谁给大陆芯片缚之以镣铐?

原标题:谁给大陆芯片缚之以镣铐?

芯东西(ID:aichip001)

文 | 心缘

疫情成为全球热议焦点时,有些原应敲响警钟的消息可能会被忽略。

时间回到1个月前,新冠肺炎尚未蔓延到全世界,我们还处在风暴的中心,当“山川异域,风月同天”载着樱花国日本的善意触动人们共通的情感时,多少人不曾留意到一则日本共同社的报道中所隐蕴着的令人不安的深意。

报道称,美日等42个《瓦森纳协定》成员国,决定扩大技术出口管制范围,新追加内容包括军用级半导体基板制造技术和网络软件。

有人说,这是防止技术流向中国、朝鲜等国。

事实上,在新中国的峥嵘岁月里,技术封锁犹如隐形的蛛网始终缠绕和牵制着我国高精尖科技的发展,更一而再、再而三地挑痛大陆半导体界的神经。

然而反“封锁”的斗争从未休止,一代半导体先辈以知识和技术为戎戈,负重前行艰难摸索,开启中国半导体发展的伟大序幕。

回望《瓦森纳协定》带给中国的“芯”痛往事,是为了更平和沉着地应对磨难,更坚定果决地走向远方。

一、瓦森纳协定的前世今生

1949年11月,新生的中华人民共和国刚刚满月,解放战争的硝烟还未完全散去,华夏历史百废待兴。

此时,以美国为首的西方阵营,却在距离北京万里之遥的巴黎筹谋着架起冰冷的技术铁幕。

美、英、日、法、澳等17个国家成立巴黎统筹委员会(简称“巴统”),限制军事装备、尖端科技、稀有物资三大类中上万种产品的出口。

禁运目标就是美国最大的敌手——苏联,而与苏联交往频繁的中国,也在1952年被列入管制名单。

▲《美国的冷战战略与巴黎统筹委员会、中国委员会》崔丕著

铁幕落下时,中国正处在轰轰烈烈的社会主义改造与建设中,向外支援朝鲜,向内清查反动势力和推进土地改革,工农业经济呈恢复之势。以美国为代表的西方势力,却企图用一纸协定,绊倒刚起跑的中国。

随着苏联解体,美苏冷战画上休止符。“巴统”作为冷战的产物失去了存在的基础,于1994年4月1日正式宣告解散。

但两年后,“巴统”制定的禁运规则被一则新的协定所继承。

▲《瓦森纳协定》

《瓦森纳协定》,全称《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》,1996年7月在奥地利维也纳签署。

当年“巴统”组织的17个成员国全部加入了这一新组织,起始成员国数量为33个,后来发展到42个。

▲《瓦森纳协定》42个成员国

与“巴统”一样,《瓦森纳协定》旨在控制常规武器和高新技术贸易,制定了两份禁运清单:

一份是军民两用商品和技术清单,涵盖了先进材料、材料处理、电子器件、计算机、电信与信息安全、传感与激光、导航与航空电子仪器、船舶与海事设备、推进系统九个类别;

