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品評四方|芯片競爭是新時代的中美超級大戰

文/關品方

上周筆者提及1納米芯片技術雖然尚未取得商業化突破,但在北京大學實驗室和麻省理工學院實驗室已分別有重要進展。據說原理大致相同,通過使用半金屬鉍,成功解決了金屬與半導體材料之間的接觸電阻問題,為製造亞納米級半導體器件提供了新的技術路徑。這一成果為未來芯片技術的持續進步奠定了基礎。

關鍵技術突破包括材料創新和工藝改進。材料創新方面,利用半金屬鉍替代傳統金屬以降低接觸電阻、提高電流傳輸效率。工藝改進方面,通過優化材料的界面整合,消除金屬誘導產生的能隙狀態,提升器件的性能。

業界競爭者主要是華為、英偉達和ARM。華為已有計劃大規模量產「Ascend 910C」AI芯片,為中國AI企業提供國產替代方案。ARM宣布已成立AI芯片部門,計劃推出基於台積電3納米工藝的AI芯片「Athena」。英偉達將推出新一代GPU「Rubin」,在進行推理時可以達到每秒50 petaflops(千萬億次浮點運算)的速度,比當前Blackwell芯片每秒20 petaflops的速度高出更多,還可以支持高達288GB的快速內存。

雖然1納米芯片的商業化仍需時間,但實驗室層面的突破已為未來技術發展指明了方向。華為、ARM和英偉達的動態顯示,AI產業對高性能芯片有迫切需求,在現有的工藝節點上蘊藏巨大的創新能力。

中美芯片戰現時已進入深水區。除了高端芯片研發創新的競爭之外,成熟芯片28納米也展開角力。去年美國通過了《芯片法案2.0》,把14納米以上製程統統列為「戰略物資」,全球芯片的競爭範式徹底改變。在電動車、家電、手機、消費電子等民生領域,80%的芯片需求都是28納米起步的成熟製程,中國每年需求總額高達2100億(美元,下同),不少仍依賴進口。美國商務部為了搶奪台積電,去年叫停台積電南京廠擴建計劃,中芯國際購買二手光刻機要白宮特批,清洗設備用的氟化氫也被美國政府列入管控清單。

筆者綜合內地有關芯片產業的專業報道,中國的成熟芯片生產商正全面展開進口替代。今年1月,長江存儲(和香港的長江實業無關)宣布28納米的良品率突破92%,導致三星西安廠裁員30%,完成突圍。去年底,德州儀器表示中國在成熟芯片製程急速擴產,導致其毛利率跌破40%;美國商務部跟進,宣布對中國禁運蝕刻機供應,打擊中微半導體的28納米生產線。中國彎道超車的方法,是改裝2008年的尼康光刻機二手設備,讓套刻精度從5納米提升至3納米。比亞迪半導體把三台ASML DUV光刻機分拆成120個零件、以CKD(散裝料套件)形式分30批從荷蘭鹿特丹運回深圳後重新組裝。長江存儲去年被美國海關扣下薄膜沉積設備後,自行用火鍋電磁爐原理改造退火設備,以高鐵軸承鋼做真空腔體,最後發明俗稱「熱鍋快炒法」,把芯片的加工速度提升20%。

據說本年初美國駐華大使館商務參贊來考察時,在無塵車間外用手機殼內藏着微型光譜儀的手機偷拍,被攔截下來。是否屬實?無法考證。

今年春節剛過,台積電南京廠突然宣布28納米降價30%,台積電股價大跌。原來中芯國際紹興廠的產能已爬升到每月可生產8萬片28納米芯片。

與此同時,華為海思以14納米工藝生產的車規芯片,性能達到特斯拉自動駕駛的最低要求線,原因是中國東北某工業基地有拋光墊廠成功轉型,產品壽命突破1200小時,比美國陶氏化學(Dow Chemical)產品的耐用度高出20%。

此外還有,中微半導體宣布中國28納米自主產能已突破全球份額的25%,比較2022年時的預期提前了5年(當年估計這個數字要2030年才可達到)。

筆者經常從李榮彬教授處取得芯片產業的相關信息。中國芯片產業生產鏈的完整性令人咋舌。內地科技網站的信息相當透明,業內的互動交流、產學研的一條龍連線運作圓熟。據報,合肥某實驗室內的28納米光刻機,氟化氫來自山西煤化工的生產技術。此外,光刻膠是中石化用大慶原油提煉出來的副產品。總而言之,這是一場28納米芯片攻防戰,概念上中國現時仍然運用「小米加步槍」的戰略,達成彎道超車。當美國在7納米芯片的戰場上布防時,中國已成功突破了28納米芯片成熟製程的封鎖線。

天下武功,無堅不摧,唯快不破。港人熟悉功夫電影,如果形象地表述這現象,就像李小龍的雙節棍、截拳道和無影腳,快而準,一招了。

現時雖然28納米芯片設備國產化率已高達65%,但光刻機的物鏡系統(6鏡片極紫外光投影)仍需德國蔡司供貨,12吋(inch)晶圓底座的70%還要向日本信越(Shinetsu)購買。任正非說得好:「不要贏了兩場游擊戰就以為能打莫斯科保衛戰。」路遙遠,一起走;行則必至。

根據中國海關數據,今年1月,中國進口二手半導體設備暴增300%,其中60%貼着健身器材標籤入關。高端健身器材也需要芯片零件,這是客觀事實,外國出口商不一定謊報。最近有網媒報道(有待查證),報稱從巴西進口的大豆,居然從美國經巴西轉口來到中國,妄圖逃避「對等關稅」,結果被中國海關查獲,原路退回。

海關是國家主權和安全的體現。回想兩個甲子以前,八國聯軍擊敗清軍後中國海關管理權落在外國人手上,收到稅款後先要扣起,用來抵償庚子賠款。日本利用甲午戰爭後從清朝取得的戰爭賠款,在軍事上大肆擴張,推行軍國主義。從1895年到1931年,36年後,日本全面侵華。歷史教訓,彰彰明甚。現時的芯片科技戰,中美衝突十分激烈尖銳,是沒有硝煙的戰爭。

筆者認為,香港年輕人需要對這方面有清醒認識。在芯片這個全球舞台,中國一定要得勝才有出路,中國的未來產業,將會改寫美國霸權的遊戲規則。

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