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日经评中美科技战:中国的半导体行业能摆脱对美国的依赖吗?

日经新闻发表深度长文称,中国正积极寻找本地的半导体零部件及设备供应商,以摆脱在半导体产业供应链上对美国技术的依赖。

(图源:Unsplash)

每月,长江存储科技有限责任公司(Yangtze Memory Technologies Co., Ltd.)的高级管理人员都将飞往北京,与中国的最高经济管理机构进行一系列会议。他们的重点是公司为制造一些世界上最先进的计算机内存芯片,并逐步摆脱对美国技术的依赖。

长江存储科技有限责任公司坐落于中部江城武汉,被视为中国创建国内半导体产业的先锋。该公司大规模生产最先进的64层和128层NAND闪存芯片,这些芯片被广泛应用于从智能手机到服务器,再到互联汽车的大多数电子产品中。

芯片制造技术需要以越来越高的密度堆叠微小的存储单元,是纳米工程的奇迹,该公司的芯片技术可与美国美光科技(Micron Technology)和韩国三星集团等行业领导者相媲美。

对于一家2016年才开业的公司来说,这已经很困难了。但是中国的目标是淘汰公司的美国供应商以及那些依赖着美国技术的供应商,在这些挑战下,该公司需要面临的问题也更上了一层台阶。事实上,美国在全球垄断了用于制造高端计算机芯片的设备,在一些芯片制造和设计过程中,需要采用到蚀刻、离子植入、电化学沉积、晶圆检测和设计软件之类的设备,而这些设备有80%的市场都掌握在美国公司手中。

这一领域对美国技术的依赖令中国感到沮丧,根据中国半导体工业协会的数据,去年中国进口了价值3500亿美元(约合人民币2.27万亿元)的半导体。两年前,当美国以间谍指控为由对中国最大的电信设备制造商华为实施制裁时,打击中国科技领域成为了国家优先事项。

随后,从其最大的合同芯片制造商中芯国际集成电路制造有限公司到世界最大的监控摄像机制造商海康威视,其他几家主要的中国技术公司也受到了制裁。总共有一百多家公司被列入贸易黑名单,美国禁止在没有许可证的情况下向这些公司出售大多数美国技术。这促使中国政府积极努力,以确定和取代有风险的部件和供应商。

这使得中国境内的芯片相关公司空前繁荣。随着中国意识到自给自足项目的艰巨性而加速发展,几十家中国公司在从离子植入到蚀刻等关键领域的专业性已能与美国现有公司相仿,在过去几年中已经崭露头角。

高德纳咨询公司(Gartner)的芯片分析师罗杰·盛(Roger Sheng)说:“时间很紧张,因为他们还知道美国可能会重创本地产业。不仅仅是中国,几乎所以的主要经济体现在都认识到了半导体的重要性,新的芯片竞争正在演变。”

B计划

到目前为止,长江存储科技有限责任公司一直处于美国政府的关注之下。但是,该公司不抱任何侥幸心理。在政府的指导下,它已经启动了对其供应链的大规模审查,努力寻找本地供应商或者非美国的供应商,以取代目前对美国技术的依赖。

两年来,这一团队的全职工作者已超过800人,其中包括来自多家本地供应商的员工,而他们到现在还在持续工作。

多个熟悉此事的人说,该公司正在寻求尽可能多地了解进入其产品的所有东西的来源,从生产设备和化学品到芯片制造机器和生产线中的微小镜片、螺钉、螺母和轴承。审核范围不仅包括长江存储科技有限责任公司自己的生产线,而且还包括供应商等等。

一位熟悉此事的人士告诉日经亚洲:“审查工作十分细致,需要做一些了解螺丝和螺母的来源,交货时间,以及这些零件是否有替代品之类的工作。”

每个供应商都会获得地缘政治风险评分,文件中会用很多篇幅来详细说明该分数,阐述他们在其机器中使用的组件。其中一名供应商告诉日经新闻,长江存储科技有限责任公司还派了工程师去审计当地设备供应商的生产现场,以核实他们是否如实报告了零部件的来源。

该供应商说,美国制造的零部件的风险得分最高,其次是从日本、欧洲和当地购买的零部件。同时,供应商还被要求提供整改报告,以解释他们如何共同实现采购多样化,并寻找替代品。

