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华为7亿美元紧急下单台积电?先进制程生产不乐观


没有伤痕累累,哪来皮糙肉厚,英雄自古多磨难
——华为中国

事件回溯

美商务部当地时间 5 月 15 日发布声明称,全面限制华为购买采用美国软件和技术生产的半导体,这意味着全世界所有采用美国技术和设备的公司,只要帮助华为生产产品,就必须得到美国政府的批准。

就在这份公告发布前数小时,台积电才刚刚答应在美国建设用以生产 5nm 芯片的新工厂。此次台积电将在美国建设和运营一座 12 吋先进晶圆厂,地点在亚利桑那州。

为避免对使用美国半导体制造设备的外国代工厂造成直接不利的经济影响,那些在2020年5月15 日之前已经使用美国半导体生产设备为华为代工的企业可以将已经在生产的芯片运送至华为,并给了这些企业120天的缓冲期。5月18日,有消息传出,华为利用最后的窗口期,紧急向台积电追加7亿美元订单,产品涵盖5nm及7nm制程。

5月15日当晚,人民日报社旗下媒体《环球时报》发文称,有接近中国政府的消息人士透露,如美方最终实施上述计划,中方将予以反击。工具是去年出炉的中方“不可靠实体清单”。

《环球时报》表示,中方可以依照《网络安全审查办法》和《反垄断法》等法律法规对高通、思科、苹果等美企进行限制或调查。

对于最近的一系列动荡,一些美国企业也在积极采取应对措施。

以英特尔为例,北京时间 5 月 12 日,英特尔宣布向 11 家科技初创公司投资,投资总额为 1.32 亿美元。在这些公司中,江丰生物、概伦电子、博纯材料三家公司来自中国。据了解,这三家公司分别在 AI 医疗、芯片制造等领域有所建树。

有分析认为,由于受到中美贸易战影响,英特尔与华为、中兴等中国公司的合作无法正常进行,为了缓解技术压力,才转而与中国的初创企业合作。

斥巨资在美建厂,困难重重

虽然特朗普政府热烈呼吁芯片厂商赴美建厂,但是对于芯片厂本身来说,这件事还得再三考虑。

考虑什么呢?答案很简单:钱和效率。

虽然美国政府和部分企业认为,谋求自给自足对于美国芯片产业来说十分重要。

然而在美国建厂的想法目前在美国政商两界尚未达成共识,美国芯片制造商近年来因成本高昂、技术开发周期短而不太愿意在美国本土建厂;同时,一些先进的制程工艺核心仍然掌握在亚洲公司的手中,脱离亚洲建立的工厂能否达到企业所需的工艺水平,也是一个巨大的未知数。

以三星为例:三星已在得克萨斯州奥斯汀设有芯片厂,同时美国政府已经打算协助韩国三星电子公司拓展其在美国的代工制造业务。据悉,近期三星已在奥斯汀厂附近增购土地,可见有考虑扩厂的想法。

可是据部分媒体猜测,三星现在还无法贸然决定扩厂,主要因为扩展晶圆制造生产线的风险极高。一条新产线需要投资数以兆计的韩元,此外,疫情可能会导致半导体需求萎缩,投资与回报很可能不成正比。

三星在奥斯汀的芯片厂是该公司在海外唯一的代工厂。虽然三星在韩国的极紫外光(EUV)生产线可生产10nm以下制程,但奥斯汀厂主要生产14nm的产品。也就是说:在美国扩建芯片厂,除了要投入巨大的资金,还必须要考虑技术能否达标的风险。

同样的问题也困扰着台积电,台积电董事长刘德音表示:“一切都取决于投资和回报。如果从经济上来说有意义,我们才会继续。”

有分析人士表示,台积电台湾工厂生产的苹果、AMD和华为的芯片是最具成本效益的,因为本土不仅有自己的工程师,而且还与原材料、关键零部件供应商、制造设备以及芯片测试和封装服务提供商等建立了全面而灵活的供应链。

