华为是如何打破美国的芯片出口管控的

2020年底，华为正在为其作为手机制造商的生存而战。 几个月前，特朗普政府对这家中国公司实施了严厉的制裁，切断了其与全球半导体供应链的联系。 制裁禁止任何未经许可的人制造华为设计的芯片，该公司正在努力采购新芯片以推出更先进的手机。 作为回应，华为决定将其价值67亿美元的芯片和移动业务押在与半导体制造国际公司（Semiconductor Manufacturing International Corporation）的棘手交易上，这是一家由国家支持的代工厂，以其追赶全球领先芯片制造商的雄心而闻名。 中芯国际在宣传中，它已经找到了一种使用过时设备生产更先进芯片的方法。这将比华为以前的供应商台积电制造公司花费更长的时间，成本更高，而且可能无法奏效。但这是一个机会。华为与中芯国际接洽，希望打造一款代号为Charlotte的新型智能手机“片上系统”。 这两家公司的胜算很大。2020年8月，中芯国际将华为列入美国制裁名单，这意味着任何想要向中芯国际出售技术的公司都需要获得华盛顿的许可。 为了建造夏洛特，中芯国际将不得不应对它不熟悉的先进流程，以及对采购和管理复杂设备的新限制。一位与中芯国际关系密切的芯片公司高管将其比作“在黑暗中测量一头大象”。 然而，近三年后的 2023 年 60 月，一款新的华为设备悄然向公众亮相：由 Charlotte 提供支持的 Mate 9000 系列手机——现在被称为麒麟 9000S 芯片。 尽管存在障碍，但根据各种测试团队的说法，麒麟 9000S 的性能可与高通公司 1 年或 2 年的芯片相媲美。 Mate 60在中国下架，华为芯片在多年制裁后回归，受到民族主义者和科技迷的热烈掌声。 在美国，人们对华为如何克服制裁生产芯片感到困惑。美国国家安全顾问杰克·沙利文（Jake Sullivan）表示，美国需要获得有关麒麟9000S的“更多信息”。 “也许华为突破最令人惊讶的事实是，如此多的美国政府领导人显然感到惊讶，”瓦德瓦尼人工智能和先进技术中心主任格雷戈里·艾伦（Gregory Allen）在一份关于华为新手机的深度报告中写道。 华为和中芯国际都没有透露他们是如何完成这一壮举的。但是，对数十位业内人士和专家的采访提供了迄今为止最密切的视角，让我们了解这些公司如何在中国政府的支持下为该项目投入大量资源，以保持市场份额，并为尖端人工智能芯片生产的进步打开了大门。 他们能否保持这一势头，将决定中国能否在持续的地缘政治挑战中维持其半导体产业并获得全球技术霸权。麒麟9000S是否证明尽管受到制裁，该国仍然可以与竞争对手竞争？还是这些公司只是在瓶子里捕捉闪电？ 由于半导体行业的敏感性，大多数接受英国《金融时报》采访的消息人士都要求不透露姓名。 芯片制造中最广泛认可的基准之一是 7 纳米。虽然表面上指的是工艺节点的大小，但它是生产为智能手机和数据中心提供动力的高性能芯片的尖端技术的行业简写。 苹果iPhone XS的核心A12和为特斯拉半自动驾驶提供动力的Dojo D1都是使用台积电的7纳米工艺生产的。 中芯国际提供两种版本的7纳米工艺，即N+1和升级后的N+2。据多位知情人士透露，麒麟9000S芯片是在N+2生产的。 但是，行业专家和分析师表示，虽然台积电和三星等公司使用极紫外（EUV）光刻设备来制造这些芯片，但中芯国际使用的是效率较低的深紫外（DUV）机器。 “起初，这是因为预算限制，”一位熟悉中芯国际技术发展路径的半导体专家说。“EUV非常昂贵，而中芯国际的先进工艺落后于台积电几代人，这使得它没有很多客户和收入。 光刻技术将电路雕刻成硅晶圆，是芯片制造的基础。更先进的光刻机提供更高的分辨率，这意味着更细的线条和更多的细节，使芯片更小。 两台机器都可以实现 7 纳米工艺，但 EUV 更高效、更精确，从而减少了浪费。 中芯国际使用DUV机器重复了其他公司使用EUV单元所做的芯片制造步骤，以提高晶体管密度。但这对良率产生了有害影响，良率衡量的是每片晶圆上工作芯片与缺陷芯片的比例。 