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中国半导体行业的新时代：北京应对出口管制

作者：Paul Triolo 6park.com

自从我在2021年初详细讨论中国国内半导体产业以来，局势发生了很大变化。拜登政府继续对中国企业实施出口管制限制，2022年10月7日发布的一系列管制措施不仅针对先进半导体（如用于运行人工智能和机器学习工作负载的GPU），还大幅扩展了对半导体制造设备（SME）的管制范围。美国管制的一个目标是阻止中国企业进入非平面技术工艺，如FinFET和最终的全围栅（GAA）。新的限制措施包括新型最终用途管制和对美国人的管制，为中国国内半导体产业未来发展带来了重大新挑战。2023年10月17日发布的对2022年10月管制的更新也采取了这一方式，并为中国半导体产业引入了更多挑战。到2021年时还不明显的一点是，中国企业长期获取先进半导体的能力现在更加紧密地与中国国内工具制造和制造能力的发展速度联系在一起，因为无法使用外国晶圆厂的中国设计公司数量大幅增加。

美国的管制仅影响尖端技术，因此中国企业将继续在成熟节点扩大产能，而国内需求的大部分仍然集中在这些节点上。在28纳米以下的更先进节点，领先的中国企业仍然可以获得一些先进的西方工具，特别是深紫外（DUV）光刻系统，他们将继续尽可能地使用这些工具来延长更先进节点上的逻辑生产时间，特别是将生产延伸到7甚至5纳米。然而，重要的是要注意，使用DUV工具进行先进节点生产是复杂的，因为使用多重曝光等技术还需要其他关键工具（如沉积和刻蚀）的先进能力。对于先进节点的生产，需要关键加工工具的紧密耦合，问题不仅仅在于光刻工具，正如媒体和其他对中国半导体产业的评论通常强调的那样。诸如光刻胶等材料对于将DUV能力延伸到7纳米及以下的细微特征长度过程至关重要。

尽管美国的管制迄今主要集中在先进制造能力上，但北京和中国企业也担心未来的管制，并将优先考虑没有西方输入的工具和材料生产线，以减少长期风险。因此，即使他们仍然可以获取西方工具，几乎所有领先的中国晶圆厂和存储器公司都在与国内工具制造商系统地合作，开发和验证设备，最终建立基本不依赖西方设备的生产工艺。这将是一个多阶段、多年的过程，从40纳米开始，然后迅速进行，可能是今年，到28纳米，然后14、12/10，最终到7纳米。继续获得像DUV这样的西方工具，再加上一些外国和日益国产的刻蚀和沉积工具，可以为中国半导体制造业迈向全国产的未来提供一个桥梁。从整体半导体产业的角度来看，中国正在发生的事情将在未来十年内从根本上改变这个行业。

此外，北京的官员正在制定新的公私合作方式，推动关键技术的创新，例如先进光刻技术。北京正在与私营部门密切合作，试图通过简化先进的国家支持的研发成果向指定的私营部门公司转移，推动企业共同解决关键技术问题，并追求在其他行业取得成功的方法。这些方法包括让一个大型国有企业在该行业发挥领导作用，同时资助和促进多个团队解决难题，就像为超级计算做的那样。

半导体制造业的许多其他方面也成为重新努力建立国内替代品的目标，例如设计工具、先进材料、先进封装技术以及通过系统主导方法来改善性能的系统工程方法，而不仅仅依靠工艺节点的改进。所有这些方法对中国未来的国内能力都将至关重要，特别是封装，包括芯片设计和2.5和3D背端封装方法，这些方法将在系统工程努力中发挥作用，以提高性能水平并过渡到新的、仅国产的生产工艺。

所有这些都不会轻松实现或保证成功，从生产与全球主流半导体制造过程相媲美的最终产品的意义上来说。这些努力也将产生赢家和输家，西方工具制造商可能是最大的受害者，因为他们逐渐被排除在2022年10月7日之前他们主导的一个巨大、增长迅速且利润丰厚的市场之外。然而，中国半导体行业的某些部分将保持与全球发展和供应链更紧密的联系，总体情况将继续复杂而不断发展。

针对中国 6park.com
国内制造业的全面工具控制

当国务卿安东尼·布林肯于2022年5月将技术竞争置于美中关系和竞争的中心时，很少有人意识到那一年后将会发生什么程度的变化。2022年秋季，拜登政府首次由高级官员阐明了美国对半导体和中国的战略政策，这是由国家安全顾问杰克·沙利文和商务副部长艾伦·埃斯特维兹等高级官员表达的。沙利文于2022年底阐述的“沙利文主义”包括几个部分，首先是沙利文声称美国打算在关键领域维持对中国的绝对领先地位，而不是一个滑动比例。他还表示，美国对中国和先进技术实施了“小院子，高围栏”的方法，并进一步声称，先进计算（半导体以及人工智能、机器学习和高性能计算）、生物技术以及绿色/清洁技术等技术在整个技术生态系统中是“真正的力量倍增器”。沙利文主义的底线是：在这些领域的领导地位是“国家安全的必要条件”。

