美国芯片法案围堵中国半导体产业链,中国芯片突围将是一场“持久战”

2022-08-17 16:24 来源:科技E侠 刘拓

  8月9日,美国总统拜登签署《2022年芯片与科学法案》,引发全球关注。该法案提出,美国将在未来5年内投资2800亿美元,以帮助其重获半导体芯片制造和科技领域的领先地位。该法案主要提及两大部分内容,其一是美国政府计划投资527亿美元用于芯片制造和研究领域,其二是美国政府计划投资1700亿美元用于科研、创新以及太空探索等领域。其中,业界普遍关注其芯片投资相关内容。

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  美国芯片法案是什么?

  E侠君查阅美国政府相关网站,发现该法案长达1034页;不过美国白宫随后发布了关于该法案的9页内容概述,概述中提到此法案旨在发展对美国竞争力和国家安全至关重要的半导体国内制造。目前,美国只有12%的芯片是在其国内生产,而1990年代这一比例为37%,包括中国在内的诸多美国竞争对手国家都在大力投资以主导该产业。概述还表示,美国目前缺乏量产最先进芯片的能力,因而该法案旨在通过拨款,提升美国芯片产业竞争力,同时还将设置保障措施,以确保接受美国联邦资金补贴的企业不能在中国等相关国家建立先进的半导体生产设施。概述中还提到,该法案将提供美国《电信法案》所需拨款,以用于支持美国在全球电信产业链的发展,并限制华为等中国企业在全球的参与范围。此外,概述还提到,美国要利用其软件优势,加速开放架构模型(OpenRAN)开发,该模型将允许替代供应商进入特定网络组件市场,而不必与华为进行端到端的竞争。总体来说,该法案主要针对中国,针对中国半导体芯片相关制造企业和产业链。

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  在该法案芯片相关条款中,有三部分值得注意,其一,该法案要求成立五只基金;其二,该法案规定了一系列半导体芯片税收减免优惠政策,如为在美国投资半导体制造的企业提供25%的税收抵免;其三,该法案规定禁止获得美国联邦资金补贴的企业在中国增产先进制程芯片,期限为10年,违反这一禁令的企业,要全额退还补助款。

  关于该法案中提到的5只基金,分别是“美国芯片基金”,其中390亿美元将用于鼓励芯片企业在美国建厂、生产、更新设备等,110亿美元用于补贴芯片研发;“美国芯片国防基金”,共计20亿美元,用于补贴美国国家安全相关关键芯片生产,将由美国国防部在2022-2026年间分期发放;“美国芯片国际科技安全与创新基金”,共计5亿美元,用以支持美国在全球建立安全可靠的半导体供应链;“美国芯片劳动力和教育基金”,共计2亿美元,用以培育半导体行业相关人才;“公共无线网络供应链创新基金”,共计15亿美元,以促进基于美国软件系统,开放架构的无线技术发展,鼓励美国移动宽带公司与华为竞争,并限制其他与中国关系密切的电信公司发展。

  除了芯片相关内容,该法案还提到美国未来将投资1700亿美元加速其在人工智能、量子计算、先进制造、6G通信、能源和材料科学、太空探索等领域的发展。

  围堵中国先进制程芯片发展

  在美国芯片法案签署不久,美国商务部宣布,自2022年8月15日起,对设计GAAFET结构集成电路所需EDA软件,以金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料,燃气涡轮发动机使用的压力增益燃烧等四项技术实施新的出口管制。

  其中,氧化镓、金刚石被认为是第四代半导体技术关键材料,也是未来中国在半导体领域弯道超车的希望所在;而EDA系统则是芯片设计、制造、封测等环节不可或缺的大型工业工具,就像写文档需要Word,图片设计需要Photoshop一样,EDA就是芯片设计师的“创作”工具,只是其更加复杂。

