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2023-02-13
更新時間:2023-02-11 09:08:14作者:智慧百科
【文/科工力量專欄作者 鐵流】
日前,美國與日本、荷蘭達成協(xié)議,同意限制向中國出口制造先進半導(dǎo)體所需的設(shè)備。該消息傳出后,全球半導(dǎo)體相關(guān)企業(yè)股價出現(xiàn)不同程度的波動,臺灣《自由時報》認為,美國與荷蘭和日本達成的該協(xié)議相當(dāng)于對大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進行“核彈級制裁”。歐盟內(nèi)部市場執(zhí)行委員布雷頓表示:“我們完全同意剝奪中國最先進芯片的策略,我們不能讓中國獲得最先進的技術(shù)。在限制中國獲得微芯片、量子計算和人工智能等技術(shù)方面,歐盟和美國有非常強烈的一致性?!?/p>
鐵流認為,如果美國與日本、荷蘭達成協(xié)議共同限制對中國大陸的半導(dǎo)體設(shè)備出口,確實會給大陸晶圓廠產(chǎn)能擴建造成較大負面影響。但這種協(xié)議到底如何落地依然是未知數(shù),而且有不少漏洞可以利用??偟膩砜?,這項協(xié)議對于中國大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是挑戰(zhàn)與機遇并存。
半導(dǎo)體設(shè)備市場基本被歐美日廠商壟斷
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大致可以分為設(shè)備、設(shè)計、原材料、制造、封裝測試五個部分。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分工呈現(xiàn)“雁行”狀態(tài),美國及其歐洲盟友占據(jù)技術(shù)門檻和利潤最高的半導(dǎo)體設(shè)備和設(shè)計環(huán)節(jié),日本、美國公司占據(jù)了原材料環(huán)節(jié),臺灣地區(qū)和韓國占據(jù)了制造環(huán)節(jié),臺灣地區(qū)和中國大陸占據(jù)了封裝測試環(huán)節(jié)。
具體到半導(dǎo)體設(shè)備而言,美國應(yīng)用材料、泛林、科壘依次名列全球半導(dǎo)體設(shè)備商前五強,據(jù)統(tǒng)計,2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場為1000億美元,應(yīng)用材料、泛林、科壘營業(yè)收入分別為241億美元、165億美元、81億美元,三家公司營收合計487億美元,全球市場占有率達45%以上??涛g設(shè)備、離子注入設(shè)備、物理氣相沉積設(shè)備和化學(xué)氣相沉積設(shè)備均為美國設(shè)備公司的強勢領(lǐng)域,應(yīng)用材料占據(jù)物理氣相沉積設(shè)備占據(jù)全球市場份額30%以上,化學(xué)氣相沉積設(shè)備占據(jù)全球市場份額的50%以上。
日本半導(dǎo)體設(shè)備商雖然在走下坡路,尼康、佳能的光刻機被ASML打得潰不成軍,但瘦死的駱駝比馬大,依然有東京電子、尼康等半導(dǎo)體設(shè)備公司,2021年,在全球營收排名前15的設(shè)備廠商中,日本公司占據(jù)7家,營收合計370億美元,營收總額僅次于美國設(shè)備商。
就荷蘭來說,在光刻機方面獨孤求敗的ASML可謂大名鼎鼎,基本壟斷了全球高端光刻機市場,其EUV光刻機目前是獨家生意,單臺EUV光刻機售價超1億美元。
目前,中國半導(dǎo)體設(shè)備廠商在國內(nèi)市場僅占17.2%的市場,近83%左右的市場全部被國外的設(shè)備所占據(jù),這還是這幾年因中美貿(mào)易摩擦下對本土廠商有一定政策傾斜的結(jié)果。放眼全球,中國半導(dǎo)體設(shè)備廠商的市場份額僅為5.2%。就技術(shù)水平來說,中國設(shè)備商與國外寡頭差距明顯,上海微電子商業(yè)量產(chǎn)的光刻機只能加工90nm芯片,與ASML差距在10年以上。在刻蝕、薄膜、量測檢測、離子注入、涂膠顯影等方面,國內(nèi)企業(yè)與應(yīng)用材料、泛林、東京電子等國際大廠均存在一定差距。
國產(chǎn)設(shè)備在局部有亮點 無法實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈
