我們造不出頂級的芯片,是不是因為我們造不出頂級光刻機?

臺積電10月初宣佈,N7+ 7nm+工藝已經大批量供應給客戶,這是該公司乃至全產業首個商用EUV極紫外光刻技術的工藝,客戶是華為。

三星於2018年10月份宣佈7nmEUV工藝量產,已經完成了整套7nmEUV工藝的技術流程開發以及產線部署,進入了可量產階段。但三星真正量產7nmEUV工藝還需要新的生產線,在韓國華城建設全新的生產線就是專為7nmEUV量產準備的,計劃在2019年底全面完工,7nmEUV大規模量產在2020年底前實現。

英特爾在2019臺北電腦展上發佈了一系列針對桌面和筆記本平臺的產品和技術細節,而代號為Ice Lake的第十代酷睿處理器,也首次實現了10nm工藝的量產。

中芯國際9月中表示其14nm工藝已經進入了客戶風險量產階段,14nm FinFET工藝良率正不斷爬坡,產能也正成指數級增長,12nm也已經進入了客戶導入階段。

可以看到,中芯國際與其他廠商是有一定差距的。

過去,網絡上一種聲音認為,中芯國際工藝大幅度落後是因為買不到ASML的光刻機造成的。但真相是,到目前為止,所有量產的65nm以下製程的芯片(除了當前最先進的EUV),都是用的ASML193nm浸潤式光刻機。包括英特爾、三星、臺積電、臺聯電、Global Foundry,還有中國大陸的中芯國際、華宏半導體等。這個光刻機,從來沒有禁售這回事。用這同一款光刻機,臺積電能做到7nm,三星能做到10nm,中芯國際目前只能做到14nm。同時網絡上另一個傳言:臺積電、英特爾、三星都是ASML的股東,做出來的EUV光刻機優先提供給這三家股東。這個傳言前半句是正確的,後半句是謠言。雖然入股了,但是ASML完整保持了自己經營的獨立性,臺積電、英特爾、三星並沒有話語權。對所有客戶,ASML是開放的、一視同仁的。事實上中芯國際也在去年成功預定了一臺ASML的7nm EUV(極紫外)光刻機。

我們造不出頂級的芯片,是不是因為我們造不出頂級光刻機?

臺積電的先發優勢

Falbess+Foundry模式是臺積電開創的。

Foundry,在集成電路領域是指專門負責生產、製造芯片的廠家。

Fabless,是Fabrication(製造)和less(無、沒有)的組合,是指未擁有芯片製造工廠的IC設計公司,通常說的IC design house(IC設計公司)即為Fabless,中文為“無晶圓廠。

這兩者在集成電路方面的技術含量都很高,只是分工不同,前者專注於製造,後者專注於設計。但IC製造門檻更高,因為生產製造設備的投資巨大,週期長,以光刻機為例,目前最尖端的光刻機是荷蘭ASML公司的EUV光刻機,每臺售價超過1.2億歐元,約合9-10億人民幣。

我們造不出頂級的芯片,是不是因為我們造不出頂級光刻機?

臺積電由於是先行者,在芯片製造上積攢了大量的專利。

回顧中芯國際的發展歷程,從成立到2010年,中芯國際的表現都不是特別亮眼。2001~2010年,除2004年和2010年外,其他年份中芯國際的淨利潤都是虧損的,而且是鉅虧。

在此期間,中芯國際給外界另一個最大的印象就是,跟臺積電不斷有專利侵權糾紛。

2004年,中芯國際被臺積電以違反專利權和營業機密為由,向美國國際貿易委員會提出對中芯國際的調查申請,並且向美國加州聯邦地方法院對中芯國際提起多項專利權侵害的訴訟。臺積電指稱,中芯國際通過各種不當的方式取得臺積電商業秘密及侵犯臺積電專利,比如已延攬超過100名臺積電員工,且要求部分人員為其提供臺積電商業秘密。這已經嚴重侵害臺積電的營業秘密。

