【軍武次位面】：XY156
中國芯片之殤
所謂“實體名單”是美國為了維護其國家利益，作為出口管制的重要手段。進入到這個名單的公司，在沒有得到美國政府許可的情況下，美國公司不能和名單上的企業(yè)合作。
簡單說實體名單就是一份黑名單，企業(yè)一旦上榜就被剝奪了和美國進行貿易的機會，華為開始被美國政府掐住了喉嚨。
盡管當時限制了美國公司和華為的合作，但華為還有一線生機。華為手里有自己的芯片設計公司：“一夜轉正”的華為海思。
雖然華為沒有芯片生產(chǎn)能力，所幸的是世界上最大的芯片代工企業(yè)是臺灣的臺積電，并不是一家美國公司。華為還能夠通過臺積電代加工得到自己的高性能芯片。
一年后的現(xiàn)在，美國對華為要落井下石。
2020年5月15日，美國商務部發(fā)布一則公告：一年前只是禁止美國公司和華為開展業(yè)務，現(xiàn)在美國限制了全世界所有的半導體工廠，這些工廠不管是哪個國家的，只要有使用到美國軟件和設備，在為華為生產(chǎn)芯片之前，就必須獲得美國政府的許可。
▲美國商務部：華為破壞了實體名單
限制華為使用美國科技生產(chǎn)產(chǎn)品
最狠的是這條禁令是無差別全面打擊，不只是華為，所有需要美國軟件、技術、設備的芯片制造商，不管是中國、日本、還是韓國企業(yè)，都逃不開美國的技術和設備。只要是為華為造芯片，就要受美國管制。
此令一出，中方表示，如果美國針對華為的方案實施，那么將予以強力反擊，將相關企業(yè)列入“不可靠實體清單”，依照相關法律對高通、思科、蘋果等美國企業(yè)展開限制與調查，甚至暫停采購波音客機。
一場科技封鎖戰(zhàn)的鐵幕在大國之間落下已然是事實。
01
信息時代“芯”是有多么重要
我們常說如今社會步入了信息化時代，一個手機基本就能搞定每個人每天的所有訴求，玩“吃雞”逛淘寶，外賣小哥順著定位就能給你送餐到家，一個智能手機已經(jīng)是時代標配。
從小小的手機，到大型工業(yè)設備設施的運行，乃至網(wǎng)絡，電力，國防，沒有一個環(huán)節(jié)離不開硬件的支撐。而硬件之核心，乃是芯片。
拋開芯片談信息技術發(fā)展，就如同跟陌生女孩聊結婚，都是耍無賴行為。
而信息時代中這些社會運轉的基礎就是芯片，中國人需要的芯片有多依賴進口？看這樣一組數(shù)據(jù)。
中國高端芯片完全不能自給自足，80%依賴進口。
去年中國進口芯片花掉3000多億美元，是進口原油價格的兩倍，約等于中國軍費的兩倍，相當于造80艘航空母艦的開銷。
據(jù)《G20國家創(chuàng)新競爭力黃皮書》顯示：中國在軍用航天級芯片上基本能實現(xiàn)自給自足，中低檔的芯片甚至滿足自己的需要外還能大量出口，但是在高端芯片上進口依賴度飆升，80%靠進口。
電子消費級市場也很難見到中國自己的高端芯片。每個人離不開的電腦手機，其中高端芯片基本是國外產(chǎn)品的天下，有時候事實體現(xiàn)在錢上更有說服力。
▲2018年進口額達到3120.58億美元
圖片來自：中商產(chǎn)業(yè)研究院
從2012年開始，中國集成電路進口額連續(xù)突破2000億美元，2000億美元什么概念？按照2017年匯率來算，2000億美元折合人民幣是13200億人民幣。
2017年中國軍費開支是10433億人民幣，如果按照網(wǎng)上所言，山東艦造價250億人民幣左右（不包含艦載機等費用），2018年中國進口芯片的開支也就比軍費多出來10艘遼寧艦吧！
▲2019原油進口額1662億美元
圖片來自：中商產(chǎn)業(yè)研究院