2022年10月7日商务部发布的规定中，最复杂和最具争议的部分是对半导体制造工具和美国个人的最终用途管制。这些SME管制要求对于在16/14纳米逻辑半导体、128层3D NAND存储器和18纳米半间距DRAM制造中的设备和美国个人进行许可。这些管制的结果是，最初单方面放开的，未经其他关键国家的同意，这些国家的公司占据着SME供应链的关键部分，即日本和荷兰，导致美国领先的工具制造商，如应用材料、KLA Tencor和Lam Research被迫从在中国的设施中撤出所有美国人员，特别是在晶圆代工领导者中芯国际、NAND存储器巨头长江存储和DRAM主要企业长鑫存储。此外，这一系列限制还对中国国内半导体设备制造商的进口材料实施了管制，以防止它们取代外国设备领导者。几乎一夜之间，整个中国国内制造和工具制造设备行业被推入了一个全新的时代。

2023年的这些规定更新进一步增加了中国半导体企业面临的挑战。新的管制收紧了一些较旧的ASML DUV光刻工具使用的特定参数的阈值，再次改变了目标。2023年的这一系列还提高了可销售给中国终端用户的先进GPU的性能阈值，捕捉了全球领先厂商英伟达专门为中国市场重新设计以符合2022年管制限制的一些GPU。

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对于中国国内产业而言，这些管制的最重要影响是大大激励了将美国技术从半导体领域中排除出去，无论是中国国内还是外国企业。在此之前，中国科技公司获取并使用了全球同行和竞争对手可用的最先进设备和服务。许多观察家仍错误地声称，中国的中国制造2025战略（于2015年宣布）是北京希望在关键领域自力更生的信号。与中国制造2025相关的一项附属研究列出了国内不同类型半导体生产的极不现实的目标比例，但这几乎没有代表一项协调一致的政府政策，中国半导体公司基本上忽视了它。这在2023年发生了改变。中国高级半导体行业专家强调，国内产业参与者更愿意使用最好的可用工具，但现在他们面临着越来越大的压力，倾向于支持国内企业并开发替代供应链。

中国对美国新管制措施的反应

随着2022年10月的事件在中国和世界各地逐渐展开，中国的工业规划者、公司高管和外国合作伙伴评估了损失，几个关键问题浮出水面，将决定中国半导体产业未来的发展方向。

首先，管制的单方面性质促使美国政府与荷兰和日本政府之间进行了漫长而痛苦的对话，以协调管制措施。这个所谓的三边团体已经讨论了近两年的SME管制问题，但日本和荷兰都更倾向于将任何最终用途管制设定在更先进的节点，即10纳米或以下。当美国方面将最终用途管制设定在16/14纳米时，三边谈判破裂了。美国官员显然受到国防部的压力，该部门对于2022年夏季的报告感到担忧，该报告称中芯国际已经能够使用现有的深紫外（DUV）光刻设备和其他国外和国内工具（如刻蚀和沉积）在7纳米的某些层次上生产半导体。这是美国半导体行业感觉到拜登政府在针对中国终端用户技术管制的参数上“改变目标”的众多例子之一。

美国政府严重低估了单方面管制所引发的政治和行业反对。所有关于“三边协议”的讨论迅速被抛弃，而私下里，美国官员开始更多地谈论“公平竞争”和“负担分享”。日本和荷兰政府都不希望成为一个明显旨在遏制中国技术雄心的协议的一部分，并且这两个政府都受到了其主要半导体公司的强烈反对。与此同时，日本、荷兰和工具制造业都没有预料到存储器会被纳入管制范围。

存储器是一个与逻辑非常不同的行业，高度商品化和竞争激烈，没有传统节点，需要公司不断朝着最先进的工艺进行升级。将存储器纳入2022年管制的原因是复杂的，主要集中在行业和政府对长江存储能够快速提升NAND制造曲线的忧虑。该公司正在生产128层NAND并迅速向更先进的工艺，即232层及以上迈进。美国担心的焦点在于长江存储受益于中国国家集成电路投资基金的补贴。此外，美国官员还提到了据称长江存储向列入实体名单的华为供应NAND存储器的事情，尽管这些指控从未得到证实，并且据称长江存储违反的那种在业内本身就颇具争议的外界管制的实施也是值得商榷的。

