“缺芯”之痛与世界半导体江湖

2019年5月，美国商务部将华为列入实体清单，禁止美国企业向华为出口技术和零部件；2020年5月，美国进一步升级对华为贸易禁令，要求凡使用了美国技术或设计的半导体芯片出口华为时，必须得到美国政府的许可证，进一步切断华为通过第三方获取芯片或代工生产的渠道。

此前，高通、英特尔和博通等美国公司都向华为提供芯片，用于华为智能手机和其他电信设备，华为手机使用谷歌的安卓 *** 作系统。华为自研的麒麟高端手机芯片，也依赖台积电代工。随着美国芯片禁令实施，华为手机业务遭遇重创，消费者业务收入大幅下滑，海外市场拓展也受到影响。

美国凭借芯片技术优势对中国企业“卡脖子”，使半导体产业陡然成为中美 科技 竞争的风暴眼。“缺芯”之痛，突显了中国半导体产业的技术短板。它如一记振聋发聩的警钟，惊醒国人看清国际 科技 竞争的残酷现实。

半导体产业是 科技 创新的龙头和先导，在信息 科技 和高端制造中占据核心地位。攻克半导体核心技术难题，解决高端芯片受制于人的现状，成为中国高 科技 发展和产业升级的当务之急。

全球半导体版图

半导体产业很典型地体现了供应链的全球化，各国在半导体产业链上分工协作，相互依赖。美国、韩国、日本、中国、欧洲等国家或地区发挥各自优势，共同组成了紧密协作的全球半导体产业链。

根据美国半导体行业协会发布的最新数据，美国的半导体企业销售额占据全球的47%，排名第二的是韩国，占比为19%，日本和欧盟半导体企业销售额占比均为10%，并列第三。中国台湾和中国大陆半导体企业销售额占比分别为6%和5%。

具体来看，美国牢牢控制半导体产业链的头部，包括最前端EDA/IP、芯片设计和关键设备等。具体而言，在全球产业链总增加值中，美国在EDA/IP上，占据74%份额；在逻辑芯片设计上，占据67%；在存储芯片设计上，占据29%；在半导体制造设备上，占据41%。

日本在芯片设计、半导体制造设备、半导体材料等重要环节掌握核心技术；韩国在存储芯片设计、半导体材料上发挥关键作用；欧洲在芯片设计、半导体制造设备和半导体材料上贡献突出；中国则在晶圆制造上发挥重要作用。

中国大陆在全球晶圆制造（后道封装、测试）增加值占比高达38%；中国台湾在全球半导体材料、晶圆制造（前道制造、后道封装、测试）增加值占比分别达到22%和47%。

以上国家和地区构成了全球半导体产业供应链的主体。

芯片是人类智慧的结晶，芯片制造是全球顶尖的高端制造产业之一，是典型的资本密集和技术密集行业。制造的过程之复杂、技术之尖端、对制造设备的苛刻要求，决定了芯片产业链的复杂性。半导体制造中的大部分设备，包含了数百家不同供应商提供的模块、激光、机电组件、控制芯片、光学、电源等，均需依托高度专业化的复杂供应链。每一个单一制造链条都可能汇集了成千上万的产品，凝聚着数十万人多年研发的积累。

芯片技术也涉及广泛的学科，需要长时期的基础研究和应用技术创新的成果累积。举例来说，一项半导体新技术方法从发布论文，到规模化量产，至少需要10-15年的时间。作为全球最先进的半导体光刻技术基础的极紫外线EUV应用，从早期的概念演示到如今的商业化花费了将近40年的时间，而EUV生产所需要的光刻机设备的10万个零部件来自全球5000多家供应商。

芯片制造的复杂性，创造了一个由无数细分专业方向组成的全球化产业链。在半导体市场中，专业的世界级公司通过几十年有针对性的研发，在自己擅长的领域建立了牢固的市场地位。比如，荷兰ASML垄断着世界光刻机的生产；美国高通、英特尔、韩国三星、中国台湾的台积电等也都形成了各自的技术优势。目前全世界最先进制程的高端芯片几乎都由台积电和三星生产。

中美芯片供应链各有软肋

“缺芯”，不仅困扰着中国企业。

自去年下半年以来，受新冠疫情及美国贸易禁令干扰，芯片产能及供应不足，全球信息产业和智能制造都遭遇了严重的“芯片荒”。

随着新一轮新冠疫情在东南亚蔓延， 汽车 行业芯片短缺进一步加剧，全球三家最大的 汽车 制造商装配线均出现中断。丰田称 9 月全球减产 40%。美国车企也不能幸免，福特 汽车 旗下一家工厂暂停组装 F-150 皮卡，通用 汽车 北美地区生产线停工时间也被迫延长。

