實地探訪華為“最強備胎”：火熱量產(chǎn)14nm，高端光刻機成轉(zhuǎn)正攔路虎

1999年，農(nóng)田遍布的張江迎來一批特殊的拜訪者，時任上海市長徐匡迪帶著一群人來到這里考察，其中就有后來被稱為“中國半導(dǎo)體教父”的張汝京。

盡管當時的張江阡陌縱橫，但在張汝京眼里，這里是發(fā)展中國半導(dǎo)體事業(yè)的絕佳試驗場，“世界芯片制造業(yè)的下一個中心將在上海。”

2000年，張汝京作為創(chuàng)始人的中芯國際落地張江，隨后來自芯片行業(yè)的上下游企業(yè)集聚于此，包括芯片設(shè)計、光掩膜制造、封裝測試、設(shè)備供應(yīng)、氣體供應(yīng)等企業(yè)，中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)真正在這片土地生根。

20年后，張江已成為中國的“硅谷” ；20年后，造芯卻成為中國的心事，先進制程的制造工藝更成為遏制中國公司發(fā)展的卡脖子技術(shù)。

5月15日，美國商務(wù)部下屬負責(zé)出口管制的產(chǎn)業(yè)安全局（BIS）發(fā)布通知，稱在美國境外為華為生產(chǎn)芯片的企業(yè)，只要使用了美國半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備，就需要申請許可證。這意味著，華為很可能不能再通過臺積電量產(chǎn)自家海思設(shè)計的高階芯片，而臺積電是全球晶圓代工的頂尖企業(yè)，可以生產(chǎn)7nm（納米），甚至5nm的高端芯片。

危機之下，中芯國際作為國內(nèi)唯一能夠提供14納米制程的晶圓代工企業(yè)，成為“最強備胎”，目前華為已有產(chǎn)品芯片轉(zhuǎn)由中芯國際代工。

近日，《IT時報》記者實地探訪上海中芯國際，發(fā)現(xiàn)中芯南方廠區(qū)在火熱量產(chǎn)14nm芯片的同時，也在抓緊建設(shè)二期產(chǎn)線；7nm工藝已研發(fā)多時，只是由于高端光刻機的缺位，研發(fā)進展不是很快。

01

“你看，這里一片火熱”

和20年前相比，張江的變化翻天覆地，已從一個鄉(xiāng)村小鎮(zhèn)進階為一座現(xiàn)代科學(xué)城：不僅交通發(fā)達，而且商業(yè)繁榮，充滿著生活氣息，這點與那些只有工廠、生活配套設(shè)施缺少的高新開發(fā)區(qū)很不一樣。

5月19日，《IT時報》記者來到中芯國際，它同華虹宏力、日月光等“鄰居”已和諧地融入到這座科學(xué)城中。目前，中芯國際已經(jīng)開始量產(chǎn)14nm芯片，并拿到一筆來自華為海思14nm手機芯片的訂單。

在14nm產(chǎn)線上工作的周豪（化名）告訴記者：“最近加班比較多，已經(jīng)向客戶供應(yīng)了8萬多批貨了；產(chǎn)線上也在招人，比如普工、助理工程師。”由于晶圓廠自動化程度較高，周豪的工作簡單且枯燥，只要把晶圓放置到設(shè)備上，其他的事交給設(shè)備即可。作為普工，他的底薪為3300元，算上加班費，每個月能掙七八千元。58同城上，一條中芯國際招聘信息顯示普工月工資在5500~7500元。

相比產(chǎn)線上普工的工作，宋杰（化名）的工作顯得高級些。在實驗室工作的他，每天要做的是根據(jù)研發(fā)人員發(fā)來的Case做實驗。“14nm產(chǎn)線設(shè)在中芯南方，去年下半年建成，今年開始量產(chǎn)；7~8nm的研發(fā)，也已經(jīng)開展很久了。”宋杰說。

據(jù)了解，中芯南方由中芯國際、國家“大基金”（國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金）以及上海市“地方基金”（上海市集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金）以合資的方式成立，為一座12英寸晶圓廠，能滿足14nm及以下先進技術(shù)節(jié)點的研發(fā)和量產(chǎn)計劃，14nm技術(shù)也可用于主流移動平臺、汽車、物聯(lián)網(wǎng)及云計算。

