自从我上次于2024年2月在本版撰文介绍中国对美国出口管制的反应以来，无论是美国的出口管制措施还是中国的实际情况都发生了很大变化。中国国内半导体产业的相对实力也得到了媒体更多的关注。国内晶圆代工龙头企业中芯国际所生产的先进半导体的拆解报告称，中国仅比全球晶圆代工龙头企业台积电落后三年，但这类预测可能会产生误导。
事实上，详细了解中国半导体行业的现状正变得越来越困难[1]。在5月，中国半导体行业协会向业内人士发出不祥警告，要求他们避免向媒体和外部的顾问透露技术信息[2]。由于担心高性能计算机可能被用于军事用途，美国于2015年实施了出口管制，这基本上迫使中国的超级计算部门停止公开披露新系统和技术进展[3]。
美国对中国半导体行业的控制与人工智能的发展密切相关，这使得中国半导体行业的形势更加复杂。到目前为止，在中国开发先进生成式人工智能的公司无需隐瞒其模型开发的消息，因为它们在消费者和企业领域中运营[4]。但美国对中国半导体行业的持续施压，最终将迫使这些开发商躲藏起来，使评估中国人工智能堆栈的进展变得更加困难，同时限制美国对国家安全关切领域的了解。
去了解中国企业目前的发展状况--从科技集团华为，到工具制造商，再到为先进半导体制造开发工艺气体和材料的小型创新企业--变得越来越困难，因为这一话题现在已成为政治敏感话题。美国最新一轮的出口管制为这一问题增添了另一个层面：数十家中国公司，包括晶圆厂、工具制造商和供应链上下游的较小公司，现在都卷入了中美在技术，特别是半导体方面的更广泛竞争。美国还将宽带内存（高宽带内存）等关键元件纳入其管制范围。控制范围的扩大加强了国家安全顾问沙利文所称的 “小院高墙”战略，该战略的重点是遏制中国开发先进人工智能的高级能力[5]。中国的应对措施，包括《不可靠实体清单》，《反外国制裁法》等报复性措施和许多其他内部政策，现在都是等式的一部分。中国政府还收紧了对关键矿产的出口限制，包括一些半导体制造所必需的矿产，即镓、锗、石墨、锑，以及即将出口的钨[6]。
与此同时，中国企业和官员也认识到，先进半导体的原始硬件制造能力并不是唯一的决定性因素。随着华为从一家硬件公司转型为软硬件混合型巨头，它正在艰难地为其升腾系列先进的图形处理器营造一个强大的软件开发环境。与此同时，该公司的鸿蒙移动操作系统在过去一年中获得了广泛的关注，目前正在提高它的软件工程实力，以期在图形处理器和人工智能数据中心领域与英伟达等公司展开正面竞争[7]。为获得先进的计算半导体硬件（即训练大型语言模型的能力），事情在中国现在变得非常复杂。
北京将继续探索各种模式和机制，去支持复杂、庞大且仍具有全球影响力的技术行业。迄今为止，中国政府对该行业和供应链的关键环节提供了各种各样的政府援助，同时还采取了新颖的融资和政策激励措施，以确保中国在未来十年中能够获得更先进的半导体产品。因此，在该行业和北京的产业政策规划者中，既有短期动态，也有长期动态。中国半导体产业继续抵制集中规划发展的努力，因此中国政府依靠公私合作、有针对性的资助，以及为华为等关键企业提供更大的回旋余地，来推动美国出口管制和投资限制所针对的 “关键技术”取得进展。中国处于行业前沿的头部公司则必须在获得技术、支持和备件的渠道受到严重限制的情况下继续创新，同时为其供应链在很大程度上不再受美国和其他外国技术影响的未来做好规划。
来自北京的观点
在过去的一年里，北京对半导体产业重要性的认识与日俱增。随着包括国家主席习近平在内的中国官员对美国出口管制的批评言辞愈演愈烈，中国政府已考虑采取报复措施，并寻求国内半导体产业顺利发展。
中国政府高级官员逐渐加强了对美国管制的批评。今年3月，外交部长王毅声称，美国的管控已经达到了“令人困惑、荒谬至极的程度”[8]。基于2023年11月首次发表的强硬措辞，习主席在2024年4月与拜登总统的视频通话中，尖锐批评了美国的出口管制政策。习近平称，这些限制措施旨在“抑制中国的贸易和技术发展”[9]。他显然把美国出口管制问题与美国支持台湾独立问题视这两个问题相提并论，是在为北京划出的红线[10]。习将这两个问题相提并论，反映出中国领导人认为技术控制是对中国经济增长更严峻的短期挑战，而台湾问题仍是长期挑战。当美国在12月发布新的出口管制方案时，中国政府的反应有可能加强针锋相对的管制动态，并有可能扰乱全球半导体供应链[11]。
