美國已經(jīng)擰熄了“燈塔”，我們進(jìn)入“黑暗森林”。

2023年2月，《中國科學(xué)院院刊》刊載了兩位中國半導體領(lǐng)域頂級專(zhuān)家的文章，給出了如此非常罕見(jiàn)而措辭嚴厲的警示。專(zhuān)業(yè)的研判、真實(shí)的吶喊，直面當下芯片產(chǎn)業(yè)嚴峻的形勢，既是對一些激進(jìn)的假想和盲目樂(lè )觀(guān)的正本清源，也是對產(chǎn)業(yè)泡沫的深刻反思。

中美產(chǎn)業(yè)鏈“脫鉤”以來(lái)，美國的“限芯”手段不斷升級，中國半導體行業(yè)面臨空前挑戰。尤其是近兩年，美國從設備、軟件和人員等維度，給中國半導體產(chǎn)業(yè)織下讓人透不過(guò)氣的網(wǎng)。

據美國媒體報道，今年1月27日，美國、荷蘭和日本達成非公開(kāi)協(xié)議，約定嚴格限制向中國出口先進(jìn)的芯片制造設備。荷蘭的阿斯麥、日本的尼康和佳能這全球光刻機三巨頭將陸續對中國斷供，這代表未來(lái)，大陸在未經(jīng)許可的情況下無(wú)法得到7nm-45nm的光刻機。去年，美國也正式實(shí)施EDA（設計軟件）禁令，試圖讓中國無(wú)法自主設計芯片；另外，美國早就禁止美籍公民在中國從事芯片開(kāi)發(fā)或制造工作。

如果說(shuō)之前禁止對華出口先進(jìn)芯片是給我們的一記悶棍，那當下的手段則是真正的“大招”，意圖處處圍堵，將我們鎖死在當前的制造水平，半導體鐵幕驟然降下。

這是一場(chǎng)謀劃已久的鉗制。

早在2021年3月1日，美國人工智能?chē)野踩瘑T會(huì )在一份長(cháng)達756頁(yè)的報告中稱(chēng)，美國要想在半導體產(chǎn)業(yè)保持全球領(lǐng)先，就必須考慮與荷蘭和日本一起，限制中國的半導體產(chǎn)業(yè)，設法妨礙中國進(jìn)口光刻機等尖端芯片生產(chǎn)設備。

近年來(lái)，套在中國半導體領(lǐng)域上的絞索一再收緊，試圖徹底打上“死結”，沒(méi)有騰挪的空間。中科院在文章中表示，國內的半導體企業(yè)落后國際先進(jìn)水平兩代以上，主要在別人提供的PDK（工藝設計套件）基礎上做工藝優(yōu)化提高良品率，無(wú)暇圍繞下一代晶體管開(kāi)展前沿基礎研究。

三朵烏云

半導體產(chǎn)業(yè)是個(gè)流程長(cháng)、門(mén)類(lèi)多、場(chǎng)景復雜的行業(yè)，上游包含半導體設備及零部件、半導體材料等支撐性產(chǎn)業(yè)，中游包括芯片設計、制造和封測三大環(huán)節，下游包含消費電子、通訊、人工智能等多種應用領(lǐng)域。王陽(yáng)元院士曾言：“半導體產(chǎn)業(yè)鏈上游的任何一種材料、一種設備甚至一個(gè)配件都可能成為制約競爭者的手段。”

在美國的反復打壓下，我國的科研團隊和企業(yè)也在奮起直追，努力追趕黎明前的第一束光亮。“卡脖子”危機出現后，華為麒麟芯片面世，讓國產(chǎn)芯片在芯片設計上實(shí)現突圍，這時(shí)我們又發(fā)現，還得在代工領(lǐng)域實(shí)現工藝的突破；緊接著(zhù)，中芯國際死磕代工廠(chǎng)的制程精度時(shí)，制造設備又一次受制于人，計劃中的產(chǎn)線(xiàn)隨時(shí)可能癱瘓。就這樣，我們又在EDA、關(guān)鍵零部件、原材料上發(fā)現一個(gè)又一個(gè)“卡脖子”的節點(diǎn)，它們像一條條裂谷，在前行之路上劃出深不可越的鴻溝。

