当疫情成为世界热点话题时,一些本应拉响警报的新闻可能会被忽略。
时间回到一个月前,新的冠状肺炎还没有蔓延到整个世界,我们仍然处于风暴的中心。当“山川是外国的,风和月亮是同一天”承载着日本这个樱花盛开的国家的善意,触动着人们的共同情感时,有多少人没有注意到日本共同社报道中隐藏的令人不安的含义。
根据该报告,包括美国和日本在内的42个瓦塞纳尔协定成员国决定扩大技术出口管制的范围,增加新的内容,包括军用级半导体衬底制造技术和网络软件。
有人说这是为了阻止技术流向中国、朝鲜和其他国家。
事实上,在新中国多事之秋,技术封锁就像一张无形的蜘蛛网,一直缠绕和阻碍着中国高科技和尖端技术的发展,一再伤害着大陆半导体行业的神经。
然而,反对“封锁”的斗争从未停止过。一代半导体先辈以知识和技术为军事武器,负重艰辛探索,开启了中国半导体发展的伟大序幕。
回顾《瓦塞纳尔协定》给中国带来的痛苦“核心”记忆,就是要更加和平、冷静地应对困难,更加坚定、果断地走向远方。
01瓦塞纳尔协定的前世
1949年11月,新生的中华人民共和国刚刚迎来满月。解放战争的硝烟还没有完全散去,中国历史已经成为一片废墟。
此时,以美国为首的西方阵营正计划在距离北京一万英里的巴黎建立一个冰冷的技术铁幕。
包括美国、英国、日本、法国和澳大利亚在内的17个国家成立了巴黎协调委员会(以下简称“巴统”)来限制数万种三类产品的出口:军事装备、尖端技术和稀有材料。
禁运的目标是美国最大的敌人苏联,而与苏联有频繁接触的中国也在1952年被列入控制名单。
崔丕的“美国冷战战略与巴黎协调委员会,中国委员会”
当铁幕落下时,中国正处于积极的社会主义改造和建设之中,对外支持朝鲜,对内遏制反动势力,推进土地改革。工农业经济正在复苏。以美国为代表的西方势力正试图以一项协议绊倒刚刚起步的中国。
随着苏联的解体,美苏冷战结束了。作为冷战的产物,巴统失去了存在的基础,并于1994年4月1日正式解体。
但两年后,巴统制定的禁运规则被一项新协议所继承。
瓦塞纳尔协定
《瓦塞纳尔协定》的全称是《关于常规武器和两用货物及技术出口管制的瓦塞纳尔安排》,于1996年7月在奥地利维也纳签署。
那一年,“巴统”组织的所有17名成员都加入了这个新组织,从33名成员开始,发展到42名成员。
《瓦塞纳尔协定》的42个成员国
与巴统一样,《瓦塞纳尔协定》旨在控制常规武器和高科技贸易,并制定了两个禁运清单:
一个是两用货物和技术清单,涵盖九个类别:先进材料、材料加工、电子设备、计算机、电信和信息安全、传感器和激光、导航和导航空电子仪器、船舶和海事设备以及推进系统。
另一份是军事产品清单,涵盖22类武器、弹药、设备和平台。
去年12月,《瓦塞纳尔协定》进行了新一轮修订,比前一版增加了3页。在“电子产品”类别中,对计算光刻软件和大硅片的切割、研磨和抛光技术增加了新的控制。
这不是强制性协议。成员国可以决定是否为敏感产品和技术发放出口许可证。然而,许多成员国实际上是美丽的国家。
例如,2004年,捷克计划向中国出口价值5000多万美元的雷达设备,但这项计划中途被美国的压力中断。
美国一再阻碍中国半导体的发展。
2015年,美国禁止英特尔和其他公司向中国的四个超级计算中心出口高性能计算芯片,理由是“涉嫌用于核爆炸试验”
2020年,美国媒体称,特朗普政府正在考虑限制美国芯片制造设备的使用,并寻求切断中国获得关键半导体技术的渠道。
在新中国集中建设的道路上,“技术封锁”就像一片阴霾笼罩着中国的半导体产业,时刻酝酿着寒风和暴雨。
伤害“核心”的过去:芯片制造有多难
回顾全球贸易和技术竞争,芯片作为“高技术皇冠上的宝石”,不仅像美国硅谷的传奇一样在崛起中活跃,而且在日本和的战后复兴中发挥着至关重要的作用。
当中国敞开大门拥抱尖端芯片技术时,它被拒绝了。