正如我在上一篇文章中所强调的，中国政府对美国技术管制的主要回应是要建立新的结构，为国内半导体产业提供更好的支持。这些工具和政策将继续在各级政府中进行设计、构建和微调。2024年期间的发展表明，国内产业参与复杂的长期产业政策规划的程度比以往任何时候都要高得多，此外，多个产业供应链之间的合作也达到了很高的水平。
在更广泛的政府政策方面，中国政府还对科技机构进行了改革，旨在提高政府和私营部门的创新能力。2023年3月，两个由党领导的重要新机构成立：中央财经委员会和中央科学技术委员会。这两个机构旨在巩固党在重要部门的权力，并为协助实现技术发展的长期目标提供工具。虽然中国金融改革委员会在推动金融监管改革方面极为积极和公开，但中央科技委员会却一直保持低调。除了向某些部委发布指示外，党媒对其使命和行动报道甚少。与其他组织和口号一样，中国政府目前认为，在涉及中美关系和竞争中心的敏感技术时，强调谁在做什么以及如何做并没有什么好处。
然而，根据《2023年中央地方科技发展引导资金管理办法的通知》[12]，发布新的指导意见，确定中央资金在地方发展战略科技行业的优先次序，中国科协已开始对中国的科技行业和支持生态系统产生重大影响。新办法强调，资金将优先用于：（1）科技委批准的需要中央财政支持的重大科技项目；（2）区域科技创新生态系统，可能包括上海等地正在发展的以半导体为重点的生态系统。这些优先事项表明，在中央财经委员会和科技委之间，中国政府正在建立一种更加针对、更加集中的手法，来为基础研究以外的重要部门提供资金。中国政府似乎希望减少某些领域的浪费支出和产能过剩，同时弥补过去对半导体等需要长期规划和投资的核心硬科技领域的忽视。这是中国政府思维的重大转变。
尽管中国半导体计划的保密，但新的领导和支持机构已经开始出现。制定半导体产业政策目标的一个主要新机构是丁薛祥副总理领导下的领导小组。该领导小组还负责审批并购案，并与科技委等其他中央机构进行协调。2024年6月，中国国家媒体披露丁学祥担任中国科技促进委员会主任，这使他拥有了一个崇高的职位，可以将政府在半导体行业的研发工作引导到瞄准战略技术咽喉的私营企业[13]。另一位体现了中国政府对半导体产业承诺的官员是中国国家发展和改革委员会副主任项立斌，国家发展和改革委员会是一个强有力的行政部门，主要负责宏观经济管理。在被任命为国家发改委副主任之前，项立斌的职业生涯在中国科学院度过，领导光学和精密电子学的研究；在国家发改委，他在半导体问题以及中国政府称之为 “卡脖子技术”的其他部门的大部分问题上发挥着领导作用[14]。
来自华盛顿的观点
从华盛顿的角度来看，加强对半导体制造技术和图形处理器的管制正在发挥其作用。政策制定者必须稳步扩大 “小院高墙”的范围，每年更新出口管制已成为常态。美国商务部计划在拜登政府任期的最后几天，在2022年10月和2023年10月发布的主要规则基础上，发布一套复杂的新技术控制规则[15]。这些规则预计将涵盖对AI硬件至关重要的例如超宽带内存的新技术。这些规则还可能包括对外国直接产品规则（FDPR）的重大改写，使美国官员在限制美国和其他外国工具制造商的海外设施销售制造工具方面拥有更大的灵活性。此外，新规则还将扩大限制出口到中国某些指定设施的工具类型。
该措施大大扩展了中国受用途管制的公司并新增了其与军事最终用途相关设施的名单[16]。这些指定措施旨在允许商务部对不同类型的中国公司实施不同类型的管制，并扩大对可能支持这些公司的美国人的管制。然而，它们也可能给美国供应商，尤其是工具制造商带来很多不确定性。2022年10月的最终用途管制已经造成了相当大的不确定性，即在一个较大的工业园区内，哪些具体公司设施受管制，哪些不受管制[17]。新规则可能会加剧这种混乱。
