前几天，作者：老局長
來源：星海情報局
在芯片上被老外卡脖子，實在太難受。中國一年進口芯片3000億美金，比進口石油都要多。手機需要芯片、電腦需要芯片、飛機需要芯片、導彈需要芯片、航母需要芯片、電動車需要芯片、工廠需要芯片，信息時代，沒有芯片，就跟太監上青樓一樣雞肋。
前幾天，台積電宣佈：9月14日之後，沒有進一步向華爲提供芯片的計劃。
這意味着，9月14日之後，華爲再想拿到高端芯片，就要自求多福了。
▲美國商務部對華爲的技術禁令
台積電的斷供行爲，顯然是美國制裁的餘震。早些時候，美國政府發佈了針對華爲的「超級禁令」——不允許任何使用美國技術超過10%的半導體企業向華爲提供服務——幸虧不是所有企業，要不然，華爲人喝一杯星巴克，吃一頓麥當勞都是錯的。
今天我們要探討的是，剛剛在科創板上市的市值接近6000億的本土晶圓代工企業“中芯國際”，到底在芯片國產替代方面，能不能解中國芯片燃眉之急？能不能有效實現芯片生產的國產替代？
這家企業，可謂集萬千寵愛於一身，科創板上市，一路綠燈，各種政策扶持應有盡有，國資紛紛入股支持……到了關鍵時候，中國本土的芯片製造龍頭，到底能不能頂上去？
答案有些玄學：不能，也能。
說不能，是因爲中芯國際現在確實不能在手機等消費電子產品上做到國產替代，和台積電的差距還很大。
說能，是因爲憑中芯國際的技術，在導彈、飛機、工業計算機等領域已經完全有能力做到國產替代。
消費電子產品爲什麼做不到國產替代？
一句話，技不如人。
沒有人家那個金剛鑽，攬不來這瓷器活兒。
在信息時代，到處都是芯片，連馬桶都開始智能化了。
然而，不同芯片的功能也是不同的，公交卡、電磁爐上面的芯片功能很簡單，設計和製造也非常容易，這些低端芯片我們早就已經能大批量生產乃至出口了。
▲電磁爐上使用的簡單芯片
我們經常討論的那種被人卡脖子的芯片，屬於芯片界中的「愛馬仕」——微處理器芯片。
整個芯片行業，大致可以分爲：設計、製造和封裝測試三個環節。
在行業內，有一些企業扮演的是土木工程界「設計院」的角色，他們只負責設計芯片，不做加工和測試，被稱作Fabless，比如華爲旗下的海思、美國的高通。
▲美國高通 vs 華爲海思
還有一些企業就比較厲害了，他們就像是土木界「施工隊」，專注製造芯片，被稱作Foundry，典型的就是台積電、中芯國際以及美國的格羅方德。
▲中芯國際、台積電、格羅方德
另外還有一些企業則負責搞「工程監理」，對製造出來的芯片進行封裝和測試工作，確保能夠合格交付使用。
當然，行業裏也有一些神奇的巨頭企業，他們自己設計、自己製造、自己封裝測試自己的芯片，比如德州儀器、三星和英特爾。
在「設計、製造和封裝測試」三個環節裏，我們最需要補課的就是製造環節。
我們被人針對，就是在製造環節上總是受制於人。去年，我們進口了價值2萬億人民幣的芯片，而同期原油進口額也不過1.5萬億而已。
原油進口上的依賴已經很大了，
而芯片上的對外依賴甚於原油。
爲什麼會這樣呢?
