2018年,美国商务部对中国中兴公司实施制裁,禁止美国公司向中兴出售包括芯片在内的组件。随后,禁令在2019年扩大到华为及其子公司。2019年中国芯片进出口比为3.7。再加上过去五年的进出口数据,芯片贸易逆差正在扩大。原因是国内芯片自给率过低。总体来看,低端芯片产品发展较快,核心芯片产业发展严重不足。
芯片是信息技术的基础原件,在现代社会生活中占有重要地位,手机、电脑、智能家电、车辆、军事领域都离不开芯片。所谓芯片就是一种集成电路,它将电路中的元器件和布线集中在一块半导体芯片上,然后将其封装起来,执行经典的电路功能,同时也达到了小型化、低功耗的目的。
中国芯片行业最初希望用龙芯或飞腾等国产芯片取代英特尔,但事实证明这是不可能的,因为英特尔与微软有着紧密的联系,只要英特尔运行的是Windows系统,就无法绕过英特尔的芯片。
2018年,著名芯片公司中天微被阿里巴巴收购,推出基于RISC-V芯片的玄铁910。其应用场景局限于各种物联网设备,不能作为服务器芯片使用。据推测,随着计算能力的急剧提高,基于RISC-V的芯片可能在五年内用于服务器。这样,如果美国禁止英特尔向中国销售芯片,中国制造商将有一个紧急替代品。由于量子效应的影响,英特尔的芯片技术在过去几年里大幅放缓,这意味着技术升级的幅度有着不可逾越的限制。在这种情况下,提高计算能力的方法是开发人工智能芯片,目前中国正在由阿里巴巴、百度和华为开发人工智能芯片。
以上都属于芯片设计领域,光设计是不够的,这只是产业链的开始,最重要的是设计好芯片来制造。芯片制造的核心工具是光刻机。光刻机是集多种尖端技术于一体,涉及多种基础学科和精密仪器的生产技术。用紫外激光雕刻的晶圆需要3000个步骤才能制成芯片。光刻机本身包含超过100000个零件。目前,世界前三大制造商是荷兰的ASML、日本的尼康和佳能。其中,来自荷兰的ASML脱颖而出,占据全球光刻机销售80%以上的市场份额。
中国大陆要到2020年夏天才能生产7nm芯片,但华为手机芯片等一些电子产品已经使用7nm芯片,中国的禁令可能会对国内企业产生很大影响。
上海微电子公司已经能够使光刻机达到22纳米的精度,距离5纳米还有很长的路要走,但这是一个很好的基础,希望能进一步缩小与顶层的差距。
2020年6月,华为海外光电研究项目获批,研究院位于英国剑桥校区。自2016年以来,华为已在该领域投资80亿美元,申请光刻机专利。但光靠我们自己开发和生产芯片是不够的。光刻机的发展是一个漫长的过程,存在着各种技术壁垒和专利限制,供应链中的零部件供应也受阻。由于这些困难,日本尼康指数下跌。在上个世纪,光刻机光源的波长达到193纳米,很难缩短。正因为如此,尼康将目标定在157纳米,并投入大量精力和资源进行研发,从而错失了研究远紫外光谱的机会。荷兰ASML公司利用这一机会克服了远紫外光谱方面的困难,成为世界上唯一的远紫外光刻机供应商。
ASML本质上是一个积分器。远紫外光刻技术采用了世界上最好的技术,90%的组件和技术来自其他公司,使ASML能够专注于集成这些技术,并使其适应客户的具体要求。该公司拥有90%的高端市场,但低于10nm的市场是ASML的唯一领域。中国不可能复制这种模式。只有中国下定决心走自主研发的道路,才能不再被别人控制。