這種產(chǎn)業(yè)拼圖式的創(chuàng )新，讓我們被一條條禁令帶入一個(gè)無(wú)休止的莫比烏斯循環(huán)中，逐步被困在原地。具體來(lái)看，我們受制于人的領(lǐng)域就像三朵烏云，盤(pán)旋在產(chǎn)業(yè)上方。

1.設計軟件

EDA是電子設計自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫(xiě)，是芯片設計的核心軟件?？梢哉f(shuō)，全球半導體物理和微電子領(lǐng)域的基礎研究成果都被整合在EDA工具的工藝設計套件（PDK）中。

這個(gè)過(guò)程可以用畫(huà)圖來(lái)比喻。以往芯片制程沒(méi)那么高時(shí)，我們可以用手一點(diǎn)點(diǎn)“畫(huà)”出晶體管和布線(xiàn)方式，可現在一個(gè)指甲蓋大小芯片容納了幾十億個(gè)晶體管，這種工程量用以往的方式根本無(wú)法實(shí)現。而EDA就是自動(dòng)設計軟件，科研人員導入設計文件后，計算機可以自動(dòng)完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線(xiàn)和仿真，完成設計。

EDA是芯片產(chǎn)業(yè)絕對的生產(chǎn)力工具，軟件里面豐富的IP庫，讓極度復雜的布局工作變成“搭積木”，可以直接調用這些模塊化的功能，無(wú)需重復設計，讓芯片設計成為站在前人肩膀上的工作。此外，EDA的仿真能力，可以自主檢驗設計好的芯片，確保芯片在投產(chǎn)前沒(méi)有大漏洞，節省生產(chǎn)成本。

目前芯片設計端的EDA 軟件有三大巨頭，分別是Synopsys、Cadence和SiemensEDA，在全球EDA市場(chǎng)占85%以上份額。這意味著(zhù)，美國一道禁令，我國大部分芯片設計工作就會(huì )停擺，無(wú)從發(fā)力。

2.生產(chǎn)設備

光刻機，顧名思義，就是以“光”為刀，在晶圓上雕刻復雜線(xiàn)路，精度已達到5nm。制作一枚芯片大概需要3 000道工序，芯片的良品率也必須在90%以上才能不虧損。于是，光的每一刀，命中率都要高于99.99%。

因此，光刻機是生產(chǎn)環(huán)節價(jià)值量和技術(shù)壁壘最高的部分。全球光刻機年銷(xiāo)量約為500臺，市場(chǎng)規模超1 000億元，主要被3家廠(chǎng)商瓜分，阿斯麥獨占高端市場(chǎng)，尼康致力追趕，佳能深耕低階市場(chǎng)。 其中，阿斯麥是目前世界上唯一能夠生產(chǎn)EUV的廠(chǎng)商，只有EUV光刻機才能用于生產(chǎn)制造7nm以下的高端芯片。

在目前的半導體設備領(lǐng)域，我國的短板仍是光刻機，國產(chǎn)化替代率僅為1.1%，且分辨率尚未達到制造高端芯片的要求。半導體行業(yè)符合木桶理論，真實(shí)水平取決于最短的那一塊的短板的能力。若沒(méi)有光刻機，中國目前的研發(fā)進(jìn)展無(wú)疑將遭受一記重創(chuàng )，不僅目前規劃中的45nm及以下的芯片量產(chǎn)線(xiàn)無(wú)法繼續建設，配套的光刻膠等產(chǎn)品的研發(fā)也將嚴重滯后，無(wú)法協(xié)同完成突破。

