美国限制措施下,中国如何重塑芯片产业

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Samsung Semiconductor Factory at Edna Mondragon blog

出口管制重塑竞赛格局

七年来,华盛顿不断收紧对华芯片、软件和工厂设备流动的限制。最初的目标很明确:切断中国获取最先进半导体及其制造所需设备和软件的渠道,进而拖慢中国在人工智能、高性能计算和军事系统领域的进展。这些举措扰乱了供应链,也让中国企业难以获得最强大的处理器。同时,它们还在中国引发了一场全国性的竞速,推动各方重新设计、改造并替代从芯片设计到封装的几乎整个产业链。

目录
  1. 出口管制重塑竞赛格局
  2. 华盛顿试图封堵什么,以及规则如何演变
  3. 芯片与设备之别
  4. 中国增强韧性、加快发展的策略
  5. 资金投入与国家统筹
  6. 地方竞争成为动力
  7. 围绕国产GPU构建联盟
  8. 压力之下的变通与突破
  9. 从DUV技术变通到先进封装
  10. 存储与储存
  11. 设计、EDA与开放架构
  12. 让人工智能模型以更少算力实现更多
  13. 瓶颈依然存在
  14. 对全球企业的冲击
  15. 人工智能需求正在重塑市场力量
  16. 政策权衡与执法挑战
  17. 接下来关注什么
  18. 要点

由此形成的局面远比简单的“卡脖子”复杂。出口管制推高了中国企业的成本并造成延误,却也催生了替代方案、新联盟和技术绕行路径。华为和中芯国际(SMIC)等企业已进军先进设计与制造领域。城市政府和国有投资者设立的新基金正大举投入芯片设备、材料和封装。存储芯片和芯片工具领域的国内龙头也在扩大优势。下一阶段的较量,将取决于中国能否扩大这些成果,以及美国如何在加大国内投资的同时调整管制措施。

半导体仍是现代生活的支柱,为云数据中心、手机、汽车、工厂机器人和武器系统提供动力。先进芯片及其制造能力如今被视为战略资产。双方都在迅速行动,但起点和制约因素不同。中国在尖端领域仍依赖外国设备,而美国及其盟友则面临风险:过于宽泛的管制可能会压缩自身进入全球最大芯片市场的机会,并加速中国推进自主化。

华盛顿试图封堵什么,以及规则如何演变

美国的管制分阶段推出。2018年和2019年的早期措施将中国企业列入实体清单,要求它们获取美国技术必须申请许可证。2022年,美国将限制范围扩大到先进人工智能处理器、数据中心GPU和关键芯片制造设备。通过《外国直接产品规则》,相关规定还延伸至非美国企业,涵盖使用美国软件设计或使用美国设备制造的芯片。2023年至2024年,限制再度收紧,新增更多设备类别、扩大中国实体名单,并涉及高带宽存储器、设计软件,甚至用于训练人工智能模型的云服务。到2025年初,华盛顿推出分级框架,按国家和企业区别对待;与此同时,一些提案试图限制向一长串国家发货。

这些举措冲击了美国供应商的收入,也加剧了全球市场的不确定性。美国领先的GPU供应商曾为中国设计性能较低、符合规定的芯片,后来规则修订又关闭了这些空间。美国设备制造商面临许可证审批延迟,也难以看清中国市场的前景;中国买家过去曾占其销售额的很大一部分。与此同时,通过与荷兰和日本协调,对先进芯片制造设备的管制开始发挥作用。光刻设备以及某些沉积和刻蚀设备成为最有效的施压杠杆。

芯片与设备之别

成品芯片体积小,便于运输,也容易通过转运隐匿。工厂设备及其所需的复杂配套则更难走私,也更容易监管。这就是设备管制比芯片管制影响更深的原因。即便如此,执法仍面临挑战。中国买家借助中间商和友好司法管辖区转运了一些先进零部件。随着规则演变,局势也在变化;每次调整都会引发新的合规、适应或规避尝试。

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中国增强韧性、加快发展的策略

北京的应对方式将国家统筹与自下而上的竞争结合起来。国家战略指明方向,但地方政府、民营企业和国有投资者都在争相填补空白。目标是在成熟和中端制程节点建立近乎完整的产业生态,再通过替代方法和大规模投资,尽可能推进前沿技术。

资金投入与国家统筹

中国重组了科技管理体系,集中统筹包括半导体在内的战略领域的资金和监管。由副总理级别官员牵头的领导小组负责确定重点;国家集成电路产业投资基金和各地基金则为设备、材料和先进封装项目提供支持。中国在半导体设计与制造领域的研究产出大幅增长,研究团队也在探索材料和架构方面的非常规思路,而非单纯沿着欧美和亚洲领先企业开辟的道路前进。

地方竞争成为动力

城市和省级政府已成为国内芯片项目的有力支持者。深圳设立了多年期基金,投资设计、设备和封装。上海支持芯片设备创业项目,并设立更大规模的私募股权基金,重点扶持本地龙头。杭州和湖北也推出了重大投资承诺,其中包括与存储器龙头长江存储(YMTC)相关的项目。这种竞争吸引资金和人才,加快试验生产线建设,也持续推动团队实现技术里程碑。