一位芯片行业高管告诉日经新闻:“以前,当中国谈到自给自足时,他们考虑的是开始培养一些芯片开发商,能让他们和外国的芯片制造商竞争。然而他们没有想到,他们需要从最基础的事情做起。”

他说:“打个比方,就像你想喝牛奶。但你不仅需要拥有整个农场,学习如何饲养奶牛,还必须建造谷仓、栅栏,以及种植干草,这些全都要靠自己。”

本着国家紧急状态的精神,长江存储科技有限责任公司对供应链进行了审查,他们的总部位于武汉市,即使去年新冠病毒肆虐,这项工作也没有停止。

尽管武汉市进行了封城,但却没有停止使用高速列车,高速列车将该公司的员工运送到了3D NAND闪存工厂进行工作。与此同时,在生产园区内,运送关键芯片制造材料的卡车也在照旧运输。

去年4月武汉重新开业后,长江存储科技有限责任公司动员了数百名工程师,其中包括许多不出名的新兴本地半导体设备供应商。消息人士说,这些人生活在生产园区内,每天三班倒,目的是检修其所有的生产流程,并尽可能多地更换外国工具。

其中一个人告诉日经新闻:“高级管理层几乎每个月都在提高使用本地制造的芯片生产机器的目标,他们希望我们至少可以知道我们有什么样的替代品,并设计出一个B计划,让我们的生产线不受美国控制。”

长江存储科技有限责任公司拒绝了日经新闻关于采访该公司的供应链审查、进展和产能扩张计划,以及其本地化努力的多次请求。

安全和可控

这种生产本地化的努力,对于像长江存储科技有限责任公司这样的新一代中国芯片龙头企业及其供应商来说,是一个千载难逢的机会,在中美贸易战开始后,他们的财富也开始急剧上升。

虽然制裁的威胁笼罩着他们,但国家慷慨的援助也随之而至。据《中国证券报》报道,自2014年以来,来自地方政府和私营部门的补贴和投资至少达到了1700亿美元(约合人民币1.1万亿元)。他们还拥有与其他中国芯片制造商以及小米、Oppo、Vivo和联想等国内科技巨头的担保订单。

另一位中国芯片高管告诉日经新闻:“虽然这些东西没有被写在公开的告示或官方公告上,但现在行业中的人们差不多都已经达成了共识,即如果有人要建立一个新的芯片工厂或扩大一个半导体生产线,至少有30%的生产工具必须来自本地供应商。”

现在,每个美国计算机芯片行业的市场领导者都有了一个中国的模仿者,这些模仿者致力于取代这些美国公司,成为中国芯片行业的供应商。例如,在方法和战略上,长江存储科技有限责任公司与美光科技惊人地相似,而纳乌拉科技集团则有望在以后挑战制造各种芯片生产设备的应用材料公司(Applied Materials)。

上海的中微公司(AMEC)是中国版的美国泛林集团(Lam Research),该公司以制造基本的蚀刻机而闻名。而天津的华星科技生产尖端的化学机械平面化设备,将打破应用材料公司对该技术的垄断。

(日经亚洲制图)

“安全和可控”是该产业政策的口号,这些口号出现在海报和演讲中,并有大量的国家投资和担保合同作为支撑。而这些公司以及其他几十家国有和私营公司已经成为了政策的焦点。

1月,在发表讲话时,中国领导人对一个经济和社会专家小组说:“我们必须加强自我创新,尽快在一些核心技术上取得突破。”

两位消息人士告诉日经新闻,长江存储科技有限责任公司就受到了中国领导层的密切关注。由国务院官员和中国集成电路产业投资基金(国家半导体产业的优质种子基金)对其进行监督,其中,中国集成电路产业投资基金拥有该公司24%的股份。

彼得森国际经济研究所(Peterson Institute for International Economics)的高级研究员查德·博恩(Chad Bown)说:“我们不确定他们能以多快的速度和多好的方式建立自己的独立半导体产业,但肯定他们会尝试,举国上下都在支持这件事情。”

事实上,美国的贸易战和对华为的制裁,可以说给中国政府提供了必要的掩护,以实现它长期以来的愿望。自从2013年爱德华·斯诺登披露了美国科技公司参与美国政府监控的详细情况后,中国政府已将对美国技术的依赖视为一种国家安全威胁。