3.尖端材料

半導體材料貫穿了半導體生產(chǎn)的整個(gè)流程，按照應用環(huán)節，半導體材料可以分為制造材料與封測材料。其中，晶圓制造材料主要包括硅片、特種氣體、掩膜版、光刻膠及配套材料、濕電子化學(xué)品、靶材、CMP 拋光液和拋光墊等；封裝材料主要包括封裝基板、引線(xiàn)框架、鍵合絲、包封材料、陶瓷基板、芯片粘接材料等。

由于技術(shù)壁壘高、生產(chǎn)難度大、驗證周期長(cháng)等特點(diǎn)，大部分半導體材料都處于寡頭壟斷的局面。在半導體制造過(guò)程所需的19種核心材料中，日本就占到了14種，處于絕對領(lǐng)先地位。

我國半導體材料行業(yè)起步晚、發(fā)展慢，加之本土市場(chǎng)長(cháng)期被國外巨頭牢牢占據，呈現“小而散”的格局。據國信證券的研報，2021年，我國半導體材料國產(chǎn)化率僅約10%，在品類(lèi)豐富度和競爭力上處于劣勢。

趕超，需要長(cháng)跑，背后是超長(cháng)的耐心、極致的專(zhuān)注力，更是實(shí)驗室和車(chē)間里一次次實(shí)驗、觀(guān)察、記錄、改良。

泡沫、困局與出路

半導體領(lǐng)域的很多環(huán)節不是“有”與“沒(méi)有”的絕對值，它不像原子彈、氫彈，研發(fā)出來(lái)就大功告成。半導體是一個(gè)長(cháng)長(cháng)的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新是一項系統工程。這需要產(chǎn)業(yè)上下游匯聚各方智慧和力量共同推進(jìn)。此外，半導體行業(yè)被“卡脖子”，影響的也不僅僅是芯片產(chǎn)業(yè)，它對新能源車(chē)、消費電子等行業(yè)都有巨大影響。

就在美、荷、日三方達成秘密協(xié)定后的不久，之前鬧得沸沸揚揚的武漢弘芯千億“芯騙”項目再度傳出新動(dòng)態(tài)——遣散全體員工。潮水過(guò)后，曾紅極一時(shí)的造芯運動(dòng)一地雞毛。

最新數據顯示，2022年，中國超過(guò)5 700家芯片公司消失，較2021年激增68%，平均每天吊銷(xiāo)、注銷(xiāo)的企業(yè)數量超過(guò)15家，成了中國芯片淘金熱退潮的真實(shí)寫(xiě)照。

近幾年，中國數家代表性芯片企業(yè)快速崛起，但同時(shí)也引發(fā)了企業(yè)以造芯片為名義騙取政府補貼、獲取融資的現象，最終因資金鏈斷裂導致百億元級半導體項目爛尾的情況發(fā)生數起。2021年，就有成都格芯、南京德科碼、陜西坤同、貴州華芯通等數個(gè)計劃投資幾十億元到上百億元不等的半導體大項目先后停擺，造成了巨大損失。

由此可見(jiàn)，我國芯片產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題并不在于“缺錢(qián)”。有些企業(yè)核心隊伍尚未成型，就靠PPT路演、融資；也有些地方政府火急火燎地砸錢(qián)招商，浪費財政資源；更有企業(yè)愛(ài)追熱點(diǎn)，戰略不聚焦、基礎不牢靠，擔不起沖擊高端的職責。種種現象，讓行業(yè)浮起了一些“泡沫”。

芯片產(chǎn)業(yè)不能蒙眼狂奔?？簥^的芯片投資熱潮后，很多人都得以冷靜下來(lái)。我們不得不承認，盲目自嗨、自欺欺人無(wú)法改變現狀，只有認真溯源半導體產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節，才能在看似無(wú)解的困局中探尋生路。

