何为以系统的角度考量芯片？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）日前，美国媒体报道称，美国两家芯片设备公司泛林集团和科磊证实，美国对中国芯片的打压已从10纳米扩展到了14纳米，适用范围包括中芯国际和在大陆投资的半导体厂商。

上述消息的来源是泛林集团（Lam Research）首席执行官Tim Archer在上周的分析师电话会议中的讲话，Tim Archer当时表示，“在对中国企业进行制造10纳米及以下芯片设备禁运的基础上，美国限制出口的范围已经扩大到制造14纳米及以下芯片的设备，且限制范围可能不限于中芯国际，还包括其他在中国运营的芯片制造企业，如台湾地区的台积电等。”这一说法得到了科磊总裁兼首席执行官Rick Wallance的证实。并且，有消息人士称，收到美国商务部相关通知的不仅仅是泛林集团和科磊，基本上所有的美国半导体设备厂商都有接到相关通知。

国人常说釜底抽薪，如果我们将14nm定义为先进制程的入口，那么美国无疑是想从根本上断绝中国通过传统晶体管微缩的方式进入先进制程，让中国相关工艺停滞在28nm，美国此举无疑也算是一种釜底抽薪。

那么，对于正热火朝天发展的中国芯片产业而言，这是一个毁灭性的打击？还是司空见惯的伎俩？

14nm终成界碑

从近几年国内芯片的发展情况来看，美国当前此举无非是将一些长久存在的东西正式拿到了台面上，并且明确了一些其中模糊的东西。

我们都还在记得，2018年中芯国际向AMSL订购了一台EUV光刻机，售价高达1.2亿美元。然而，时至今日中芯国际订购的这台EUV光刻机依然没有到货。按照原计划，这台光刻机的交付时间为2019年。

在先进制程的研发和量产方面，设备的重要性是不言而喻的，尤其是10nm以下的先进制程，EUV光刻机就是必要设备，否则即便有技术储备，也无法实现产品量产。

我们看当前中芯国际的官网，14nm就是最先进的工艺。中芯国际在财报中也提到，该公司是中国大陆集成电路制造业领导者，拥有领先的工艺制造能力、产能优势、服务配套，向全球客户提供0.35μm到14nm不同技术节点的晶圆代工与技术服务。

中芯国际14nm于2019年进入风险量产，是国内目前唯一能够提供14nm代工工艺的厂商，因此也是美商务部进一步打压下，唯一受影响的大陆晶圆代工厂。

2022年5月15日，中芯国际在港交所发布了公告。公告称，中芯南方已成立及建立庞大产能，并专注14纳米及以下工艺和制造技术。中芯南方已达致每月6000片14纳米晶圆的产能，目标是达致每月35000片14纳米及以下晶圆的产能。

然而，美国商务部在此时通知包括泛林集团在内的美国半导体设备公司，让他们不要出售设备给中国大陆，意图就是阻止中芯国际在14nm扩产，并形成规模性的客户投产。

虽然近几年国内的半导体设备发展迅猛，但是在14nm这个先进工艺节点上，不能做到完全的国产替代，需要采购占比相当大的国外设备。2020年中芯国际就曾发布过相关公告，在2019年3月12日至2020年2月17日的12个月期间，中芯国际曾规模性地向泛林集团采购设备，共耗资6.01亿美元（当时约合42亿元人民币），中芯国际在当年的法说会上曾表示，这批设备的采购是用于扩产14nm。

目前，我们还看不到中芯国际在14nm方面的营收占比，在该公司2021年财报数据中，14nm/28nm合计占比为15.1%。对此，部分行业人士认为，中芯国际14nm依然在上量阶段，当前的营收占比不高，不过未来的成长性值得期待。

如果单纯只看国内的晶圆代工厂，美国当下此举确实如国内一些专家所言，对现阶段的中芯国际影响有限，为什么这么呢？在此之前，美国就已经将中芯国际列入到了实体名单，含有美国技术的产品是禁运的，因此这一次算是强调了一遍。

当然，配合美国近端时间投票通过的芯片法案，还有一层作用是打消中国台湾厂商台积电、韩国厂商三星电子以及美国厂商英特尔、格芯这些公司在中国大陆建14nm工厂的念头，不对美国自己的芯片计划造成影响。