预计将有约130家新的中国机构被列入新名单，其中包括地区子公司和设施。其中有：(1)约8至10家新的前端制造工厂，包括一些据称与科技企业集团华为有关的“自营工厂”，华为已被列入工业与安全局实体清单，并受到原有的对外国直接产品规则的管制 (2)与中芯国际和其他一些公司有关的新晶圆厂，包括已经列入实体清单但现在又受到新管制的晶圆厂；(3) 中国最重要的半导体制造工具制造商，包括蚀刻技术领先企业中微和北方华创，以及光刻技术领先企业上海微电子装备等公司；以及 (4) 这些公司的少数子公司[18]。
工业和安全局原计划将所有与华为有关联的公司都列入《实体清单》，包括国内领先的动态随机存取存储器制造商长鑫存储。然而，长鑫存储最终被排除在外，这可能是因为该公司已采取措施遵守 工业和安全局的最终用途控制措施，并且是日本工具制造商的重要客户[19]。
新规则还试图推进荷兰、日本和美国之间于2023年1月达成的 “三边协议”。这一非正式的非公开协议试图在三国之间就美国于2022年10月放弃的单边管制措施达成某种一致。在整个2023年，美国推动两国政府围绕一系列对华半导体制造工具出口制定新的出口管制规定，日本和荷兰最终都做到了这一点，随后美国在2023年10月和11月又实施了一轮管制。荷兰和日本抵制管制措施中的一些关键要素，尤其是最终用途管制和国内人员管制，因为两国都无法轻易地将这些类型的规定纳入其现有的出口管制制度中[20]。两国政府以及韩国政府也不同意美国商务部在2022年一揽子计划中对内存进行管制的必要性[21]。
因此，新规则将试图弥合三国政府之间的现有分歧，同时也拉拢了设备和零配件的重要供应国韩国，同时也为日本和荷兰提供了一些政治掩护。日本尤其担心中国政府可能会限制镓和石墨的出口，而日本的电池制造和半导体材料生产商仍然严重依赖中国资源。因此，新规则包括了对某些国家的豁免[22]，如荷兰、日本和韩国，作为这些国家对中国制裁的合作[23]。不过，这些国家的政府很可能在沉默的基础上来对待制定了的新规则，即随着时间的推移，他们将与新规则的精神保持一致，并鼓励国内公司逐步限制向 “实体清单 ”上的公司和设施销售产品[24]。而这种沉默可能源于商务部的警告，即如果这些国家开始不遵守新规则，商务部可能会面临国内的政治压力，会对中国公司的外国供应商实施管制。
最后，华盛顿越来越不得不面对美国技术领导者对美国继续加强管制的强烈反对。例如，截至夏末，美国工具制造商对美国出口管制对其产业造成的损害以及对中国半导体产业创新的巨大推动越来越表示担忧。例如，美国半导体行业的一些人认为，日本和荷兰政府在保护本国领先技术公司的利益方面要比美国商务部做得更好。他们指出，这些管控的成本不断上升，附带损害不断增加，并质疑美国的全面管控是否达到了明确的国家安全目标[25]。在8月写给美国商务部的一封信中，几位美国法律界人士批评了出口管制，称其令一些美国工具制造商陷入了 “死亡漩涡”[26]。美国工具制造商继续获得许可证，以支持在中国的一些设施，包括据称由华为支持的设施，但由于规则的扩大，数量已逐渐减少[27]。
华为的重要性
新规定对据称与华为有关联的公司的谨慎打击，反映出美国商务部越来越意识到这家科技企业集团在中国半导体产业中的作用。在上一篇文章中，我曾猜测中国政府可能已责成一家大型国有企业负责协调更广泛的半导体制造创新工作。现在看来，中国政府已选择了一家大型企业来担任这一角色：科技企业集团华为。华为新近的突出表现似乎表明，中国工业和信息化部与强大的国家发展和改革委员会之间的争论已经朝着有利于后者的方向发展。发改委认为应放手让华为帮助推动行业创新，这一观点似乎已战胜了工信部将国家集成电路产业投资基金（“大基金”）作为行业优先事项主要推动力的倾向[28]。这种复杂的官僚互动将产生意外和波折，尤其是因为，正如一位观察家所说，“发改委基本上给了华为一张空白支票”[29]。
