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解密華為背后的全球芯片戰:三類芯片,中國不怕

  一個國家如果要發展自己的芯片產業,在堅持軍品級芯片以我為主的基礎上,在發展商業級芯片上也不能求全,無需要求所有芯片全都靠自己研發生產。其實,在某些領域擁有自己的核心技術或獨門技術才是關鍵。

  文|吳健

  “曾幾何時,美國可以泰然自若,因為沒有哪個國家能達到其在技術能力和實際規模上的結合程度。但歲月已然過去,現在的中國具備這種能力。”對于“華為事件”,委內瑞拉外交官阿爾弗雷多·托羅·哈迪曾在《大國技術逐鹿》文章里做過解釋,當美國到了“戰略性而非策略性”切斷對某國技術供應的地步,往往是這種差距縮小到“堪與比肩”的程度。

  過去一年多,美國相繼對中興通訊、福建晉華、華為等中國公司采取“芯片斷供”的措施,其結果都是中國未被打垮,卻加快了中國技術追趕。

  

解密 | 華為背后的全球芯片戰(深度好文)


  我們要能活下來

  從技術制約華為乃至整個中國高科技產業,芯片似乎是最佳的“切口”。作為高速通信與人工智能技術的“心臟”,芯片長期是中國的軟肋,在國際知名調查公司IC Insights在2018年最新發布的芯片銷售排行榜上,前15位的分別是美國、韓國、臺灣地區、歐洲和日本企業,高端芯片基本依賴進口,中國在這個領域花的錢比進口石油還要多。

  華為創始人任正非曾表示:“中國與美國的差距,估計未來二三十年,甚至五六十年還不能消除。但是,我們要將差距縮小到‘我們要能活下來’。”

  諾言很快化作行動。IFA2018柏林國際電子消費品展覽會上,華為消費者業務CEO余承東發布面向智能手機的自主知識產權芯片——“麒麟980”,場上掌聲雷動,它使用全球最先進的7納米集成電路工藝,戲劇性地提升人工智能的機器學習和圖像處理能力,同時大幅節省電力消耗。

  

解密 | 華為背后的全球芯片戰(深度好文)


  兩個月后,華為輪值CEO徐直軍在上海一間巨大的展示廳里告訴在場的2000名聽眾:“這是目前全世界性能最高的芯片。”屏幕上展示的是更高級的人工智能芯片——昇騰910,是目前全球已發布的單芯片計算密度最大的芯片,運算能力是美國英偉達公司同級別產品的兩倍。

  更給力的是,2019年5月17日,芯片企業海思公司總裁何庭波發布一封激情澎湃的員工內部信,提到自研芯片“從備胎轉正”,成為華為最大的底氣。

  要害是光刻機

  現代社會高度信息化,再厲害的“國之重器”,大部分所支撐的卻是尺寸和重量都很小的芯片,沒有它,就談不上自動化,大部分設備就會失靈……芯片是半導體元器件的統稱,是指內含集成電路的硅片。

  要想制造高端芯片,首先須有高端的加工設備。在這方面,世界上呈現出高度壟斷的情況,例如,光刻機是生產集成電路的關鍵設備,但全球高端光刻機幾乎被荷蘭ASML壟斷。全球14納米的光刻機,都是ASML的產品,每年的產量只有24臺,單價高達1.5億美元。

  而英特爾、臺積電、三星電子等芯片巨頭,之所以能制作出高端芯片,就是獲得ASML的高端光刻機,原因很簡單,這三家都是ASML的股東。然而,其他國家和地區的芯片廠商就難以獲得高端光刻機,甚至是萬金難求,出多大價錢人家都不賣。

  即使購買比較過時的二手光刻機,還需要美國點頭,因為美國是《關于常規武器和兩用物品及技術出口控制的瓦森納協定》(簡稱《瓦森納協定》,目前共有包括美國、日本、英國、俄羅斯等40個成員國。目的是通過成員國間的信息通報制度,加強對常規武器和雙用途物品及相關技術轉讓的監督和控制)的主導者,它通常都附加苛刻條件,就是不能用于生產軍用級別的芯片和自主研發的芯片。

  

解密 | 華為背后的全球芯片戰(深度好文)


  芯片制作的難度,還有設計布圖,其試錯成本高、排錯難度大。超大規模集成電路的芯片,往往指甲蓋大一片的面積就有上億個晶體管,但最終能在電路板上測到的信號線卻只有十幾根到幾百根。要想根據這些少得可憐的信息去判斷哪個晶體管有問題,難度不言而喻。

  芯片從電路設計開始到投片,最少需要半年;投片送到工廠加工生產,需要三個月。一次投片的費用最少需要數十萬元人民幣,先進工藝高達一千萬到幾千萬元,這么高的試錯時間和資金成本,對一次成功率要求極高,設計團隊中任何一個人出點錯,都有可能在數月后制作出來的芯片只是廢金屬片。