另一份是军品清单,涵盖了各类武器弹药、设备及作战平台等共22类。

去年12月,《瓦森纳协定》进行新一轮修订,比上一版增加3页内容,在“电子产品”类别中,新增对计算光刻软件和大硅片切磨抛技术的管制。

这并不是一个强制的协定,是否发放敏感产品和技术的出口许可,成员国是能自行决定的。然而许多成员国实际上唯美国是瞻。

例如2004年,捷克拟向中国出口价值五千多万美元的雷达设备,被美国中途施压搅黄。

美国更是屡屡掣肘中国半导体的发展。

2015年,美国以“涉嫌用于核爆试验”为由,禁止英特尔等公司向中国四家超算中心出口高性能计算芯片。

2020年,美媒称特朗普政府正考虑限制美国芯片制造设备的使用,寻求切断中国获得关键半导体技术的渠道。

在新中国聚精会神抓建设的道路上,“技术封锁”却如笼罩在中国半导体产业上的阴霾,时刻酝酿着寒风暴雨。

二、伤“芯”往事:曲折多难的芯片制造

回首全球贸易与科技竞争,芯片作为“高科技皇冠上的宝石”,不仅活跃于美国硅谷传奇般的兴起,更在日本韩国的战后复兴中扮演了至为关键的角色。

当中国敞开国门,欲拥抱前沿芯片技术之时,却吃了“闭门羹”。

80年代初,国家缩减了对电子工业的投入,希望广大电子厂自己到市场找出路。为了短期内获益,“造不如买”的思路开始在国内芯片产业生根发芽。

在“巴统”的技术限制下,内地只能引进被淘汰的二手设备。从1984年到1990年,各地方政府、国企、大学总共从国外引进33条晶圆生产线,其中多为3英寸、4英寸线,同一时期,日本已采用8英寸线。

随后《瓦森纳协定》登场,进一步加深了中国与世界先进芯片技术之间的沟壑。

根据其规则,成员国对中国半导体技术出口,一般按照N-2的原则审批,即比最先进的技术晚两代,审批过程中再适当拖延一下时间,中国能够拿到的技术设备,就比国际先进水平落后三代甚至更长。

20世纪90年代,为了加速半导体产业发展,我国巨资投入“908工程”和“909工程”,无锡华晶和上海华虹两家国企分别在这两个工程中被委以重任。但在国际市场采购设备时,华晶、华虹都先后遇到来自《瓦森纳协定》的阻力。

如何另辟蹊径打破国外的封锁呢?此时,一位关键人物的出场,对日后上海集成电路产业的发展与繁荣起到至关重要的作用。

他是江上舟,福建籍,1970年毕业于清华大学无线电系,改革开放后第一批海归,曾有人描述他:“眉浓目圆,鼻阔嘴方,硬汉模样。口音京腔,语速快捷,咬字偶带榕城官话。”

▲江上舟

1999年,国家信产部召开全国集成电路“十五”战略规划研讨会,准备花5年投资200亿元人民币,建两条8英寸200毫米半导体生产线。

时任上海市经委副主任的江上舟在研讨会上表示:“寻找海外伙伴投资,至少能建十条8英寸200毫米集成电路生产线。”

借鉴海南洋浦改革做法,江上舟结识国内微电子专家、中国科学院士、北京微电子研究所长王阳元,王阳元夫人、北京大学计算机系主任、北京大学青鸟集团董事长杨芙清,联络中国工程院院士、信息产业部58研究所名誉所长许居衍,台湾世大积体电路公司总经理张汝京。

在上海浦东,江上舟与想到大陆投资半导体产业的台胞张汝京相见恨晚,中芯国际的故事从此开篇。时至今日,中芯国际依然承载着大陆芯片制造业崛起最殷切的期待。

2000年8月,中芯国际打下上海8英寸晶圆厂的第一根桩,次年即建成投产,创下了当时全球最快的晶圆厂建厂速度。

此时中芯国际还只是大陆晶圆制造领域的一位后辈,但仅仅三年之后,它便凭借大手笔扩张生产线,快速跻身于全球半导体代工界的前三甲,产能仅次于台湾省的台积电和联电。

一条8英寸芯片生产线要耗资数亿美元,一条12英寸生产线要耗资近十亿美元。截至2003年9月时,中芯国际已经在上海建了三座8英寸厂、在北京建了两座12英寸厂,并收购了摩托罗拉在天津的8英寸厂。

中芯国际之所以能如此豪气扩张,与其创始人张汝京的美籍台商身份、股东来自全球各路资本,有着莫大的关联。

▲张汝京

深谙半导体建厂之道的张汝京,在往昔任职于德州仪器和创办世大半导体的经历中,已经积聚了相当高的业界声望。他不仅带来了数百位海归和来自欧美日韩等国的半导体人才,而且四处奔走为中芯国际筹资资金和申请设备。

