全球半导体“卡脖子”阴云密布,最受伤的不是中国

发布日期:2022-09-17 08:34    点击次数:90

2019年,“卡脖子”一词开始在中国电子半导体业蔓延,不过在当时,非常多的商界人士不以为然,认为那只是个别现象,平等的自由贸易依然是今后世界经济运行的主流,但随着时间的推进,以及国际电子半导体贸易出现的重重壁垒,“卡脖子”一词泛滥成灾,像2019年那样依然坚信平等的自由贸易仍是今后世界经济运行主流的人士已经少之又少。如今,不止中国大陆,“卡脖子”有成为全球经贸运行常态之势。

除了耳熟能详的经贸和供应链“卡脖子”,由于尖端半导体设计、制造能力受限,使得相应的产品无法推出,这种没有人为供应链限制,却被技术“卡脖子”的情况屡屡出现,即使像苹果、台积电的这样的顶级企业也无可奈何。

技术“卡脖子”

作为芯片制造界的“扛把子”,台积电的先进制程一直是业界关注的焦点,特别是近些年,该公司的最先进制程工艺与下半年苹果发布新手机用的A系列处理器几乎融为一体,成为了业界一大看点,而且,台积电3nm制程将在2022下半年量产的消息广为流传,虽说上半年传出今年苹果的A16处理器将大量采用4nm制程,但人们还是相信部分A16会使用3nm制程工艺。但是,当人们观看上周苹果新品发布会的时候,全程对3nm只字未提,A16确认采用台积电的4nm制程,而且,即使是4nm,也不是iPhone 14全系列标配,只有iPhone 14 Pro系列有此待遇,其它几款iPhone 14仍然使用去年推出的、采用5nm制程工艺的A15处理器。

其实,5nm也属于当下顶级制程工艺了,只是,对于苹果和台积电这样级别的高科技企业来说,被最先进制程(3nm)“卡脖子”,是近些年没有出现的情况。

在苹果发布会之前,知名博主@手机晶片达人 就表示,台积电内部决定放弃N3(3nm制程第一代版本)工艺,因为客户都不用,N3的成本高,工艺本身也不够成熟,客户导入设计时间也很紧张,特别是苹果,不太满意3nm制程第一个项目Ibiza的效能,所以把N3 Ibiza项目取消了。@手机晶片达人 表示,短期内不会看到苹果采用3nm制程的M3终端产品了。

可见,不止今年的iPhone 14手机A16处理器,苹果将要推出的新一代笔记本电脑用CPU也不会用上3nm制程了。@手机晶片达人 表示,苹果将3nm制程芯片的希望寄托在了2023下半年台积电的N3E(3nm的下一代版本)工艺上。

摩尔定律发挥的作用越来越弱,即便是台积电这样的顶级制程节点推进者,在平衡芯片的PPAC(性能、功耗、面积、成本)时,有些挑战同样难以逾越,不得不做出一些妥协方案。苹果,作为台积电最先进制程的尝鲜者和最大买家,一定是希望在第一时间用上台积电最好制程工艺的,今年,苹果3nm芯片的“流产”,对于双方都是一种无奈,一种被尖端技术“卡脖子”的无奈。

看来,今年台积电3nm制程量产的希望,只能寄托在年底高通最新的骁龙芯片上了,拭目以待吧。

不止台积电的3nm制程,苹果还在被高通的基带芯片“卡脖子”。

自2007年推出首款iPhone手机以来,特别是从iPhone 4s开始,苹果就依赖高通的基带芯片,而由于后者具有技术和专利壁垒优势,在业内大赚特赚,苹果自然也不能幸免。由于每年都要向高通缴纳高昂的基带芯片使用和专利授权费用,且随着iPhone的畅销,这笔费用也在逐年增加,财大气粗的苹果也有些吃不消,因此,该公司从2018年开始全部改用英特尔研发的手机基带芯片,且在那之前就对高通提起了诉讼, 一分快三免费全天计划理由是滥用专利和行业支配地位。经过多年博弈,苹果还是妥协了,原因在于英特尔x86基因与移动处理器相去甚远,使其交出的基带芯片答卷难以令苹果满意。2019年4月,高通和苹果在各自官网宣布,双方同意放弃全球范围内所有诉讼。和解协议包括苹果向高通支付一笔未披露金额的款项以及一份芯片组供应协议,iPhone重新采用高通的基带芯片。

据悉,该和解协议有效期为6年,从2019年4月1日起生效,可延长两年。这也是苹果在被动中寻求主动,力争在这6年内,自研出能与高通产品处于同等水准的手机基带芯片。为此,苹果花大力气组建了基带芯片研发团队。

在智能手机基带芯片这一轮博弈中,高通明显占据了上风,苹果的“落败”证明:再厉害的高科技企业,也会被尖端技术“卡脖子”。为此,苹果正在手机基带芯片上卧薪尝胆,争取在未来三年内实现突破。

不止基带芯片,近些年,苹果在手机存储芯片,以及OLED屏幕方面,为了减少对韩国厂商的依赖,已经开始或准备导入部分中国大陆供应商的产品,如京东方的OLED屏,以及长江存储的NAND Flash芯片,以降低被单一供应商“卡脖子”的风险。虽然在导入京东方的OLED屏方面比较顺利,但在准备使用长江存储的NAND Flash时,受到了美国部分国会议员的阻扰,苹果于近期专门针对此事进行了说明,表示此事仍处于评估阶段,还未将该中国公司的存储芯片用于其智能手机。