因爲高端芯片的製造實在是太困難了。
世界上有7個國家能製造原子彈，
有6個國家能發射洲際彈道導彈，
但只有4個國家獨立掌握了高性能微處理器芯片的製造技術。
至於製造這種芯片所需要的EUV光刻機，全世界只有荷蘭掌握了它的製造技術，而且還是在數十個國家的合作之下完成的。
▲荷蘭ASML最新7納米制程
EUV極紫外光刻機
衆所周知，爲了讓一塊芯片有更強大的計算能力，芯片上就需要裝更多的晶體管和電路。根據摩爾定律：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔一年半到兩年就要翻倍，性能也將翻倍。
1970年代，第一塊商用微處理器芯片「4004處理器」問世，裝有2250個晶體管，大約硬幣大小。而去年發佈的海思麒麟芯片，則有將近69億個晶體管。假如我們用「4004處理器」的工藝來安裝這69億個晶體管，那麼我們最後得到的是一塊麪積達到600多平方米的芯片，比一個籃球場還大。
顯然不能再按照4004的標準來製造新的芯片了。既然芯片尺寸要儘可能小，那麼上面的晶體管就要更小，且彼此之間捱得越來越緊密。
於是，「製程」這個指標就變得很重要了。
所謂「製程」指的是晶體管上面「柵極」的寬度，柵極越寬越費電。4004處理器的大小和麒麟芯片的大小相差無幾，但前者10微米制程，後者7納米制程。1微米=1000納米。一個4004處理器上的晶體管柵極，寬度大約等於1400個麒麟芯片上的晶體管柵極。
▲晶體管示意圖
目前，世界上可以生產7納米處理器芯片的廠商，唯有台積電一家，中芯國際的7納米工藝還在緊張研發之中。
所以，從物理角度上來說，也只有台積電能提供這種有超強計算能力的芯片產品了。
另外，掌握着30臺光刻機的台積電的良品率目前也比中芯國際要高出不少。這就意味着，要拿出同樣數量的合格芯片，台積電所生產的芯片總量要大大低於中芯國際的，成本上具有很大的優勢。
台積電堅持到現在，也算「仁至義盡」，9月14日之後可能就不再爲華爲提供服務了。
但包括中芯國際在內的國產廠商目前確實還不能在「後臺積電時代」承擔起當年台積電的角色。
國防和工業上，國產芯片能做到自給自足
雖然消費電子市場上的消息不好，但這並不要命。最需要落實「國產替代」的地方，是那些要害領域，比如國防、航天、交通運輸、能源。高興的是，在這些領域上，我們其實早就自主化了。
舉個例子，完全國產的電科38所「魂芯II-A」芯片已經做到了國際領先的水準，其技術指標超越外國同類產品四倍有餘。今天，在國防安全等要害領域，我們已經擺脫了被人用芯片卡脖子的窘境。
▲我國自主研製製造的「魂芯II-A」芯片
爲什麼飛機導彈的芯片都能做出來，偏偏就做不出來手機上的芯片呢？
因爲這兩個的技術要求不在同一個水平啊。
正如之前所說，不同芯片的功能是不同的。飛機的芯片和馬桶蓋上的芯片肯定不是同一個東西，同樣的道理，手機上的芯片和導彈上的芯片也肯定不是同一種東西，正是用途和尺寸上的差異，決定了芯片的設計和製造難度巨大差異。
軍事芯片要的是絕對可靠，並不像手機芯片那麼追求性能。一款芯片只要能夠在各種極端條件下堅持工作、滿足作戰需要，那麼就是一款合格的軍事芯片了。至於性能？誰會用戰鬥機上的電腦最高畫質來打遊戲呢？要知道，就算是F22戰鬥機，其電腦性能甚至還不如家用遊戲本。
中芯國際有機會追上臺積電嗎？
在未來，中芯國際有機會追上臺積電嗎？
有機會追上，而且一定會追上。
畢竟，類似的問題，我們已經回答過很多次了。
時間回到2005年元旦，那時候，天涯論壇國際觀察板塊的用戶「雪亮軍刀」發佈了一個題爲「駁聯合光子的《中國和日本的真實差距》」的帖子。
在這個帖子中，「雪亮軍刀」大膽預測中國的GDP總量將於2030年超越日本。
在當時，這個「過於樂觀」的觀點引起了不少人的嘲諷，還有人專門寫文章反駁「雪亮軍刀」。
畢竟在那個時候，我們的GDP僅有2.29萬億美元，連日本的一半都不到。
儘管我們那時候的經濟增長率仍然保持在7%-8%的高位，但和老牌經濟強國的競爭中仍然處於下風。伴隨這種劣勢地位而來的，是心理上的挫敗感和無力感。以至於我們總是高估了別人的能力，卻又過低估了自己的才華。
後來的事情，我們就都知道了：
2010年，中國GDP反超日本；
2015年，中國的GDP是日本的近三倍。
▲從2010年之後，
中日GDP對比態勢就開始逆轉
這世界上，並不存在永遠的強者和命中註定的弱者，唯一不變的只有變化本身。
局長相信，在芯片領域也是一樣：台積電也並不是創業之初就做到全球第一，也經歷了一個從弱到強的過程。不斷追趕的本土芯片終有一日會超越台積電，領先世界。