甚至在2020-21年大基金崩溃之前，在国家发改委内部就如何重组半导体行业监管进行辩论之前，华为似乎已经制定了一项计划，推动整个行业供应链更加独立于美国。2020年8月，美国商务部对华为全面实施了对外国直接产品规则，迫使全球晶圆代工龙头台积电等主要合作伙伴与华为断绝关系时，华为成立了一家名为 “华为精密制造 ”的公司[30]。华为精密制造的全部业务范围尚不清楚，但其似乎专注于半导体制造技术。
华为已全面展示了满足其半导体需求的全面和不断发展的方法，这些努力可能正在得到回报。2020 年8月之后，华为开始投资多家半导体前端制造公司及其供应链中的其他公司。据业内人士透露，该公司还发起了一项新的努力，瞄准并招募半导体设备团队，同时也开始寻找并收购封装和测试设施。与此同时，该公司还利用内部专业技术，精密制造华为产品更完整系统集成所需的整体组件和大型模块。一个显著的成果是，华为很可能能够封装其新型Pura70智能手机使用的长江存储制造的内存[31]。
华为似乎正在整个半导体行业的供应链中开展多项并行工作，并与所有主要参与者合作推进所谓的 “塔山计划”。该公司的芯片设计部门海思对这一努力至关重要，它将继续与美国电子设计自动化工具合作，但越来越有能力设计出美国技术，甚至可能是领先的主要知识产权持有者Arm的芯片设计。虽然华为持有ARM v9的许可证，但硅谷海思很可能会转向设计更多基于RISC-V的半导体，这些半导体不含ARM知识产权[32]。
图形处理器： 中美科技竞争的新焦点
对于华为和中国的产业规划者来说，先进半导体 -- 特别是用于训练人工智能模型和加速高性能计算的图形处理器 --是中国必须能够在国内生产的重要技术之一。
当然，减缓中国公司设计和训练所谓前沿人工智能模型的能力是美国出口管制的一个核心理由。因此，在过去的一年里，增强国内设计先进图形处理器的能力变得更加迫切。正如我在上一篇文章中所讨论的，中国的图形处理器情况十分复杂。除了华为等国内供应商和资金雄厚的初创公司（如 壁仞科技、摩尔线程 和云燧科技）外，中国企业还能持续获得性能卓越的英伟达图形处理器库存。除了这些资源外，还有新的图形处理器获取途径，包括努力将他们的图形处理器转移给中国终端用户，以及中国公司越来越多地使用超大规模 “基础设施即服务”提供商和租用图形处理器的小型云服务[33]。
现在有四家公司在争夺中国领先的图形处理器制造商： 华为、壁仞科技、摩尔芯线和云燧科技[34]。这些公司不太可能拥有足够多的经验丰富的高管和工程师来开发出切实可行的、可扩展的英伟达生态系统替代方案[34]。人力资本是软件开发生态系统的必要条件，也是提高图形处理器利用率的关键。
对于中国的图形处理器竞争者来说，培养整体生态系统、开发者工具和不断发展的能力将是决定性的。在这方面，华为拥有众多优势，并正试图围绕其包括 Maleon图形处理器在内的升腾系列数据中心处理器建立一个软件生态系统。华为已经在另一个领域成功地做到了这一点；在美国于2019年切断华为对关键安卓服务的访问权限后，华为从零开始构建了自己的鸿蒙操作系统。然而，现有的 图形处理器软件支持生态系统在英伟达周围要根深蒂固得多，其次是超威半导体公司。此外，考虑到美国的出口管制限制了中芯国际生产先进半导体的能力，华为在生产足够数量的先进图形处理器（如升腾910C数据中心芯片的一部分）和继续提高硬件性能方面面临重大挑战[35]。华为还面临着招聘足够的软件工程师以快速提升软件支持学习曲线的挑战，尤其是在人工智能和机器学习环境中的硬件加速方面，而英伟达的统一计算架构CUDA在该环境中占据主导地位已有一段时间。
壁仞科技等中国图形处理器设计初创企业面临着与华为类似的挑战。壁仞科技和其他图形处理器初创公司的员工都是来自英伟达、超威半导体和其他西方领先半导体公司的经验丰富的业内人士，但他们缺乏华为那样的资金实力[36]。中国的图形处理器设计公司目前大多无法使用台积电来制造其设计；沐曦科技和云燧科技等一些公司选择了降低性能，以继续使用全球代工龙头台积电[37]。中国最大的代工厂必须将其有限的先进节点生产资源分配给华为、图形处理器初创公司和其他许多已经或可能无法使用外国代工厂来生产其先进设计的中国设计公司。