蔓延全球的芯片荒，迫使各国对全球半导体供应链的安全性、可靠性进行重新审视和评估。中美两个大国在半导体供应链上各有优势，也各有软肋。

中国芯片产业起步较晚，但近年来加速追赶。根据中国半导体行业协会统计，2020年中国集成电路产业销售额为8848亿元，同比增长17%，5年增长了超过一倍。其中，设计业销售额为3778.4亿元，同比增长23.3%；制造业销售额为2560.1亿元，同比增长19.1%；封装测试业销售额2509.5亿元，同比增长6.8%。中国2020年出口集成电路2598亿块，出口金额1166亿美元，同比增长14.8%。

中国芯片核心技术与美国有较大差距，主要突破在芯片设计领域，芯片设计水平位列全球第二。在制造的封测环节也不是我们的短板。中国芯片制造的短板主要在三方面：核心原材料不能自己自足、芯片制造工艺与国际领先水平有较大差距、关键制造设备依赖进口。

由于不能独立完成先进制程芯片的生产制造，大量高端芯片依赖进口。2020年中国进口芯片5435亿块，进口金额3500.4亿美元。

美国是世界芯片头号强国，拥有世界领先的半导体公司，但其核心能力是主导芯片产业链的前端，包括设计、制造设备的关键技术等，但上游资源和制造能力也依赖国外。美国在全球半导体制造市场的市占率急速下降，从 1990 年 37% 滑落至目前 12%左右。

波士顿咨询公司和美国半导体行业协会在今年4月联合发布的《在不确定的时代加强全球半导体产业链》的报告显示，若按设备制造/组装所在地统计，2019年中国大陆半导体企业销售额占比高达35%；美国则排名第二，销售额占比为19%。

世界芯片的主要制造产能集中在亚洲， 2020 年中国台湾半导体产能全球占比为 22%，其次是韩国 21%，日本和中国大陆皆为 15%。这意味着美国在芯片的制造和生产环节，也存在很大的脆弱性。这也是伴随东南亚疫情爆发导致芯片产业链产能受限，美国同样遭遇“芯片荒”的原因。

对半导体产业链脆弱性的担忧，推动美国加大对半导体产业的投资和政策扶持。今年5月美国参议院通过一项两党一致同意的芯片投资法案，批准了520亿美元的紧急拨款，用以支持美国半导体芯片的生产和研发，以提升美国国内半导体产业链的韧性和竞争力。今年2月24日，美国总统拜登签署一项行政命令，推动美国加强与日本、韩国及中国台湾等盟国/地区合作，加速建立不依赖中国大陆的半导体供应链。

除了产能问题，美国在全球半导体竞争中的另一个软肋就是对中国市场的依赖。中国是全球最大的半导体需求市场，每年中国半导体的进口额都超过3000亿美元，大多数美国半导体龙头企业至少有25%的销售额来自中国市场。可以说，中国是美国及全球主要半导体供应商的最大金主。如果失去中国这个最富活力、最具成长性的市场，那么依赖高资本投入的美国各主要芯片供应商的研发成本将难以支撑，影响其研发投入及未来竞争力。

这从另一方面说，恰是中国的优势，中国庞大的市场需求和发展空间，足以支撑芯片产业链的高强度资本投入与技术研发，并推动技术和产品迭代。

“中国芯”提速

随着中国推进《中国制造2025》，芯片制造一直是中国 科技 发展的优先事项。如今，美国在芯片供应和制造上进行霸凌式断供，使中国构建自主可控、安全高效的半导体产业链的目标更加紧迫。

客观上，半导体产业链需要各国协作，这从成本和技术进步角度，对各国都是互利共赢。但美国的断供行为改变了传统的商业与贸易逻辑。在大国竞争的背景下，对具有战略意义的半导体和芯片产业链，安全、可靠成为主导的逻辑。

中国要成为制造强国，实现在全球产业链、价值链的跃升，摆脱关键技术受制于人的困境，芯片制造这道坎儿就必须跨过。

随着越来越多的中国高 科技 企业被列入美国实体清单，迫使半导体产业链中的许多中国企业不得不“抱团取暖”，携手合作，努力寻求供应链的“本土化”。“中国芯”突围，成为中国 科技 界、产业界不得不面对的一场“新的长征”。中国半导体产业进入攻坚期，也由此迎来发展的重大战略机遇期。