围绕国产GPU构建联盟

随着管制压缩中国获取美国顶级GPU的渠道,中国云服务企业、人工智能初创公司和芯片设计企业结成联盟,围绕国产加速器构建软硬件体系。在上海成立的行业组织致力于推广用于人工智能训练的本土处理器,体现了这一趋势。各企业正在为华为昇腾系列及其他国产加速器优化框架、编译器和模型工具链,知名人工智能开发商则表示,正在中国本土算力集群上训练大型模型。

中国半导体行业协会集成电路设计分会负责人魏少军,在呼吁采取自主发展与全球合作双轨战略之前,曾直言不讳地描述业内氛围。

别人越是打压我们,我们就越需要自立自强。但自立自强不等于自我封闭。
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压力之下的变通与突破

中国企业尝试通过工艺创新、系统级设计,以及对存储和封装的大规模投资来缩小差距。这些引人注目的进展并未消除所有瓶颈,但表明即使缺少盟友目前限制的那套完整设备,仍有可能取得进步。

从DUV技术变通到先进封装

中芯国际(SMIC)已使用深紫外光刻(DUV)生产7纳米级芯片。这套设备早于被称为极紫外光刻(EUV)的尖端设备。DUV多重图形化工艺速度较慢、成本较高,但通过充分的工程优化,仍可实现更精细的特征尺寸。有报道称,中芯国际正努力迈向更精密的制程节点,同时设法克服线宽控制和良率方面的限制。除了工艺研发,中国设计企业还转向芯粒架构和先进封装,将多个裸片集成到一个模块中,从而在不单靠单片式裸片的情况下提升性能。

存储与储存

长江存储(YMTC)在3D NAND领域不断迈上新台阶,推出的产品所采用的堆叠层数已接近全球最高水平。存储密度提升对数据中心和手机至关重要,也有助于保障本土供应安全,尽管高带宽存储器仍是瓶颈。中国的DRAM和特种存储器厂商也取得了进步,并得到国家支持和不断壮大的本土设备产业的助力。

设计、EDA与开放架构

华为旗下及其他设计公司正瞄准基于标准指令集和RISC-V等开放替代架构的人工智能加速器。随着获取西方顶级电子设计自动化(EDA)工具的渠道收紧,国内EDA投资大幅增加。中国工程师正在开发布局布线、验证和模拟设计工具链;高校则在探索新的器件概念,包括基于碳纳米管的逻辑器件。这些尝试或许短期内无法实现大规模量产,但可能为未来突破奠定基础。

让人工智能模型以更少算力实现更多

中国适应能力最鲜明的迹象之一,来自使用性能较弱GPU训练出有竞争力模型的人工智能实验室。DeepSeek推出了一款大型语言模型,据称所需算力预算低得惊人,得益于数据筛选、训练计划和推理技巧方面的效率提升。部分说法仍有争议,但更广泛的结论依然成立:资源受限促使团队优化软件、数据流程和模型设计,再从中端硬件中挖掘更多性能。

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瓶颈依然存在

尽管取得了一系列进展,中国仍面临关键短板,其中最显眼的是光刻。阿斯麦(ASML)仍是EUV系统的唯一供应商,而中国晶圆厂无法使用这类设备。国产光刻设备制造商上海微电子装备(SMEE)在成熟和中端节点上不断进步,但在最先进的光刻机方面仍远远落后。缺少盟友提供的全套设备和光刻胶,先进节点的良率仍难以提升。综合影响体现在每片晶圆的成本和产出效率上,台湾和韩国在这两方面仍保持明显领先。

中国的NAND存储供应有所改善,但人工智能所需的高带宽存储器仍然紧缺,顶级产品也难以复制。围绕国产GPU的软件生态正在发展,但与经过多年成熟完善、用于美国芯片的厂商库和工具相比仍有差距。管制限制了获取高端EDA功能的渠道,拖慢产品上市速度,也让验证工作更加复杂。人才同样是制约因素。中国工程师数量众多,但除了少数企业,在大规模建设和运营领先晶圆厂方面的经验仍十分稀缺。

设备门类不够齐全也是一项限制。中国在刻蚀和沉积领域拥有领先企业,但在计量、检测和光刻胶方面仍存在差距。每一项缺失都会增加时间、成本和不确定性。正因如此,与使用EUV的竞争对手相比,采用DUV技术变通方式制造的先进节点芯片成本高昂,也难以扩大规模。

对全球企业的冲击

出口管制改变了许多西方企业的经营逻辑。美国芯片设计商先是失去一个重要市场,随后又因政策调整而反复受挫。规则复杂多变、许可证审批周期漫长、门槛不断调整,都让企业难以规划。一些企业专为中国设计产品,后来因限制修订而不再符合规定,库存因此陷入待定状态。设备制造商在友好市场迎来需求激增,却难以了解中国的服务合同和设备升级情况。中国市场份额流失,也为中国供应商提升市场地位创造了空间。