雖然近些年一些媒體會有沸騰體的方式報道本土企業(yè)在半導(dǎo)體設(shè)備上取得的突破,但總體形勢是比較嚴峻的,國內(nèi)企業(yè)當(dāng)下只能在局部有亮點,無法做到全流程國產(chǎn)化。比如一些自媒體宣傳中微半導(dǎo)體成功研發(fā)出了5nm刻蝕設(shè)備,仿佛國內(nèi)企業(yè)在刻蝕設(shè)備上就不被人卡脖子了。事實上,這款5nm刻蝕設(shè)備只是刻蝕流程中CCP介質(zhì)刻蝕里的多種設(shè)備中的一種,前后道制程ICP與CCP一共接近30種刻蝕設(shè)備,中微與北方華創(chuàng)目前只能完成1/4左右,3/4被國外大廠壟斷。即便門檻相對較低的清洗設(shè)備,目前也只能做到50%的國產(chǎn)化率,其中的去膠設(shè)備,國產(chǎn)機器性能已經(jīng)接近外商,但依然有3成設(shè)備是目前國產(chǎn)做不了的。
最近幾年,國內(nèi)一些企業(yè)著手布局去美化生產(chǎn)線,以緩解美國對國內(nèi)芯片制裁的壓力,其主要動作就是用歐洲和日本的半導(dǎo)體設(shè)備替代美國的設(shè)備。在國產(chǎn)化替代方面有一些動作,比如清洗設(shè)備,在光刻、薄膜沉積、刻蝕、量測檢測、離子注入、涂膠顯影等環(huán)節(jié)主要還是使用國外設(shè)備,2022年最新裝機的fab中芯京城28nm產(chǎn)線為例,第一期的國產(chǎn)化率只有25%,而且主要集中在去膠這些技術(shù)門檻相對低一些的領(lǐng)域。
是否能做是一回事,是否好用又是另一回事。從中芯國際的情況看,由于采購國產(chǎn)設(shè)備,提升國產(chǎn)設(shè)備占比,不得不降低認證標準,進而導(dǎo)致良率下滑——中芯國際28nm含美線良率在85%左右,25%國產(chǎn)化率的非美線預(yù)計可以達到75%。如果進一步提升國產(chǎn)化比例,良率只會更低。作為對比,臺積電28nm良率96%。
根據(jù)行業(yè)慣例,晶圓廠的良率要達到80%以上才能盈利,這就使國內(nèi)晶圓廠在維持國產(chǎn)化生產(chǎn)線運營時無法盈利,必須依賴國家補貼。如果全國的晶圓廠同時陷入巨額虧損,將很難穩(wěn)定人才隊伍,且不利于技術(shù)研發(fā),對當(dāng)?shù)氐呢斦矔斐刹恍〉呢摀?dān)。誠然,短期可以通過財政補貼的方式維持晶圓廠的現(xiàn)金流,但國家補貼只是權(quán)宜之計,而非長久之計。
可以說,從無到有,從有到好,需要在市場中反復(fù)打磨和實踐,需要不斷累積經(jīng)驗,一代又一代的優(yōu)化與更迭,這是一個螺旋式提升的過程,國外大廠的設(shè)備品質(zhì)好,臺積電的產(chǎn)線良率高,是不斷技術(shù)更新獲得的。這需要我們投入人力、資金和十年以上的時間持之以恒去追趕,非一朝一夕可速成,更不可能一蹴而就。
協(xié)議未必會被嚴格落實且存在漏洞
目前,美日荷只是初步達成協(xié)議,這項協(xié)議如何落地依舊是未知。我認為這項協(xié)議未必會被嚴格落實,而且在落實過程中,也有一定可操作余地。
就荷蘭而言,制裁中國沒有任何好處,反而會使ASML失去中國市場。這也是荷蘭在該事項上反復(fù)無常的原因——1月15日,荷蘭還表示,荷蘭有自己的判斷,不會草率接受美國要求;在1月底卻加入了美國主導(dǎo)制定的三方協(xié)議;1月30日,荷蘭外長胡克斯特拉與中國外長秦剛進行了電話會談,為向中國示好,荷蘭還做出了一項重要承諾:荷蘭將繼續(xù)以負責(zé)任的方式,處理對中國的經(jīng)貿(mào)相關(guān)事宜,而且還希望能夠在多個領(lǐng)域加強中荷兩國的合作。
由此可見,荷蘭更多是受美國的政治壓力,不得不屈從,并非鐵了心和中國過不去。因此,荷蘭必然會在政治風(fēng)險和商業(yè)利益中間尋找一個折中點,荷蘭會根據(jù)國際局勢調(diào)整其政策尺度,爭取幾家都不至于太得罪,同時又把錢給掙了。
日本的情況也是類似,日本的野心很大,恰恰中國和日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是能夠形成互補的,雖然日本原材料廠商依然強勢,但半導(dǎo)體設(shè)備廠商被應(yīng)用材料、ASML、泛林等歐美廠商打得很慘,高端光刻機基本被ASML壟斷,尼康只能撿一些殘羹冷炙,佳能的光刻機幾乎絕跡。