在国家“十四五”规划和2035远景目标纲要中，把 科技 自立自强作为创新驱动的战略优先目标，致力打造“自主可控、安全高效”的产业链、供应链；国家将集中资金和优势 科技 力量，打好关键核心技术攻坚战，在卡脖子领域实现更多“由零到一”的突破。国家明确提出到2025年实现芯片自给率70%的目标。

2020年8月，国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，瞄准国产芯片受制于人的短板，在投融资、人才和市场落地等方面进一步加大政策支持，助力打通和拓展企业融资渠道，加快促进集成电路全产业链联动，做大做强人才培养体系等。

全国多地制定半导体产业发展规划和扶持政策，积极打造半导体产业链。长三角地区是我国半导体产业重点聚集区，深圳市则是珠三角地区集成电路产业的龙头，京津冀及中西部地区的半导体产业也正在加快布局。

作为中国创新基地，上海市政府6月21日发布《战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划》，其中集成电路产业列为第一位的发展项目，提出产业规模年均增速达到20%左右，力争在制造领域有两家企业营收进入世界前列，并在芯片设计、制造设备和材料领域培育一批上市企业。

上海市的规划中，对芯片制造也制定出具体目标和实施路径：加快研制具有国际一流水平的刻蚀机、清洗机、离子注入机、量测设备等高端产品；开展核心装备关键零部件研发；提升12英寸硅片、先进光刻胶研发和产业化能力。到2025年，基本建成具有全球影响力的集成电路产业创新高地，先进制造工艺进一步提升，芯片设计能力国际领先，核心装备和关键材料国产化水平进一步提高，基本形成自主可控的产业体系。

上海联合中科院和产业龙头企业，投资5000亿元，打造世界级芯片产业基地：东方芯港。目前东方芯港项目已引进40余家行业标杆企业，初步形成了覆盖芯片设计、特色工艺制造、新型存储、第三代半导体、封装测试以及装备、材料等环节的集成电路全产业链生态体系。

在国家政策指引和强劲市场的驱动下，国家、企业、科研机构、大学、 社会 资金等集体发力，中国芯片行业正展现出空前的发展动能和势头。

在外部倒逼和内部技术提升的共同作用下，中国芯片产业第一次迎来资金、技术、人才、设备、材料、工艺、设计、软件等各发展要素和环节的整体爆发。国产芯片也在加速试错、改造、提升，正在经历从“不可用”到“基本可用”、再到“好用”的转变。

中国终将重构全球半导体格局

中国芯片制造重大技术突破接踵而至：

中微半导体公司成功研制了5纳米等离子蚀刻机。经过三年的发展，中微公司5纳米蚀刻机的制造技术更加成熟。该设备已交付台积电投入使用。

上海微电子已经成功研发出我国首款28纳米光刻机设备，预计将在2021年交付使用，实现了光刻机技术从无到有的突破。

中芯国际成功推出N+1芯片工艺技术，依托该工艺，中芯国际芯片制程不断向新的高度突破，同时成熟的28纳米制程扩大产能。

7月29日，南大光电承担的国家 科技 重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”之光刻胶项目通过了专家组验收。

8月2日青岛芯恩公司宣布8寸晶圆投片成功，良率达90%以上，12寸晶圆厂也将于8月15日开始投片。

2017年，合肥晶合集成电路12寸晶圆制造基地建成投产，至2021年合肥集成电路企业数量已发展到近280家。

中国半导体行业集中蓄势发力，在关键技术和设备等瓶颈领域，从无到有，由易入难，积小成而大成，关键技术和工艺水平正在取得整体跃迁。

小成靠朋友，大成靠对手。某种意义上，我们应该感谢美国的遏制与封锁，逼迫我们在芯片和半导体行业加速摆脱对外部的依赖。

回望新中国 科技 发展史，凡是西方封锁和控制的领域，也是中国技术发展最快的领域：远的如两d一星、核潜艇，近的如北斗导航系统以及登月、空间站、火星探测等航天工程。在外部压力的逼迫下，中国 科技 与研发潜能将前所未有地爆发。

实际上，中国的整体 科技 实力与美国的差距正在迅速缩小。在一些尖端领域，比如高温超导、纳米材料、超级计算机、航天技术、量子通讯、5G技术、人工智能、古生物考古、生命科学等领域已经居于世界前沿水平。