該有的自信，我們必須要有。
中芯國際的研發投入
衆所周知，戰爭和商業一直都是科技進步的最大推動力。
在和平年代，廣闊的商業前景和豐厚的利潤往往能夠讓企業不斷推陳出新，不斷突破最尖端的科技。以目前芯片代工領域的「最強王者」台積電來說，每年投入到技術研發中的費用都能佔據營收的近10%。
由於台積電目前的行業地位，營收10%上下的研發投入從絕對值上來說已經是同行業的11倍了。
▲業內主要廠商的研發費用比較
中芯國際則是台積電強有力的挑戰者，因爲中芯國際比台積電更加看重研發：從2017年到現在，中芯國際每年接近五分之一的營業收入都投入了研發之中。儘管經營業績並不算是太好，但這種「不要命」的研發投入的背後，體現的是管理層對於技術創新的執着和堅守。
除了在研發上進行大手筆的投入外，局長認爲，國內的芯片行業還要對自己的員工更好一點，畢竟，大家都是祖國大陸芯片戰線上的勇士。
在以前，不少芯片工作者們常常感慨這個行業的跳槽現象。和自己同學校同專業的同班同學，轉去CS和金融之後，拿到手的工資是自己的三倍多。面對高企的房價和生活成本，不少芯片人才在無可奈何之下選擇了離開。
中國大陸的芯片行業由於起步較晚，本就落後世界先進水平，分不到太多的訂單。沒有訂單，就沒有利潤；沒有利潤，就沒辦法解決芯片人才們的後顧之憂。
一旦人才都走了，
本土的芯片行業就真的危險了。
芯片行業是一個資金密集、技術密集、人才密集的行業，不僅需要巨量資金來確保技術研發順利進行，也需要許多具有微電子領域的專業知識以及多年工作經驗的一線工作人員。錢可以買來設備，買來專利，請來外面的專家，但培養本土的芯片工業專門人才不僅需要足夠的金錢投入，更需要時間。
目前國內芯片行業的平均年收入約15萬元人民幣，而台積電的平均工資則高達近50萬人民幣。在對人才的優待方面，我們還有很大提升空間。
本土產業的全線升級
「集中力量辦大事」，是我們這個社會的一項被動技能。在這場突圍之戰中，中芯國際和華爲是最受關注的，但卻不是唯二的兩家企業。其他一些中國半導體前沿企業的名字也必然將在未來的歷史上佔有一席之地：華卓精科、科益虹源、國望光學、上海微電子、拓荊科技、中科九微......
這些企業的名字，我們必須記住。
局長認爲：
中國芯片產業的崛起，
並不是中芯國際一家的事。
如果最後只是養肥了中芯國際，
那反而會是中國芯片行業的悲劇。
但哪怕全產業鏈上的企業每一個都進步一點點，
最後產生的效果「1+1>2」，
那麼對於中國芯片行業來說也是個大好消息。
舉個例子吧，大家都知道EUV光刻機目前是製造高端芯片的必備工具。而當今世界上，只有荷蘭的ASML公司有能力研製。中芯國際曾經向ASML花費1.2億美元購買過一臺EUV光刻機，但由於美國的阻撓，這台設備至今還沒有發貨。
雖然看上去情況悲觀，但實際上我們在很多年前就已經開始對光刻機進行佈局了。
目前，哈爾濱工程大學已經在光刻機最重要的EUV光源上取得了重大的突破，浙江大學、長光所的鏡頭也研製成功了。隨着一個又一個好消息傳來，國產光刻機的進度條也開始慢慢向前邁進。
高處不勝寒：物理世界的極限
台積電的研發之路也並不好走，從7納米到5納米再到3納米，半導體的加工技術一步步逼近了物理極限。在這個極度微觀的尺度上，每向前走出一步都需要耗費巨大的資源，即便如此也仍然有失敗的可能。
如今的市場上，EUV光刻機的提供商只有ASML，但在幾年前，日本的尼康、佳能也是光刻機領域的佼佼者。但由於始終無法更進一步，兩家日企只能含恨退出。
當台積電摸到了天花板不能更進一步的時候，快速發展的中芯國際正在它的背後虎視眈眈。
尾聲
如今這個時間點上，我們很容易就能看出來這是一場對中國科技產業鏈的「圍剿」，其目的就像是《三體》裏的「智子」一樣，將中國快速崛起的科技產業打斷， 讓我們趕不上這趟新技術革命的列車。
這樣的打壓和封鎖，我們難道見得還少麼？
對我們來說，打壓是常態，自由購買反而是稀罕。
從建國到現在的71年之中，我們經歷了太多太多來自外部的壓力。航空發動機、導彈、雷達、導航系統......每一個項目當年遭遇的制裁和壓迫都遠甚於今天的這些「禁令」。
凡是殺不死我的，都只能讓我更加堅強。
一個有意思的現象是，凡是那些可以隨便買來的技術，我們往往還落後着，比如汽車發動機和變速箱，大飛機。凡是那些買不到的技術，這些年中國都突飛猛進，比如宇宙飛船、戰艦、戰鬥機、軍用交通機、北斗……
或許芯片被卡脖子不是壞事，這更加堅定了中國自力更生的道路，這個過程無比悲壯，但也是一個頂級強國，必須要去面對和跨越的一道關口。