中科院指出，半導體物理是一切半導體技術(shù)的源頭?？墒?，當前晶體管已接近物理極限，“摩爾定律”即將失效，急需發(fā)展突破CMOS器件性能瓶頸的新材料、新結構、新理論、新器件和新電路，面臨眾多“沒(méi)有已知解決方案”的基本物理問(wèn)題挑戰。

這種認知，一針見(jiàn)血，振聾發(fā)聵。

樂(lè )觀(guān)來(lái)看，當前的瓶頸，是“彎道超車(chē)”的另一個(gè)機遇。我們在半導體行業(yè)補短板固然重要，但只看短板，很難實(shí)現真正地、全方位地發(fā)展與趕超，必須加強基礎研究，才能另辟蹊徑，發(fā)展長(cháng)板，真正實(shí)現創(chuàng )新。這是一場(chǎng)任重道遠的馬拉松，漫長(cháng)、艱辛，閃著(zhù)榮光。

當前的芯片困局，與當初“造不如買(mǎi)、買(mǎi)不如租”的思想有極大關(guān)聯(lián)。沒(méi)有基礎研究的支撐，對國際合作抱有過(guò)于樂(lè )觀(guān)的期待，讓我們錯失產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最佳窗口。俗話(huà)說(shuō)，“牽牛要牽牛鼻子”，現在，我們發(fā)現這個(gè)“牛鼻子”就是基礎研究，沒(méi)有基礎研究做堅實(shí)的支撐，芯片國產(chǎn)化的想法無(wú)異于空中樓閣。對此，任正非有著(zhù)清醒而深刻的認知：“我們國家修橋、修路、修房子，已經(jīng)習慣了‘砸錢(qián)就行’的風(fēng)格，但是芯片砸錢(qián)不行，得砸數學(xué)家、物理學(xué)家、化學(xué)家。”

美國在半導體領(lǐng)域的“霸權”，同樣建立在基礎科學(xué)領(lǐng)先世界的創(chuàng )新成果上。例如，世界物理學(xué)科前十名榜單中，美國獨占7席，世界數學(xué)和材料前十名榜單，美國也分別占有6席和5席。如今，美國依然在加強投資和引進(jìn)人才，并引導國家實(shí)驗室轉向“后摩爾時(shí)代”的半導體創(chuàng )新。

如此來(lái)看，半導體的勝負手依然在基礎研究上。

這方面，日本為我們提供了一個(gè)不斷跟進(jìn)、趕超直到領(lǐng)先的模板。1980年代，美國開(kāi)始“絞殺”日本半導體產(chǎn)業(yè)，今天上演在華為身上的劇目，在那時(shí)就已經(jīng)應用在日本身上。重壓之下，日本的半導體產(chǎn)業(yè)如自由落體般下墜，松下、東芝等日本引以為傲的企業(yè)中的半導體部門(mén)無(wú)奈被賣(mài)掉。

極端困境之下，日本深厚的基礎科學(xué)積淀成為困局之下的“壓艙石”。21世紀初，日本曾制定50年拿30個(gè)諾貝爾獎的計劃。20年過(guò)去了，日本已經(jīng)摘得20枚諾獎獎牌，物理學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域成果頗豐。

此外，日本一頭扎進(jìn)半導體材料的“深海”，結硬寨，打呆仗，以10年為單位，在光刻膠、特殊氣體等領(lǐng)域不斷精進(jìn)，成為高精尖材料領(lǐng)域的世界標桿。

做芯片最忌諱的就是浮躁。堅實(shí)的基礎研究，專(zhuān)注的發(fā)展態(tài)度，錯位的競爭策略，無(wú)疑是日本半導體產(chǎn)業(yè)給我們最有意義的啟發(fā)。要想縮短芯片國產(chǎn)化路徑，必須加強基礎研究，加大關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)投入，構建系統的科技創(chuàng )新體系，從底層構建技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

直視現實(shí)、沉下心來(lái)、腳踏實(shí)地，放大現實(shí)的“分辨率”，才能更有力地激發(fā)想象力，在微小的“沙粒”中實(shí)現涅槃。