20世纪80年代初,国家减少了对电子工业的投资,希望大多数电子工厂能找到进入市场的路。为了在短期内获益,“制造胜于购买”的理念已经开始在国内芯片行业扎根。
在巴统的技术限制下,大陆只能进口过时的二手设备。从1984年到1990年,地方政府、国有企业和总共从国外进口了33条晶圆生产线,其中大部分是3英寸和4英寸生产线。在同一时期,日本采用了8英寸线。
瓦塞纳尔协议的出现进一步加深了中国与世界先进芯片技术的差距。
根据其规则,成员国一般按照N-2原则批准向中国出口半导体技术,即比最先进的技术晚两代。如果适当推迟审批程序,中国将能够获得比国际先进水平落后三代或更多的技术和设备。
20世纪90年代,为了加快半导体工业的发展,中国对“908工程”和“909工程”进行了大量投资。无锡华晶和上海华虹分别承担了这两个项目的重要任务。然而,华晶和华虹在国际市场采购设备时遇到了瓦塞纳尔协定的阻力。
我们怎样才能找到另一种方式来打破外国封锁?此时,一个关键人物的出现将对上海集成电路产业的未来发展和繁荣起到至关重要的作用。
他是福建人姜尚洲。他于1970年毕业于清华大学无线电系。他是改革开放后第一批归国人员。有人曾形容他“浓眉大眼,宽鼻子,方嘴巴,硬汉模样”。口音是北京,速度很快,发音偶尔是荣成普通话。"
河上的船
1999年,国家信息技术部召开了全国集成电路“十五”计划研讨会。计划在五年内投资200亿元,建造两条8英寸200毫米的半导体生产线。
时任上海经济委员会副主任的姜尚洲在研讨会上表示:“寻找海外合作伙伴投资,我们至少可以建设10条8英寸200毫米集成电路生产线。”
姜尚洲学习海南洋浦改革实践,会见了国内微电子专家、中国科学院学者、北京微电子研究所所长王阳元、北京大学计算机系主任、北京大学绿鸟集团董事长王阳元女士,并联系了中国工程院院士、信息产业部58所名誉所长徐菊岩、台湾世界超大规模集成电路公司总经理张汝京。
在上海浦东,姜尚洲遇到并讨厌张汝京,一个想在mainland China投资半导体产业的台湾人。SMIC的故事就是从这个开始的。到目前为止,SMIC仍然对大陆芯片制造业的崛起抱有最殷切的期望。
2000年8月,SMIC在上海建造了第一座8英寸的工厂,并于次年竣工投产,创造了当时世界上最快的工厂建设速度。
当时,SMIC在mainland China的晶圆制造领域还只是一个后起之秀,但仅三年后,随着生产线的大幅扩张,它就迅速跻身全球半导体代工行业前三名,产能仅次于台湾的TSMC和UMC。
一条8英寸的芯片生产线花费数亿美元,一条12英寸的生产线花费近10亿美元。截至2003年9月,SMIC在上海建了三个8英寸的工厂,在北京建了两个12英寸的工厂,并收购了摩托罗拉在天津的8英寸工厂。
SMIC能够如此积极扩张的原因与其创始人张汝京的台裔美国人身份以及他的股东来自世界各地的各种资本来源密切相关。
richard chang
知道如何建造半导体工厂的张汝京,在过去为德克萨斯仪器公司工作和创建世界半导体公司的经历中,已经在业界积累了相当高的声誉。他不仅从欧、美、日、韩等国带来了数百名海归和半导体人才,还四处奔走筹集资金,为SMIC申请设备。
然而,在引进先进设备时,SMIC也受到《瓦塞纳尔协定》的阻碍。
当SMIC第一家上海工厂还在建设中时,mainland China最先进的制造技术只达到0。35μm,落后0.18μm两代。因此,张汝京希望从美国进口0.18μ m生产设备。
2001年,SMIC从美国应用材料公司购买了一个双电子束系统,该系统突然被美国政府封锁。因此,张汝京选择绕过瑞典和比利时进行机构合作。此外,张汝京还通过自己的联系人购买了大量低价二手设备。
据传说,为了获得出口许可证,基督徒张汝京在美国找了五个主要的教堂,向他保证SMIC的产品只用于商业目的,不用于军事目的,最后获得了美国政府颁发的出口许可证。