  三類芯片,中國不怕

  按照業內劃分,芯片分為商業級、工業級、軍品級和航天級。就重要性而言,每級芯片又可劃分為一般、重要、關鍵、核心四個層級。

  消費級電子產品當然采用商業級芯片,與事關國家安全的軍品級芯片區別極大,后者對性能、工藝要求并不高,但對穩定性、可靠性、抗電磁和復雜地磁環境干擾、抗沖擊、使用環境溫度等要求極高。

  即使是半導體技術領先的美國,軍品級芯片的性能與商業級芯片也相差甚遠。

  由于軍品級芯片對性能要求不高,所以中國雖然得不到高端加工設備,但用稍微低端一些的加工設備仍能滿足生產軍品級芯片的需要,無非是芯片尺寸大一點、能耗高一點、外觀差一點。這種芯片如果放在民用市場上雖缺乏競爭力,但對于軍用來說,不存在商業競爭的問題,因而能保障軍用芯片的安全供應,實現自給自足。

  據公開信息,軍用芯片領域,中國大體實現國產化,這也是各類國產雷達在技術性能上達到世界頂尖水平的主要原因。

  

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  既然核心層級的軍用芯片不會被發達國家卡脖子,那么一般、重要、關鍵層級的軍用芯片的自產就更不在話下。如一般層級的電阻電容器,國內生產沒有任何問題,就是航天級的鉭電容國內也能生產。之所以這些級別的芯片還要進口,主要是由于國外的同類產品生產量和銷售量巨大、價格更低,又不屬于被控制出口的敏感產品,而且電阻電容器也不存在CPU可能留有后門的隱患,因而這類采購既不存在斷供風險,也不存在信息安全方面的風險。說到價格,軍品級芯片對于價格并不敏感,因為其需求量遠不如商業級那么大。而且,由于國防安全的重要性怎么強調都不為過,相對來說,成本就不是很重要的考慮因素,所以各國對于軍品級芯片都是能自主盡量自主。然而,商業級芯片對于價格很敏感,在性能相近的情況下,拼的就是價格。

  很顯然,中國與芯片強國的真正差距,主要在商業級芯片上,它強調性能、工藝,還強調外觀、價格,而這些正是中國目前的短板。美國在芯片技術上之所以占據領先地位,是因為其起步早、投入大而且持久、從研發到投入市場速度快、市場認同度高等原因。

  美國發展芯片的思路是:只要掌握核心和大部分關鍵層級的元器件設計生產能力,以及系統設計和整合的能力,就掌握了這一產品的命脈,并不追求100%國產化,客觀上這也做不到。正因為如此,美國既是芯片出口大國,同時也從外國大量采購。

  所以,一個國家如果要發展自己的芯片產業,在堅持軍品級芯片以我為主的基礎上,在發展商業級芯片上也不能求全,無需要求所有芯片全都靠自己研發生產,其實,在某些領域擁有自己的核心技術或獨門技術才是關鍵。

  問題是“什么時候”

  

解密 | 華為背后的全球芯片戰(深度好文)


  瑞士信貸銀行駐臺北分析師蘭迪·艾布拉姆斯認為,在風靡半導體產業的新技術應用方面,有兩個趨勢:第一,通用芯片被重新設計和優化,用于特定任務;第二,原來相互獨立的處理和內存等功能被集成到一塊芯片上。

  他指出,這給半導體產業帶來“根本性變革”,并將為中國半導體產業提高存在感創造新機會。幾十年來,芯片產業一直是靠摩爾定律來推動的,根據該定律,特定尺寸的芯片性能每兩年翻一番。但定律正在達到其物理極限,半導體企業花了數十年時間競相促成晶體管數量實現翻番,極小面積內的設計布圖與微細加工難度呈幾何級上升,這就為包括量子計算在內的新概念、新技術的“新維度應用”開辟道路,而這恰恰是中國的強項。

  艾布拉姆斯推測,從長遠看,美國對華芯片禁售是徒勞的,“這無疑可以放慢對手的速度,但中國的進步是無法阻止的。正如硅谷的崛起有賴于美國政府的支持一樣,中國為了實現目標而將國家和企業的資源進行整合,它制定激勵計劃,從其他地方吸引工程人才,2015年美國阻止英特爾芯片出口反而刺激中國發展出更強大的超級計算產業,如今華為正成為新的‘倒逼創新刺激’的案例”。他認為,美國終將轉向“更聰明”的游戲規則:一方面,培育國內創新,更多政府資金進入芯片研究領域,加大對世界人才開放;另一方面,加快與盟國或伙伴國形成聯盟,為“中國芯片更加普及的世界”做準備,這意味著美國必須提前擬定國際安全檢測程序和數據處理標準,以“確保安全”的名義收緊中國芯片的生存空間。

  更多詳細報道,請見2019年6月3日出版的總1042期《新民周刊》


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