在美國半導(dǎo)體設(shè)備商遵循美國禁令撤離中國大陸市場之際(應(yīng)用材料、泛林、科磊等美國設(shè)備商獲利頗豐,其25—30%的營收源自大陸市場),對于這些年走下坡路的日本半導(dǎo)體設(shè)備商而言無異于久旱逢甘霖,如果沒有美國的禁令,商業(yè)利益會促使日本企業(yè)通過各種手段向中國大陸出售半導(dǎo)體設(shè)備。未來,日本大概率會采取相對靈活的政策,既把錢掙了,又不過度得罪中美。
另外,先進工藝標準的確定是一個問題。過去,行業(yè)里用柵長來給工藝命名。但在進入Finfet時代后,柵長做到20nm就很難再往下做了,于是通過3D堆疊的方式提升晶體管密度。當(dāng)晶體管布局從2D變成了3D,過去用柵長來命名的方式就不合時宜了。
三星、臺積電的工藝命名都堪稱是文字游戲,臺積電、三星這些所謂的5nm、7nm、10nm芯片的柵長壓根達不到5nm、7nm、10nm,工藝名稱是晶圓廠自己取的。據(jù)傳,當(dāng)時臺積電16nm工藝最初是命名是20nmFinfet,但由于三星自稱是14nmFinfet,臺積電只能跟著三星的節(jié)奏自稱是16nmFinfet,因而鬧出了三星14nm工藝不如臺積電16nm工藝的笑話。也正是因此,英特爾提出應(yīng)當(dāng)用晶體管密度來衡量制造工藝,而不是沿用過去的XX nm工藝。
由于三星、臺積電通過制造工藝命名大法贏得了甜頭,使其根本不愿意拋棄這套玩法,反而劣幣驅(qū)逐良幣,逼迫英特爾只能跟著臺積電、三星的節(jié)奏走,放棄了其10nm+++的命名方式,也玩起了Intel 7、Intel 4這樣掛羊頭賣狗肉的命名方式。由于各家工藝名稱和實際性能不一致,這就使制定統(tǒng)一的限制標準變得比較麻煩。只能用比較寬泛的標準來衡量,這樣一來,就有了操作的余地。
針對設(shè)備進行限制在操作上也非常麻煩,就光刻機而言,光源大致可以分為5代,分別是G線、I線、KrF、ArF、EUV。目前,國內(nèi)現(xiàn)有的以ArF為光源的光刻機配合刻蝕、薄膜設(shè)備,其實可以加工5nm芯片,即便是使用KrF的光刻機也能加工到14nm。因此,先進半導(dǎo)體設(shè)備如何界定就是一個問題,如果只禁EUV光刻機,中國企業(yè)可以用ArF光刻機加工5nm芯片,如果把ArF光刻機列入限制范圍,中國企業(yè)依然可以用KrF的光刻機加工14nm芯片,無非是效費比不高,并不是沒東西用。
如果對ArF、KrF光刻機都進行限制,先不提KrF光刻機已經(jīng)是老技術(shù),談不上先進。就這種限制范圍來看,存在打擊面太廣的問題,這會使歐洲和日本設(shè)備商徹底失去了全球最大單一市場,蒙受巨額利益損失,只要沒有極其嚴厲的政治風(fēng)險,歐洲和日本廠商有很強的動機,通過一些方式繞過合規(guī)性審查向中國出口設(shè)備,正如最近幾年歐美日韓半導(dǎo)體企業(yè)在中美貿(mào)易戰(zhàn)中的做法。
結(jié)語
短期來看,即便是最為糟糕的結(jié)果,即美日荷徹底禁止先進半導(dǎo)體設(shè)備的出口,大陸晶圓廠無非是無法擴產(chǎn),對已建成的晶圓廠影響不大。當(dāng)下,西方并沒有對半導(dǎo)體設(shè)備零部件設(shè)出口限制,我們可以設(shè)立貿(mào)易公司或?qū)iT找OEM渠道去采購相關(guān)零部件和耗材,由于很多零部件本身也不是設(shè)備商自己生產(chǎn),而是從全球采購的,這就使管控難度大幅增加,很多零部件生產(chǎn)商無法預(yù)知自己的零件會被用到什么地方,我們完全可以用這種方式保障關(guān)鍵零件和耗材的供應(yīng),即便國內(nèi)個別晶圓廠已經(jīng)被美國列入制裁名單,也可以通過這種方式維持現(xiàn)有的生產(chǎn)線的正常運營。
長遠來看,還是要不斷提升產(chǎn)線國產(chǎn)化比例,以十年磨一劍的毅力構(gòu)建紅色產(chǎn)業(yè)鏈。這個過程會非常漫長,但非常鍛煉國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)能力,而且這個過程是先慢后快,發(fā)展后勁十足,建成全國產(chǎn)的28nm產(chǎn)線可能還需要5至8年時間,但之后構(gòu)建14nm、7nm全國產(chǎn)產(chǎn)線則會加速。正所謂慢工出細活,對于全國產(chǎn)生產(chǎn)線,不宜以“沸騰體”的心態(tài)去要求,而要抱著十年磨一劍的心態(tài)去期待。
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