中芯國際被限制,台積電坐收漁翁之利,國產芯片如何突圍?
2023/03/08

芯片對當今社會發展不言而喻,小到智慧型手機,大到火車、飛機都離不開這小小的芯片。各國在芯片領域也展開了激烈的競爭。

提起芯片的競爭,就不得不提中芯國際與台積電。

中芯國際自2000年4月創建起,就與台積電有著千絲萬縷的聯系,也從那時起兩家公司就展開了激烈的競爭, 甚至不惜打上法庭。

那麼,中芯國際與台積電除了都是芯片代工廠,互為競爭對手外,還有哪些恩怨呢?

中芯國際與台積電之爭

中芯國際與台積電之爭最早始于世大半導體與台積電。

世大半導體創始人為張汝京,張汝京出生在南京,但在一歲時,就隨父母來到了台灣,可以說台灣就是他的故鄉。

張汝京台灣大學畢業后赴美留學,考取了加州大學工程學碩士和南方衛理大學電子學博士。

博士畢業后進入了德州儀器工作,與張忠謀在一家公司,但二人并沒有什麼交集。

張汝京在德州儀器學得了大量的半導體知識,曾一口氣在歐、美、亞等多國建設了十家芯片工廠,因此被稱為「建廠高手」。

張汝京這個綽號并不是浪得虛名,他最厲害的地方就是—— 在有限的資源和時間內,建設最具規模、質量最好的芯片工廠。

1997年,張汝京從德州儀器離職,開啟了創業之路。他創建的真正意義上的第一家公司就是「世大半導體」。

世大半導體和台積電一樣是一家芯片代工企業,在張汝京的帶領下,這家公司只用了三年就做到了台灣第三,甚至威脅到了台積電。

于是張忠謀伙同台灣政府發起了對世大半導體的收購,世大半導體的大股東面對50億美元的價格,心動了。就這樣世大半導體成為了台積電的子公司。

張汝京憤怒,卻無可奈何。于是找到了張忠謀,雙方達成了協議—— 在大陸建設高端芯片制造廠。

然而這個協議始終沒有實施,憤怒的張汝京離開了台積電,甚至連股票和戶籍都不要了。

中芯國際與台積電專利之爭

2000年8月,中芯國際在上海浦東成立。「5年免稅、5年稅務減半、土地優惠政策」。讓中芯國際迅速的發展起來。

2002年中芯國際在日本設立了子公司,2004年在美國上市。這樣的速度再次引起了台積電的警惕。

緊接著,中芯國際就接到了訴訟書:「台積電在美國加州起訴中芯國際侵犯專利權和竊取商業機密。」

2004年8月台積電再次對中芯國際發起訴訟:中芯國際侵犯了台積電三項專利,希望美動用關稅法,禁止中芯國際產品進入美國。

海峽兩岸芯片企業多次對壘,最終雙方于2009年達成和解協議: 中芯國際向台積電賠償1.75億美元、中芯國際CEO張汝京辭職、台積電獲得中芯國際8%的股份。

這樣的結果可以用「慘敗」來形容,但張汝京卻說:「這不是人生中的失敗,不要被打趴下,中芯國際要一如既往的勇敢向前走。」

因為在他看來,保住內地第一家芯片廠商比自己的得失更重要,有了一,就會有二、三,甚至千千萬萬。

張汝京走后,中芯國際陷入了短暫的動蕩時期,這期間很多工程師、高管紛紛離職。直到國資的介入,中芯國際才穩定下來。

台積電打造先進工藝甩開中芯國際

台積電以美國資本、技術為背景,拿到了半數的EUV光刻機,開始在先進制程領域「狂飆」。

7nm是中芯國際與台積電最大的鴻溝,因為制造7nm芯片必需使用EUV光刻機,中芯國際受到限制無法買到EUV光刻機,于是只能止步于14nm。

但14nm工藝足以滿足航天、工業、以及大部分消費類芯片,中芯國際憑借成熟工藝依然過得有聲有色。

于是台積電計上心來,一方面把智慧型手機芯片推向3nm,另一方面將自動駕駛、智能座艙芯片推向5nm。

如此一來,越來越多的場景開始使用先進制程的芯片,成熟芯片的使用范圍逐步縮小。繼續發展下去,中芯國際的市場將會大幅萎縮。

沒有市場就沒有收入,也拿不出資金搞研發,結果就是「死路一條」。

事實也證明了這個觀點,2022年台積電的市場份額繼續增加,達到了60%;中芯國際的市場份額則下降至5%,二者差距進一步拉大。

中芯國際與台積電的競爭,也反映出國產芯片與進口芯片的現狀: 國產芯片發展很快,但在規模與技術上與先進芯片仍有很大差距,技術、設備與專利是國產芯片最大的弱點。

中芯國際受到限制

2020年12月18日,美商務部將中芯國際列入實體清單,以限制其獲得美國關鍵技術。美商務部長直言: 「我們不會允許先進的美國技術幫助對手建立軍隊。」

那麼中芯國際具體會受到哪些限制呢?最主要的就是核心設備,也就是我們常說的「四大件」。

光刻機、刻蝕機、PVD/CVD、離子注入機被稱為芯片制造領域的四大件,美國掌控著大部分技術與專利。

光刻機由荷蘭ASML制造,市場份額在80%以上,技術方面嚴重依賴美國;