从苹果这一案例可以看出,全球半导体业“卡脖子”状况愈加错综复杂,美国欲在高端半导体产品领域限制中国大陆,而苹果为了降低被一两家供应商“卡脖子”的风险,有意增加中国大陆本土芯片供应商的采用量,但这与美国政府对中国大陆的限制政策有冲突。未来,在全球范围内,由于各种政府干预措施的介入,类似的“卡脖子”情况恐怕会越来越多,也越来越复杂。

不止公司,在国家层面,依然要面对被最先进技术“卡脖子”的问题,特别是美国和欧洲,过去这些年,在10nm以下先进制程工艺方面,它们在国内都鲜有建树,对东亚地区的台积电和三星过度依赖,即使是英特尔,在10nm制程的研发和量产方面也是困难重重,直到去年才实现稳定量产,而欧洲在先进制程工艺方面完全是一张白纸。

在这种情况下,近几年,美国和欧洲都出台了融资规模达几百亿美元的芯片法案,重点吸引台积电、英特尔和三星这三家具备先进制程工艺量产能力的龙头企业去建厂,以加强本土先进制程的生产能力,减少对东亚地区晶圆厂的依赖。

进入2022年以来,美国和欧洲对先进制程芯片本地化生产的渴求,从近期全球半导体设备的销售和采购情况可以看出一些端倪。据SEMI统计,今年第二季度,全球半导体设备出货金额环比增长7%,同比增长6%,虽然中国台湾、中国大陆、韩国的采购金额依然排在前三,但以年增长率来看,欧洲年增162%,增幅最大,北美也出现年增57%的大幅度增长,欧洲、北美这两个地区与去年同期相比,自2021年第二季度开始,连续5个季度增长,主要原因就是当地厂商积极接受政府支持,推动建厂和扩厂计划,特别是先进制程产能建设,所占比重越来越高。

供应链“卡脖子”

技术被“卡脖子”是由市场决定的,属于“技不如人”范畴,而供应链被“卡脖子”有很深的政府背景,“人为”是主导因素。

2019年,美国下令,禁止晶圆代工厂用美国半导体设备为华为海思生产先进制程芯片,之后几年限制逐步升级,如禁止美国企业向华为提供5G手机芯片,禁止向中国大陆晶圆厂提供生产14nm以下先进制程芯片的半导体设备,等等。这一系列举措,不仅使当时正在与苹果争夺高端手机市场榜首位置的华为一下子跌落,至今其手机业务已大幅萎缩,还使中国大陆晶圆厂无法购买欧美日厂商的先进半导体设备,从而严重影响了大陆先进制程芯片的量产速度。

与此同时,美国政府也卡住了其本土多家半导体设备、EDA、高端芯片厂商的脖子。最近,美国政府正在考虑对中国实施比以前更严格的技术限制。类似的法规越来越多,且加深了人们对未来相关政策不断加强的预期,这使得越来越多的美国半导体公司感受到负面影响。有关禁止向中国企业提供A100和H100芯片的规定,可能导致英伟达本季度损失4亿美元的收入,这一消息还导致该公司股价下跌12%。另外,以应用材料为代表的美国半导体设备厂商在本财报季也面临分析师和投资者关于政府审查和对其中国业务的新限制的尖锐问题,显然,美国政府的限制令,使得这些半导体设备厂商损失了不少原本来自中国大陆的营收,从而影响投资者的收益和对未来的预期。

中国芯片市场广阔,对卖家来说至关重要,据IDC统计,在全球范围内,2021年销售的5820 亿美元芯片中,来自中国大陆的约为2120亿美元。

在这样的背景下,越来越多的美国半导体企业正在重新考虑它们对美国政府相关政策的态度,并研究更多的应对措施。

在政府颁布“卡脖子”政策方面,不止中美,日韩之间也在角力。

2019年,日本政府颁布了禁令,在关键半导体材料供应上卡住了韩国的脖子,主要包括三种半导体材料:氟化氢,氟化聚酰亚胺,光刻胶。对于韩国来说,这三种材料对日本的依赖度很高,一旦断供,将严重影响韩国每年数千亿规模的半导体制造业。

为了应对这场危机,除了制定本土化生产的发展计划之外,韩国还找到了其它进口源,以氟化氢为例,韩国Soulbrain公司除了从中国进口相关原料外,还在很短时间内,制造出了99.999%纯度的液态氟化氢,并在显示器上试验成功,将预期的6个月时间缩短到2个月,极大缓解了韩国国内氟化氢只够工厂3~4个月使用的库存压力。而SK集团子公司SK Materials也在2020年成功量产达到5个9纯度(99.999%)的氟化氢。但是,日本生产的氟化氢纯度能达到99.9999999999%,还没有其它国家厂商能够生产出这样纯度的产品。因此,虽然韩国已经摆脱了对日本低纯度氟化氢的依赖,但是对最先进芯片生产来说,日本的超高纯度氟化氢依然必不可少。

时间过去了三年,目前,韩国依然要从日本进口高端半导体材料,只不过进口的手续复杂了一些。除了高端半导体材料依赖日本,长期以来,韩国最大的半导体设备来源也是日本。

“卡脖子”的影响

无论是非人为的技术限制,还是人为的供应链限制,当下,全球半导体业“卡脖子”现象越来越普遍,这很可能会对未来的产业发展产生前所未有的影响。

苹果自研基带芯片,中国自研高端半导体设备、EDA工具、高端芯片等,韩国自研高端半导体材料,这样的态势延续下去的话,全球半导体产业网状互联的关系可能被打破,区域独立性会不断加强,而各区域之间的连接被弱化,产能、供应链和供需关系可能重新调配。到那时,或许当下英特尔大力发展的IDM+Foundry业务模式会越来越多,因为这样的模式对将来全球半导体业可能出现的区域独立格局会更适应,因为它既有独立封闭的一面,也有开放的一面,能够满足不同市场的需求,生存能力更强。