一块指甲盖大小的芯片,牢牢地揪住了亿万国人的心,这并不是夸张的修辞。

5月21日,国家网信办宣布美国芯片制造商美光(Micron)的芯片产品存在网络安全问题,而停止采购其产品。消息一出,美光股票应声下跌,跌幅约7%。

消息传来,不少人大呼过瘾。毕竟对于美光芯片的禁售,是中美芯片战开始以来,中国的第一次反击。

6月13日,据《华尔街日报》报道,美国将放松对中国芯片的制裁,延长芯片出口管制的豁免期,同时对台积电、三星、高通等半导体企业在华的投资也放宽了限制。

对于6月13日《华尔街日报》放出的风声,甚至有人提出中美芯片战将要终结的看法。

但是,就在6月30日,根据全荷通讯社报道,荷兰政府要求该国生产的先进芯片制造设备的公司在出口先进的DUV(深紫外线)光刻机时需要申请许可。

消息不大,杀伤力不小,不少人又忧心忡忡了起来。

为什么芯片被誉为“新时代的石油”,众多专家学者将之称为国运升级的关键节点?

为什么原子弹我们都造出来了,一个指甲盖大小的芯片我们竟然搞不定?

为什么美国咋咋唬唬喊了几年的贸易战虎头蛇尾地草草收场,却对一个小小的芯片咬着牙坚持不松口?

针对这场“国运之争”的芯片战争,美国是如何不顾“大国体面”地对我国的芯片产业“下黑手”的?

而面对美国对我国芯片技术发展丧心病狂地围追堵截,我们应该如何完成逆袭,扶摇直上?

1. 芯片,新时代的石油

日常生活,我们很少想到芯片,但是芯片创造了现代世界。

在我们生活中,从冰箱、空调、电饭锅等基本的电子生活产品到几乎每个人都离不开的智能手机,亦或是行驶在街道马路中的汽车,如果没有了芯片,那么的确可以说这些产品也就没了“心”,只是一堆冰冷的钢铁制品。

从 2020 年开始,席卷汽车企业的“芯片荒”对全球的汽车企业生产造成了极大影响。以北京现代为例, 2021 年减产 5 万辆,2022年一季度减产约 3 万辆。

芯片是整个电子产业乃至信息产业的基础。

如果没有芯片,第三次工业革命带来的科技成果将不复存在。

大家容易忽略的一个事实是,从2000年开始,我国每年的芯片进口金额早就超过了石油。

2021年我国原油的进口金额大约是2500亿美元,而同年我国的芯片进口金额已经达到了4400亿美元,已经接近原油进口费用的2倍。

高性能的芯片对我国经济增长的推动,不亚于原油,但是与石油不同的是,芯片的供应被我们的地缘政治对手美国及其盟友所掌控甚至是垄断。

从特朗普政府时期,美国开始将我国视为最大的国家安全威胁和最大的竞争对手。

2019 年 5 月,美国政府开始采取实际行动来打压我国的芯片产业。

到了拜登政府时期,随着美国2022 年8月签署的《芯片与科学法案》,进一步丰富了对我国芯片产业围追堵截的措施。

毫无疑问,美国已经打定了主意,它将竭尽所能在芯片领域对中国卡脖子,当然,我国也不会坐以待毙。

芯片,已经是一件事关国运升级的大事。

2.芯片制造,为何很难大力出奇迹

改革开放40多年,我国经济高度发展,拥有了世界最强的供应链体系,形成了独立完整的现代工业体系,是全世界唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家。

我们已经实现了如此辉煌傲人的成绩,为何在芯片领域却一筹莫展呢?

南开大学刘亚东教授曾说过:“芯片制造之难,难过原子弹”。真的这么难吗?我们首先从芯片制造的技术角度简单了解一下。

我们经常在各大媒体中经常看到14纳米、7纳米、5纳米以及3纳米等芯片制程的描述。1纳米有多大?十亿分之一米,相当于人类头发丝的万分之一,相当于4个原子的大小。

而芯片的制造就是在挑战物理的极限。在指甲盖大小的晶圆体上排布出十几亿甚至上百亿个晶体管。2020年麒麟9000芯片,采用5纳米制程集成了153亿个晶体管。

芯片从设计到应用,主要分为设计、制作、封装、测试这么几个步骤。

要想制造出高端的芯片,上述任何一个步骤所涉及的都是人类科学的精华,任何一个过程都不能出现任何一点失误。

设计阶段,上百亿晶体管的电路设计、逻辑分析、排布设计、协议规制的设定都需要众多顶尖工程师通力合作。而设计阶段依赖的芯片设计电子设计自动化 (E- lectronics Design Automation, EDA) 软件是我国的软肋,我们用到的EDA 软件95%以上需要从美国进口。美国EDA三巨头Synopsys、Cadence和被西门子收购的Mentor Graphics占据了全球74%的市场份额。

芯片的制造工艺非常复杂,是比设计更难的存在。芯片的制造大约涉及50多个行业以及2000-5000道工序。

在芯片制造工艺中,我们总能听到“光刻机”。

光刻机做的事情有多难呢?我们可以打个比方来形容:犹如在一粒黄小米上雕刻一幅清明上河图。

同时,它对工作环境要求极为苛刻,恒温、恒湿、真空的环境是最基础且必须的。

要想保证芯片的良品率,机械动作误差更不得超过百万分之一秒。

此外,芯片制造所依赖的基础硅晶材料的制造也是颇具挑战。

其中硅元素的纯度要求9个9(99.9999999%)之上才能满足制造要求。

可以说芯片的制造,需要众多细分科学工业领域达到世界顶峰才行。

刘亚东教授说:“芯片不是一种产品或者一种产业,它是一个产业链,当今世界任何一个国家不可能建立完全本土化的产业链,它一定是国际合作的产物。”