这些弹性的供应链意味着高水平的成本效率,并且在帮助台积电超越英特尔,三星电子等竞争对手方面发挥了至关重要的作用,台积电相关负责人曾表示:就成本效率而言,没有哪个领先芯片厂可以与台积电相提并论。

同时,对于台积电的管理团队来说,在美国经营先进的芯片代工厂大概率是不现实和不具经济效益的,因为该行业的竞争力是建立在高度复杂的供应链及其产生的成本效益之上的,离开了本土是否能够达到同样的效率和质量,谁也没法保证。

14nm还撑得住,先进制程不乐观

在这则新规未颁布之前,业界普遍猜测新提案可能从美国技术含量比例标准下手,例如从原本美国技术含量超过 25% 不能为华为代工,修改为只要 10% 就不能为华为代工。另一推测是朝设备商下手,将限制外国企业使用美国的设备替华为生产制造芯片。

如果是前者,台积电目前的 14nm、8nm、7nm 等关键制程中来自美国的技术都没有超过 25%,如若这一标准下降到 10%,台积电的 14nm 制程将受限,但并不影响 7nm 制程。华为的芯片生产线也在今年初做过调整:一是在台积电的芯片生产工作尽量转移到南京 12 寸厂;二是下单中芯国际等晶圆代工厂商,生产 14nm 芯片。

如今看来,美国显然选择了后者,这意味着即便是将生产线全部放到国内的芯片厂商身上,依然逃不过这条规定。

半导体是一个极其烧钱的行业,每一次纳米工艺的进步,成本都以几何倍增长。圆晶的成本随着制程工艺的演进不断提升,比如13nm制程有六层金属,5nm最少有14层金属。前段时间被美国询问是否考虑在当地建厂的格芯已经于近日宣布关停成都生产基地,疑似没有找到接盘者,没有资金继续正常运转。

其次是光刻技术成本。40nm和45nm制程需要用到40层光罩,而14nm和10nm就需要60层光罩。要发展先进制程,光刻机是关键设备,而全球目前仅有荷兰的 ASML 公司能供应 EUV。

早在 2018 年,中芯国际就向 ASML 下单了一台 EUV 光刻机,但至今仍未交货。去年年末更一度传出 ASML 受压于美国而中止交货。

虽然上述进展看起来不太乐观,但无论如何,中芯国际在 14nm 工艺的突破还是给先进制程国产替代的梦想带来了希望。国盛证券认为,14nm 的突破只是开始,中芯国际未来更先进制程上有望大幅缩小与台积电的代际差异(28nm、14nm 均差了四年)。

目前看来,先进制程上的压力会比较大,比如5nm和7nm,台积电此前宣布已经掌握了5nm技术。消息人士透露,5nm主要生产华为下一代旗舰手机麒麟1020芯片,7nm则是生产5G基站芯片。

好消息是据 Financial Times 报道,华为 P40 被拆解后发现美国制造的组件含量较低,其射频前端模块主要来自三家美国芯片公司——高通、Skyworks 和 Qorvo。从拆解结果上看,华为 P40 的零件包括索尼镜头、LG 显示面板、NXP 的 NFC 芯片、三星的闪存、德赛的电池、海思芯片、恩智浦的近场通讯芯片,主要来自中国、日本、韩国等地,只有一小部分零件来自于美国,主要为射频前端模块。这也证明,华为在芯片层面准备良久,自有的海思芯片已经正常投入使用。

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结论

过去一年,华为一直在为此事进行积极准备,最新手机中的美系芯片含量已经很低。中国提出反制措施,美国一些芯片公司也将开始寻求解决方案,不希望放弃与中国企业的贸易往来。中芯国际可以承担14nm芯片的生产制造工作,但先进制程依然需要依靠台积电供货,这是本次紧急下单的主要目标。此外,生产芯片的关键设备虽从荷兰进口,但看来也受到了美国方面的一些压力。