在管制施加之前，还有传闻称苹果正在试用长江存储的NAND存储模块，用于其iPhone和iPad产品线。美国国会对中国的批评者将此视为潜在的安全问题，尽管苹果计划仅在中国销售的产品中使用长江存储的存储器。网络安全专家也不认为作为一个不断被更先进版本替代的商品产品，存储器可能会被用于安装某种类型的“后门”，这使得这些论点对许多行业观察人士来说是不令人信服的。

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截至2023年初，有关中国国内半导体产业的一系列事件已经开始发酝，这些事件将决定中国半导体产业未来的发展方向。

完全支持开源硬件架构，特别是RISC-V。在对行业进行长期展望的同时，北京急于让中国企业摆脱专有的西方芯片知识产权和架构，如x86和Arm，因此也全力支持RISC-V精简指令集架构的发展。在过去的三年里，中国官员和行业领袖，如阿里巴巴及其芯片设计部门T-Head，已经积极采纳了RISC-V的方法。在政府支持下，中国的行业参与者正与RISC-V基金会紧密合作，共同制定指令集架构的未来发展方向。尽管RISC-V在中国的推广正在稳步进行，但在取代芯片知识产权和其他替代品（如Arm）方面，还需要一些时间。

公私合作伙伴关系。新半导体政策的最重要部分将是新的公私合作伙伴关系。随着北京在新的部门监管方法上的探索，中国的私营部门在政府的鼓励下，悄悄开始在中国企业在一些关键研发领域投入巨资，这些领域一直落后于西方同行。这些“瓶颈技术”现在已经成为重大混合研发工作的目标，其中涉及政府研究机构和一个或多个私营企业，具体取决于所涉及的技术。特别是电信巨头华为一直在这方面活跃。其他许多中国私营企业，包括智能设备制造商小米，也设立了基金，用于在整个半导体供应链进行投资。

华为是中国半导体产业政策3.0最重要的私营部门推动者。首先，由于美国的管制，华为与中芯国际建立了密切的工作关系，特别是与中芯南方制造公司（SMSC）的最先进的晶圆厂，这是中芯国际、国家集成电路投资基金和上海集成电路基金共同拥有的合资企业。SMSC专注于先进工艺的发展，特别是使用FinFET技术。根据一些行业消息来源，SMSC拥有一条成熟且高产的12纳米工艺线，SMSC还在生产所有华为最先进的设计，包括适应于台积电先前使用的设计的新智能手机和数据中心半导体。据了解，SMSC几乎肯定拥有大量ASML DUV工具，包括先进的twinscan:2050i。在2023年中期，SMIC要求ASML加快2050i的交付。据行业消息来源称，SMIC和SMSC目前拥有的先进ASML DUV工具可以让SMSC增加大约五万片晶圆每月的产能，用于7纳米工艺，尽管目前尚不清楚这是否足以覆盖中国在尖端智能手机之外的所有先进半导体需求。根据2022年10月的最终用途管制，SMSC设施几乎肯定也受到美国商务部的监管，尽管难以确定是哪些设施。可以查看图2以分析可能涵盖哪些设施。

此外，在过去的三到四年里，并可能预见到美国对管制的加强，华为已经创建了类似哈勃科技投资的投资工具，并悄悄地在整个半

导体供应链中播下了广泛的公司种子，特别是在硬技术创新领域。华为还与一系列新的晶圆厂合作，包括2021年在深圳政府的大力支持下建立的鹏鑫微（PXW），这很可能是华为未来的制造车间。然而，PXW迅速受到美国政府的监视，并于2022年12月被列入实体清单。PXW的目标是28纳米的生产，但也计划转向14和7纳米的工艺。去年半导体工业协会的一份报告声称，华为正在与PXW和福建晋华（JHICC），一家DRAM制造商合作，作为扩大逻辑和内存制造能力的更广泛努力的一部分，预计用于华为的消费产品和未来的电信基础设施。虽然JHICC在2018年被列入实体清单，后来因从美光（Micron）窃取知识产权的指控，但该公司已经设法继续运营，很可能得到了国家和地方政府以及华为的资金注入。华为的Mate 60手机可能使用了来自SK海力士等公司的存货DRAM，但华为需要一个长期可靠的国内供应商，因此专注于和投资于DRAM玩家。据推测，华为还与其他新近加入者合作，如Swaysure，另一家DRAM玩家，以及青岛思恩，一家功率半导体生产商。