英国世界大学新闻网站8月29日刊发分析文章，梳理了中国 科技 水平的颠覆性变化：

在创新领域，中国在全球研发支出排名第二，全球创新指数在中等收入国家中排名第一，正在从创新落伍者转变为创新领导者。

人才方面，拥有庞大的高端理工人才库，中国已是知识资本的重要创造者，美中 科技 关系从高度不对称转变为在能力和实力上更加对等。

技术转让方面，中国从单纯的学习者和技术接收者，转变为技术转让的来源和跨境技术标准的塑造者。

人才回流，中国正在扭转人才流失问题，积极从世界各地招募科学和工程人才。

这些变化表明，中国 科技 整体实力已经从追赶转变为能够与国际前沿竞争，由全球 科技 中的边缘角色转变为具有重要影响力的国家之一。

中国的基础研究水平也在突飞猛进。据《日经新闻》8月10日报道，在统计2017年至2019年间全球被引用次数排名前10%的论文时，中国首次超过美国，位居榜首位置。报道还着重指出中国在人工智能领域相关论文总数占据20.7%，美国为19.8%，显示中国在人工智能领域的研究成果正在超越美国。

另有日本学者在研究2021QS世界大学排名后，发现世界排名前20的理工类大学中，中国有7所上榜，清华大学居于第一位，而美国有5所。如果进一步细分到“机械工程”、“电气与电子工程”，中国大学在排名前20中的数量更是全面碾压美国。

芯片技术反映了一个国家整体 科技 水平和综合研发实力，中国的基础研究、应用研究、人才实力具备了突破芯片核心技术的基础和能力。

正如世界光刻机龙头企业——荷兰ASML总裁温尼克今年4月接受采访时所说：美国不能无限打压中国，对中国实施出口管制，将逼迫中国寻求 科技 自主，现在不把光刻机卖给中国，估计3年后中国就会自己掌握这个技术。“一旦中国被逼急了，不出15年他们就会什么都能自己做。”

温尼克的忧虑，正在一步步变成现实。全球半导体产业正进入重大变革期，中国在芯片制造领域的发愤图强，正在改写世界半导体产业的竞争格局。

中国的市场优势加上国家政策优势、资金优势以及基础研究的深入，打破美国在芯片制造领域的技术垄断和封锁，这一天不会太遥远。

确实， 中科院在2纳米芯片工艺的承载材料上获得了突破，这个得到突破的东西叫垂直纳米环栅晶体管，是未来2纳米工艺上所有获选材料的一种。但这一突破是不是最终会成为最后2纳米工艺中的一部分，就不好说了。理由解释如下：

芯片生产是出了名的环节众多，并且是一环套一环。由于现在生产芯片的尺寸已经延展到纳米级，任何一个极其细微的差错就会导致整个生产的前功尽弃。 至此，在现代尖端芯片的生产中，就没有什么关键不关键之分，所有环节全是关键！而且这些所有的环节必须精密地配合在一起，才能生产出符合标准的芯片。

比如，以圆晶清洁系统为例，虽然有多个品牌的清洁系统都适用于某个尺寸的工艺，比如28纳米芯片。但这些情节系统却并不通用。哪怕是仅仅更换另一个品牌的清洁系统，甚至就是生产的芯片类型发生了变化，可能所有的工序都要调整。但这一调整，又可能会引起其他材料工具的工作异常，需要很长时间才能让生产恢复正常，甚至很可能调整到最后却发现根本无法将生产效率恢复正常，也就是没办法更换清洁系统了。

在未来2纳米芯片工艺上也是如此，现在获得突破的这个承载材料确实可以称得上是一次突破，但是不是将来的2纳米芯片工艺中会使用这个承载材料，却要看整个2纳米芯片工艺的环环相扣中有没有它的位置了。

当然，现在说这个还太远。 不管怎么说，这个材料可以当作储备知识先存起来，即便将来2纳米芯片工艺没用上它，指不定将来在什么东西的研发中就会用上呢？科学的发现总是有用的，现在看着用处不大的东西，将来说不定就是挑大梁的东西。

是真的，中科院研发的叫做叠层垂直纳米环栅晶体管，可以用于2纳米以下工艺。不过，这只是一种晶体管结构，距离实际应用还有很长的距离。

我们知道，半导体芯片发挥作用的就是晶体管。芯片的的技术水平，一般也要看每平方毫米多少晶体管。例如，Intel的芯片，10纳米技术节点，晶体管密度达到了1亿个晶体管，基本与三星的7纳米工艺相当，比台积电的7纳米芯片还要高一点。

