[Why&Next]从TSMC“叛徒”、三星“雇佣兵”到中国半导体“英雄”
中国半导体企业中芯国际(SMIC)首席执行官Liang Mong Song近期成为全球半导体业界关注的焦点。中国信息技术制造商华为本月初时隔3年推出搭载最新半导体的新款智能手机“Mate 60 Pro”,令全球信息技术业界震动。Mate 60 Pro内部搭载了采用最新技术(7纳米半导体制程技术)制造的应用处理器(AP)芯片“麒麟9000S”。
美国一直竭力阻止中国掌握10纳米(1纳米是10亿分之一米)以下的半导体制程技术。Mate 60 Pro可以说是一款用整机在宣告“美国对华半导体管制并未奏效”的产品。华为是将多家企业生产的零部件组装成新智能手机的企业。处于争议中心、生产并向华为供应这款最新半导体芯片的企业正是中芯国际。外界一度质疑中国是否真的制造出了7纳米半导体。但全球半导体业界最终不得不承认,中国确实用7纳米技术生产出了半导体。决定性因素在于,宣称造出7纳米芯片的中芯国际首席执行官正是被称为“芯片魔法师”的Liang Mong Song。
Liang Mong Song在美国加州大学伯克利分校学习半导体。他是台湾出身,1992年进入台积电(TSMC)工作。Liang Mong Song在台积电是一名颇为突出的工程师。2003年,台积电能够在130纳米制程上超越IBM、跃居业界前列,Liang Mong Song功不可没。然而,他并未获得与其业绩相称的待遇,不仅未能晋升,还被调往边缘岗位。随后,Liang Mong Song果断选择离开台积电。
他的下一站是三星。2009年离职后,他在台湾大学任教,2011年加入三星。台积电随即向台湾法院提起诉讼,请求阻止其跳槽。2015年,三星率先在全球采用14纳米制程生产半导体,令全球半导体业界人士大为震惊,而主导三星14纳米制程开发的核心人物正是Liang Mong Song。至少从台积电的角度看,他们是这样认为的。在台积电看来,他是“叛徒”:作为公司的代表性工程师,却以宿敌三星的“雇佣兵”身份反过来向公司“举刀相向”。2015年,他离开三星,因为台湾法院作出判决,认定他不得在三星工作。
此后,Liang Mong Song又踏上新的挑战之路。2017年,他出任中国中芯国际首席执行官。《华尔街日报》(Wall Street Journal)这样评价他:“这位拥有魔法之手的芯片魔法师,甚至可以把资质平平的人培养成冠军。他性格固执,常引发矛盾,随后又一次次成为(半导体业界的)自由球员。”这句话概括了他在台积电、三星再到中芯国际一路跌宕起伏、却不断取得创新性成果的人生轨迹。半导体业界认为,他肩负着振兴半导体产业这一国家级任务。2019年,美国为阻止中国掌握10纳米以下半导体制程技术,发动了总攻。其中关键一招,就是禁止出口用于10纳米以下半导体制程、不可或缺的极紫外光刻(EUV)设备。垄断生产EUV设备的荷兰阿斯麦(ASML)因此无法向中国供应EUV设备。台积电也根据美国立场,停止为华为生产芯片。中国剩下的希望只剩中芯国际。Liang Mong Song则没有辜负中国的期待。中国媒体接连刊文称,“通过自主创新奠定了半导体自立的基础”“美国制裁已告失败”。
事实上,关于中芯国际已掌握7纳米制程技术的说法,早在很久以前就已出现。2022年,外界捕捉到中芯国际生产7纳米制程芯片的信号,曾有传言称,用于虚拟货币挖矿的芯片由中芯国际采用7纳米制程生产。最终,搭载在Mate 60 Pro上的“麒麟9000S”芯片问世。有分析认为,中芯国际是钻了美国监管的空子,从而掌握了7纳米技术。原因在于,即便不使用EUV,只要利用旧款深紫外光刻(DUV)设备反复多次作业,也可以绘制出7纳米级半导体电路。这就是台积电当年也曾采用的所谓“多重图形化(多重曝光)技术”。三星电子与台积电曾在过去展开7纳米制程开发竞赛。三星电子采用EUV,而台积电则沿用当时在使用的DUV。利用EUV生产7纳米半导体时,一次作业即可完成;相反,DUV则必须重复多次作业。
2018年苹果推出的iPhone XR等机型中搭载的Apple A12处理器,就是采用这种方式制造的产品。中芯国际看上去也是像台积电当年那样,通过4次以上光刻作业,生产出了7纳米级半导体。半导体分析机构SemiAnalysis创始人Dylan Patel判断称,“即便依靠中国现有的设备,也可以生产7纳米以下产品”。
实际上,中国在美国制裁之后大量采购DUV设备。《南华早报》(South China Morning Post)报道,2023年1月至7月期间,中国从阿斯麦进口了价值25亿美元的DUV设备,同比激增约65%。这种规模几乎可以称为“囤货”。还有传闻称,华为正与中芯国际合作新建半导体工厂。阿斯麦表示,DUV设备只会交付到今年年底,但这已是“亡羊补牢”。中国已经获得了足够规模的DUV设备,管制的实效性正在下降。
当然,仍有不少人认为中国掌握的技术并不完善。首先,与使用EUV的制程相比,利用DUV实现7纳米制程在制造时间和成本方面要高出许多。“能做出来”和“能实现量产并销售”之间存在巨大差距。首先,在量产过程中,可能会出现不良品大量增加的所谓良率下降问题。其次,台积电和三星已经开始在3纳米制程上生产产品。例如,目前Galaxy系列手机中搭载的AP就是采用4纳米技术的产品。从这一点看,7纳米事实上已难称“最新技术”。
也有观点指出,在没有EUV的情况下,三星、台积电和英特尔正在推进的2纳米级制程几乎不可能实现,这也被视为中国半导体崛起可能面临的“天花板”。
从香港《南华早报》(SCMP)刊登的Mate 60 Pro使用体验来看,麒麟9000S的局限性也暴露出来。SCMP称,实际体验后发现,Mate 60 Pro在芯片性能方面不及iPhone 15和Galaxy Z Fold 5,与采用3纳米制程芯片的iPhone 15之间的差距更是难以避免地被拉大。华为并未积极宣传Mate 60 Pro的芯片性能,也可以被解读为其清楚意识到这一背景。
SCMP更为关注的主题是操作系统(OS)。华为智能手机搭载的是其自主研发的鸿蒙操作系统(HarmonyOS)。鸿蒙因与安卓系统高度相似,被称为“山寨安卓”。换句话说,使用起来并不别扭。与安卓的差异在于,手机中没有谷歌开发的各类应用。用户可以不通过谷歌应用商店Play,而是在名为“App Gallery”的商店中下载各种应用,例如可以安装并使用Instagram、Facebook、X(原Twitter)等。
鸿蒙是一款可用于智能手机以外电视、车辆、智能手表、个人电脑等多种领域的操作系统。事实上,由美国主导的领域并非半导体,而是操作系统。中国官方媒体《环球时报》宣称,鸿蒙4.0表明美国对中国企业的管制已经失败。但海外反应却十分冷淡。市场调研机构国际数据公司(International Data Corporation,IDC)判断称,海外消费者没有理由购买无法使用谷歌应用的华为手机。IDC分析师Will Wong则预测称,“华为要重新赢回海外用户,将需要相当长的时间”。
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