根据荷兰光刻机制造商ASML的数据，在DUV机器上实现34纳米需要7个光刻步骤，而EUV只需<>个步骤。额外的生产步骤会导致更高的生产成本和更低的产量。 每增加一步，就会有更多的芯片被扔掉，设备成本也会上升，Counterpoint的半导体分析师Brady Wang说。还会消耗更多的组件和材料。但据三位知情人士透露，在中芯国际于2019年从ASML订购的EUV设备被封锁后，最初作为预算权宜之计成为必需品。 先进的光刻机受瓦森纳安排的约束，这是一项由40多个国家组成的多边出口管制协议，旨在限制可能具有双重军事目的的产品的销售。 两位接近中芯国际供应商的消息人士称，中芯国际设法将现有工厂的设备以及华盛顿制裁前收到的设备拼凑在一起，以保持7纳米生产线的运转。 但这仍然使它没有ASML通常为高度复杂机器的客户提供的额外支持。“条件很苛刻，”一位接近中芯国际的芯片公司高管说。“基本上没有软件更新，也没有设备厂工程师进行维护服务。” 艾伦说，美国官员感到惊讶的是，即使在出口管制之后，中芯国际也能够获得保持其7纳米生产设施运营所需的备件和技术服务。 接近中芯国际的业内人士承认，一些设备可能是在违反出口管制的情况下获得的。据路透社报道，美国半导体设备制造商应用材料公司（Applied Materials）已经因可能违反出口限制而受到调查。 应用材料公司在给新闻通讯社的一份声明中表示，它“正在与政府合作，并继续致力于遵守合规和全球法律，包括出口管制和贸易法规。AMAT没有回应置评请求。 芯片制造商通常与芯片设计公司合作，在新工厂中测试设备和制造工艺。因此，例如，台积电将与苹果合作，在其3纳米加工生产线上生产芯片。 对于中芯国际升级后的7纳米生产线，华为是小白鼠。但据三位熟悉中芯国际设施的内部人士透露，这家手机制造商为中芯国际带来了收入和验证，并在重新定义生产线的几个方面发挥了至关重要的作用。“在中芯国际上海工厂，到处都能看到华为的工程师，”其中一位说。 中芯国际也向国外伸出援手。由于出口管制，美国人被禁止为中国先进芯片制造商工作，但据两名熟悉中芯国际的芯片工程师称，中芯国际还聘请了来自台湾、日本、韩国和德国的专家，以提高生产力。 “这些海外专家带来了他们从其他铸造厂获得的先进工艺的技术知识，”其中一位工程师说。 “7 纳米工艺有数千个步骤需要改进，”第二位工程师说。“即使在凌晨，我也不得不在工厂接听电话，因为这可能涉及一两个关键的改进。” 据熟悉华为芯片设计团队的人士透露，中芯国际在接到麒麟9000S订单时，还没有一个团队能够协助芯片设计工程师调整其设计，使其适应不同代工厂的工艺规范。华为必须自己适应。 麒麟9000S的产量仍然笼罩在神秘之中，华为和中芯国际都没有就此事发表任何公开声明。一位接近麒麟9000S早期生产的人士表示，麒麟9000S在大规模生产之前的高风险批量生产阶段实现了30%以上的产量。 该人士将其描述为“在恶劣条件下的正数”，但指出“与产量为90%的生产线相比，成本至少增加了两倍，这是移动芯片制造的理想基准。 业内专家认为，中国政府的资金弥补了过高的芯片生产成本。根据华为的年度报告，华为在6年从中国政府获得了55.948亿元人民币（2022.6亿美元），是上一年的两倍多。过去三年，中芯国际已获得88.<>亿元人民币的国家补贴，并得到了中国集成电路产业投资基金作为主要股东的额外支持。 “中国政府显然已经决定，为这项努力支付巨额费用是值得的，”中国半导体行业专家道格拉斯·富勒（Douglas Fuller）说。 麒麟9000S在中国掀起了波澜，让华为重新夺回了失去的市场份额。行业专家预测，它将增加由麒麟芯片驱动的智能手机的产量;海通国际证券分析师Jeff Pu估计，到70年底，可生产多达2024万部基于麒麟的智能手机。 然而，中芯国际和华为已经扩大了他们的雄心壮志，制定了一项计划，以增加人工智能系统的芯片产量，以应对华盛顿对向中国销售高性能芯片的严格限制。 腾讯和阿里巴巴等中国互联网巨头的高管们承认，他们在采购高性能芯片方面面临困难，这促使他们考虑本地替代品。 