5月15日,路透社發布報道稱,美國商務部旗下工業與安全局(BIS)發布官方聲明,為保護美國國家安全,將嚴格限制華為使用美國的技術、軟件設計和制造半導體芯片,以阻止華為繞過美國出口管制。此外,美國商務部再度延長華為的臨時許可(TGL)授權期限90天,至2020年8月14日,這是美國第六次延長對華為的臨時許可。
負責經濟發展、能源及環境事務的美國國務次卿克拉奇(Keith Krach)稱,不能確保臺積電獲得許可證,目前臺積電大約有10%至12%的業務是在中國,基本上全部都是來自華為,除非獲得許可證,否則臺積電向華為的供貨將受到限制。
5月18日下午,華為輪值董事長郭平正式正面回應美國商務部近期所作出的決策,稱華為強烈反對美國商務部僅針對華為的直接產品規則修改。本次規則修改影響的不僅僅是華為一家企業,更會給全球相關產業帶來嚴重的沖擊。長期來看,芯片等產業全球合作的信任基礎將被破壞,產業內的沖突和損失將進一步加劇。華為正在對此事件進行全面評估,預計我們的業務將不可避免地受到影響。我們會盡最大努力尋找解決方案,也希望客戶和供應商與華為一起盡力消除此歧視性規則帶來的不利影響。
一年內打壓屢次升級
2019年5月,美國將中國華為公司及其68家關聯公司列入了出口管制的“實體清單”。直至2020年5月15日,美國升級對出口華為的管制,正好是美國制裁華為一周年。
根據2018年底華為公布的92家核心供應商名單來看,近三分之一的供應商是來自美國,主要是半導體和軟件公司。在沒有獲得許可證的情況下,美國禁止這些企業向華為出口任何的技術和產品。此外,美國還要求境外企業如韓國、日本、歐洲等國家的企業,如果美國制造的組件占據總價值的25%以上,美國要求對方需要一張出口許可證,才能向華為進行產品銷售。
美國這一行為,不僅切斷了華為與美國的業務,也在很大程度上限制了華為其他國家的供應鏈。截至目前,已有114家華為的海外關聯公司被列入了“實體清單”。
此前,美國對于華為的出口管制主要是限制美國廠商向華為提供基于美國技術的產品和服務,同時限制美國本土以外的廠商向華為提供含有源自美國技術超過25%的產品和服務。而現在要求更加嚴苛,針對半導體芯片制造,不管是否超過25%,出口都將受到限制。
也就是說,使用美國半導體制造設備的外國公司,必須先獲得美國許可證,然后才能向華為或海思等關聯公司供應某些芯片。不管是華為芯片代工廠臺積電還是中芯國際,只要生產過程中用到了美國的生產設備(軟件、硬件、服務等),給華為生產芯片之前就要獲得美國許可。
不過,在這一年中,美國屢次延長對華為的臨時許可。2019年,美國商務部分別在5月20日、8月19日、11月18日連續三次發布為期90天的臨時通用許可。今年的2月13日,美國商務部宣布將臨時通用許可延長45天;3月10日,美國政府表示,將延長華為臨時許可證到5月15日。5月15日,美國商務部宣布將華為的臨時許可再延長90天,推遲到2020年8月13日,允許美國公司繼續與華為公司開展業務。
有業內人士分析稱,從這一系列的行為來看,美國這次的新規“威懾大于實際”,在8月13日前后,有可能繼續延長期限。但美方警告稱,這可能是最后一次延期。
芯片生產,美國技術占據半壁江山
雖然華為能通過自研和非美系芯片基本替代美系,但高端芯片的設計仍然離不開美系的EDA軟件。目前全球EDA軟件供應商主要有Synopsys、Cadence和Mentor Graphic,占全球市場的份額超過60%。其中,市場份額最大的Synopsys和Cadence都是美國廠商。
國產EDA廠商近幾年雖然發展很快,但是與美系廠商仍然差距巨大。國內EDA有“三缺”:一是缺數字芯片設計核心工具模塊,無法支撐數字芯片全流程設計;二缺對先進工藝的支撐,無法滿足高端芯片設計需求;三缺制造及封測系統,無法支撐芯片加工廠及封測廠商的應用需求。國外的EDA軟件可以設計、仿真、驗證5nm的芯片,而國內僅有個別EDA軟件的制程工藝能達到28nm和40nm。
其次,華為是Fabless廠商,需要通過臺積電、中芯國際等代工廠來生產芯片。不論是臺積電還是中芯國際都大量使用了美國半導體設備廠商的設備,如果使用這些設備來生產芯片,那么也將會受到美國的限制。
現階段,在半導體制造上,要完全避開美國的半導體設備難于登天。根據VLSIResearch的統計數據顯示,2018年全球半導體設備系統及服務銷售額為811億美元,前五大設備廠商當中,美國就占了兩家,其中美國應用材料公司以17.27%市場份額排名第一,美國泛林半導體以13.4%的市場份額排名第四。兩家合計占了全球31.12%的市場份額。