所有主要参与者还将寻找其他方法来提升硬件性能。选项包括图形处理器到图形处理器通信和更多地使用高带宽内存等技术；其中一些可能（例如高带宽内存）已经受到美国出口管制的进一步压力[38]。
中国政府尚未认证国产图形处理器，部分原因是有些图形处理器是基于获得许可的外国技术。与此同时，北京方面口头命令数据中心公司优先从国内供应商处购买图形处理器，进一步激励整个图形处理器供应链继续扩张和创新。2024年9月下旬，更加明显的是，中国负责产业政策要素的政府部门正在向国内公司发布非官方指导意见，避免从英伟达购买更多的H20图形处理器[39]。
过去六个月，利用多家国内企业图形处理器的新型AI云平台不断涌现。例如，11月，壁仞科技宣布正在与腾讯支持的无问芯穹公司合作，研究如何提高其图形处理器的训练性能。无问芯穹通过其 Infini AI平台提供一系列云计算服务，这些服务运行在西方供应商英伟达和超威的硬件上，包括美国出口管制限制的图形处理器如RTX 4090、A100 和改进的A800，以及壁仞科技、华为、寒武纪、天数智芯和摩尔线程等国内领先企业[40]。稀宇极智和智普AI等中国领先的AI初创公司已经利用了无问芯穹的服务，而中国的主要云提供商和电信公司也提供类似的服务。
截至2024年底，中国国内外都在努力通过各种方法从英伟达和超威获取受限的图形处理器。多家媒体的调查突显了这一趋势。从中国境外转移到中国最终用户的英伟达图形处理器数量似乎很少，不太可能满足对数以万计的图形处理器进行可靠访问以进行AI模型训练的基本需求[41]。此外，美国官员在2024年底一直在努力制定一项政策，以防止先进的图形处理器被转移到中国或被中国研究人员在其他具有战略意义的AI数据中心开发地区（如中东）使用[42]。
事实上，图形处理器问题揭示了新兴政策重点与半导体制造业、数据中心建设和软件开发生态系统之间千丝万缕的联系。例如，中国的图形处理器问题不应被视为单个公司的问题，而应被视为扩大国家计算能力的更广泛努力的一部分。北京已经概述了通过国家统一计算能力网络 (nucpn)大幅扩展国家计算基础设施的计划，包括针对AI应用优化的基础设施。这个由政府支持的大型项目由国家发改委监督，于2022年启动[43]。
北京希望，国家计算网络将使中国能够汇集全国各地的计算资源，将计算能力分布到最需要的地方，就像电网一样。这样一来，该项目将利用中国的优势，通过规模和中央计划来弥补技术上的弱点。与中国政府的其他大型项目一样，国家计算网络也有远大的目标。许多此类项目都远远没有达到既定目标。然而，即使是宏大的国家技术计划，也会影响省级和地方政策层面的投资重点，并最终影响中国企业的投资决策。
国家统一计算能力网络项目仍处于早期阶段，其目标非常宏伟。到 2025年，国家发改委希望指定的“国家枢纽节点区域”的计算能力将占全国新增计算能力的60%。该计划预计到2025年，总计算能力将超过300百亿亿次浮点运算，其中35%基于图形处理器；全国数据存储容量将超过1800百亿亿字节，其中30%构成高级存储。一些研究表明，截至2023年底，中国的总计算能力(MIIT)为230百亿亿次浮点运算[44]。因此，如果工信部计划在2025年实现全国计算能力达到300百亿亿次浮点运算，那么这将比工信部估计的 2022年中期水平翻一番。华为等一些中国公司甚至提出了更为雄心勃勃的长期国家目标。
2024年底的报道显示，一些主要的数据中心参与者已经建立了仅使用国产硬件运行的设施，可能是 国家统一计算能力网络的一部分。9月，电信运营商和数据中心巨头中国电信旗下的一个部门声称，它已经使用国产半导体训练了两个法学硕士，包括一个具有一万亿个参数的模型[45]。中国电信人工智能研究所在微信上的一份声明中声称，这一努力“表明中国真正实现了国内法学硕士培训的完全自给自足” 目前尚不清楚训练使用了哪些处理器和图形处理器，但很可能是华为升腾图形处理器和鲲鹏处理器或其他国产CPU的组合。中国电信此前承认使用华为硬件。与阿里巴巴、百度和字节跳动等大型科技平台可用的类似集群相比，中国电信用于训练模型的集群规模很难确定。目前还不清楚训练模型需要多长时间，因为具有尖端硬件的一万亿参数模型可能需要两到三个月的时间，具体取决于训练设置和模型架构[46]。