除了与中芯国际和其他现有晶圆厂合作外，华为几乎肯定还在进行独立的建立国内生产流程的努力。这可能位于深圳，行业消息来源表明，华为已经建立了一个28纳米生产线，并正在朝着14纳米的能力迈进。目前尚不清楚这家工厂的产量是多少，但可能是小规模的。华为可能正在与上海集成电路研发中心（ICRD）以及国内工具制造商，包括SMEE，一起合作进行这条生产线。

华为的方法是复杂而广泛的。华为在DUV和极紫外（EUV）光刻等关键领域进行了研发。中国的光刻公司在这些领域明显落后于行业领导者ASML和日本公司尼康和佳能，使得光刻成为关键技术瓶颈之一。除了资助许多公司，包括一些受到美国管制的公司外，华为还在进行自己的研究，例如与EUV相关的技术，这些技术可以通过许可证提供给其他公司。华为可能正试图成为更像三星这样的一体化设备制造商（IDM）和晶圆厂，为自己的产品生产最关键的半导体。但在美国的出口管制下，尤其是对先进智能手机的销售收入大幅减少，使得华为在向研发项目和所需的许多技术领域投入资金方面能力受到了严重损害。

三星和其他IDM还可以全面使用西方的工具套件。在试图启动和资助一个专注于SME的新中国工业供应链的同时，华为面临着严峻的挑战。然而，到了2023年底，华为的前景开始好转，由于其新款Mate 60智能手机和其他先进消费产品的销售，公司的年销售额接近1000亿美元，这是自2019年以来的首次增长，尽管仍然不及美国管制前的水平。华为与中芯国际，特别是与SMSC合作，已经在Mate 60上取得了一项重大突破，这代表了一个重要的里程碑，也预示着中国企业将采取哪些措施来绕过美国的技术限制。SMIC已经拥有所有工具和众所周知的行业技术，例如使用ASML DUV工具进行多重曝光，以及能够生产Mate 60核心的麒麟9000s系统芯片的优质沉积和刻蚀设备，而且2024年的产量可能会增加。

中芯国际显然是华为支持完全本土供应链战略的关键，不仅仅是针对先进工艺节点的半导体。中芯国际几乎可以肯定正在与华为等公司以及工具制造商如SMEE、AMEC、诺亚和PXX合作，已经建立了不依赖外国技术的生产线。这些所谓的非A线将继续使用ASML或佳能的光刻设备，直到SMEE能够替换这些设备，并且根据一些观察家的说法，今年将迅速从40纳米过渡到28纳米。鉴于美国对中芯国际和其他中国企业的审查，这些努力没有公开承认，这使得评估进展变得困难，但行业内部人士继续表示，进度较快，中文半导体行业讨论组也在活跃地讨论这个问题。

最后，华为还与其他参与者如阿里巴巴和小米一起，走在了RISC-V未来的道路上。华为是RISC-V基金会的十二家中国公司中的高级会员之一，还包括阿里巴巴、紫光展锐等其他较小的参与者。华为在2023年底推出了基于RISC-V的微控制器（MCU）。华为的芯片设计部门HiSilicon据报道正在研发一款以数据中心为重点的RISC-V设计，并且也在考虑使用该架构作为人工智能加速器。尽管华为仍计划对一些设计使用Arm架构，但它将在业务单位间追求多种方法来设计半导体。除了其Ascend系列的用于人工智能训练的加速器芯片外，华为还正在开发自己的Maleon GPU架构。配合鸿蒙移动操作系统，该公司试图开发一个跨多个设备的整个非美国操作系统生态系统。

关键技术：光刻和 EDA 工具

随着美国出口管制迫使中国半导体制造企业在一系列与生产相关的技术和材料上寻求国内替代方案，北京协助私营部门的战略开始形成，重点是逐步引入基本不依赖西方工具的国内生产工艺。在短期内，该战略还涉及到重要的私营企业专注于系统工程方法，以规避管制，尤其是开发高级系统，虽然不如西方替代品好，但对于许多应用而言已经足够。

在新的条件下，中国企业必须掌握的技术范围显著扩大了。在2022年10月之前已经在这些领域进行了一些工作，比如Project 02，这是一个由政府支持的研究项目，已经开始超过十年了，但许多企业可能不相信美国会切断所有半导体制造技术的供应。如今，这种可能性主导了行业内的思考，迫使北京和私营企业制定变通方案和替代方案。关键领域包括：（1）电子设计自动化（EDA）工具。（2）光刻、刻蚀和沉积。这些工具要求供应商合作确保顺利的互操作性。（3）材料，如工艺气体、光刻胶和ABF、TGV、TSV等关键输入。（4）芯片片段设计和先进封装技术，包括TSMC的芯片垒叠封装（CoWoS）等方法。

