彈的性能,且飛騰掩蓋與中國官方關係,以私人企業之姿,繞過美國制裁,購買美國半導體產品,更是一大隱憂。

在2017年中共第19次全國代表大會上,習政權發願到2050年將讓中國人民解放軍轉型為世界一流軍隊。若要打贏信息化(資訊)戰爭,半導體產業自主便是實現中國習政權強軍目標的關鍵,現在更是美中競爭的焦點,因此華府本次也將設計晶片的飛騰等企業列入名單。

如此不難明白,新階段的美中貿易戰將聚焦於半導體產業。要了解美國如何對付中國、中國又會有甚麼對策,不妨從華為制裁談起。

美國制裁華為的影響

2019年美國川普政府以華為向伊朗提供服務,涉嫌違反《國際緊急經濟權力法》(IEEPA),並阻礙調查、妨礙司法公正為由,將華為加入了實體名單。一旦被列入名單,就會受《出口管理條例》(EAR)嚴格管控,全球供應商若想向實體名單公司做生意,提供超過含量25%的管制材質,得先向美國政府申請出口許可證。

同時,華府也修訂外國直接產品(FDP)規則,防堵華為借第三方名義,在全球各地購入並使用靠美國軟體和技術生產的半導體製品。此外,更將與華為相關的數十家中國企業一併加入名單,因為這些公司也有可能會傷害美國國安與外交利益。

具體來看,修改後的規則適用於各種半導體製品,如已加工和未加工的晶片。同時限制生產的地點不僅限於美國當地的晶圓代工廠或外包封裝測試廠(OSAT),還涵蓋全球各地以美國設備生產的任何物品,外國供應者若想出口給華為與相關企業,必先得到美國政府允許,等於緊扼台積電、三星等對華為的晶片供應渠道。

2019年美國川普政府以華為向伊朗提供服務,涉嫌違反《國際緊急經濟權力法》,並阻礙調查、妨礙司法公正為由,將華為加入了實體名單。 圖/美聯社
2019年美國川普政府以華為向伊朗提供服務,涉嫌違反《國際緊急經濟權力法》,並阻礙調查、妨礙司法公正為由,將華為加入了實體名單。 圖/美聯社

中國「晶片國造」可行嗎?

但華為也不是省油的燈。事實上,早在川普制裁前,華為就已響應習政權的「晶片國造」,特別是在晶片設計上取得了顯著的進步。華為旗下的海思半導體成功開發麒麟系列晶片,可用於5G設備和旗艦智慧手機。有論者認為,麒麟並不亞於高通或三星製造的晶片,具有足夠的市場競爭力。

不過,海思只負責IC設計,整個製程脫離不了美國技術,如美企新思(synopsys)的電子設計自動化(EDA)軟體,EDA用於IC設計與驗證等製造流程,可說是IC之母。製造則是由台積電代工,2018年麒麟710晶片出自台積電的12奈米工藝、最新的9000晶片組出自台積電5奈米工藝。

一旦仔細分析半導體供應鏈,就會發現中國對外國的依賴程度有多深。以EDA為例,目前由新思、益華(Cadence)等美企獨佔八成全球市場,當華府禁止美企向華為/海思提供新軟體或發布更新,海思便只能使用已獲授權的舊版本,因此會削弱其設計能力。

當然,中國製造也應包含EDA在內。不過,迄今為止,中國EDA企業如華大九天、芯華章、全芯智造、芯和半導體等,通常專注於特殊領域——例如平板電視的控制電路——而不具完整的端到端(end-to-end)處理器設計和驗證能力,儘管習政權將繼續大力補助本土企業,但這些軟體是長期累積的結果,難以一蹴可及。

除了技術差距的問題外,還有供應鏈更換的問題。因為EDA是晶片設計與製造之間的橋樑,長久以來台積電、三星等晶圓廠一直都和新思、益華等美企密切合作、共同成長,不太可能會跟中企EDA聯手。一旦華為/海思開始國造晶片,若使用中國EDA,那麼這些企業可能也會面臨美國制裁的風險。