英伟达首席执行官黄仁勋坦率谈及中国市场对公司发生的巨大变化。华盛顿扩大限制后,他警告称,公司在中国的销售额正急剧下滑,并指出将全球最大人工智能市场拒之门外会带来更广泛的战略代价。

中国市场现在基本上对我们关闭了。我们的市场份额从几乎全部跌到了零。

美国企业承受的损失,恰好映照出中国被迫适应所带来的变化。美国企业失去市场准入,中国企业便有了采购国产替代品的理由。反过来,这为中国芯片设计商和设备制造商扩大规模创造了空间,进而降低成本、逐步提升性能。这是一个双向作用的反馈循环。

人工智能需求正在重塑市场力量

训练大型人工智能模型已成为先进芯片需求的主要驱动力。随着获取美国领先芯片的渠道关闭,寻找非美国GPU的步伐加快。华为昇腾系列如今成为中国云服务商和人工智能开发商关注的焦点,国内芯片和人工智能企业组成的联盟正协调软件支持、性能优化和生态拓展。越来越多中国人工智能实验室声称,能够在与国产加速器配套的本土算力集群上训练最先进水平的模型。

中国人工智能公司科大讯飞表示,其最新推理模型完全依靠国产算力训练。这对一个曾依赖美国GPU的行业来说,是一个具有象征意义的里程碑。

我们的星火X1模型是在中国自己的计算基础设施上训练的。

设备制造商也在呼吁保持耐心。一家中国领先刻蚀设备供应商的负责人告诉投资者,中国有望在数年而非数十年内缩小与全球顶尖企业的大部分差距。

给我们五到十年,我们就能跻身顶尖行列。

这些押注伴随着风险,但也表明人工智能需求与长期投资正在汇合。如果国产加速器在某些任务上达到同等水平,中国买家就会更快地替换进口零部件,软件生态也会随之发展。

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政策权衡与执法挑战

对美国而言,核心权衡十分明确。管制可以拖慢中国在尖端领域的进展,但也会切断美国企业进入增长型市场的渠道,而这些市场有助于企业为研发和扩大规模提供资金。管制还会促使中立客户寻找中国供应商,并鼓励中国企业投资整个产业链。因此,许多政策分析人士主张制定精准规则、严格管控工厂设备,并深化盟友合作,同时加大对美国本土研究、劳动力和制造能力的投入。

难点在于执法。芯片可以经由第三国转运,云服务访问也难以监管。实体清单和许可证审批流程需要持续更新。与此同时,中国并未停下脚步。中国已在关键矿产领域采取反制措施,并推动转向国产EDA和芯片设备。竞争持续越久,这些转变就越可能固定下来。

这并不意味着管制毫无用处。管制可以争取时间,尤其是在设备领域,因为EUV和高端检测系统具有独特性。关键在于如何利用这段窗口期。对半导体研究中心的公共投资、对新晶圆厂的资助,以及吸引全球人才的计划,都可能决定暂时领先能否转化为持久优势。

接下来关注什么

几个指标将揭示未来走势。首先,关注中国7纳米级及更精密芯片的生产良率和产量。其次,追踪国产高带宽存储器和封装技术的进展,这两者关系到人工智能系统的性能。第三,观察国产加速器周边软件生态的成熟度,包括编译器、框架和软件库。第四,关注对转运和云服务访问的执法情况。第五,留意盟友在设备管制和服务限制方面的协调。最后,密切关注美国政策如何在管制与长期投资、本国企业市场准入之间寻求平衡。

如果中国继续提升成熟和中端节点的产能,同时通过封装和系统级设计推进部分前沿领域,就能满足大部分自身需求,并在海外对价格敏感的细分市场展开竞争。如果美国及其盟友进一步收紧设备管制,并加大对自身产业实力的投入,就能保持在最先进节点及其所需设备领域的领先地位。

要点

  • 自2018年以来,美国出口管制瞄准先进芯片、设计软件和半导体设备,2022年至2025年限制进一步收紧。
  • 设备管制比成品芯片管制更难规避,因此光刻和检测设备成为最有效的瓶颈环节。
  • 中国加快推进国内产业发展,为设计、设备和封装提供资金支持,同时重组国家监管体系,并利用地方基金吸引人才和资本。
  • 变通方式包括用DUV多重图形化实现更精密制程节点、采用芯粒技术,以及快速提升存储和先进封装能力。
  • 中国在EUV光刻、高带宽存储器、EDA获取渠道和先进节点良率方面仍存在差距,大规模高产晶圆厂的运营经验也不足。
  • 美国企业在中国失去大量销售额,中国买家转向国产替代品,帮助本土供应商扩大规模。
  • 人工智能需求推动各方围绕国产加速器结成联盟,中国实验室称已在本土算力集群上训练大型模型。
  • 当前的政策选择取决于精准管制、严格监管设备,以及对美国研究、劳动力和制造业的大规模投资。
  • 未来需要关注的关键信号包括中国先进节点的良率、国产HBM进展、国产GPU生态成熟度,以及盟友在设备管制方面的合作。
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