此后,每隔一两年,0.13μm、90nm、65nm……每当SMIC生产线需要技术升级时,类似的困难就会出现。在申请45纳米技术设备之前,SMIC不再因为过去六七年的良好记录而被美国故意羞辱。
让人难过的是,位于上海的国有企业华虹和SMIC的命运完全不同。
当SMIC已经建造了四座12英寸的工厂时,华虹不知道是不是因为技术封锁,才放弃了建造第一座12英寸、总投资15亿美元的工厂的原计划。
03大陆芯片设计受制于腹部和背部约束
预防、遏制、隔离和封锁一直阻碍着中国先进芯片技术的发展。在技术禁运和对国际竞争对手的遏制中,芯片设计行业也在苦苦挣扎。
在世纪之交,有一群精英回归者带着家和国家的感觉回来创业。他们有着相似的背景,曾在国际半导体公司接受过培训,或曾在硅谷成功创业,并以建设中国核心的热情投身于国内半导体产业建设的洪流中。
毕业后去美国的邓中翰就是典型代表之一。他具有中国学生勤奋的特点。他在五年内获得了物理学硕士学位、经济学硕士学位、电子工程和计算机科学博士学位。他还拥有出色的行业实践经验。他曾在技术巨头IBM担任高级研究员,然后在硅谷成功创办了一家市值1.5亿美元的企业。
1999年10月,邓中翰决定回国创办中兴威。两年后,中国星空微系统公司成功开发出中国第一个具有自主知识产权的巨型CMOS数字多媒体芯片“星光一号”。后来它进入了国际市场,被飞利浦和三星等国际品牌用于摄像机。
邓中翰
如今,许多蓬勃发展的国内芯片设计股的创业背景与中国之星微系统公司(China Star Microsystems)相似:兰琪科技创始人杨崇河和赵一创新公司创始人朱一鸣都去了美国学习和工作。他们在10年或20年前种下的芯片初创企业的种子现在正一个接一个开花结果。
然而,在高端中央处理器等芯片领域,一群企业家早先走过的道路充满了困难。
1999年,时任中国科技部部长的徐冠华说:“中国的信息产业缺乏核心和灵魂。”核心是指芯片,灵魂是指操作系统。
国内CPU芯片+操作系统直接面对强大的“WinTel”联盟。
美国芯片公司英特尔是中央处理器领域的主导者。它不仅注册了x86系统的几乎所有相关专利,还建立了一个坚实庞大的生态系统。由于英特尔x86不授予外部授权,方舟科技不得不避开x86 RISC架构,并在2001年构建了“方舟1”处理器,并安排了原型和产品。
即使英特尔被绕过,前面还有一个更大的问题——匹配的操作系统。为了支持国内力量,北京政府计划在选择办公室模式时将微软踢出办公室,这也让美国前国务卿亨利·基辛格(Henry Kissinger)感到震惊,他打了一个特别电话施加压力。
两年后,北京政府召集了国家办公室的专家以及日本和韩国的技术人员来破解微软的文档格式。不幸的是,效果并不令人满意。各种软件问题频繁出现。在用户的抱怨下,WinTel最终被取代。
后来,方舟中央处理器停止了开发,一心要挑战微软办公霸权的永中科技也被清算。直到2007年,金山才成功开发出办公的“孪生兄弟”WPS软件。
即使在今天,美国公司AMD也能与英特尔CPU竞争,而美国公司谷歌和苹果能与微软视窗系统竞争。“缺乏核心和灵魂”仍然是中国半导体行业的一大痛点。
2019年5月,华为的断电事件再次在人们眼前暴露了技术禁运的风险:在美国政府的命令下,英特尔、高通、赛勒斯和伯通等主要国际芯片工厂被迫暂停交易,谷歌的手机操作系统安卓和微软视窗系统被暂停接收新订单。
当技术阀门关闭时,中国的信息技术产业没有可以完全替代它的国内技术和产品。
华为最终决定推出鸿蒙系统。根据历史经验,鸿蒙不仅挑战技术问题,还挑战用户习惯和生态。
四次书面协议
当中国的半导体祖先努力缩小技术差距时,不受瓦塞纳尔协议约束的日本和韩国以及台湾分别达到了芯片分割的顶峰。
在20世纪80年代和90年代,日本全面控制了世界半导体和存储芯片,甚至践踏了美国。在1995年全球半导体公司前10名中,日本公司占据了6个席位。