晶体管也是多种多样的，以适应不同的无需求。每一种结构，各有特点，对芯片性能影响很大。例如，Intel的芯片广泛使用的FinFET工艺，采用的是鳍式晶体管，这个技术已经被广泛应用，在22、16、12、7等工艺节点上应用广泛。各大厂商基本都用这个设计，我国中芯国际，在14纳米工艺上开始使用这一技术。

但是，半导体发展到5nm、3nm节点，原有的鳍式晶体管已经不能满足需求了，就需要研发新型晶体管，来代替以前的设计方案。这些设计方案中，最有希望的GAA环绕栅极晶体管。据说，三星公司就计划在3纳米技术节点使用GAA环绕栅极晶体管。而第一家使用鳍式晶体管的企业Intel在5纳米就转向GAA技术。而台积电，也要在3纳米或者2纳米节点转向GAA技术。

具体到中国，就遇到麻烦了，美国已经严令GAA环绕栅极晶体管技术不得向中国提供。那么，中国势必要研发自己的技术应对。基本来说，中国是两条腿走路，一方面，自己研发GAA 技术，我国的复旦大学就已经进行了验证，已经可以发展出自己的技术。另一方面，研发自己的新型晶体管结构，这就是中科院研发的新型垂直纳米环栅晶体管，它被视为2nm及以下工艺的主要技术候选。

技术储备有了，但是实现技术也是个难题，中国目前没有极紫外光刻机，哪怕技术有了储备，也要等制造设备到位，这是个漫长的过程。

中科院攻克2nm芯片关键技术这件事是真的。

不过不用过于高兴，因为该技术只是制造芯片众多环节中的一个关键技术，严格来说它属于芯片设计的范畴。不是说攻克了该关键技术很快就能制造出2nm芯片。相反，我国离制造出2nm芯片还很遥远，还有很多难关要攻克，比如制造2nm芯片所需的光刻机丶光刻胶丶离子注入设备等等。

中科院攻克的2nm芯片关键技术是指成功研发出了新型垂直纳米珊晶体管。这种新型晶体管被视为2nm及以下工艺的主要技术候选。该技术比之前三星宣布的3nm工艺需要采用的GAA环绕珊极晶体管性能更强，功耗更低。

该技术的诞生说明我国的芯片设计能力己处于世界前列，跟世界顶尖国家基本上属于同一个水平。

哎！看到标题很兴奋，详细了解后，难免还是有些失望！该技术就象你得到了宫庭秘传胡辣汤中那几片牛肉的做法秘诀，但是，汤中放什么料以及配比的秘方还没有，做胡辣汤的锅丶碗丶勺丶瓢丶盆也没有，只能吧哒吧哒嘴，把快流出的口水咽了。

不过，随着国家的大力支持，一个个象这样的技术被攻克，我们总是离制造出高制程的芯片更近一步。

宫庭秘制胡辣汤早晚会喝上的！

何止两纳米，我们宣称都攻克0.1纳米了。问题是你相信吗？靠吹嘘是没用的。目前国际上真正大规模制作出来的最先进芯片，只有5纳米。比如华为mate40和苹果12用的芯片。

攻克的是设计环节，而非制造环节。

你说的是台湾省的中科院吧？

我的国目前还没这水平啊，7n这个样子，最瓶颈的就是光刻机机设备，还有很长的路哦！………[酷拽][酷拽][酷拽]

生产2nm芯片关键要看光刻机的先进程度，科研芯片和生辛芯片是两回事，就目前而言，我国还没有研究生产2nm芯片的光刻机，芯片越小，对光刻机的 科技 含量越高，光刻机属于世界高 科技 设备，据悉我国目前只有生产22nm芯片的光刻机，相信我国这次以国家科研院牵头，以举国之力，聚集全国科学家攻关，相信在不远的时间，我国一定会攻克生产小nm芯片光刻机的，祖国加油！

有可能，攻克和能商用是两码事！

中科院研发芯片晶体管2纳米关键，中国必须学习西方 科技 产业保护法，中国没有设备与技术他们不卖，有了他们西方抵价卖，打击中国科研，研发出来量产才能连续研发创新，以后引进必须在市场三年内目标，中国研发出90纳米光刻机可以研发13.5一13纳米光刻机，从过优先功能大少全三维数字化软件设计与制造CAD/CAM系统，不同纳米光刻机型号，先3D数字化建模数字样机，软件设计数据计算测试验论证无纸分工分段分保各个产业链与供应链制造到总厂分装总装，测试试验和实际一样，我信1一2年光刻机解决22纳米光刻机从过工艺可以制造10纳米以下芯片，22纳米光刻机后改进极柴光源机优化12纳米光刻机

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