宋杰還表示，受限于設(shè)備，中芯國際7~8nm的研發(fā)進展不是很快，做出來的成品沒那么快，也沒那么好，“同樣一道工序，臺積電只要一步就能完成，我們可能需要三四步”。高端光刻機的缺失，是其中最關(guān)鍵的問題，“除了光刻機，別的設(shè)備都能解決。”

早在3月，中芯國際對外公布已從荷蘭ASML公司購入了相關(guān)光刻機設(shè)備，但并非是最新的EUV極紫外光刻機。

5月15日，國家集成電路基金二期和上海集成電路基金二期將分別向中芯南方注資15億美元和7.5億美元（合計約合160億元人民幣）。

這個消息的釋放，把剛從疫情陰影里走出來的中芯南方設(shè)備供應(yīng)商的熱情重新點燃。一位冷卻設(shè)備供應(yīng)商很看好與中芯南方的合作，他們已和中芯南方簽約了幾千萬元的生意。

“你看，這么多的工人、這么多的設(shè)備，一片火熱！國家很重視芯片行業(yè)，中芯南方效益會越來越好！”他看著正在修建的中芯南方二期產(chǎn)線，語氣間流露出興奮之色。

據(jù)了解，在中芯國際上海廠區(qū)保留地塊上，中芯南方將建設(shè)兩條月產(chǎn)能均為3.5萬片芯片的集成電路生產(chǎn)線（即SN1和SN2），生產(chǎn)技術(shù)水平以12英寸14納米為主。記者從員工、駐廠設(shè)備商等多個信源獲悉，中芯南方已完成一期建設(shè)，目前正在建設(shè)二期。

在中芯國際官網(wǎng)上，記者注意到，從今年年初到現(xiàn)在，中芯國際釋放出的職位明顯多于去年同期，特別是5月以來，增加了對生產(chǎn)運營類和業(yè)務(wù)支持類兩種崗位的需求，大部分都接受應(yīng)屆生，比如生產(chǎn)線主管、設(shè)備工程師、工藝工程師、良率提升工程師、倉庫管理員、助理工程師等。這或許是中芯南方14納米新廠生產(chǎn)火熱的一個注腳。

02

華為的“危” 中芯國際的“機”

去年5月，華為被美國商務(wù)部列入“實體清單”，谷歌、偉創(chuàng)力、YouTube等美國本土公司對華為按下了暫停鍵，為此，華為通過“自研+去美化”的方式，開啟多種自救模式。

經(jīng)過一年時間的調(diào)整，華為在“自研+去美化”上步步為營：先是在谷歌服務(wù)停供前推出自研的操作系統(tǒng)鴻蒙，其后在5G基站上不再使用美國零部件，再在Mate30、P40等高端機型上降低美國零部件含量，P40系列更是首次搭載HMS以替代谷歌GMS。

相比之下，新一輪的限制將是華為真正的至暗時刻。

和芯片設(shè)計不同，芯片生產(chǎn)的高投入不可能完全被一家公司所覆蓋，就目前而言，大多數(shù)芯片制造商依賴于KLA、LAM和AMAT等美國企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備。

中芯國際3月披露的公告顯示，其采購了美國公司LAM和AMAT的設(shè)備，且采購金額較大。除了中芯國際，包括臺積電在內(nèi)的全球眾多晶圓代工廠都是這兩家廠商的客戶，他們在沉積、刻蝕、離子注入、CMP、勻膠顯影等領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先，尤其先進制程設(shè)備，基本沒有廠商可以替代這兩家企業(yè)。

世紀證券一份研報顯示，在半導(dǎo)體設(shè)備與材料方面，關(guān)鍵技術(shù)被歐美日壟斷，LAM和AMAT這兩家美國公司暫停供貨影響顯著，其中AMAT的產(chǎn)品幾乎包括除光刻機之外的全部半導(dǎo)體前端設(shè)備。而荷蘭的ASML是高端光刻機的全球第一，國內(nèi)企業(yè)與其研發(fā)投入與技術(shù)實力差距甚遠。

目前華為芯片制造主要依賴于臺積電，美國限制升級，被解讀為有可能迫使臺積電對華為斷供，導(dǎo)致華為無芯片可用。

盡管這種猜測還可能有多種變數(shù)，但華為已經(jīng)啟動B計劃。

此前有媒體稱，華為從去年下半年開始向中芯國際派駐工程師，幫助中芯國際解決其芯片生產(chǎn)過程中的技術(shù)問題。近期，華為已將中芯國際14nm工藝代工的麒麟710A芯片應(yīng)用在榮耀Play 4T手機上。