发展强大的国内EDA工具行业显然是北京的优先事项之一，目前似乎有多个努力正在进行，以创建替代西方领先公司的工具。正如我在2021年的一篇论文中所指出的，Empyrean似乎是中国领先的EDA工具公司。Empyrean去年宣称，它可以完全支持7纳米数字工艺和5纳米模拟工艺。此外，该公司正致力于填补其服务与Cadence和Synopsis等西方领导者之间的差距。华为也一直在开发EDA工具，自从其芯片设计部门HiSilicon在2020年被列入实体清单以来就一直如此。2023年初，一名公司高级官员指出，华为与国内EDA公司合作，已成功地“基本实现了14nm以上EDA工具的本地化”。

在2019年和2020年美国对华为的出口管制之前，HiSilicon完全可以使用全球领先的Cadence、Synopsis和Mentor等公司的EDA工具，以及Arm的半导体IP。此外，2019年，在华为和HiSilicon被列入实体清单之前，这些公司购买了来自领先的西方公司的大量EDA许可证，为期十年，而且7纳米工艺当时是受到这些工具支持的。因此，西方EDA工具很可能被用于设计麒麟9000s，因为麒麟9000的原始设计是在2019年之前完成的。自那时以来，华为一直在研发自己的EDA工具套件。尽管它仍然可以使用外国EDA工具，但它无法获得软件更新和支持，这迫使公司为长期发展开发替代EDA生态系统。虽然其他中国设计公司尚未被列入美国商务部实体清单，仍可以访问西方EDA工具，但随着这些软件生态系统的成熟，它们很可能随着时间的推移转向国内替代方案。

目前发展半导体制造生产的战略似乎包括短期和长期目标。在短期内，领先的国内晶圆厂中芯国际，得到了行业内关键参与

者的支持，包括所有国内工具制造商和其他公司如华为，在努力建立无需使用美国设备的40纳米和28纳米生产线。然而，在短期内，光刻部分可能仍然包括ASML DUV浸没光刻设备，中国的光刻领军企业中芯微电子正在努力改进，以便用于28纳米及以下工艺。这一努力的复杂性还包括了于2023年9月1日和2024年1月1日生效的美国和荷兰的管制。值得注意的是，2023年10月17日更新的美国管制现在包括对19XX系列设备的限制，而这些设备是TSMC在拥有EUV系统之前用于一些关键层的。中芯国际在2022年和2023年也使用了类似的ASML系统，这在一定程度上促使美国决定将最终用途管制提高到16/14纳米。中芯国际的N+1和N+2工艺，用于SMSC的晶圆厂，正在不断改进这种生产技术基础，同时努力提高商业产量。所有用于华为Mate 60和人工智能应用的麒麟9000s和Ascend 9XX系列芯片都来自SMSC的FinFET工艺，尽管在2022年10月的最终用途管制之后，他们仍然能够维持这一工艺。

到了2023年底，有迹象表明，中芯微电子已经成功地生产出了一款可行的、可能具有商业潜力的28纳米DUV浸没光刻设备，这一消息源于社交媒体上的报道，后来被修改然后删除，但被西方媒体报道。中芯微电子的国有支持者——上海张江集团（ZJ Group）在12月19日的一篇关于验证的社交媒体帖子中，后来被删除，指出：“作为中国唯一掌握光刻技术的公司，中芯微电子已经成功地研制出了28纳米光刻机。”SMEE达到这一水平的故事很复杂，很可能包括一些来自华为等企业的协助。一些中国媒体报道表明，华为在2021年曾试图挖走大量SMEE工程师参与自己的光刻工作，但被中国政府官员说服改变了方向，并与SMEE合作。中国政府还可能要求SMEE对其新的28纳米DUV系统进行与类似的ASML设备，具体来说是NXT:2000i的比较。SMEE的该系统——SSA800A现在很可能是正在进行测试和认证的完全国产生产线的一部分。

SMEE的光刻努力导致了SSA800系列的产生，该系列拥有i-line、KrF、Arf和Arfi产品线，得到了2006年发布的科技发展十五年规划的一个重大中国大型项目的大力支持。这个子项目名为“大规模集成电路技术全套制造项目”，始于2008年。由于得到了“02项目”的支持，SMEE受益于政府协调供应商为其设备提供支持的努力，但这一努力目前仍然进展缓慢。其他一些重要的政府研发机构，如中国科学院、清华大学等一些顶尖中国大学和关键的国家实验室，也参与了这一努力。此外，华为的投资平台Hubble Technology还投资了支持SMEE的公司之一——北京科艺宏远光电技术有限公司，该公司提供了DUV系统核心的准分子激光。美国在2019年和2020年对华为的管制以及拜登政府于2022年10月实施的史无前例的一系列管制很可能激发了整个努力。