即使日本企业由于日美贸易战的压制和自身体制的僵化等各种原因从辉煌走向沉寂,日本也从未退出全球半导体舞台,只是从“前沿”走向“后沿”。
时至今日,日本仍静静地占据着芯片上游一半的关键产业——为世界提供超过1/2的半导体材料和1/3的半导体制造设备,并掌控着大多数芯片企业的命脉。
当日本最辉煌的半导体时代结束时,韩国半导体立即达到存储芯片的巅峰,台湾开始在晶圆代工领域大放异彩。
在内存芯片背后,mainland China也有一个“核心”事件。早在1975年,北京大学物理系王阳元领导的研究小组就开发了动态随机存取存储器的核心技术。当时,中国科学院109工厂生产了中国第一个1024位动态随机存储器,比韩国早四五年。
中国首个三种1024位动态随机存取存储器
但很快,由于技术封锁和政策变化等因素,中国大陆的半导体行业开始停滞,DRAM行业被韩国赶超。
据说,20世纪80年代初,韩国有一个谣言,说一个装满手提箱的芯片价值超过100万美元,相当于10船矿物。如此巨大的利润使得韩国所有的财阀纷纷进入半导体领域。
“全能”三星是所有韩国芯片制造商中最突出的:晶圆代工与TSMC竞争订单,旗舰5G手机与苹果高通华为竞争,存储芯片与SK Hynix一起垄断了大部分市场,并数次从英特尔手中成功夺取全球半导体收入第一的位置。
然而,一旦上游霸主日本变得强大,韩国将不可避免地颤抖。
2019年7月,日本经济产业省宣布将限制向韩国出口日本的半导体核心上游原材料,以及智能手机和电视等显示屏的核心原材料。
日企涨跌互现,三星、韩国海力士、SDC、LGD等韩国企业的相关业务都受到重创。
由于韩国的半导体和显示产业占韩国国内生产总值的很大比例,如果不能及时找到替代进口国,不仅这些产业的后续供应会有问题,而且韩国经济也会遭受更大的损害。
三星电子动态随机存储器的发展历史
台湾的半导体产业始于20世纪80年代末,发展非常迅速。制造、密封、测试和设计行业都诞生了在全球半导体行业中知名的优秀企业。
制造业有世界上最大的晶圆代工制造商TSMC,而占全球市场50%以上的TSMC电气控制领域与占市场不到20%的三星相差甚远。
密封测试行业甚至比世界其他地方更优越,全球密封测试行业前十名中有五家企业。多年来,“密封和测试领域的第一兄弟”一直是世界第一。
在设计行业,领英(LinkedIn)、领英科技(LinkedIn Technology)和瑞宇半导体(Ruiyu Semiconductor)已成功脱颖而出,跻身全球集成电路设计公司前十名。领英已经席卷了中国内地的中低端手机芯片市场。去年,领英推出了性能强劲的旗舰芯片天极1000,给手机芯片领域带来了一个晴天霹雳。
联发天机1000
回顾40多年前,大陆半导体行业也领先于韩国和台湾。1973年,中美关系缓和,中国大陆希望从欧美国家进口7条3英寸晶圆生产线,这是当时世界上最先进的技术。这比台湾早三年,比韩国早四年。当时,这两个地区还没有电子工业研究的基础。
然而,尽管韩国和台湾在技术和工业发展上“停滞不前”,但由于欧美的技术封锁,中国大陆已经将三条已经落后的3英寸生产线推迟了7年。到1980年完工时,它比台湾晚了三年,比韩国晚了两年。
如果没有技术禁令,中国在世界半导体行业的地位会有所不同吗?
05防疫可以是“同一天的风和月亮”,技术不能是“同一个儿子”
当新一轮的肺炎疫情在中国肆虐时,日本人民不仅提供了医疗物资,还用“外国山川,同一天秋风”和“同一个呼吸,同一个枝干,同一个春天”等温暖的中国诗句打动了无数中国人的心。
当流行病来临时,我们可以一起承受风暴。然而,高科技合作还有很长的路要走。
2020年2月23日,日本媒体称,《瓦塞纳尔协定》42个成员国扩大了控制范围,增加了新的半导体衬底制造技术和可转换为军用的军用软件,日本政府计划今后加强产品和相关技术的出口程序。
结果,韩国半导体行业被日本实施的禁令推向了死胡同。日本新的控制措施会对中国产生什么影响?