這個訴訟曾在2005年有過短暫的和解,代價是中芯國際支付1.75億美元的和解費。不過2006年,臺積電再次向美國加州法院起訴並指控中芯國際違反了2005年的協議,雙方展開訴訟戰。2009年11月美國法院的判決給了中芯國際“一巴掌”。美國法院最終判決臺積電起訴中芯國際“竊取商業機密案”獲得勝訴。中芯國際為此付出了慘重代價,支付了2億美元的賠償金才獲得和解。敗訴後的中芯國際也遭遇重大業績危機,2009年公司淨利潤創成立以來最大年度虧損,淨虧損達到9.6億美元。

而中芯國際,2000年成立,創始人叫張汝京,本來是另一家臺灣的代工廠——世大的創始人,當時世大是臺灣第三大芯片Foundry,然後被臺積電收購了,儘管張汝京不同意出售給臺積電,但是拗不過想要儘快套現的大股東。

由於張汝京之前創立的世大被臺積電收購,所以世大的那些知識產權也都屬於臺積電了,而張汝京在原有領域創業,自然會利用原有的技術積累,這就不可避免的會侵權臺積電。更雪上加霜的是,跟當時的中芯國際比起來實力雄厚的臺積電,在世大的原有技術基礎上深入研究、融會貫通,把可能的技術演進都申請了專利。換句話說,要想不侵權,張汝京只能把之前在世大的技術積累全部丟棄,從零開始另起爐灶。在臺積電的壓力下,中芯國際被迫做出過這樣的嘗試。為了尋找其他技術路線,中芯國際先後從富士通、東芝、特許半導體、歐洲半導體研究所、英飛凌、摩托羅拉、IBM等機構購買技術授權。這些機構雖然曾經都在半導體產業界佔據重要地位,但是當時他們的Foundry技術已經落後於臺積電和英特爾了,然而中芯國際業務只能看看這些落後的技術方向有沒有向前演進的可能。結果很不幸,這些技術是真的都沒有前途了,再往前走,繞不開臺積電的知識產權。

而其他廠商,由於進入早,也各自擁有自己的專利池,臺積電會選擇和他們簽署專利交叉許可協議,而中芯國際,對不起,你沒有可以交互的東西。

我們造不出頂級的芯片,是不是因為我們造不出頂級光刻機?

技術、研發差距的背後往往是資金投入的差距。

半導體是高度依賴投資的產業。以2016年為例,在積體電路方面的資本支出方面,三星是113億美元,臺積電是102.5億美元,英特爾是96.25億美元,基本都在百億美元量級。而2016年中芯國際的資本支出是26.26億美元。

在研發費用層面,臺積電2016年研發費用達22億美元,而中芯2016年共投入研發費用3.18億美元。兩者差距可謂十分明顯。

此外,中芯國際和臺積電在技術上的差距,不得不提的還包括中芯國際在人才上的弱勢

人才儲備不足,終究還是因為中國大陸在集成電路產業上起步晚。這兩年中芯國際在加大引進新鮮技術“血液”。2017年10月,擁有臺積電、三星從業背景的“技術狂人”梁孟松加入中芯國際,擔任聯合首席執行官;周梅生也被任命為公司技術研發執行副總裁,周梅生最早在臺積電時就是在梁孟鬆手下。

中芯國際的芯片難以崛起,也與中國本土缺少高端半導體人才有關。中芯目前的技術團隊中,本土化人才並不多,仍然嚴重依賴外部人才。由於來自大陸、臺灣和海外三方面的員工共存,中芯還需要解決內部融合問題,這個融合矛盾在大唐電信入股後被激發,員工內訌在一段時間內不斷出現。

說點別的,中國大陸人才是無法通過政治審查的,是不可能進入臺灣台積電去研發最先進的工藝的。

最後致敬對中國半導體事業做出重大貢獻的兩個臺灣人

我們造不出頂級的芯片,是不是因為我們造不出頂級光刻機?

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