但是,中国过去也曾有过结束这种依赖的宏伟计划。那时,尽管有大量的国家投资注入,但进展却很缓慢。例如,中国国务院在2015年制定旨在促进中国高科技出口的“中国制造2025”产业政策时,就提出了到2025年半导体自给率达到70%的目标。

但据研究公司IC Insights称,到目前为止,该行业还没有达到这一目标。1月份该公司估计,2020年中国的芯片生产只占国内市场的15.9%,预测2025年将只达到19.4%。在2020年,总部设在中国的公司只占国内销售额的5.9%,其余销售额均为外国公司所占有。

然而,美国的制裁可能已经消除了中国芯片自给自足努力目标的主要国内障碍,即中国自己的本地买家缺乏合作。他们总是倾向于从久经考验的外国供应商那里购买,而不是从缺乏经验的本地公司那里购买。但至关重要的是,这种情况现在已经改变。

另一位不愿透露姓名的中国芯片制造商经理告诉日经新闻:“以前,国内芯片制造商只使用领先的生产设备,他们的生产线上用的是其他全球顶级芯片制造商的产品,比如三星和英特尔,谁会去使用和尝试这些本地制造的机器呢?毕竟它们可能会影响生产质量。”

然而,随着制裁的威胁近在咫尺,这些生产商也在越来越多地探索国产的替代品,以替代美国的高端技术,这位经理说:“这也意味着这些本土企业终于有机会在整个国家都支持的氛围中实践并真正升级他们的产品。”

高德纳咨询公司的盛告诉日经新闻,美中之间的紧张关系已经巩固了围绕生产本地化的必要性的行业意见。他说:“现在整个国家的共识是,将建立一个有生命力的半导体产业和促进自力更生视为首要任务……最高决策者知道这些,公司高管知道,甚至连当地人都知道。”

(日经亚洲制图)

临港凯世通半导体有限公司是本地的离子植入器制造商,该公司的的一位芯片主管告诉日经新闻,对于那些不出名的中国的芯片制造工具和材料制造商来说,贸易争端是发展业务的千载难逢的机会。

这位高管说:“我们的产能在2021年已经全部被预订,需要扩大……不仅是我们,我们许多同行的产能也已经全部被预订。”

其他国内的领军企业也有类似的表现。中国最大的芯片设备制造商北方华创在2020年创造了创纪录的利润,比上年增长超过73%。此外,尽管在2020年底被列入美国的贸易黑名单,但蚀刻机制造商中微公司的收益在去年创下了历史新高。

根据华星科技去年年底发布的招股说明书,该公司申请在上海证券交易所上市时,其化学机械式平面化设备已经被中芯国际、华虹半导体集团和长江存储科技有限责任公司等中国芯片制造商广泛采用。

几位知情人士告诉日经新闻记者,上海微电子装备股份有限公司已经成为一个关键的本地企业,中国政府希望有一天能与阿斯麦(ASML)、尼康和佳能等全球芯片光刻机制造商竞争。

据伯恩斯坦研究公司(Bernstein Research)估计,目前,中国在先进芯片制造设备领域的全球市场份额最多只有2%,而其自给率约为10%。其自给率极低,但也意味着未来有巨大的增长空间。

崩溃的市场?

中国的这种新推动已经开始在全球半导体行业掀起波澜,有可能破坏供需之间的微妙平衡。华为现任轮值主席徐直军在上个月的讲话中说,全球芯片短缺已经席卷了许多行业,部分原因是中国公司受到美国制裁风险的惊吓而进行“恐慌性购买”。

消息人士告诉日经亚洲,长江存储科技有限责任公司和其他国内芯片公司,如中国最大的合同芯片制造商中芯国际集成电路制造有限公司,已经开始在一个共同拥有的仓库中储存“有风险的”零件,而该仓库今年刚刚投入使用。

然而,在他们为短缺做准备的同时,因为像长江存储科技有限责任公司这样的中国公司正在大步前进,全球芯片行业也在为芯片的大量过剩做准备。

例如,两位知情人士告诉日经新闻,长江存储科技有限责任公司计划在2021年下半年之前将其存储芯片的月产量提高一倍,达到10万片,使其在全球NAND闪存市场上占有7%的份额(以晶圆计算)。

