造“芯”之路（03）困境：为什么会被“卡脖子”？

来源：Me工程师

前言

在上一篇文章中，我们梳理了生产芯片的整个工艺流程，可以看出造出一颗芯片有多么复杂和困难，尤其是生产最先进、最高端的芯片，目前没有哪个国家能够独立完成。所以有一个说法：芯片产业是全球化最彻底的产业。

让人奇怪的是，既然已经如此全球化了，产业链上的所有国家和公司要相互配合相互依存，为什么还会有“卡脖子”的问题呢？人家封杀咱们，咱们自己干不行吗？要回答这些问题，还得从现状、动机、手段三个方面进行分析。

现状

首先要澄清一个误区——并不是所有芯片都被卡脖子了。军用芯片我们完全能够自主生产，基本满足所有的国防需求。因为其特点是定制化、批量小、价格不敏感，对运算速度也没有那么高的要求，只需确保在极端条件、恶劣条件下的稳定性和可靠性。民用领域的大部分中低端芯片，我们也具备一定的生产能力。比如，热水器里监控水温的芯片，电子秤里测算重量的芯片，玩具里播放音乐的芯片，移动基站里传输信号的芯片……

如图1所示，国际上通常以28纳米为分水岭，将芯片制造工艺划分为“先进制程”和“成熟制程”两个大类。物联网、电源管理、显示驱动、传感器等相关的芯片属于28纳米以上的成熟制程，我们都已经掌握了，没有必要卡脖子。据报道，中国大陆最大的芯片代工厂——中芯国际，已经开始量产14纳米的芯片了，可以解决5G通信、高性能计算这些领域的应用需求，也就卡不住脖子了。

图 1 芯片的工艺难度等级

所以，被卡脖子的芯片主要属于那些28纳米以下（现在是14纳米以下）的先进制程，尤其是手机、电脑、内存中的高端芯片。比如苹果手机的A系列芯片，华为手机的麒麟处理器，采用的都是5纳米以下工艺，既要求运算速度快、功耗低、功能全面，还要求良率高、性能参数稳定……我们目前搞不定，才被卡了脖子。

从芯片的整个产业链（图2）来看，我国最薄弱的环节还是在上游支撑行业。前一篇文章中，我们介绍过两个备受关注的难点——设计芯片用到的EDA软件和加工芯片用到的光刻机——都在上游行业里。

EDA软件已经形成了新思（Synopsys）、铿腾（Cadence）和明岛（Mentor）三足鼎立的局面。前两家是美国企业，后一家是德国公司，它们共同把持了全球90%的市场份额。苹果、高通、英特尔、海思等芯片设计厂商都要向这三家采购软件和服务。

加工设备的市场集中度也非常高，前五大厂商（应用材料、阿斯麦、东京电子、泛林科技、科天半导体）的市场占有率超过60%，其中3家来自美国，2家来自荷兰与日本。

至于生产芯片用到的材料，比如晶圆裸片、光刻胶、各种靶材、封装基板、引线框架等等，大都被美国、日本和中国台湾地区所垄断。

图 2 芯片全产业链

芯片行业中有“一代设备、一代工艺、一代产品”的说法。可以说，越往上游走，技术难度越大，行业集中度越高。由于发展阶段的局限以及资金人才匮乏等原因，我们过去并没有给上游支撑产业应有的重视。即使现在一些芯片加工工厂的制造工艺已经接近了世界先进水平，但设备和材料还是得依赖国外供应商。这不仅让欧美日韩企业赚取了大量超额利润，也使得我们在关键环节受制于人，被卡了脖子。

动机

这两年美国的疯狂打压，不只是因为5G技术，也不仅仅因为意识形态和贸易摩擦。从本质上讲，还是大国竞争的必然产物。就像小说里的“江湖”一样，每个帮会组织的前几号人物关系非常微妙，尤其是头号人物对二号人物，防范之严、忌惮之深，较之生死仇敌也毫不逊色。究其原因，还是因为二号人物的实力太接近，最有可能取头号人物而代之。

在上个世纪建交以后，由于综合国力相差很大（1980年中国GDP仅为美国的6%），所以中美关系相对良好。两国的产业结构也高度互补，美国技术先进且资本雄厚，中国劳动力丰富而成本很低。加上前有冷战、中有反恐、后有金融危机，美国需要与中国搁置争议，合作对抗威胁。