刻蝕機主要被泛林集團、應用材料、東京電子控制,前兩家為美國企業,后一家為日本企業;

PVD主要被應用材料、Evatec、愛發科壟斷,其中應用材料占比高達85%;CVD主要被應用材料、東京電子、泛林集團把控,應用材料占比達到了30%;

離子注入機方面,應用材料、Axcelis掌控了全球大部分市場份額,兩家公司均為美國企業。

可以看出,ASML雖然為荷蘭企業,但嚴重依賴美國技術,而應用材料和泛林集團是清一色的美企,這三家企業牢牢把控著芯片制造核心設備。

投資一條芯片制造生產線,設備占總投資的75%,一旦設備被把控,這條生產線也就無從談起了。

可見,失去了海外設備,對中芯國際影響極大,這也是為什麼中芯國際遲遲無法突破7nm芯片的原因。

中芯國際具備7nm制造技術嗎?

中芯國際CEO梁孟松公開稱:公司已經量產28nm、14nm芯片,7nm技術已經攻克,5nm、4nm技術研發已經提上日程。

攻克7nm技術,這絕對是非常厲害了,因為全球能夠量產7nm芯片的只有兩家:台積電和三星,就連英特爾也在嘗試階段。

如果說中芯國際攻克7nm技術,那麼一定是依靠梁孟松。

梁孟松,電子工程學家,電機電子工程師學會院士,曾任AMD工程師、台積電資深研發長、三星電子研發副總經理,現任中芯國際CEO。

梁孟松在加州大學讀博士期間,他的導師就是著名的FinFET發明人胡正明。而他本人也獲得了多項集成電路相關專利。

根據美國專利局公布的資料: 梁孟松參與發明的半導體技術專利共181件,幾乎全都是最先進、最專業、最重要的技術研發。

在台積電期間,梁孟松、蔣尚義合作在130nm工藝擊敗IBM;在三星期間,梁孟松帶領團隊在14nm工藝擊敗台積電。

這足以證明,梁孟松在芯片制造領域擁有極強的技術與領導能力,因此他帶領中芯國際團隊攻克7nm技術是很有可能的,當然這需要EUV光刻機的驗證。

但由于美國的封鎖,中芯國際無法購買到EUV光刻機,技術驗證也就無從談起。

換個說法,也就是說中芯國際無論是量產7nm芯片,還是技術驗證7nm芯片都要擁有若干台EUV光刻機,在美國封鎖的前提下,只有依靠國產。

國產EUV光刻機的進度如何

EUV光刻機是所有芯片制造、封裝設備中難度系數最大的,但凡能夠造出EUV光刻機,什麼刻蝕機、PVD/CVD、離子注入機等等都是小菜一碟。

世界上有多個國家(美、俄、中、英、法等)能夠制造原子彈、氫彈, 但沒有任何一個國家能夠單獨制造EUV光刻機,包括美國。

因為這需要擁有極強的光電、精密儀器、機械制造等相關技術。光電技術用來研發極紫外光源系統;精密儀器技術用來研發光學鏡頭;機械制造用來研發雙工作台系統。

極紫外光系統由美國的Cymer研發,后被ASML收購,高精度鏡頭目前由德國蔡司研發,代表著全球最先進的鏡片技術;雙工作台系統由德國通快負責研發,是精密制造的典型代表。

如果一個國家要自己研發EUV光刻機,就要打造一個ASML、一個蔡司、一個通快,當然還要打造上千個大大小小的配件公司。

因為,一台EUV光刻機由10萬個精密部件、3000條光纜、2公里管道組成,當然還要再加上特定的操作系統。

根據目前公開信息來看,我國正在逐步攻克相關難題。

光源系統方面,我國的研發進度撲朔迷離,中科院可以研發出先進的極紫外光源,但是磁控去污染技術、錫液體發生技術、激光預脈沖技術、高功率二氧化碳激光器技術尚未公開。

物鏡方面,長春物理所能夠打磨出的鏡片,可以實現28nm分辨率,距離7nm、5nm仍有不小的距離。

雙工作台方面,清華大學和華卓科技的研發速度最快,目前已經攻克核心技術,并供貨給上海微電子,但在精密度和穩定性方面有待提高。

也就是說,我國尚未攻克EUV光刻機的三大核心技術,距離全面量產還有很長的路要走。

搞研發是一件十分痛苦的事情,一方面要忍受對手的嘲諷,說什麼就算給你圖紙也造不出來;另一方面也要忍受國內的壓力,說什麼造不如買。

但慶幸的是國家政策的大力支持,研發環境的大幅改善。待功成之日,不要忘了論功行賞,千萬不能被某些人鉆了空子,竊取了勞動者的勝利果實。

寫到最后

中芯國際被卡在芯片設備上,而台積電依仗著美國的設備和技術一騎絕塵,目前已經走到了3nm工藝上。

未來,台積電計劃將汽車芯片、工業芯片全部躍遷至7nm以下,以此打壓中芯國際,這個計劃不可謂不毒。一旦成功的話,國產芯片將大幅落后于對手。

而唯一能夠破解這項計劃的方法就是研發國產EUV光刻機,目前在中科院、清華大學、上海微電子、華卓科技等機構、高校、企業的共同努力下,正在全力攻關。

相信不久的未來,EUV光刻機會實現,7nm、5nm國產芯片也會有。

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