咨询公司集邦科技股份有限公司预测,2021年长江存储科技有限责任公司将占据全球NAND闪存市场3.8%的份额,2022年可能增长到6.7%,而芯片行业领军者三星的这一份额为34%。考虑到两年前其份额接近零,这是一个急剧的攀升。

集邦科技股份有限公司的分析师(艾薇儿·吴)Avril Wu说:“我们预计长江存储科技有限责任公司将在明年开始影响整个NAND闪存市场的价格,市场也可能面临一些供过于求的问题。”

长江存储科技有限责任公司首席执行官杨士宁试图消除人们对芯片大量过剩的担忧,2018年时该公司开始生产64层的NAND闪存芯片,他在当时的一个商业论坛上说:“我们想告诉大家,我们不是来砸场子的,我们希望这个行业可以持续健康发展。”

然而英特尔,这个世界上最大的微处理器制造商和第六大NAND闪存制造商却预计会出现芯片的供应过剩,去年,英特尔面对未来的竞争而退缩,将其位于大连的NAND闪存工厂卖给了SK海力士(SK Hynix)。

长江存储科技有限责任公司的蓬勃发展显示了中国在芯片行业的能力。它于2016年开始运营,并在四年内大规模生产一些世界上最先进的3D NAND闪存芯片。存储芯片过去是只有一层存储单元的平面晶圆,但最近“3D堆叠”芯片已成为从计算机和智能手机到服务器和联网汽车等几乎所有电子产品的尖端标准,存储单元以越来越高的堆叠方式层层叠加。

2017年,芯片制造商西部数据(Western Digital)推出了“摩天大楼”,即64层的芯片,而美光公司去年发布了176层的芯片,其层数能与迪拜的哈利法塔一较高下。

长江存储科技有限责任公司已经大规模生产64层芯片两年了,并且刚刚开始在其武汉的NAND闪存工厂大规模生产128层芯片。据说它正在开发一种192层的芯片,有行业分析家称之为“喜马拉雅”。但该公司对此拒绝发表评论。

掌控“喉舌”的技术

然而,在现实中,长江存储科技有限责任公司和中国其他半导体行业的大规模增长方案仍然以继续获得西方芯片和其他关键设备为前提。尽管存在着自给自足的言论,但很少有人相信他们能在不久的将来实现100%的“去美国化”。

伯恩斯坦研究公司的资深芯片分析师马克·李(Mark Li)告诉日经新闻:“如果长江存储科技有限责任公司可以继续从美国供应商那里购买设备,他们肯定会这样做,我们都知道,中国希望能不依靠外国,自己生产制造,这是一个不可逆转的趋势。然而实际上,这需要大量的时间和出色的执行力,我们预计,短期内他们不会大幅削减对美国的芯片制造设备的采购量。”

知情人士告诉日经新闻,长江存储科技有限责任公司在审查供应链时发现,许多重要的工艺并不能立即用国内供应商替代,例如高端镜头、精密轴承、优质真空室,以及电机、射频元件和可编程芯片等,这些都仍然来自美国、日本和欧洲的外国制造商,

同时,整个行业仍然依赖外国设备进行光刻、离子植入、蚀刻、化学和物理气相沉积以及化学机械平面化,而据专家所言,这些都是制造芯片所不可缺少的。

(日经亚洲制图)

中国政府将此类技术称为“掌控了喉舌的技术”,指的是美国给中国的潜在压力。若想制造先进的半导体,中国目前还没有办法绕过美国的领先企业。例如,应用材料公司在芯片生产技术方面处于世界领先地位,而泛林集团则制造蚀刻、化学气相沉积和晶圆清洗设备。

科磊公司(KLA Corporation)和泰瑞达公司(Teradyne)专门生产供应用于缺陷分析和故障检查的测试和测量设备。除工具外,材料供应商陶氏化学(Dow)、杜邦和3M以及其他美国公司也在先进芯片生产中使用的特殊化学配方供应方面占据主导地位。

伯恩斯坦公司的李说,在制造先进半导体的一些重要步骤的设备和材料方面,美国总共控制了80%以上的全球市场份额。而在一些专业领域,如电化学沉积和门堆工具,美国的份额可能接近100%。