华为的Ascend系列AI芯片被行业分析师吹捧为英伟达图形处理单元的潜在替代品，尽管它们的整体性能落后于美国集团。 在 2020 年 <> 月实施制裁之前，华为一直出售台积电制造的 Ascend AI 芯片。现在，接近该公司的多位消息人士表示，它已经恢复了产品线，采用了中芯国际制造的新设计的数据中心芯片。 三位接近华为的消息人士称，互联网巨头腾讯、百度和美团已经购买了华为昇腾910b芯片进行小规模试验。两位接近中芯国际的人士表示，该芯片工厂已经在努力扩大华为预购芯片的7纳米产能，并开发更先进的5纳米工艺节点。 两位知情人士表示，与910年相比，明年的昇腾2023b生产目标增加了一倍多，将生产超过200万颗芯片。 但在那里，华为和中芯国际必须克服数据中心芯片制造过程中的一些重大挑战，然后才能开始从英伟达手中夺取市场份额。 人工智能芯片比智能手机处理器大，因此更容易因生产错误而出现缺陷。据一位熟悉生产方的消息人士透露，目前华为昇腾910 b芯片的良率仅略高于20%，这意味着几乎每五分之四的芯片是有缺陷的。 由于美国、日本和荷兰的限制，预计中芯国际的扩产将遇到比三年前更大的困难。中芯国际用于开发芯片和旧芯片的ASML最先进的DUV机器被列入荷兰和美国的出口管制。 ASML表示，它“遵守所有适用的出口管制规则和法规”，其客户知道，从2024年开始，“我们不太可能获得这些系统的出口许可证，以便运往中国国内客户。 但中芯国际的供应商表示，在美国收紧出口管制之前，该公司从ASML获得了新一批先进的DUV，这意味着未来两到三年仍有可能提高产量和技术开发。 “这里的大部分设备仍然是中芯国际在2020年囤积的美国和日本产品，”其中一位人士说。 然而，行业专家和分析师认为，中芯国际在制造先进芯片之前，可能会耗尽设备维护和材料供应。 “一些机器零件的库存将在两到三年内用完，本土公司没有替代品，通过黑市购买的份额也很小，”中国半导体行业独立顾问吴国荣（Leslie Wu）说。 “组件限制没有适当的答案，”他说。“这将是一个巨大的麻烦......如果库存的碎片在国内替代品出现之前就用完了。华为和中芯国际没有回复置评请求。 华为和中芯国际在试图跟上行业领导者的步伐时，至少可以确保得到国家的支持。一位负责半导体行业政策制定的政府官员表示，目前的目标是“不惜一切代价”建立尖端芯片的生产线。 “稳定的芯片供应链是高性能计算系统的支柱......这对中国高性能计算产业保持其发展势头至关重要，尤其是在持续的贸易紧张局势和美国政府施加的限制的情况下，“这位官员说。 自2014年中国集成电路产业投资基金成立以来，北京一直在国家资助下培育微芯片产业。该投资基金在过去十年中积累了高达47亿美元的资金，预计将再筹集41亿美元，进一步支持中国对技术自给自足的追求。 研究公司JW Insights的一份报告分析了25个省和地区的政府投资，显示政府在290年和8年向半导体相关行业投入了2021亿美元，其中三分之一用于半导体设备和材料。 这项大规模投资背后的理由很简单：摆脱对进口的严重依赖，在全球供应链中获得更强大的立足点，并剥夺美国关闭中国相当一部分工业和国防经济的能力。 “如果你的大部分芯片都是进口的，你就不是一个制造业超级大国，”《芯片战争》一书的作者克里斯·米勒说，“你只是在组装其他地方生产的高价值组件。 中国国家安全部似乎对此表示赞同，并在其微信公众号上写道：“只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权，从根本上确保国家安全、经济、国防等。 摆脱对外国技术依赖的雄心壮志落在了华为和中芯国际的肩上。麒麟9000S的成功推出为半导体行业注入了新的活力，高管们报告说，芯片初创企业的资金激增。 但华为的长期野心并不局限于中国轨道上的市场。麒麟 9000S 的原始昵称——夏洛特——就是这些希望的象征。它不是以个人的名字命名的，而是以北卡罗来纳州的城市命名的。内部人士称，其他正在开发的移动半导体也在内部以美国城市命名。 一位华为员工说，使用美国名字反映了“我们希望有朝一日重新夺回我们在全球供应链中的地位”。