幸运的是,我国早就认识到,为了实现安全和可控性,我们必须能够独立开发军用半导体。目前,一些国有企业有能力自主开发和生产核心军用半导体产品。
军用半导体对先进制造技术要求不高,但对复杂环境下的稳定性、可靠性和抗干扰能力要求很高。同时,军用半导体本身并不需要拿出食物,只需要尽一切努力开发出符合性能要求的产品。
相对而言,民用半导体面临更大的压力。他们应该考虑成本、效率、功耗、体积、产量、性价比、生态布局和其他与市场相关的问题,并与世界级制造商争夺地盘。
令人痛心的是,就高端市场和利润率而言,国内民用芯片几乎被国际巨头压垮。
2003年,中国半导体市场走出工业低谷,市场增长率约为40%。全年销售额首次突破2000亿元,达到2074.1亿元。同年,美国英特尔公司的全球销售额达到2498.3亿元。
不仅如此,英特尔的利润率约为18%,而中国半导体市场的利润率仅为3.7%。
贸易逆差也在逐年扩大。到2018年,中国集成电路产品进口总额将达到3121亿美元,占全球进口总额的2/3。中国的贸易逆差将首次超过2000亿美元。
2002018年中国集成电路进出口数量和数量的变化
巨大差距的背后是核心技术的缺乏以及由此导致的mainland China芯片困境。
一路上,大陆半导体经历了太多的变化。从外部看,它是西方国家的技术封锁、市场抑制、资本渗透和专利壁垒。在内部,存在许多障碍,如产业政策的变化、科研与生产脱节、审批制度滞后、欺诈和保险欺诈纠纷等。
从目前的工业情况来看,各种先进的芯片,如中央处理器、图形处理器、现场可编程门阵列和电子设计自动化工具等,都是芯片设计的基本软件,受美国管辖,移动设备芯片受英国管辖,高端存储芯片受韩国管辖,各种先进的半导体器件和材料受日本管辖,7纳米及以下芯片生产所需的高端光刻设备受荷兰管辖。
2019年6月,清华大学微电子研究所所长、中国半导体工业协会副会长魏少军教授在中央电视台中国经济讲堂发表演讲。他展示了这样一幅画:
从图中可以看出,在服务器微处理器、个人计算机微处理器、可编程逻辑器件FPGA/EPLD、数字信号处理器件DSP、移动通信终端嵌入式微处理器、移动通信终端嵌入式DSP、动态随机存取存储器DRAM、存储器Nand Flash、高清/智能电视显示驱动等芯片市场,国内芯片份额约为0%。
国内供应与国内市场需求严重失衡,制造能力与设计需求失衡。国内芯片制造行业和封装测试行业约有一半的客户来自海外,设计行业正在全球寻找能够满足需求的加工资源。
中国工程院院士倪光南曾表示:“整个集成电路和芯片行业需要10年甚至更长时间才能完成这个短板。”
魏少军教授曾经统计过,中国大陆从事芯片设计的工程师平均工资比台湾高,但实际能力不如台湾工程师。人才短缺仍然是大陆芯片行业的一个严重问题。
所有的天才都去哪里了?一些集成电路专业的学生毕业后从事投资和金融。一些芯片从业者对自己的工作缺乏敬畏,在处理工作时消极怠惰。有些人高举爱国主义的旗帜,但没有毅力啃硬骨头。
近年来,中国半导体行业投资明显加快,这是一个积极的趋势。然而,大举投资是一个长期问题。改变人才困境不会一蹴而就。在从中下游向上游行进的过程中,将会有无数隐藏的岩石和机会。
过去的事不能被抗议;新来的人仍然可以被追捕。如果我们不希望《瓦塞纳尔协定》所包含的被动局面再次出现,那么加强对整个半导体产业链的上游和下游的技术攻击并形成我们自己的造血能力是极其紧迫的。
美国前国防部长施莱辛格曾经说过:“对美国来说,最理想的情况是保险柜里总有一些比我们的对手先进十多年的武器蓝图。在未来的战争中,优势将不属于拥有大量现代武器的一方,而是属于不断应用新的发展理念和不断创造新武器的一方。”
如果你在芯片“战争”的背景下看这段话,它也是有意义的。
结论:不要忘记过去,面向未来
钱学森先生曾感慨:“六十年代,我们尽了最大的努力,搞了两颗炸弹和一颗星星,收获很多;在20世纪70年代,我们没有从事半导体行业,因此损失惨重。”
“落后”和“追赶”,这两个中国芯片历史上的高频词,凝聚了许多科学家和工程师的汗水和泪水。当中国加入全球生产体系时,芯片困境只是西方国家遏制中国先进技术发展的一个缩影。由于瓦塞纳尔协议,中国的计算机、航空航天等行业也遭受了类似的风、霜、雪和雨。
经过多年的发展,中国的集成电路设计、制造和测试逐渐跻身世界前列。华为海斯和紫光展锐正在全球集成电路设计行业崭露头角。SMIC和华宏宏宏也位列全球晶圆代工企业前十名。长天科技、华天科技和FTMC在全球集成电路测试行业取得突破。
最困难的时期已经过去了,天气应该是好的。或许有一天,中国的半导体行业将站在更高的层面,摆脱跟随者和学习者的角色,不再受大国游戏的技术束缚。
我希望那时,我们不会忘记铁鞭技术封锁留下的伤痕,真正将独立思考和创新精神融入民族的血液。
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