当华为的芯片设计部门海思半导体(中国第一大芯片开发商)因制裁而无法获得电子设计自动化工具的技术支持和软件更新时,中国产业链的另一个关键漏洞也被暴露了出来,即海思用于绘制集成电路以及印刷电路板和其他电子系统蓝图的软件都受到了限制,而这些工具90%由美国公司主导,如新思科技(Synopsys)、益华电脑股份有限公司(Cadence Design Systems)、Ansys和明导国际(Siemens EDA)。

中国一直在准备通过吸引新思科技和益华电脑股份有限公司的许多优秀前雇员来培养自己的人,但其的努力仍然远远没有达到所需的标准。

在如现场可编程逻辑门阵列等的一些关键领域,市场领导者是赛灵思(Xilinx)或英特尔的阿尔特拉(Altera),而对中国来说,它们这一领域基本上还是空白。在中央处理器方面,美国保持着严格的控制,其领导者包括英特尔和超微半导体公司(Advanced Micro Devices),它们占据了全球90%以上的市场。

这种对芯片设计和芯片制造设备领域的实际垄断,使美国拥有巨大的权力来控制其技术,甚至是美国以外的技术流向中国。像三星集团、台湾积体电路制造公司(TSMC)、英飞凌科技股份有限公司(Infineon Technologies)、SK海力士和索尼这样的行业领导者,都仍然在其生产线和开发过程中使用大量的美国技术,使美国对其产品销售拥有否决权。

一位芯片行业的法律主管告诉日经新闻:“一旦美国将任何主体列入贸易黑名单,大多数亚洲供应商会将其视为一个严重的警告,即使在法律上他们可以继续向黑名单上的实体发货,他们也会因为政治压力而自我审查停止发货,或者开始考虑停止发货,没有人愿意公开地违反美国的意愿……这可能很危险,你自己的公司也可能成为目标。”

荷兰的ASML公司是欧洲最大的芯片制造工具制造商,也是极紫外光刻机(EUV)的独家供应商,该光刻机对于生产世界上最昂贵的但又最先进的芯片来说,是必不可少的顶级工具,

苹果最新的iPhone核心处理器便是由它生产。

ASML在美国有一家生产厂,其制造机器所需的大约五分之一的零部件也是在其位于康涅狄格州的美国工厂生产的。日经亚洲曾报道过,自2019年以后,荷兰在美国的压力下停止了中国首批EUV机器的出货。

因此,对于中国企业来说,本地化工作必须悄悄进行。到目前为止,他们最可取的做法是不要落入美国的视线。

长鑫存储技术有限公司是中国另一家主要的内存芯片制造商,位于安徽省合肥市,该公司的一位芯片主管说:“我们必须意识到,我们目前仍然远远落后,而非能够迅速震撼世界……在地缘政治环境下,最好的办法是低调地做我们的工作,默默地成长。”

在追求自给自足的“B计划”的同时,长江存储科技有限责任公司仍然认为将所有外国设备从其生产现场剥离是极其不现实的。据熟悉该公司想法的人说,该公司仍然希望与美国、日本和欧洲的供应商保持良好关系。在进行本土化努力的同时,长江存储科技有限责任公司也在不断建立使用美国设备和零部件的生产线,以促进其扩张。

伯恩斯坦的李说:“中国希望转向本地供应商,这确实是一个不可逆转的趋势。但在现实和真正的实践中,仍然存在障碍,可能仍然需要很多时间。如果他们想发展得更快,迅速获得更多的业务,更实际的做法是继续采用那些外国市场领军者也使用的工具和设备。”

同时,为了抵御未来的制裁,自2019年以来这家中国公司也建立了其法律合规团队,理由是“芯片行业的环境极具挑战性、复杂多变”,他们的这一步骤旨在让美国没有借口将其作为目标。

新美国安全中心(Center for a New American Security)技术和国家安全项目的高级研究员马丁·拉瑟(Martijn Rasser)告诉日经新闻:“中国在半导体方面完全自给自足的目标是不现实的。中国无法负担起建立一个只属于中国的供应链的任务,而且中国几乎肯定会有一些对外国技术和专业知识的依赖。它能做的是建立一个具有全球竞争力的产业,而这正是美国政策制定者正在密切关注的事情。”