光刻機是生產芯片的核心設備,高精度的IC芯片光刻機長期由ASML、尼康和佳能三大巨頭壟斷,幾乎占據了全球99%的光刻機市場份額。近三年,尼康和佳能在高端光刻機市場的優勢日益減弱,ASML光刻機占據了全球80%的市場份額,市場地位極其穩固。ASML所生產的光刻機的核心部件——光源和計量設備分別來自美國企業Cymer、Keysight。
國內唯一一家研發、生產以及銷售高端光刻機的企業是上海微電子裝備(集團)股份有限公司。上海微電子能實現量產、性能最好的光刻機是90nm光刻機,正在攻克45nm的工藝技術,而ASML公司的光刻機已經在向7nm、5nm邁進,與全球巨頭相比,其在制程上的差距非常大。
《瓦森納協定》限制光刻機對華出口
此外,中國想購買光刻機也并不容易。1996年,以美國為首的33個國西方國家簽署了《瓦森納協定》,又稱"瓦森納安排機制",限制了成員國的高精尖技術和產品向中國出口。ASML研發的最新光刻機之一,NXT2000i,是進行7nm乃至于未來5nm制程的最佳利器,單臺售價達到上億美元。但國內遲遲買不到,就是受到荷蘭在設備、技術出口管制方面的限制。
因為受《瓦森納協定》的影響,國內芯片生產企業一直發展得很艱難,無法獲取到最先進的光刻機設備。沒有先進的光刻機設備,就無法與IC設計廠商、晶圓體代工廠直接進行技術交流、改進工藝,無法形成一條完整的產業鏈,擁有完整的半導體生態。
美國等西方國家對華出口管制,使得中國半導體設備制造業同國際先進水平還有2-3代的差距,落后國際先進水平10年左右。半導體產業的問題,只是中國參與全球生產體系時,由于以美國為首的西方國家對華出口管制而出現困境的一個縮影。在計算機、航天、芯片研究與制造等諸多產業同樣面臨這樣的問題。
臺積電、中芯國際兩大代工廠各有其難
剛開始,美方制定了“對在其境外生產、使用其技術原產值占比高于25%的產品,限制向華為出口”的規定,對華為芯片的最大代工廠----臺積電并沒有影響,因為其生產過程中使用到美方相關技術低于25%。在傳言比例降低至10%時,還有人在暗自慶幸,臺積電在7nm、5nm的工藝上,源于美國的技術占比要低于10%,不存在被“斷供”的風險。而現在新規執行后,臺積電或將無法為華為生產。
中芯國際是華為在大陸最大的芯片代工廠,也是國內企業中,唯一能夠提供14納米制程的晶圓代工企業。華為已經將14nm芯片的生產由臺積電轉移給中芯國際,但華為還有大量的5nm、7nm的手機芯片或5G基帶芯片需求,中芯國際還實現不了7nm芯片的制程工藝。與臺積電、三星等國際大型企業的實力相比,中芯國際仍存在明顯的技術差距。
一旦無法在臺積電下單,而中芯國際技術和產能爬坡仍需一定時間,則華為大量自研的芯片將無法實現量產和應用,因此成為本次美國制裁政策的切入點。
華為供應鏈國產替代非常緊迫
美國對華為芯片限制升級,將加速半導體軟件、設備和材料的國產化。因此有人認為,華為供應鏈國產替代是國內半導體產業鏈十年難得的大機遇。目前來看,國內企業是否有能力接住這個天降而來的機遇才是關鍵問題。
就目前來看,華為供應鏈完全實現國產替代非常難。過去一年,華為在IC設計端已基本實現自研替代或非美供應商切換,但在制造端仍高度依賴臺積電,且上游半導體設備、EDA軟件仍被美國廠商壟斷。
在EDA軟件方面,目前IC設計的EDA工具仍基本由Cadence、Synopsys、Mentor三家美國公司壟斷,并且三家的IP各有所長,一線芯片設計企業一般都三家的軟件一起用,短期內難以完全替代。
在半導體設備方面,目前國內在刻蝕機、PVD、CVD、清洗機、氧化/退火設備等方面已經可以進行一些國產替代,但在在沉積、刻蝕、離子注入、CMP、清洗、檢測等關鍵工藝方面,應用材料、泛林集團和KLA三大美國半導體設備制造商控制著全球約40%的市場,短期內難以完全避開美國半導體設備。
以光刻機來說,其研發的技術門檻和資金門檻非常高,正是因為如此,能生產高端光刻機的廠商非常少。目前,最先進的7-14nm光刻機僅剩下ASML能生產,日本佳能和尼康早已經基本放棄EUV光刻機的研發。僅是研發的費用就耗資巨大。ASML在研發7nm制程芯片的光刻機時就因投入過大一度想放棄。
制程工藝上,臺積電在2018年最早實現了7nm 制程的突破并量產,臺積電計劃于2020年投產5nm技術,而2022年投產3nm技術。緊隨其后的是三星,在臺積電之后也成功實現了7nm 制程的量產,目前,留給中國企業的時間并不多。
中芯國際定制的那臺7nm紫外光刻機遲遲未到,目前正研發”N+1“工藝”來達到7nm的技術標準,該芯片將會在今年的年底投入量產使用。