系统集成：工具制造商和晶圆厂
华为和其他中国图形处理器开发商能否克服某些硬件限制并生产出可用于AI数据中心集群以训练高级模型的处理器，最终取决于能否获得先进的工具。先进光刻技术是中国工具制造领域的一个空白，并且将继续存在。中国光刻技术领导者上海微电子在开发更先进的浸没式光刻系统方面进展缓慢；其能力远远落后于全球领导者阿斯麦和日本公司佳能和尼康等行业主要参与者。
光刻技术体现了先进半导体制造的深层复杂性。光刻工具制造商必须掌握一套先进技术：光源（通常是激光）；光学系统（用于聚焦激光）；对准系统（用于确保曝光的准确性）；光刻胶（暴露在光线下的材料）；以及光掩模（包含要在半导体晶圆上创建的电路元件的图案）。通常，光刻工具制造商充当系统集成商；该公司必须集成光学、光源和对准系统（这些都是外包的），此外还要与第三方合作获取光刻胶。创建光掩模需要光刻系统制造商之间的合作（制定设备规格），以及前端制造商的工艺开发（与光刻制造商合作优化工艺并为生产最终光掩模的公司准备设计）。
不幸的是，很难评估这些先进光刻技术关键领域的进展水平，以及华为和海思半导体发挥的主导作用程度。毫无疑问，华为已经取得了一些进展。显然，作为其“塔山计划”的一部分，华为通过与上海集成电路研发中心 (ICRD) 和包括上海微电子在内的国内工具制造商合作，建立了自己的实验制造厂。这座工厂可能已经投入运营至少两年了[47]。
正如我之前提到的，中国前沿制造商解决先进光刻问题的方法有几种。只要服务和备件允许，制造商将继续使用阿斯麦的先进深紫外 (DUV) 工具。2023年10月和2024年底美国实施的新出口管制限制了工具的销售，这进一步加剧了这种情况。目前尚不清楚荷兰政府将如何与阿斯麦合作，对阿斯麦在中国现有的深紫外工具安装基地实施任何新的控制，特别是在中芯国际和相关设施，包括任何涉及华为关联人员和研发工作的地方。这引发了许多问题，例如覆盖阈值以及阿斯麦如何处理其在中国目前受限制的设施（包括中芯国际）现有工具的软件更新[48]。
与此同时，越来越明显的是，中芯国际无法利用其现有的DUV工具实现所谓的3纳米工艺。大多数行业观察家都认为5纳米是极限。中芯国际所谓的N+3工艺可以让该公司达到接近台积电N6或三星5纳米工艺的密度水平。在最好的情况下，工艺技术的另一次迭代可能意味着实现一个仅比台积电N5工艺略差的节点[49]。
过去一年，关于华为与中芯国际和深圳新凯来技术合作的报道很多，包括利用DUV实现3纳米级节点的四重图案化 (SAQP)[50][51]。华为和中芯国际已获得SAQP和其他SAxP方法的专利，新凯来公司也是如此[52]。但业内专家对其能否利用基于DUV的SAQP实现3纳米级节点表示怀疑。一位关系良好的业内观察人士在11月指出，“在与一家为中国半导体行业提供材料的公司讨论时，他解释说，完全采用SAQP确实非常困难，中芯国际仍未完全掌握这一工艺”[53]，故从7纳米级节点生产能力转向5纳米级节点生产非常困难。业内专家认为，通过这条途径实现3纳米级节点生产的可能性不大，而且在实现这一目标之前，转向EUV的努力可能会取得成功。
显然，华为正与中芯国际和新凯来科技等合作伙伴合作，研发利用现有DUV系统实现更先进节点的方法。但媒体对这个问题的报道往往具有误导性，因为这些公司涌入的领域超出了台积电和英特尔等其他公司为避免使用EUV系统而试图扩大DUV系统的使用所做的努力。很难确定这些技术会取得多大成功，商业产量会是多少[54]。 不过，这种方法确实为华为和中芯国际提供了一条前进的道路，他们可能会付出巨大努力，试图利用现有专利和其他行业专业知识来实现??这一目标。新凯来科技将成为美国将于12月中旬发布的最新一轮出口管制的目标。2024年底，华为创始人任正非承认，该公司面临着一条充满挑战的道路：“美国的技术和工具非常好……但华为不能使用它们；我们别无选择，只能创造自己的工具。开放式创新，借鉴他人的先进成果，才是企业发展的正确方向”。任正非的言论表明，华为有意利用现有的一系列技术和专利去达到目的[55]。