“脱钩”可行与不可行

尽管中国做出了相当大的努力,但很少有专家认为,中国的芯片行业将真正摆脱美国的影响。然而大多数人也认为,完全封锁中国的科技和半导体行业也是不现实的。

作为世界上最大的两个经济体,中美两国仍然是相互联系的,同时,它们也是两个最大的半导体市场。根据布鲁金斯学会(Brookings Institution)1月的一份报告,中国占美国大多数芯片公司销售额的至少25%,很少有人希望看到这个市场消失。

彼得森国际经济研究所的博恩说,拜登政府对中国的态度还不明确。一方面,美国希望中国按照最近贸易谈判中的承诺购买更多的芯片,但另一方面,美国仍在继续限制中国对美国技术的使用。

博恩说:“我们可以在一些领域,如军事用途和真正与国家安全有关的领域,更精确地限制出口管制。毕竟这是一种权衡,中国是一个巨大的消费市场,如果你限制了大量的半导体出货,许多美国公司也会受到伤害。”

到目前为止,拜登政府还没有对中国的技术进步有所松动。自2018年以来,共有162个中国企业被特朗普政府制裁,而在4月,美国商务部又将7家中国超级计算机制造商列入所谓的企业名单,以限制他们使用美国技术,理由是这些企业涉嫌与中国军方有联系。

4月12日,白宫举办了一个关于半导体和供应链弹性的虚拟CEO峰会,与会者包括世界三大芯片生产商英特尔、三星和台湾积体电路制造公司,还有福特汽车和通用汽车等汽车制造商的多位高管,在会上,他们共同探讨了如何保持美国在全球半导体行业的领先地位。

拜登在虚拟CEO峰会的开幕词中引用23位参议员的两党信件说,中国正在“积极地计划重新定位并主导半导体供应链”,中国和世界其他国家没有在等待,美国人也没有理由等待。

政府还提出了一项500亿美元(约合人民币3236.8亿元)的芯片制造和研发资金计划,以应对中国的在半导体行业方面所做的努力。

美国外国投资委员会(Committee on Foreign Investment in the United States)去年收紧了审查外国交易带来的国家安全风险的规则,随后台湾政府的投资委员会(Investment Commission)也宣布了一套新规则,以加强对中国大陆投资台湾科技公司的筛选。与此同时,意大利政府拒绝了一家中国投资公司对一家米兰半导体设备供应商的收购要约。

(日经亚洲制图)

韩国和台湾都面临着越来越大的压力,以帮助美国促进本地芯片制造。位于台湾的全球最大的合约芯片制造商台湾积体电路制造公司,以及全球最大的内存芯片制造商韩国三星,在美国制裁后都被迫切断了对曾经的主要客户华为的供应。

1-3月份,台湾积体电路制造公司来自中国大陆的收入份额从上年同期的22%骤降至6%。三星在过去三个季度也看到其来自中国的收入呈下降趋势。

国防与安全研究所(National Defense and Security Research)的高级分析师苏紫云说,全球大多数芯片开发商和制造商目前仍将不得不站在美国一边,因为美国技术在其产品或服务中仍占主导地位。苏紫云说:“如果他们被夹在世界两个最大的经济体之间,他们必须选择什么是他们的最佳利益。”

然而,分离半导体的供应是很难的,它涉及来自世界各地的数千家供应商,这些供应商几十年来一直紧密地交织在一起。中国可以尝试减少对美国的依赖,但如果没有美国的技术来源,中国很难加快技术进步。

根据美国半导体行业协会(Semiconductor Industry Association)最近的一份报告,美国将中国排除在其所有的供应链之外也不现实,因为中国仍然是半导体和电子元件中使用的关键原材料和稀土元素的一个大来源。

旺宏电子是台湾领先的内存芯片制造商,为苹果、索尼和任天堂服务,该公司的创始人兼董事长吴敏求说:“在短期内,由于地缘政治的不确定性,中国的科技发展可能会放缓一些,然而,从长远来看,从中国的角度来看,它肯定会希望建立一个有竞争力的产业。这是一个难以抗拒的趋势,而且没有回头路可走。”

(日经亚洲制图)

 

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