2019年中國集成電路進口額更是達到了3055億美元（21048億人民幣），占中國整年總進口額的14.7%，同年中國原油進口額是1662億美元約為芯片進口額的一半。
10年前美國雜志《連線》一篇文章開篇中寫到：“試想，一個國家需要完全依靠從一個與之有著戰(zhàn)事沖突或者經(jīng)濟往來不穩(wěn)定的國家進口某種珍貴商品，而且沒有這種商品，其整個社會將被迫停頓。假如這個國家是中國，與之有沖突的國家是美國，而該商品就是芯片。”
中國、美國、貿易沖突、芯片，《連線》雜志一語成讖。中方的反制措施當然很有必要，但是依然無法掩飾中國在芯片領域的落后。
指甲蓋大小的芯片，已然成為這場大國較量中的主角。
02
芯片怎么造？
芯片是世界上最硬核的高科技產(chǎn)業(yè)，以納米來計量的制造過程極為復雜，產(chǎn)業(yè)鏈涉及到50多個行業(yè)、數(shù)千個環(huán)節(jié)，世界上沒有多少公司能夠包辦芯片生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)，芯片產(chǎn)業(yè)形成一條齊整的產(chǎn)業(yè)鏈。
總的來說有芯片設計、芯片制造、芯片封測、芯片材料、芯片設備這5大類，整個產(chǎn)業(yè)鏈條里，中國占據(jù)的份額極少。
▲芯片設計公司華為海思排名第5
為了方便大家更直觀的了解芯片，不妨通過一個有意思的比方來講。
我們如果把做芯片看作廚師做菜，那么做好一個菜，首先要有好的食材，然后你這個廚子做菜的炊具要好，最后當然是你這個廚子肚子里面有沒有好的菜譜。
做芯片粗看一下也可以理解成這么幾塊，首先要有好的原材料，還要有好的生產(chǎn)制作工具，而且還要有優(yōu)秀的芯片設計，這三個能力OK，好的芯片才能做出來。
先說“食材”部分
芯片聽起來挺高級，制造原料實際是藍星最不值錢的沙子。芯片主要的原材料是硅，硅元素在地球上的儲量僅次于氧元素。
▲芯片的原材料就是長這樣
如果你家門口有一堆沙，那么恭喜你已經(jīng)有了制造高性能芯片的原材料，可也僅僅是原材料。
沙子很多，但是難得是要把沙子里的硅提純出來，如果要生產(chǎn)高性能芯片，一般的硅純度完全不夠，需要純度達到99.999999999%的電子級多晶硅，這么9不是我瞎打的，一共9個9。
也就是說在100萬個硅原子中最多只允許存在1個雜質原子，這個尺度放大一些，也就是說5000噸的電子級多晶硅雜質含量僅僅有1枚1元硬幣那么多。
商場里的金飾為了標榜自己的高純度，經(jīng)常會有千足金的標簽，也就是說金的純度是99.999%，和千足金類比，那99.999999999%純度的電子級多晶硅可以改個名字叫億足硅。
▲沙子提純單晶硅棒
▲硅棒切割成晶圓
得到電子級多晶硅錠以后，將圓柱形的硅錠橫向切割成圓形的單個硅片，叫做晶圓，切割好的晶圓表面幾乎是完美無瑕的。
造芯片最基礎的電子級多晶硅就是中國還沒有邁過去的一個坎。
大廚想要做好菜，缺了好食材不行。在芯片材料方面日本一家獨大。拿硅晶圓全球份額占比來說，日本公司占去50%，中國臺灣地區(qū)17%，德國15%，韓國9%，這5個地區(qū)占去了全球94%的份額，在這里中國大陸沒有名字。
▲世界芯片設備份額占比
來源：招商證券
“廚師的工具與菜譜”
有了好的原材料“硅晶圓”之后就輪到大廚用菜刀按照菜譜處理了。“菜刀”就是生產(chǎn)芯片的設備，菜譜就是芯片的設計。