但在引进先进设备时,中芯国际同样遭受了《瓦森纳协定》的阻挠。

中芯国际第一座上海工厂还在建设时,中国内地最先进的制程工艺技术才达到0. 35μm,比0.18μm落后两代,于是张汝京希望能从美国进口0.18μm生产设备。

2001年,中芯国际向美国应用材料公司购买双电子束系统,突遭美国政府冻结产品出口许可,于是张汝京选择绕道转向瑞典、比利时的机构合作。此外,张汝京还通过自身人脉购入了大量低价的二手设备。

相传为获得出口许可证,身为基督徒的张汝京找齐了全美五大教会为他担保,承诺中芯国际的产品只用于商业用途,不会用于军事用途,最终拿到了美国政府出具的出口许可。

此后每隔一两年,0.13μm、90nm、65nm……每当中芯国际的生产线需要技术升级时,类似的刁难都会出现。直到申请购买45nm技术设备时,中芯国际因过去六七年的良好记录,没再被美国刻意为难。

令人唏嘘的是,同为位于上海的晶圆代工企业,国企华虹与中芯国际的命运截然不同。

当中芯国际已经建立了4座12英寸厂时,华虹却不知是不是因为技术封锁,放弃了原本预计总投资15亿美元的第一座12英寸厂计划。

三、腹背受制的大陆芯片设计

防范、遏制、孤立、封锁,始终牵制着我国先进芯片技术的发展。在技术禁运和国际竞争对手的围堵中,芯片设计业也举步维艰。

世纪之交,曾有一批怀揣着家国情怀的海归精英回国创业,他们拥有相似的背景,曾历练于国际半导体公司,或曾在硅谷成功创业,满怀着造中国芯的热情投身于国内半导体产业建设的洪流之中。

从中科大毕业后赴美留学的邓中翰,便是其中典型的代表。他既有中国学生刻苦用功的特质,五年拿下物理学硕士、经济学硕士、电子工程与计算机科学博士,又有优秀的行业实践经历,曾在科技巨头IBM做高级研究员,后又在硅谷创业成功,公司市值达1.5亿美元。

1999年10月,邓中翰决定回国创立中星微。两年后,中星微成功研发出中国首枚具有自主知识产权、百万门级超大规模CMOS数字多媒体芯片“星光一号”,随后打入国际市场,被飞利浦、三星等国际品牌用于视频摄像头。

▲邓中翰

如今红火的国产芯片设计股,许多都拥有与中星微相似的创业背景:澜起科技创始人杨崇和、兆易创新创始人朱一明,都曾有赴美读书和工作的经历。他们于一二十年前种下的芯片创业种子,如今陆续开出花来。

但在高端CPU等芯片领域,早先一批创业者走的道路却荆棘丛生。

1999年,时任中国科技部部长的徐冠华说:“中国信息产业缺芯少魂。”芯指芯片,魂指操作系统。

国产CPU芯片+操作系统,直面的对手就是铜墙铁壁般强大的“WinTel”联盟。

美国芯片公司英特尔是CPU领域不二的霸主,不仅几乎注册遍了x86体系的各种相关专利,而且构筑了稳固庞大的生态。英特尔x86又不对外授权,方舟科技只好避开x86选RISC结构,在2001年造出“方舟1号”CPU,并包办了原型、产品。

即便绕过英特尔,眼前还有更大的难关——配套的操作系统。为扶持国产力量,北京政府办公选型时打算把微软踢出局,此事还惊动美国前国务卿基辛格,特意打电话来施压。

两年后,北京政府又召集全国Office高手以及日韩的技术人员,一起破解微软文档格式。可惜效果不如人意,各种软件问题频出,在用户的怨声载道下,最终还是换回了“WinTel”。