作为我在2021年的报告中指出的，中国的其他关键工具制造商在etch、deposition和metrology等关键市场细分领域长期以来只能获得较小的市场份额。然而，2022年10月管制的最重要影响之一是迫使该行业加强合作和创新。行业内部人士指出，领先的工具制造商和晶圆厂之间现在已经有了很高水平的整合。一些关键的参与者，如制造etch、deposition和清洁工具的Naura，在2022年10月之前已经开始蚕食领先的西方公司的市场份额，但自那以后该公司取得了重大进展。特别是，Naura的设备已经取代了许多受到美国最终用途管制限制的设施上的美国工具制造商。在2023年初，该公司指出，其当年的收入预计将增长42-57%。竞争对手高科微（AMEC）也预计2023年的收入将大幅增长，原因是来自国内晶圆厂的需求增加。特别是，中芯国际已经与包括Naura和AMEC在内的公司以及供应链中的其他公司展开了新的、更深层次的合作，部分原因是为了寻求帮助以获取替换部件，并确保国内参与者可以随着时间的推移提高能力并替换外国工具制造商，很可能在某些关键领域很快就能实现这一点。外国工具制造商越来越担心，国内工具制造商产品质量的提高最终也将使它们能够在中国以外的市场竞争，从而给销售、收入和维持领先地位所需的研发预算带来更大压力。

一旦40和28纳米线路得到验证，中芯国际和行业内其他参与者将转向类似的过程，用于14/10纳米生产，几乎肯定是在SMSC进行，很可能是在2025-26年之间的某个时候。鉴于SMEE在SSA800上取得的突破，可能会使用该系统达到7纳米，但目前还不清楚这将会有多快，以及SMEE是否能够制造多个商业版本的SSA800。所有这些努力还很可能包括确保与华为和其他较小参与者开发的EDA工具的使用兼容，以确保整个设计和制造过程基本上不依赖于受出口管制的美国和盟国技术。如果目标是从40到28，然后到14/10和7纳米生产线，这将需要所有关键供应商的共同努力：尽管中国的工具制造商声称他们的设备能够达到14甚至7纳米，但主要客户，特别是中芯国际，仍然必须在大规模生产中验证这些工具。截至2023年底，这一过程似乎是中芯国际努力实现到2024年底拥有完全国产的14纳米线路的一部分。

然而，虽然DUV的努力可能会在短期内见到成果，但这并不是一个长期的解决方案。展望未来两三年，即使中芯国际和其他晶圆厂能够利用SMEE DUV设备进行7纳米的生产，但要实现更先进的节点，将需要极紫外（EUV）光刻系统，这是只有ASML能够开发商业系统的领域。在中国，现在可能至少有两个甚至三个独立的努力在开发EUV系统，有些情况下可能会使用不同的方法来产生ASML系统中使用的13纳米光。这些努力涉及到合作，根据新的半导体产业政策推动，合作可能最近已经增加。一项努力由长春光学精密机械与物理研究所（CIOMP）和中国科学院领导。另一项很可能涉及华为。此外，上海集成电路研究与发展中心（ICRD）正在这个领域进行先进的工作。

中国研究人员还在探索一种称为稳态微束成形（SSMB）EUV的新方法。在2022年发表于中国期刊《物理学报》的一篇论文中，清华大学的研究人员提出了一种使用SSMB的设计，其中包括一个足球场大小的系统，其光源同时为数十台

EUV机器供应光源。这种方法似乎离商业应用还相当遥远，但从长远来看，它可能变得很重要。

华为很可能也正在领导解决一些EUV技术问题的努力。这可能并不是一个完全独立的努力，因为几乎可以肯定，在各种形式的合作中，这些不同的研发努力在一些领域会相互交汇。例如，开发适当类型的光刻胶对于EUV光刻至关重要，对于EUV光刻，已经有很多专利申请，例如来自上海思阳的EUV光刻胶。中国半导体制造商在很大程度上依赖于日本供应商提供的光刻胶，随着日本对美国出口管制的支持，行业内部对材料出口也可能受到压力的担忧日益增加。一份来自国内中国投资公司的2022年11月的报告声称，对于不那么先进的传统光刻胶，约30%是由国内供应商提供的，而对于DUV KrF工艺，这一比例下降到了10%；对于先进的Arf DUV和EUV，国内供应的光刻胶比例不到2%。

因此，除了光源和扫描仪系统本身外，很可能还有多个协调一致的努力，建立一个完整的生产流程生态系统，该生产流程将使用EUV。此外，很可能正在开发针对3-5纳米工艺节点的EDA工具能力。