芯片設計通俗來說就是“寫菜譜”的。以2018年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，世界芯片設計產(chǎn)業(yè)中美國的博通、高通、英偉達霸榜前3名，第4名是中國臺灣地區(qū)的聯(lián)發(fā)科，第5名是中國大陸的華為海思。
芯片核心外表看起來很光滑，可芯片刻蝕不只是一層，要經(jīng)過多次重復刻蝕，形成一個分層的立體結構，打個比方，相當于在一平方厘米的土地上蓋高層寫字樓一樣，難度可想而知。
▲看似光滑的芯片表面，其實有多層復雜電路設計
美國在全球芯片設計領域市場占有率是68%，中國臺灣地區(qū)市場占有率是16%位居第2，中國大陸則以13%的市場占有率位居第3。中國占比13%嫌低？在芯片產(chǎn)業(yè)鏈中，相比其他階段，中國在芯片設計中表現(xiàn)是最好的。
華為海思就是這么一個“寫菜譜”的。去年華為發(fā)布最新的手機處理芯片麒麟990采用7納米工藝擁有103億晶體管，是世界上首個突破百億晶體管的手機處理器，總體性能可以和高通和蘋果同類產(chǎn)品比肩。
菜譜寫完以后完成后交給大廚去做菜，大廚就是芯片制造企業(yè)。世界上三大芯片制造巨頭分別是中國臺灣地區(qū)的臺積電、韓國的三星和美國的英特爾。
▲全球前五的芯片制造企業(yè)
以排名第一的臺灣臺積電為例，臺積電主營業(yè)務就是芯片代工，臺積電現(xiàn)在以自己的7nm芯片生產(chǎn)線稱霸江湖。臺積電僅憑芯片代工就達到了2000億美元市值，和中國中石油差距只有不到10%。
▲臺積電的標志就是一個晶圓
中國芯片制造方面頂尖的中芯國際只有28納米的生產(chǎn)工藝，14納米工藝才剛剛開始量產(chǎn)，中國芯片制造只能占到世界7.3%的份額。由于中國大陸沒有能力生產(chǎn)這樣的高規(guī)格芯片，華為的麒麟990只能交給中國臺灣地區(qū)的臺積電代工生產(chǎn)。
那么大廚有沒有一把好刀呢？芯片制造設備公司就是生產(chǎn)“刀”的?？上蛐酒O備制造產(chǎn)業(yè)集中在日本、荷蘭、美國、韓國四個國家。而這把刀就是”光刻機“。
就是下圖這個究極神器——光刻機，這個神器也是中國求之不得的。
▲人類工業(yè)皇冠上的明珠——光刻機
荷蘭的ASML基本壟斷了高端光刻機領域，特別是最新的EUV極紫外光光刻機有生產(chǎn)7納米制成的能力，ASML全球市場份額100%。
光刻機可以簡單理解為：用“紫外線”作刀，對晶圓進行雕刻，讓芯片上的電路變成人們想要的圖案。四個字形容：“硅上雕花”
人類芯片的發(fā)展史其實就是芯片這幾平方厘米的面積上錙銖必較的過程。1978年英特爾設計的8086處理器的刻蝕尺寸是3微米，2000年英特爾發(fā)布的奔騰4處理器刻蝕尺寸達到了0.09微米（90納米）。
請大家記住90納米這個數(shù)字，這是英特爾2000年的技術。之后2015年初發(fā)布的第五代酷睿處理器，刻蝕尺寸為14納米。
▲英特爾90納米的奔騰4處理器
2019年AMD發(fā)布了7nm的三代銳龍?zhí)幚砥鳎?0年間人類處理器刻蝕尺寸從3微米（3000納米）到7納米，翻了400多倍。
在知乎上有這樣一個問題“搞光刻機難還是搞氫彈難？”
光刻機被譽為”人類工業(yè)皇冠上的明珠“不是沒有道理的。有人這樣形容光刻機：這是一種集合了數(shù)學、光學、流體力學、高分子物理與化學、表面物理與化學、精密儀器、機械、自動化、軟件、圖像識別領域頂尖技術的產(chǎn)物。
先進的光刻機上有10w個零件，（一輛汽車大概是5000個零件）。