一旦仔細分析半導體供應鏈,就會發現中國對外國的依賴程度有多深。 圖/法新社
一旦仔細分析半導體供應鏈,就會發現中國對外國的依賴程度有多深。 圖/法新社

5G戰場:中國半導體陷入頹勢

2020年川普政府對華為擴大限制,導致華為無法繼續委託台積電等外國工廠製造晶片,只能嘗試國產晶片,新推出的麒麟710A首次由中芯製造,使用14奈米工藝,搭載於低階智慧型手機。很明顯中芯無法達到旗艦級晶片的要求,當華為庫存的台積電晶片即將用罄,傳出華為求助於三星等廠商,但仍在未定之天。

由於美國禁令,華為去年的手機銷售表現一落千丈,即使有中國人民支撐,也必須逐步降低手機業務比率,考慮其他的發展可能。最新消息指出,華為正在和上海集成電路研發中心(ICRD)合作,打造自己的晶圓廠,希望在2021年前製造28奈米晶片、2022年底產出20奈米晶片用於5G設備,便可避免美國制裁。

對於5G網路設備而言,越小的晶片並不一定是最佳選擇。然而5G無線電設備的收發器有所謂的數位前端訊號處理(DFE),過去華為/海思設計了自己的DFE電路,但其晶片必須依靠7奈米工藝。換言之,目前只有台積電和三星能製造,而未來華為的5G無法使用最新的DFE,也將影響性能。

5G是習政權挑戰美國全球技術領導地位的重心之一,預計未來十年投入350億美元,將最大希望寄託於華為。美國禁令動搖了原本穩定的晶片供應,使華為可能無法如期提供合約相關設備,也會讓人質疑啟動後維護網路的能力,並喪失潛在的客戶,等於間接破壞中國的長期戰略。

華為無法繼續委託台積電等外國工廠製造晶片,只能嘗試國產晶片,新推出的麒麟710A首次由中芯製造。 圖/路透社
華為無法繼續委託台積電等外國工廠製造晶片,只能嘗試國產晶片,新推出的麒麟710A首次由中芯製造。 圖/路透社

阿里、華為能否另闢途徑?

值得注意的是,即使沒有在美國的實體名單上,但不少中企早就有晶片國造的準備。像是阿里巴巴在2018年成立平頭哥(Pingtouge),發展可應用於區塊鏈、5G設備、雲端計算的晶片,2019年阿里巴巴宣布已成功開發處理器玄鐵910和含光800,並傳出未來可能交由台積電量產。

阿里處理器是基於RISC-V的技術,雖是由美國機構研發的指令集架構(ISA),但屬於開放共享,號稱「處理器的Linux」。這代表阿里無須支付專利許可費,也能避免受美國制裁而無法使用Intel或安謀(Arm)架構,已引起華府關注,可能將是下階段的爭議焦點。

更重要的是,華為或阿里被迫正在探索一條新的途徑,盡量與美國脫鉤。華為宣稱擁有安謀V8的永久架構許可,即使美國禁止安謀提供IP更新或其他版本,也可逕行強化V8;阿里則希望藉著RISC-V的開源模式,打造新的晶片生態系統,這需要軟硬體廠商的協作,尚待時間證明其可行性

最後,美國在半導體領域對中國施加的壓力,必然迫使習政權與中企加速打破現狀。過去中國像韓國和台灣一樣,先進軍如封裝測試等半導體的下游產業,經過長期努力與兼併,已在全球市場占據地位,僅次於台灣,在無晶圓廠IC設計上也取得部分成果,僅落後美國和台灣。

以經濟觀點來看,中國應集中在某個細部市場而不是整個供應鏈,例如在IC設計和封裝測試等領域可獲得相對較快的收益,而在製造和材料等領域則面臨較慢的進展。基於技術差距等因素,在中國減少依賴的過程裡,半導體價值鏈涉及的許多行業仍將保持不平衡,這一過程將持續至少十年或更長的時間,科技世界也會分裂得更明顯。

2021年3月17日,中國國際半導體展在上海開幕。 圖/新華社
2021年3月17日,中國國際半導體展在上海開幕。 圖/新華社

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