中芯國際則被認為迎來最好時機。160億元的大基金二期加碼主要面向中芯國際14 納米及以下先進制程研發(fā)和產(chǎn)能，目前14納米產(chǎn)能已達6000 片/月，目標產(chǎn)能為每月3.5 萬片。而中芯國際最新發(fā)布的2020 年一季報顯示，一季度營收9.05億美元，同比增長35.3%，環(huán)比增長7.8%。此外，中芯國際決定將2020 年資本開支從 32 億美元上調(diào)至 43 億美元，增加的資本開支主要用于對上海300mm晶圓廠以及成熟工藝生產(chǎn)線的投資。

03

“轉(zhuǎn)正”的期待

然而，無論對華為還是中芯國際而言，依然有跨不過去的門檻。

與臺積電相比，中芯國際的工藝相對落后。現(xiàn)階段中芯國際的工藝還停留在14nm，這是臺積電4年前的技術(shù)，而臺積電7nm工藝已大范圍普及，幾乎是如今各品牌5G旗艦手機和主流芯片的標配。根據(jù)規(guī)劃，臺積電今年開始量產(chǎn)5nm，2022年開始3nm的規(guī)模量產(chǎn)，甚至已規(guī)劃好2nm。

據(jù)了解，此次美國限制升級前，華為海思已加速將芯片產(chǎn)品轉(zhuǎn)至臺積電的7nm和5nm，只將14nm產(chǎn)品分散到中芯國際投片。但如果120天之后，無法使用臺積電的5nm工藝，華為的5G旗艦手機可能要面對工藝制程的競爭壓力。

最新消息是，5月21日，臺積電拿下了蘋果5nm處理器的全部訂單，下半年蘋果的多款5G版iPhone處理器將采用5nm工藝，而華為此前發(fā)布的14nm制程的榮耀Play 4T手機只是千元出頭的中低端手機。

產(chǎn)能也有較大差距。中芯國際目前14nm月產(chǎn)能僅2000 ~3000片，預(yù)計到年底擴大到1.5萬片，但這無法滿足華為的胃口。臺積電2019年財報顯示，華為為其一年貢獻了近350億新臺幣的營收。

更何況，中芯國際下一代制程何時能投產(chǎn)，才是“最強備胎”能否轉(zhuǎn)正的關(guān)鍵。

今年2月舉行的2019年四季度財報會議上，中芯國際聯(lián)席CEO梁孟松首次公開了中芯國際N+1、N+2代FinFET工藝情況。相比于14nm，N+1工藝性能提升20％、功耗降低57％、邏輯面積縮小 63％、SoC面積縮小55％，這意味著除了性能，N+1其他指標均與7nm工藝相似，之后的N+2工藝性能和成本都更高一些。梁孟松表示，在當前的環(huán)境下，N+1、N+2代工藝都不會使用EUV工藝，等到設(shè)備就緒之后，N+2之后的工藝才會轉(zhuǎn)向EUV光刻工藝。事實上，臺積電也是在第三代7nm工藝才開始引入EUV。

對此，電子創(chuàng)新網(wǎng)CEO張國斌表示：“制程越小，工藝越高級，IC里的線寬越小，就需要更高級的光刻機；盡管EUV技術(shù)對7nm制程不是必需的，但EUV技術(shù)的注入能提高良品率，效果好。”

2019財報會議上，中芯國際表示N+1工藝的研發(fā)進程穩(wěn)定，已進入客戶導(dǎo)入及產(chǎn)品認證階段。之前該公司表示去年底試產(chǎn)了N+1工藝，今年底會有限量產(chǎn)N+1工藝。

14nm量產(chǎn)后，N+1、N+2研發(fā)項目更加值得期待。張國斌：“只要中芯國際的N+1、N+2工藝能做出產(chǎn)品來，就能代替臺積電為海思代工7nm芯片。”

中芯國際真正的考驗將是7nm以下。

多位采訪對象表示，7nm以下的制程少不了EUV技術(shù)，公開資料顯示，臺積電和三星的5nm芯片均采用了EUV技術(shù)。對此，中芯國際還未公開過是否有替代技術(shù)方案。

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