難道中國人就造不出自己的光刻機了嗎？也不是，我們能造落后別人好幾代的國產(chǎn)光刻機，別小看這個能力，關鍵時候，這個能力至少能保證國家的國防等重大領域不被卡脖子。
國內上海微電子芯片公司的光刻機水平最高，剛剛突破90納米工藝，90納米是英特爾2000年奔騰4處理器的水平，距離7納米頂尖水平還有差好幾個珠穆朗瑪峰。
▲上海微電子芯片公司
SSA600/20最高能達才達到90納米分辨率
很多朋友可能會有疑問，既然造不出來，買不行么？咱國家現(xiàn)在也不差錢呀？
不好意思，有時候真不是有錢就能為所欲為的。想買？不給！
1996年，美國和他的小伙伴們簽署了一個叫做《瓦森納安排》的協(xié)定，沒錯這個協(xié)定就叫做“安排”，目的就是把那些不聽美國話的國家給他安排的明明白白。
瓦森納安排簽署的國家有42個，美國、韓國、日本、德國、荷蘭等國家都在列，囊括了幾乎所有西方發(fā)達國家，中國、伊朗、利比亞等國被納入受限制國家。
▲瓦森納安排締約國家
世界上主要國家都在這里了
瓦森納安排包含兩份控制清單：一份是軍民兩用商品和技術清單，涵蓋了先進材料、材料處理、電子器件、計算機、電信與信息安全、傳感與激光、導航與航空電子儀器、船舶與海事設備、推進系統(tǒng)等9大類；另一份是軍品清單，涵蓋了各類武器彈藥、設備及作戰(zhàn)平臺等共22類，清單長達234頁。
▲綠色為簽署瓦森納安排的國家
簽約國家嚴禁對中國這些被安排國家清單中的高科技和武器。瓦森納安排雖然允許成員國在自愿的基礎上對各自的技術出口實施控制，但實際上成員國在重要的技術出口決策上受到美國的影響。光刻機之類的究極神器，中國想都不要想。
最狠的是瓦森納安排還不斷在調整，針對中國發(fā)展情況圍追堵截。2020年初，瓦森納安排管制品類擴大，新增了“可轉為軍用的半導體制造材料及網(wǎng)絡軟件”。實在是勞美國費心了，在遏制中國半導體產(chǎn)業(yè)的路上兢兢業(yè)業(yè)。
如前文所說，荷蘭的ASML公司在光刻機領域是當之無愧的老大，最新的極紫外光EUV光刻機能夠生產(chǎn)7納米的CPU，世界上只此一家別無分號，市場份額100%。現(xiàn)在世界主流處理器都開始步入7納米行列，想生產(chǎn)7納米芯片就必須有ASML的EUV光刻機。
既然完全壟斷，那價格也是ASML自己說了算，價格不貴1億美元一臺。
1億美元對中國來說不算啥，北京二環(huán)內幾套房而已。一年3000億美元芯片進口費用，拿幾億出來買EUV也不算啥。
有錢想買，可惜卻買不到。
2018年中國最大的芯片制造企業(yè)向荷蘭的ASML花了1.2億美金訂購了一臺EUV光刻機，兩年過去了，這臺光刻機還沒拿到荷蘭的出口許可。而中國臺灣的臺積電去年從ASML拿到了十幾臺EUV光刻機。
▲19年ASML的EUV光刻機一半交付臺灣地區(qū)的臺積電
就連最基礎的電子級多晶硅中國有太多課要補。中國的工業(yè)硅、多晶硅產(chǎn)量世界第一，可制造芯片用的高純度電子級多晶硅完全依賴進口。
回到上面那個問題：芯片難造還是氫彈難造？造好用的芯片難。
氫彈不是商品，不需要考慮市場，不需要考慮高速換代，不需要考慮企業(yè)生存，不需要考慮性價比，氫彈要考慮的是按下按鈕的那一刻，炸響。
最終芯片經(jīng)過一系列復雜的程序，最后的成品長下面這個樣子：
▲中間黑色部分就是芯片的核心
所以從上面的介紹，大家應該清楚了我們目前的處境，一個懂一些菜譜的廚師，沒有好的食材，沒有好的炊具，想做出上等佳肴來，太難了。
03
中國對“芯”的渴望