获得先进光刻技术的希望——类似于极紫外光刻(EUV)技术的能力，这是阿斯麦的独有技术——现在似乎牢牢掌握在华为手中。华为主导的努力是一项长期战略，其他参与者也参与其中。例如，9月，国内光刻机领导者上海微电子发布了一项与EUV相关的2023年专利，这表明上海微电子已加强与EUV相关的研发。华为可能会领导和协调整体工作[56]。华为还可能试图从阿斯麦的一些供应商那里招募在对EUV至关重要的关键子领域具有专业知识的工程师。
其他主要参与者则专注于先进光刻工艺的其他组成部分。2024年9月，工信部发布了一份重要报告，重点介绍了涉及其他关键工艺领域的技术，但并未提及公司，例如湿法清洗、光刻胶涂覆机、离子注入和等离子蚀刻[57]。下表列出了工信部报告中隐含提到的几家公司。
光刻胶涂层机 -- 北京维科泰克科技有限公司
射频光刻机 -- 上海微电子
氟化氩光刻机 -- 上海微电子
高能离子注入机 -- 中微半导体,中国电子科技集团有限公司
低能离子注入机 -- 中微半导体,中国电子科技集团有限公司
等离子蚀刻机 -- 北方华创
特殊金属膜层蚀刻机 -- 北方华创
鉴于所有这些领域的技术进步话题都很敏感，工信部报告中似乎不太可能包括华为在中国各地的工厂以及使用国产工具的试验生产线的先进工厂中开展的任何工作。
除了先进的光刻技术，中国国内的工具制造商都在努力改进其工具产品，并试图在自给自足与保持与全球半导体行业的联系之间取得平衡。2024年8月，中国领先的工具制造商的高级官员指出，随着先进光刻技术的作用发生变化，蚀刻、薄膜和其他设备的重要性日益增加[58]。
盘点中国国内半导体行业
正如2024年底中国半导体行业的情况一样复杂，评估从现在到2025年及以后的情况也同样复杂。在行业层面，尽管华为麒麟系列智能手机备受关注，但情况远比任何一家公司的表现所显示的要复杂得多。在中国科技领域，焦点已经远远超出了实现半导体节点的更小尺寸。目前，关于系统工程层面的争论更为广泛，包括芯片设计、设备集成和使用新的先进内存源。除了半导体制造业，还有其他更大的问题在起作用。其中包括需要一个支持性的开发生态系统，以及努力利用硅光子学、软件定义硬件和先进封装方法等新技术。或许更重要的是国家政策层面，北京已经采用了新的产业供应链组织和“国家计算”战略。
观察人士仍难以看透新技术的炒作。例如，10月份，有另一则报道说中国在硅光子学方面取得了突破，这是一项重要的新兴技术，但很可能在2030年之前不会改变游戏规则。然而，这项技术已经用于提高数据中心的传输速率，华为正在探索在这些环境中的更广泛用途[59]。
通过查看智能手机硬件和先进的图形处理器，我们可以了解未来的发展方向。现在，我们可以比较基于麒麟芯片的两代智能手机的设计：Mate 60 和 Pura 70。2023年8月发布的 Mate 60 智能手机的设计包括多项系统工程级别的改进，例如电源，这有助于消除使用工艺节点水平低于其他国际市场领导者的一些缺点。与Mate 60相比，Pura p70使用美国技术的程度要小得多。在P70手机的某些版本中，估计中国采购零件的比例为90%[60]。尽管关于拆解以及如何估计对外国零部件来源的总依赖存在一些争议，但趋势表明工程师打算设计100%使用中国零部件的手机。
设计替代国外组件和技术仍将是一个复杂且不断发展的过程。核心的“系统芯片”（系统芯片）在P70 中略有改进。但存储器半导体可能是过去两年及未来中国本土企业取得进步的最重要领域。行业报告显示，长江存储提供了P70 中的NAND闪存，可能是由华为封装的[61]。相比之下，早期 Mate 60 中的 NAND 存储器可能是由韩国公司海力士制造的，并且来自2020-21年的库存[62]。如果这是真的，那么对华为和长江存储来说，这是一个重大的进步，但华为在为其智能手机和其他先进消费产品获取先进动态随机存取存储器方面仍面临挑战。
