作為高科技產(chǎn)業(yè)的核心，芯片產(chǎn)業(yè)日漸成為世界各國綜合國力競(jìng)爭(zhēng)的重要砝碼，隨著中國芯片產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，逐步在全球芯片產(chǎn)業(yè)鏈上占據(jù)重要位置，卻開始受到以美國為首的發(fā)達(dá)國家的限制。
眾所周知，芯片目前主要被美國壟斷市場(chǎng)，占據(jù)全球50%的份額。國內(nèi)芯片業(yè)雖持續(xù)蓬勃發(fā)展，但在高端芯片制造領(lǐng)域仍處于劣勢(shì)位置，同時(shí)國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)高度依賴外部市場(chǎng)，在技術(shù)受限的情況下，被美國“卡脖子”的困境更為凸顯。
有人可能不太清楚，我們被“卡脖子”的芯片有哪些？例如常用的電腦核心芯片、高端手機(jī)核心芯片、視頻系統(tǒng)中顯示驅(qū)動(dòng)芯片、數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備芯片，以及可編程邏輯設(shè)備核心芯片等，都是我們目前還造不出來的高端芯片，幾乎完全依賴進(jìn)口。
近年來我國芯片的進(jìn)口量一直“領(lǐng)跑”全球。數(shù)據(jù)顯示，2022年前10個(gè)月我國芯片進(jìn)口數(shù)量為4580.2億個(gè)，支付的金額為23107.8億元，購買芯片的金額占比我國進(jìn)口商品總金額的15.5%，超過石油、煤炭、天然氣等大宗商品，占據(jù)首要位置。
極大的需求量和極低的自供給量，自然會(huì)導(dǎo)致“卡脖子”問題。而由于我們對(duì)外部市場(chǎng)的高依存度及短期內(nèi)難以突破的技術(shù)壁壘，被“卡脖子”時(shí)尤為被動(dòng)。我們知道，國內(nèi)芯片常遭美國“卡脖子”的技術(shù)主要涉及三方面，一是制程工藝；二是裝備/材料；三是設(shè)計(jì)IP核/EDA工具。今天我們著重談?wù)勚瞥坦に嚒?/p>
01 芯片“卡脖子”的3個(gè)階段
工藝是指芯片制造工藝，這一塊是與芯片生產(chǎn)企業(yè)本身的技術(shù)相關(guān)。芯片制程直接影響芯片組的性能優(yōu)劣、電源效率和體積，一般以28nm為分水嶺，區(qū)分先進(jìn)制程和成熟制程，前者多用于對(duì)計(jì)算性能要求更高的領(lǐng)域，后者用于成本較高的場(chǎng)景。
雖然兩種制程都很重要，但更先進(jìn)的制程代表的是廠商的硬實(shí)力。比如臺(tái)積電、三星達(dá)到了5nm，甚至開始量產(chǎn)3nm，而格芯、英特爾、聯(lián)電等只達(dá)到10nm，這就是技術(shù)差距，這一塊很重要，也是“卡脖子”的技術(shù)之一。目前國產(chǎn)技術(shù)在14nm，還沒有達(dá)到10nm或更先進(jìn)的制程。
從制程工藝來看，我們可以把芯片“卡脖子”分成三個(gè)階段，第一階段是「能用」，對(duì)應(yīng)135nm-28nm，為溫飽水平；第二階段是「夠用」，對(duì)應(yīng)14nm-7nm含chiplet，能達(dá)到這一制程區(qū)間，可以說是小康水平；第三階段是「好用」，對(duì)應(yīng)7-2nm的尖端工藝，屬于發(fā)達(dá)水平。
如果我們不被美國限制，在全球產(chǎn)業(yè)鏈分工合作的背景下，國內(nèi)芯片可以通過借用其他國家的技術(shù)、設(shè)備等達(dá)到「發(fā)達(dá)」水平，比如采用臺(tái)積電的5nm代工的“自研芯片”。但實(shí)際上，臺(tái)積電工廠的設(shè)備（含EUV）75%來自于美國。此前我們發(fā)布的《實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)的國產(chǎn)替代，沒那么急》一文中談到國產(chǎn)芯片被“卡脖子”的另一重要環(huán)節(jié)——半導(dǎo)體設(shè)備光刻機(jī)，EUV光刻機(jī)是5nm及更先進(jìn)制程芯片制造的剛需，但由于受到美國禁令等因素影響，目前國內(nèi)尚未買到。
所以簡(jiǎn)而言之，我們被“卡脖子”主要是被美國卡，就目前的趨勢(shì)，凡涉及美國技術(shù)而我們沒有掌握的都可能被卡。今年以來，美方宣布了一系列限制措施，其中最嚴(yán)格的芯片“制裁令”，涉及到16/14nm以下先進(jìn)制程的高性能計(jì)算（邏輯）芯片，其目的即想把中國卡在溫飽的「能用」水平，意圖限制我國云計(jì)算與數(shù)據(jù)中心、自動(dòng)駕駛、5G、人工智能等應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。
02 芯片制程的3個(gè)分水嶺
前面我們提到，芯片制程通常以28nm為分水嶺，往前為先進(jìn)制程，往后是成熟制程。對(duì)應(yīng)上文所說芯片“卡脖子”的三個(gè)階段，可細(xì)分為3個(gè)分水嶺：
我們可以認(rèn)為28nm是「能用」的分水嶺，對(duì)應(yīng)所有家電、消費(fèi)電子、3G手機(jī)、電動(dòng)車（不含智能化）、光伏逆變器等。