直至2015年前后，国际形式发生了巨大的变化：一方面，中国的GDP超过了美国的1/2，已经是第二大经济体了，中国的科技研发投入也超过欧盟地区，在全世界排名第二；另一方面，中美暂时没有强大的共同敌人了，相互之间的矛盾和竞争就凸显了出来。

回想上个世纪80年代，美国就曾经对当时的第二大经济体——日本，进行过残酷的绞杀。在金融方面，美国于1985年逼迫日本签订“广场协议”，使得日元强制升值50%，出口竞争力下降，资金链断裂。接着，操纵大量热钱涌入日本房地产等虚拟经济，形成泡沫后又突然撤资，让日本陷入了长期衰退。

在科技方面，里根政府于1986年签署美日半导体协议，设置了多项限制，包括要求日本开放芯片市场，确保5年内让外国公司占据20%以上的市场份额。即便是日本把协议照单全收，几个月后美国政府仍然宣布日本违反了倾销条款，对日本芯片产品征收了100%的惩罚性关税。这个操作是不是有点眼熟？

图 3 中美日印四国GDP趋势

可见，美国真正忌惮的，是任何一个挑战其全球霸主地位的潜在势力，是任何一个威胁它在信息产业里牟取暴利的国家。哪怕像日本这样亲手扶植的小弟，在亚洲最重要的盟友，一旦威胁到自己的霸权，美国翻脸不认，照打不误。

所以说，不是谁都会被卡脖子的。只有那些发展到了足够高的水平，真的能够影响这个产业的资源分配的国家，才可能被卡脖子。今天中国面临了这个问题，恰恰说明咱们实力增强了，让他们害怕了，才这样不计后果地撕破脸皮。

手段

为了捍卫自己在信息领域的霸权地位，美国对中国的芯片产业疯狂打压。那么，在这场不见硝烟的“战争”中，美国动用了哪些手段？它又为什么能这么嚣张跋扈？

既然属于高科技产业，首先肯定是拼技术。芯片技术早期的里程碑事件几乎都发生在美国，这种先发优势确立了其技术上的超然地位。从现状分析中不难看出，制造芯片的每一个核心环节都有美国的专利技术，是后来者完全绕不开的。想用这些专利就得向它付钱，而现在付钱也不给咱们用了。当然可以想办法另辟蹊径，但先发优势就在于已经把“低垂的果实”摘干净了，想绕开这些专利再有突破越来越难。

除了拼技术，美国还利用包括经济、军事、政治上的全球影响力，打出一套组合拳。比如这次对华为的无限追溯机制，其他任何一个国家、任何一个公司，只要用了哪怕一丁点的美国技术，就不能再跟华为合作了。不仅说明了美国技术确实遍及信息产业的每个角落，也展示了美国国家力量的强大——号令一出，各国各公司都不敢不从。

图 4 美国借口网络安全问题全面封杀华为

如果没有美国这样强大的全球影响力，光靠技术卡脖子是卡不住的。就像2019年7月，日本突然宣布加强向韩国的出口管制，其中就涉及芯片制造过程中必需的光刻胶和高纯度氟化氢两种材料。显然，日本也想在芯片产业上卡韩国（尤其是三星公司）的脖子。

不过，韩国一方面进行了政治斡旋，另一方面很快找到了替代品。因为无论韩国还是中国，都有公司能够生产类似的化学试剂，只是纯度要低一些（在一定程度上影响芯片的品质和良率）。但只要有替代品就能继续生产，在生产过程中可以不断改进技术，于是日本的封锁就被化解了。

这次行动的失败，并不是因为日本技术不强，而是光有技术手段还不够。在技术封锁的同时，还要动用国家力量召集其他各方一起下手，才有可能卡住别人的脖子。

结论

在本文中，我们着力理清了三个事实：一、不是所有芯片都被卡了脖子，主要是那些“先进制程”的高端芯片；二、不是谁都有资格被卡脖子的，你的综合国力的强大到足以撼动霸主的地位；三、不是谁都能够卡住别人的脖子，需要在各个领域展开激烈的对抗，将技术和非技术手段用到极致。

面对当前这么严峻的形势，我们不禁要问：中国如何才能突破封锁？我们现在应该做些什么？下一篇文章，咱们继续讨论。

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