有人說，中國為什么不早點搞自己的芯片？搞過。
現(xiàn)在美國對華為封鎖，讓很多人開始關心中國芯片的發(fā)展歷程，其實20年前中國搞芯片的熱情比現(xiàn)在還要大。
20年前我們國家提出口號，要發(fā)展自己的半導體產(chǎn)業(yè)。2000年左右是中國芯片發(fā)展的黃金時期，1999年北大研制了中國第一個完全自主研發(fā)的CPU架構。
這是中國人最榮耀的時刻，《人民日報》在20世紀的最后一天刊文，稱這一成果是“獻給新千年的禮物”。可尚在搖籃里的中國芯片毀在了一個騙子手里。
▲人民日報：獻給新千年的禮物
2003年，上海交大微電子學院的院長陳進，帶領自己的團隊搞出了一個芯片，叫做“漢芯一號”。有關部門對“漢芯一號”做了測試，得出結論讓所有人震驚：漢芯一號已經(jīng)接近了國際先進水平，一些方面甚至實現(xiàn)了超越。
這對當時幼小的中國半導體產(chǎn)業(yè)來說，就是餓極了想吃個饅頭，沒想到天上掉下來一大盆紅燒肉。
▲漢芯一號處理器
陳進被視為是漢芯一號的發(fā)明人，更是榮譽加身，授予長江學者稱號，隨后陳進的“漢芯二號”“漢芯三號”“漢芯四號”項目成功上馬，陳進也得到了國家的數(shù)億科研經(jīng)費。
▲陳進其人
關于漢芯的榮譽到了2006年戛然而止。清華大學論壇上一個名叫“漢芯黑幕”的帖子曝光漢芯造假。
經(jīng)過調查，漢芯一號根本就是一個騙局，這枚舉世矚目的芯片其實是陳進從美國摩托羅拉買的56800芯片，找?guī)讉€裝修師傅打磨掉摩托羅拉的字樣，再印上“漢芯一號”，就變成了中國自主研發(fā)的芯片。
▲打磨漢芯的民工日記
甚至負責打磨字樣的師傅聲稱自己負責了漢芯的外觀設計，這可是中國最有牌面的民工師傅了。
民工師傅牛皮吹爽了，可中國芯片很不爽。從這以后中國沒有人再敢去搞芯片，誰知道你是不是搞得假的？
新項目上馬的時候主管部門審核也變得極為謹慎，誰知道你是不是想套經(jīng)費？一盆假的“紅燒肉”，讓中國芯片連吃“饅頭”都變得謹慎了起來。
04
芯片，勒緊褲腰帶也得搞
2007年秋天，以色列出動戰(zhàn)斗機炸毀了敘利亞的一處核設施。
出動的是F15/F16這樣的非隱身戰(zhàn)斗機，但是敘利亞嚴密的防空體系毫無反應。有趣的是，在以色列突襲前一天敘利亞的防空系統(tǒng)雷達剛好壞了，本來以為是正常的損壞，最后才發(fā)現(xiàn)是雷達CPU的后門引起的。
▲敘利亞設施被摧毀
敘利亞不是最后一個。2013年伊朗核離心機幾千臺莫名其妙損壞，幾千臺離心機瘋狂開轉，轉壞為止。最后發(fā)現(xiàn)也是核離心機控制系統(tǒng)出了問題，處理器早就被動了手腳。
現(xiàn)在輪到了中國。
日經(jīng)中文網(wǎng)報道，其實在去年美國開始針對華為之后，日本人通過拆解華為手機后，發(fā)現(xiàn)華為最高端新機型中國產(chǎn)零件的使用率已經(jīng)從25%左右大幅上漲到42%，與此同時美國產(chǎn)零部件則從11%左右降到了約1%。
今天，華為在心聲社區(qū)發(fā)了一張內涵頗深的圖
讓我想起一句名言，大意是“阻礙弱者前進路上的花崗巖，會成為強者腳下的墊腳石?！?/p>
想當年美國人用原子彈威脅過我們，蘇聯(lián)人叫囂著要對我們實施外科手術式的核打擊，盡管這樣，咱們屈服了嗎？沒有。
我們國家當年一窮二白不都照樣挺過來么，還搞出了自己的核武器，新中國成立以來就從沒怕過誰威脅。
▲又想威脅我？NO！去你媽的
中國人的芯片之路必然艱辛，除了義無反顧，我們別無選擇。