28nm作為成熟的工藝節(jié)點(diǎn)，自臺(tái)積電率先推出市場(chǎng)距今已有十余年，持續(xù)在市場(chǎng)發(fā)熱。各大晶圓廠在28nm工藝節(jié)點(diǎn)上做了很多的特色工藝開發(fā)，使得28nm節(jié)點(diǎn)能滿足更多產(chǎn)品需求，在全球市場(chǎng)呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的態(tài)勢(shì)，2021年全球28nm芯片市場(chǎng)為313億美元，預(yù)計(jì)至2027年將增長至449億美元。
中芯國際是國內(nèi)首個(gè)能夠量產(chǎn)28nm工藝的企業(yè)，可以說在短期內(nèi)，28nm制程將是國產(chǎn)芯片的主戰(zhàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)這一制程的芯片自由也是當(dāng)下要?jiǎng)?wù)之一。
14nm是「夠用」的分水嶺，對(duì)應(yīng)4G手機(jī)、PC機(jī)、普通服務(wù)器、L2的智能電車、低端人工智能。
從量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)上來看，14nm芯片誕生于2014年，最早由英特爾實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)臺(tái)積電和三星還處于20nm階段。到2017年，臺(tái)積電和三星先后攻克了10nm，而這時(shí)英特爾依舊是14nm，自此開始臺(tái)積電、三星就走在了英特爾前面。
可以說在2017年之前，14nm就是最高端的芯片制程，雖然如今已經(jīng)5年過去了，但是14nm芯片生產(chǎn)線在目前半導(dǎo)體中仍非常關(guān)鍵，14nm及以上制程基本能滿足目前70%半導(dǎo)體制造工藝需求。
國內(nèi)在這一制程階段，今年9月份消息，上海經(jīng)信委主任正式對(duì)外宣布，14nm國產(chǎn)芯片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)，意味著我們的芯片正在從「能用」邁向「夠用」。
5nm是「好用」的分水嶺：對(duì)應(yīng)人工智能、超級(jí)計(jì)算機(jī)、L4高階自動(dòng)駕駛、智能手機(jī)等。
事實(shí)上，5nm及以下先進(jìn)制程領(lǐng)域，目前僅有臺(tái)積電和三星兩個(gè)玩家，近乎雙寡頭格局。今年第三季度，臺(tái)積電7nm以上先進(jìn)工藝占比達(dá)到54%，5nm首次超過7nm，貢獻(xiàn)了最大的收入（28％），其次是7nm產(chǎn)線（26%）。
5nm及以下制程對(duì)國產(chǎn)芯片而言是最有距離的，盡管目前其市占率不高，但就發(fā)展趨勢(shì)而言，高端芯片的需求或?qū)㈤L期持續(xù)，智能設(shè)備、自動(dòng)駕駛、AI等市場(chǎng)方興未艾，從大廠的火熱需求即可看出，如高通、AMD對(duì)4nm/5nm的需求爆棚，追求卓越的蘋果則對(duì)3nm/2nm熱度不減。
在芯片制程工藝上，我國半導(dǎo)體未來一段時(shí)間內(nèi)將處于「溫飽」和「小康」的過渡階段，即從28nm量產(chǎn)走向14nm量產(chǎn)。
03 突破“卡脖子”的3個(gè)階段
但就目前而言，國內(nèi)產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需加大投入。
我們來看一組數(shù)據(jù)對(duì)比：
臺(tái)積電2021年資本開支約300億美元，2022年三季度其下調(diào)資本支出后為360億美元（原計(jì)劃440億美元）；三星電子2021年資本開支為337億美元，2022年預(yù)計(jì)為379億美元；英特爾2021年資本開支達(dá)到179億美元，2022年預(yù)計(jì)達(dá)到280億美元。
中芯國際2021年資本開支45億美元，預(yù)計(jì)2022年資本開支達(dá)到50億美元。
從數(shù)據(jù)中可以看出，國內(nèi)芯片擴(kuò)產(chǎn)增投仍需持續(xù)。
所以我們?cè)谥瞥坦に嚿贤黄啤翱ú弊印币驳媒?jīng)歷三個(gè)階段：
一是突破「能用」，圍繞135~28nm建立產(chǎn)能，能夠覆蓋除智能手機(jī)和人工智能等大多數(shù)行業(yè)的大部分需求，這一塊的國內(nèi)市場(chǎng)也是非常大的；
二是突破「夠用」，在14~7nm制程上基于Chiplet建立產(chǎn)能，能覆蓋低階智能手機(jī)和人工智能產(chǎn)業(yè)，主攻成熟工藝的同時(shí)不斷向先進(jìn)制程邁近；
三即突破「好用」，未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，受制于半導(dǎo)體設(shè)備和材料，國內(nèi)芯片在尖端工藝的突破上將道阻且長，但我們?nèi)员中判摹?/p>
總 結(jié)
當(dāng)前，外部環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，美國多次挑起斷供風(fēng)波，導(dǎo)致“卡脖子”問題凸顯。
國產(chǎn)芯片實(shí)現(xiàn)重大突破是所有人翹首以盼的，其中的艱難也是可以預(yù)見的，但相信隨著國內(nèi)擴(kuò)大產(chǎn)能，加大投入，人才日益完備，實(shí)現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的自主可控，形成新的替代技術(shù)軌道，將指日可待。