后来方舟CPU停止开发,一心挑战微软Office霸权的永中科技也被破产清算。直到2007年,金山才成功捣鼓出Office的“孪生兄弟”WPS软件。

即便到了今日,能与英特尔CPU一战的是美国公司AMD,能抗衡微软Windows的是美国公司谷歌和苹果。“缺芯少魂”,依然是中国半导体产业的一大痛处。

2019年5月的华为断供风波,再度将技术禁运的风险血淋淋地摊开在人们眼前:美国政府一声令下,英特尔、高通、赛灵思、博通等国际芯片大厂被迫暂停交易,谷歌手机操作系统安卓、微软Windows暂停接收新订单。

技术阀门关上之际,我国信息科技产业竟没有能完全替代的国产技术和产品。

华为决心背水一战,推出鸿蒙系统。而参照历史的经验,鸿蒙要挑战的不仅是技术问题,还有用户习惯和生态。

四、一纸协定,两番光景

当我国半导体先辈为缩短技术差距而筚路蓝缕,未受《瓦森纳协定》束缚的日韩和我国台湾地区,分别站上芯片细分领域的巅峰。

▲半导体产业转移过程(来源:清科研究中心)

上世纪80-90年代,日本曾全面制霸世界半导体和存储芯片,甚至将美国踩在脚下。1995年全球半导体企业TOP10排行榜中,日企独占6个席位。

即便日企随后因日美贸易战的打压、自身体制的僵化等种种原因,从辉煌走向沉寂,但日本从未在全球半导体舞台上退场,只是从“台前”移至“幕后”。

时至今日,日本依然不动声色地掌握着芯片上游关键产业的半壁江山——为全世界提供超过1/2的半导体材料和1/3的半导体制造设备,把握绝大多数芯片企业的命脉。

▲2018年全球TOP 15半导体生产设备厂商中,日本厂商独占7席(来源:VLSI Research)

日本半导体最辉煌的时代落幕之时,韩国半导体随即登上存储芯片的高峰,台湾亦开始在晶圆代工领域大放异彩。

存储芯片背后,还有一段中国内地的伤“芯”往事。早在1975年,北大物理系王阳元领导的课题组就研发成功了动态随机存储器(DRAM)核心技术,当时的中科院109厂生产出中国第一块1024位DRAM,比韩国要早四五年。

▲中国第一块三种类型的1024位DRAM

但很快,因为技术封锁和政策变化等因素,中国大陆半导体业开始裹足不前,DRAM产业反被韩国赶超。

据说1980年代初韩国曾有这样的传闻:装满一个手提箱的芯片价值超过百万美元,相当于10船矿物。如此巨大的利润使得韩国一众财阀闻风而动,陆续迈入半导体领域。

“全能”的三星在一众韩国芯片厂商中最为亮眼:晶圆代工方面跟台积电拼技术抢订单,旗舰5G手机方面和苹果高通华为争长短,存储芯片方面和SK海力士一起垄断大半市场,还从英特尔手里成功抢走几次全球半导体营收TOP1的位置。

不过在上游的主宰者日本一旦发威,韩国也免不了打一个哆嗦。

2019年7月,日本经济产业省宣布将限制对韩国出口日本半导体核心上游原材料、智能手机及电视等显示屏的核心原材料。

日本手起刀落,三星、SK海力士、SDC、LGD等韩国企业的相关业务通通深受打击。

由于韩国半导体、显示器产业占韩国GDP比重很大,如果不能及时找到替代进口国家,不仅这些产业的后续供应会出问题,韩国经济也将承受更大损伤。

▲三星电子DRAM开发历程

台湾半导体产业起步于上世纪80年代末,发展十分迅速,制造、封测和设计业均诞生出在全球半导体界闻名遐迩的优秀企业。

制造业有全球晶圆代工老大台积电和老四台联电控场,台积电全球市占率超过50%,甩开占有不到20%市场的三星一大截。

封测业更是傲视群雄,有五家企业跻身全球封测十强,“封测一哥”日月光更是多年稳居全球第一。

设计业中,联发科、联咏科技、瑞昱半导体成功在一众欧美企业中脱颖而出,进入全球IC设计公司营收前十榜单,联发科更是横扫大陆中低端手机芯片市场,并在去年亮出性能彪悍的旗舰芯片天玑1000,在手机芯片领域投下一颗惊雷。