当涉及到设计和封装时，一些中国公司已经在使用芯片模块化设计，这是一种将使用不同工艺生产的芯片集成到一个基板上的设计方法，以及包括2.5D和3D封装在内的先进封装技术。例如，Biren的BR 100 GPU使用了两个芯片模块，在Biren的十月实体上市之前，这些芯片模块是在台积电的7纳米工艺上制造的。此外，华为正在进行使用芯片模块化设计的研发。封装现在正在成为整体生产的关键部分，后端封装已经设计进整个生产过程，从EDA工具，到整合来自ARM等公司的IP，到3D封装设计，使得在不同复杂度的半导体中实现更高功能性成为可能。华为与国内封装领导者如JCET和通福合作，在这个过程中正在开发自己的EDA工具。研发工作也正在通过中国国家自然科学基金会进行，该基金会去年发布了面向综合芯片前沿技术的科学基础主要研究计划的2023年项目指南，其中包括对2.5D和3D封装的研究支持。

与封装密切相关的是材料，如光刻胶、衬底和工艺气体。在这些领域，中国公司仍然远远落后于日本和韩国的全球领导者。特别是日本，在光刻胶供应方面占据主导地位，仅四家日本公司（富士胶片、信越、JR和东京威力）就占据了全球市场的70%以上。以及Ajinomoto Build-up Film（ABF）等薄膜，这是一种用于生产高性能半导体（如CPU）的绝缘膜。它对电气绝缘至关重要，并有助于确保芯片内电子的有效流动。到目前为止，还没有控制这些类型的材料的努力，但中国公司担心，例如衬底等材料最终可能会受到限制，并且正在努力开发国内

替代品。有许多中国光刻胶生产商，如上海思阳、徐州博康、京瑞、纳塔光电材料和红色大道，它们在不同阶段的开发、生产和验证用于KrF、ArF和ArFi光刻的光刻胶。例如，思阳除了开发EUV光刻胶外，还预计到2025年底将完成针对KrF、ArF和i-line市场的工厂，并将于2026年晚些时候开始生产，产能约为500吨。光刻胶具有极高的要求，因为它们对产量的影响很大，因此验证国内光刻胶对于先进工艺节点的来源的过程可能会很长。

展望未来

截至2024年初，中国半导体产业的未来仍然悬而未决。在克服技术障碍以建立生态系统方面仍需付出努力，以便让华为、阿里巴巴等高端设计公司能够设计和制造先进芯片，而不受美国出口管制的影响。尽管中国在各种技术领域都在取得进展，但要确定何时特定技术或技术群将成熟到足以支持制造供应链的不同要素进行规模化商业生产仍然不确定。

展望未来，一些中国国内设计公司可能会保留对中国以外的晶圆厂服务的访问权限，但某些子行业，如图形处理器（GPU），可能会面临更严格的美国出口管制，进一步限制对TSMC等服务的访问。关键的里程碑，比如2025年，对于华为可能会很重要，考虑到它在中国半导体和信息技术行业的独特地位。到2025年，如果中芯国际能够在5纳米工艺的发展上取得进展，华为可能会拥有一系列由国产半导体构成的电信、人工智能、服务器、计算机桌面、智能平板电脑和智能手机芯片产品线，尤其是华为Mate 60在这方面是未来的一个预演。

制造路线图包括国内工具制造商在未来三年内建立商业生产线，包括28、14、7甚至5纳米。像中芯国际这样的晶圆厂将主要依赖现有的国外DUV设备，并辅以国内DUV工具。挑战在于在难以获取备件和软件升级的情况下维护外国设备。

关于各种EUV项目的工作也将继续进行，目标是在本十年晚些时候为EUV系统的开发和部署建立可持续的生态系统。乐观地说，中芯国际可能在2025年开始测试原型EUV系统，但这一情景比一些行业评估更为乐观。

像中兴、联想和小米这样未受到美国出口管制限制的中国公司仍将获得像TSMC这样的海外晶圆厂服务的访问权限。这将导致中国在半导体制造领域出现一个复杂的混合型半导体制造格局，各个参与者在技术能力上处于不同的水平。

供应链的各个环节预计将取得显著进展，特别是在EDA工具、材料、芯片设计和先进封装技术等方面。

假设北京的半导体产业政策能够取得显著成果，那么从2027年到2030年的时期可能会见证更多先进系统的商业生产，这些系统将采用一些类型的EUV技术生态系统。中国的封装公司和晶圆厂也将提升价值链，并掌握一些先进的封装技术。