我们看过华为智能手机在没有高端芯片之后，市场份额快速滑落，产品竞争力打了很大的折扣。而当中芯国际长期无法得到14nm及以下工艺的设备时，竞争力随着时间的流逝也在减弱，长久以往，如果没有很好的补充，这是一个非常危险的信号！

中国芯从何突破？

在摩尔定律的推进方向上，先进制程和设备是强相关的，国内常说“没有金刚钻，别揽瓷器活”，在以晶体管尺寸微缩为主要手段的半导体制造工艺中，要制成更小的晶体管，设备的重要性会愈发凸显。

从当前的产业环境来看，在美国推进自己的芯片法案的过程中，国内可能长期面临这样的封锁，那么我们该如何突围？

目前，两条发展路径是比较清晰的，一个是从国产半导体设备进行突围，还有一个是以系统的角度重新考量芯片。

从设备端看，国产厂商的替代机遇还是很大的。此前电子发烧友网在《ASML警告美国：对中国断供DUV光刻机半导体供应链将中断，真是如此吗？》文章中曾提到，根据各公司2021年的营收数据，全球前五大半导体设备厂商依次为应用材料、ASML、东京电子、泛林集团和科磊。在这五家公司中，除了ASML，其余各家厂商的营收第一贡献者都是中国大陆，其中中国大陆地区在应用材料公司的占比为33%，在东京电子的占比为28.5%，在泛林集团的占比为35%，在科磊的占比为26%。

因此，国产半导体设备的替代市场很大，同时也有责任和义务去帮助中芯国际等公司扩产14nm，以及实现该公司N+1和N+2的工艺目标。目前，国内半导体设备厂商大部分攻克28nm及更高工艺的替代市场，比如此前至纯科技在互动平台宣布，公司所研发的28nm节点全部湿法工艺设备已认证完毕。目前，至纯科技正在向14nm和7nm进军。至纯科技的状态是一部分国产半导体设备厂商的现状，也会有一些厂商已经进入最前沿的5nm，甚至是参与更先进的3nm量产。以中微半导体为例，该公司已经成功研发出了5nm刻蚀机，并成功运用到了台积电5nm生产线上，正在进军3nm工艺。

当然，我们的目光肯定是更加关注光刻机，目前在上海微电子的官网上，我们依然没有看到万众瞩目的28nm光刻机，还是最先进在90nm。按照该公司在2020年的说法，2021年-2022年预计将会有第一台用于28nm工艺的国产沉浸式光刻机。不过，目前还没有公开消息。

何为以系统的角度考量芯片？这是一种思想的转变，芯片研发的最终目的是为了解决系统问题，那么芯片实际上也可以自成系统，通过特殊方式成为具备特殊功能或者更高性能的SoC。

目前来看打造系统级芯片的先进手法大致有两种，其中一个是先进封装。我们看到，作为全球晶圆代工的龙头，台积电也在布局先进封装，在2022年台积电技术研讨会上，台积电专门介绍了自己的3D Fabric产品组合，包括前段（FE）的3D整合芯片系统（SoIC InFO-3D），后段（BE）的2D/2.5D整合型扇出（InFO）以及2.5DCoWoS系列家族等。

相较于传统的2D电路的平面集成方式，先进封装打造的SoC集成度更高，同等空间内可以集成更多芯片，有望从系统级提升性能，并降低封装成本和系统功耗。

打造系统级芯片的另一个方法是异构集成和chiplet，我们主要看一下chiplet。Chiplet可以降低设计的复杂度和设计成本，是以模块化的方式设计芯片，可以将不同的芯粒重复使用到不同的芯片中，不仅有利于产品迭代，而且对先进制程的需求并不那么迫切。

当然，chiplet和先进封装被认为是一套“组合拳”，两者结合在一起的威力将更加巨大，而如果能够从产业维度做好相关研发资源的调配，有助于帮助国产芯片在成熟工艺的基础上做大做强。

后记

14nm作为先进工艺的入门，美国实际上早就盯上了国产厂商在这方面的进度，如今全面提出来，意思就是让大陆没有先进制程的量产能力，进而对美国自己的芯片法案推动不造成影响。美国要夺回芯片制造的话语权，最大的敌手实际上是三星和台积电，但二者现在正与虎谋皮。不过，这也从另一个方面证明了台积电和三星在全球半导体市场的地位，目前是不可或缺的。

大陆芯片制造的前路很清晰，一旦获得了突破性的进展，这或许就是真正的“换道超车”，美国在此起到了助推的作用。　　

      审核编辑：彭静