▲联发科天玑1000

回望40余年前,大陆半导体业也曾走在韩国和台湾前面。1973年,中美关系缓和,中国大陆希望从欧美国家引进七条当时是世界最先进技术的3寸晶圆生产线。这比台湾早三年,比韩国早四年,当时这两个地区还没有电子工业研究的基础。

但在韩台“死磕”技术和产业发展时,大陆却因欧美技术封锁,足足拖了七年,才得以引进三条已然落后的3寸生产线。到1980年建成时,已经比台湾晚三年,比韩国晚两年。

假若没有技术禁令,如今中国在世界半导体界中的位置,会不会是另一番光景?

五、抗疫可以“风月同天”,技术不能“与子同裳”

新冠肺炎疫情在中国肆虐之时,日本人民不仅驰援医疗物资,而且附以“山川异域,风月同天”、“同气连枝,共盼春来”等暖心的汉语诗句,打动了无数华夏人民的心。

疫情来兮,可以同承风雨,但高精尖科技合作,却沟壑横亘。

2020年2月23日,日媒称《瓦森纳协定》的42个成员国已扩大管制范围,新追加可转为军用的半导体基板制造技术及军用软件,且日本政府计划今后加强产品及相关技术的出口手续。

一石惊起千层浪,韩国半导体产业被日本一纸禁令逼到死胡同的事件还未平息,那么日本的新管制措施又会对我国造成怎样的影响?

还好我国早已意识到要实现安全可控,必须能自主研发军用半导体。当前部分国有企业已具备独立研发生产核心军工半导体产品的能力。

军用半导体对先进制造工艺要求不高,但对复杂环境下的稳定性、可靠性、抗干扰能力有很高要求。同时,军用半导体本身不对外卖,只需卯足劲儿研发满足性能需求的产品即可。

相对而言,民用半导体面临的压力更大,要考虑成本、效益、功耗、体积、良品率、性价比、生态布局等以及其他与市场相关的问题,还要和国际一流厂商去竞争地盘。

令人感到辛酸的是,国产民用芯片在高端市场和利润率方面几乎被国际巨头碾压。

2003年,中国半导体市场走出产业低谷,市场增长约40%,全年销售额首次突破2000亿人民币,达到2074.1亿人民币。同年,美国英特尔一家公司全球销售额已经达到2498.3亿人民币。

不仅如此,英特尔的利润率约18%,而中国半导体市场利润率只有3.7%。

贸易逆差也在逐年扩大。到2018年,中国集成电路产品全年进口额达3121亿美元,占全球总量的2/3,贸易逆差首次突破2000亿美元。

▲2004-2018年中国集成电路进出口金额及数量变化

巨大的落差背后,是缺乏核心技术和所导致的中国内地芯片困局。

一路走来,大陆半导体历经太多风云变幻。外部,是西方国家的技术封锁、市场压制、资本渗透和专利巨墙;内部,有产业政策变动、科研生产脱节、审批制度滞后、造假骗保风波等重重障碍。

从产业现状来看,CPU、GPU、FPGA等多种先进芯片和芯片设计基础软件EDA工具受制于美国,移动设备芯片IP受制于英国,高端存储芯片受制于韩国,多种先进半导体设备和材料受制于日本,生产7nm及以下芯片必备的高端光刻机设备受制于荷兰。

2019年6月,清华大学微电子所所长、中国半导体行业协会副理事长魏少军教授在央视《中国经济大讲堂》发表演讲,他展示了这样一张图:

从图中可以看到,在服务器MPU、个人电脑MPU、可编程逻辑设备FPGA/EPLD、数字信号处理设备DSP、移动通信终端嵌入式MPU、移动通信终端嵌入式DSP、动态随机存取存储器DRAM、存储器Nand Flash、高清/智能电视Display Driver这些芯片市场,国产芯片占有率约为0%。

国产供给量与国内市场需求严重失衡,制造能力又与设计需求失配。国内芯片制造业和封测业有一半左右的客户来自海外,设计业又满世界去找能满足需求的加工资源。

中国工程院院士倪光南曾表示:“整个集成电路、芯片产业的短板,需要10年甚至更长的时间才可能把该短板补齐。”

魏少军教授他们曾做过一个统计,中国大陆从事芯片设计的工程师,平均薪酬已高于台湾,但实际能力却不如台湾的工程师。人才短缺仍是大陆芯片业的一个严重短板。

人才都去了哪里呢?有些学集成电路的学生毕业去做投资、金融,有些芯片从业者对职业缺乏敬畏之心、消极懈怠应付了事,有些人高举着爱国主义的大旗,却没有啃硬骨头的毅力。

最近几年,中国半导体产业的投资明显加速,这是积极的趋势。不过重金投资是长期的事,改变人才困境也绝非一朝一夕,从中下游往上游走的过程还会有数不清的暗礁与机遇。

往事不可谏,来者犹可追。倘若不想让受《瓦森纳协定》牵制的被动局面反复上演,加紧整个半导体产业链上下游的技术攻坚、形成自我造血能力已迫在眉睫。

美国前国防部长施莱辛格曾说过:“对美国最理想的情况,是在保险柜里总有一些比我们的对手先进十几年的武器蓝图。未来战争中,优势将不属于掌握大量现代武器的一方,而是属于不断运用新的发展理念,不断创造新式武器的一方。”

如果将这段话放在芯片“战争”的语境里看,同样意味深长。

结语:勿忘前事,不负将来

钱学森先生曾感慨:“60年代,我们全力投入两弹一星,我们得到很多;70年代,我们没有搞半导体,我们为此失去很多。”

“落后”与“追赶”,这两个中国芯片史中的高频词,凝结了多少科学家和工程师的汗与泪。芯片之困只是我国参与全球生产体系时,西方国家牵制我国高精尖技术发展的一个缩影。因为《瓦森纳协定》,我国计算机、航空航天等诸多产业同样承受类似的风霜雪雨。

经过这些年的发展,我国集成电路设计、制造、封测都在逐步跻身世界前列,华为海思和紫光展锐在全球集成电路设计业崭露头角,中芯国际和华虹宏利也步入全球晶圆代工企业前十, 长电科技、华天科技、富通微电在全球集成电路封测业闯出一番天地。

最艰难的时期已经过去,风物长宜放眼量。也许有一天,中国半导体会站到更高的地方,摆脱跟随者和学习者的角色,不受大国博弈技术枷锁的束缚。

希望那时,我们不会忘记技术封锁的铁鞭曾留下何等伤痕,真正将独立思想与创新精神融入民族的血脉。

参考资料:陈芳 董瑞丰《“芯”想事成:中国芯片产业的博弈与突围》;苏龙飞《股权战争》;王德培《中国经济发展史》;上海政协《风流人物浪淘不尽——江上舟故事》;郑震湘 科技真相 科技红利及方向型资产研究《亮剑!国运之战:第六章》;兴业证券 王涵 卢燕津《技术制裁是把双刃剑:对美国动用瓦森纳协定打压中国半导体的看法》;邓中翰《让中国矗立世界科技之巅》;蓝莓汇 魏晓《中兴侯为贵,芯片大败局 》;梁宁《一段关于国产芯片和操作系统的往事》;梁昌年《我在中芯国际的往事》;央视 20190620《中国经济大讲堂:高质量发展如何从“芯”突破?》返回搜狐,查看更多

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