最终，中国半导体产业将发展出两个相互关联但分离的制造生态系统：一个是国内的，另一个是全球主流的。这一趋势的成功将取决于各种因素，包括替代方案的发展、中国参与者愿意出口和支持海外制造的程度，以及美国政府控制技术输入的范围和执行力度。尽管受到美国出口管制的影响，但中国企业将找到推动创新和技术进步的途径。类似的动态已经在华为的鸿蒙OS上得到体现，随着开发者生态系统的壮大，其他国内外公司开始意识到中国开发的操作系统的规模化部署已经值得关注，并投入资源在该平台上开发应用。

主要挑战依然存在

在2024年1月的达沃斯论坛上，英特尔CEO帕特·盖尔辛格声称，鉴于各国实施的所有出口管制政策，中国面临着“十年的差距和可持续的十年差距”。然而，在一项由一位科技行业观察者发起的X（之前被称为Twitter）民意调查中，大多数人对盖尔辛格的估计表示了异议。

尽管如此，中国半导体产业仍然面临巨大挑战，因为拜登政府和随后的美国政府可能会继续加强围绕各种半导体供应链的关键技术的出口管制，并针对中国采取更多的多边管制措施。对于中芯国际、中芯南方、华为和其他正在更多地合作开发先进制造替代供应链的公司而言，一个重要的复杂因素是美国政府将继续努力打击任何与华为相关的公司。SIA报告指出华为对半导体行业的影响，以及声称受到哈勃投资的公司之间的合作关系，例如，可能导致美国官员将其他公司列入实体清单，原因不是因为过去或现在的行动，而是因为在未来可能为华为提供一些半导体的潜在性。例如，PXW已经处于这种情况之下。这种做法是对出口管制的一种新颖运用，也是美国官员“改变标准”的又一个例子。一位前商务部官员凯文·沃尔夫指出，如果没有更详细的信息，很难知道像PXW这样的公司是否违反了美国的法规。目前还不清楚为什么代表美国领先的前端制造公司和工具制造商的SIA集团专注于华为在中国半导体供应链中的潜在未来影响，以及华为可能将来从哪些公司采购半导体。总的来说，美国出口管制的方法，特别是针对华为的方法，可能意味着主要的美国和其他外国工具制造商将逐渐被排挤出中国市场——美国、荷兰和日本的工具制造商已经成为了针对中芯国际、长江存储器和华芯集成电路等中国半导体公司的出口管制政策的最大受害者之一。

此外，早在2024年初，有迹象表明拜登政府计划将一家或多家涉及开发基于risc-v的解决方案的中国组织列入实体清单。目前尚不清楚这是否是针对risc-v生态系统的一项重大举措的开始，行业可能会对此提出很多反对意见。一位行业高管称这一举措“绝对愚蠢”，北京方面很可能会强烈反对将开源技术纳入中美技术竞争的范畴，因为这些技术以前一直不受美国出口管制的限制。到2024年初，美国官员还在考虑加强对华为、浪潮等公司的出口许可管理，并将更多中国科技公司列入实体清单。美国政府还可能会继续向荷兰和日本政府施压，以及可能向韩国政府施压，限制对DUV光刻和其他系统的出口，以及向特定中国终端用户提供备件和服务。这些措施可能会引起北京方面的强烈反应，去年北京已将在半导体行业广泛使用的镓和锗等关键材料列入需要许可的出口清单。到目前为止，北京尚未限制这些和其他材料的出口，但到2024年可能会有所动作，进一步扰乱半导体供应链。

另一个重要的变数将是荷兰和日本政府愿意并能够与其半导体工具制造商合作，使其与不断发展的美国对中国设施的工具出口管制保持一致。两国政府似乎不愿意完全按照美国的偏好行事，特别是在控制诸如浸入式DUV之类的较不先进设备方面。两国政府还担心可能引起中国的报复。至少在短期内，荷兰、日本以及韩国等国家的公司很可能会继续向中国的设施提供某种程度的支持，包括备件、软件更新和公司人员的服务。

副总理丁薛祥、李强总理以及工业和信息化部（MIIT）和国家发展和改革委员会（NDRC）的中国政府官员将继续在未来一年寻找促进国内产业发展的新途径，包括补贴、优惠政策以及加强已有的领导小组等。与此同时，中国当局似乎正在确定一个大型国有企业在监督国内产业发展方面的最佳角色。

总的来说，中国半导体行业已经变得更加复杂和多样化，涉及许多参与者、新进入者和新类型的投资，我们应该预计会看到更多国内技术突破的宣布。但是，行业面临的挑战只有通过生产具有基本国产供应链的新产品，例如Mate 60、来自Biren和Moore Threads等公司的新GPU，以及其他中国公司最终愿意转向国内替代方案，才能真正衡量成功。