再拿“光刻机”来说,它是芯片制造阶段极其重要的工业母机。

以目前可以生产5纳米以下芯片的EUV光刻机来说,设计原理出自美国,由荷兰阿斯麦(ASML)公司制作研发,它用了30年才完成商业化。

这台光刻机由457329个零部件组成,这些零部件来自世界各地,由两千多家的厂商为其提供。各个零部件无一不是来自世界各个最顶尖公司的最顶尖产品,所有的这些零部件只要有一个质量出问题,其性能和精确度将成倍下跌。

所以说,我们需要的不是一个芯片项目,而是一个生态系统。

芯片的科学原理是没有秘密的,如果我们只专注于技术领先,办法总比困难多。

但是它特有的商业应用属性,注定不能像研发原子弹那样,只要做出来,威慑力就存在。

花费一千万制造一颗技术领先的芯片是没有意义的。

成规模、极高的良品率、更新迭代速度保证才能在这个“赢家通吃”的领域分得一杯羹。

所以芯片之难不仅难于其要求技术领先,更难于它如何进行商业盈利。

3. 攻守并举,美国发动的“芯片战争”

絮絮叨叨这么多,芯片——国之重器,我想不再是疑问。

从上世纪60年代到今天,半导体芯片已经发展了六十多年。当我们以为电脑、智能手、移动互联网、人工智能、量子信息、5G是当今世界的技术之巅的时候,美国在芯片上开始卡我们脖子,这个时候我们才意识到我们最重要的技术是建立在进口硅产品的脆弱基础之上的。

在当今如此复杂的地缘政治环境下,脆弱的芯片产业链是我国无法承受的风险。

早在2016年,习近平总书记在网络安全和信息化工作座谈会时就提出:“一个互联网企业即便规模再大、市值再高,如果核心元器件严重依赖外国,供应链的‘命门’掌握在别人手里,那就好比在别人的墙基上砌房子,再大再漂亮也可能经不起风雨,甚至会不堪一击”。

无独有偶,同年10月,美国成立了“半导体工作组”,将“中国竞争力的增强”视为对美国的挑战,提出在芯片领域力争成为 3到5纳米半导体工艺技术道路的先锋。

但是这个时候,美国还没有举起它的大棒。

2017年,大举“美国优先”的“懂王”特朗普上台,成为第45任美国总统。这位上蹿下跳的总统不仅打响了贸易战的第一枪,同时也开启了科技战。

2019年5月开始,美国采取实际行动打压、 围堵中国芯片产业。标志性事件就是以“威胁国家安全”为由将华为列入“实体清单”,对华为、华为海思等公司展开芯片制裁。

自此,美国开始了对我国近乎疯狂的芯片战。

美国的精英层深知“挖树要挖根”的精髓。针对我国芯片产业的软肋进行集中目标,精准打压。

总的来说,针对我国芯片行业的软肋,美国进行了以下四个方面的制裁打压措施,分别是:

(1) 限制高端芯片产品的供给

(2) 禁止向我国出售芯片设计软件EDA

(3) 限制供给先进的芯片制造设备

(4) 对内强推“芯片法案”,对外拉帮结派打造“四方芯片联盟”

关于限制高端芯片产品的供给。早在2018年开始,美国以中兴违反其商务部规定为借口,要求相关企业禁止向中兴出口芯片。这也让国人第一次感觉到了刺骨的“缺芯之痛”。

2020年,美国蛮横的要求台积电切断与华为海思、清华紫光等公司的联系。

与此同时,美国商务部规定凡是使用到美国技术的芯片公司均不能与华为进行芯片方面的合作,从而阻止了台积电通过第三方向华为提供芯片,这标志着中美芯片战争的重大升级。

要知道,华为是台积电的第二大客户,对台积电的营收贡献达到了14%,迫于美国的压力,不得不忍痛终止了与华为的合作,而在美国的打压之下,华为海思的业务大幅收缩,华为手机也退出了高端手机市场。

如此种种,不可胜数。

除此之外,美国的制裁之手也同时伸向了我国芯片产业的上游——芯片设计。

首当其冲的就是对于EDA工业软件的销售限制。EDA工业软件市场规模不大,但对芯片设计的作用极其重要, 被称为“芯片之母”。

以华为海思为代表的中国芯片设计企业,在2020年上半年已然跻身全球顶尖领域,其芯片设计能力一度与英特尔等公司并驾齐驱。

2019年5月开始,美国要求美国EDA相关企业不得向华为海思提供相关产品和服务,同年8月美国商务部正式决定禁止向中国出售该软件。

虽然华为获取了EDA的终身授权,但是以后的EDADE的更新迭代不再提供。

芯片制造是比设计更难的存在,美国自然也不会放过这个领域,简单粗暴,美国限制供给先进的芯片制造设备。

2020年,美国商务部禁止芯片代工厂利用美国设备为华为生产芯片,而且强调不仅是美国的企业,所有使用美国技术、软件和设备的他国芯片企业都不得为华为提供芯片合作,同时也禁止华为使用美国软件和技术来设计芯片。

2022年,美国商务部要求所有美国芯片生产设备制造商,不得向中国出口14纳米及以下芯片的生产设备。

为何是14纳米呢?