  据“果壳网”科普,EDA是融合了图像学、计算数学、微电子学、拓扑逻辑学、材料学以及人工智能等多学科的算法技术,必须经过长时间技术积累和持续大规模研发投入,才能满足芯片新工艺应用需求。EDA工具包括硬件和软件两部分,软件包括仿真工具、设计工具、验证工具;硬件则是用来加速仿真、验证速度的服务器和专用工具。

  另外,EDA还与半导体知识产权即半导体IP核紧密相关。所谓IP核,就是半成品芯片,提供不同复杂度的预设计电路,分为软核、硬核、固核三类,可以类比为Photoshop里的预设工具包模块。由于IP核的使用和重复使用都依赖EDA,业界通常将两者视为同一个市场。

  由于芯片的电路设计需要依赖EDA工具,因而EDA也被称作“芯片之母”。此外,由于芯片设计出图后还需要验证,数百亿晶体电路不可能由人工一一测试,因而也需要依赖EDA工具进行仿真测试以验证设计是否可行,芯片性能以及良品率等等。总而言之,EDA贯穿芯片从设计到成型的整个流程始终。

  但是,目前全球EDA工具主要由Synopsps、Cadence和Siemens EDA垄断,前两家是美国公司,后一家是德国公司。目前,中国市场90%-95%的EDA工具依赖国外,同光刻机一样,是我们发展芯片“卡脖子”的命门所在。目前,国产EDA替代企业包括华大九天、国微集团、概伦电子等,但其与国外“三巨头”相比,还存在较大差距。而美国商务部此次提到的GAAFET结构集成电路是发展3纳米及更先进制程芯片的基础,限制GAAFET技术所需EDA软件,目的是让目前中国大陆芯片设计止步于3纳米制程。

  近年来,美国为遏制我国芯片半导体产业发展,“招式”层出不穷,从打压华为、中兴等单个企业到限制向中国出口光刻机、EDA工具,到此次以立法形式形成芯片法案,意图对中国整个半导体产业链、先进技术发展形成围堵,一张关于芯片技术未来主导权的铁幕正在缓缓落下。

  目前,中国芯片产业的各种技术、工具国产替代正在积极展开,但无可否认,我们在人才和核心关键技术上,还与国际先进水平存在差距。以人才为例,据中国电子信息产业发展研究院编制的白皮书显示,2019年中国集成电路产业的就业人数约为51.2万人,但到2022年,中国集成电路专业人才的缺口还将近25万,且存在结构性失衡。

  在芯片行业,就像当年造原子弹一样,一将可顶一师。以芯片产业“名将”梁孟松为例,2003年他帮助台积电战胜了当时的行业霸主IBM,推进台积电先于IBM研发并量产出当时最先进的130纳米芯片;2012年,离开台积电的梁孟松帮助三星在14纳米制程芯片上反超台积电;2018年,梁孟松加入中芯国际,不到一年时间,便推动中芯的芯片制程由28纳米进展至14纳米,且实现14纳米芯片良品率从3%提升至95%;2020年第四季度,中芯国际实现7纳米芯片试产,从28纳米到7纳米制程,梁孟松用两年时间完成了一般公司需要十年以上时间才能完成的工作。2020年底,梁孟松提出辞职,受这一消息影响,短时间内中芯国际股价暴跌;最终梁孟松辞去执行董事职务,但仍留在中芯国际,目前正带领中芯向5纳米制程突围。

  而除了这些资深名将,我们在稍微资深的芯片专业基础人才方面,也有较大缺口。半导体行业人士指出,芯片企业亟需可以从系统、应用角度统筹的技术人员,而这类人往往需要在行业内有10-20年的沉淀,并需一直身处技术的一线。而在芯片整个产业链的细分领域,都需要专业人才。

  正如任正非所言,只有向下扎到根,才能向上捅破天。未来十年中美之间比拼的将不仅是先进科技领域谁能“捅破天”,更要比拼基础科学领域谁能“扎到根”。