获得有关长江存储等实体名单上公司的进展的准确信息仍然很困难，因为这些公司并不急于宣传新的突破。一些行业观察人士认为，长鑫存储生产的LPDDR5 DRAM在一段时间内足以满足 Mate 系列智能手机的需求[63]。在长江存储2022年12月被列入实体名单后，该公司启动了一系列代号为“武当山”的项目，旨在迭代技术进步，将美国工具制造商从生产线中移除，并最终完全转向国产设备[64]。长江存储一直与国内公司北方华创密切合作，以取代美国工具制造商，如泛林集团和应用材料公司[65]。尽管该行业目前处于高度动态的境地，但未来六到十二个月可以确定一些趋势。
首先，中芯国际可能会与华为和海思合作，试图提高5-6纳米节点的产量，并将生产能力提高到一定水平，使其能够为华为和其他中国顶级人工智能公司提供足够的人工智能和服务器芯片半导体。这几乎肯定是近期目标。2024年9月下旬，《南华早报》报道称，华为已经向一些中国主要科技公司提供了升腾 910C的样品[66]。使这一问题复杂化的是华为鲲鹏服务器芯片和麒麟芯片的竞争需求，它们几乎肯定与升腾系列的产量不同，而且很可能在中芯国际和微芯科技的不同工艺线上生产。因此，挑战在于让华为能够在更长的时间内（比如两到三年）继续生产具有竞争力的系统级芯片手机。
围绕中芯国际先进半导体产量的讨论中，美国商务部不断向美国、荷兰和日本的工具制造商施压，要求他们限制对中芯国际最先进生产设施中其工具的支持。据一些报道，去年夏天，这些工具出现的问题可能导致华为910B芯片的生产放缓[67]。这种情况可能会因备件供应情况和技术人员维持工具运转的能力而大幅波动。虽然一些报道称，去年夏天升腾910B芯片的产量只有20%，但截至10月，这一表现可能已提高到40%左右，使升腾系列芯片的总产能翻一番，达到每年约100万片[68]。
其次，华为可能有自己的备用策略，用于不断改进与智能手机、服务器和图形处理器专用集成电路相关的 系统芯片 和集成系统。一个关键指标将是新麒麟 9100系统芯片的规格：业内消息人士表示，其CPU并未显着改善，但Maleon图形处理器和功耗已得到重大改进。取得进展的关键可能是获得一些早期的高宽带内存，截至2024年10月，这些高宽带内存尚未受到出口到中国的管制。在美国可能于2024年12月中旬对高宽带内存实施管制之前，包括华为和百度在内的中国公司一直在从三星囤积高宽带内存[69]。由于华为自2020-21年以来一直维持的DRAM库存已用于先进的智能手机设计，同时等待国内替代品，高宽带内存库存可能足以满足华为等国内图形处理器制造商一段时间的需求。然而，目前尚不清楚更先进的高宽带内存的国内来源将从何而来。尽管如此，中芯国际和华为与国内外各种工具制造商的合作，在设计和生产流程中不断迭代，是一种不可替代的工程经验，可以开发出无法通过其他方式获得的能力，帮助所有参与其中的人攀登学习曲线。
关于将现有浸没式DUV工具的功能扩展到5纳米节点以下的努力是否成功，以及华为和其他公司开发先进EUV级光刻技术和相关供应链的现实时间表，仍存在许多疑问。这个时间最终将取决于两种最有可能的技术方法中的哪一种会成功。
主要方法似乎是使用激光等离子体(LPP)作为光源。行业观察人士认为，该技术的原型已经生产出来，正在未知地点进行测试。这个EUV项目可能会让华为获得光源和其他组件的使用权，之后它可能会于明年开始开发整个系统，可能在上海的主要新研发园区，靠近其设计和制造合作伙伴，如上海微电子和中芯国际。
华为可能的目标是分阶段推出该功能，以促进工程学习过程并确保大批量生产 (HVM) 的可行性。第一阶段将以5纳米节点的先前经验为基础，旨在不依赖多重图案化生产5纳米半导体。如果系统的各个要素在2026年组装完成，那么风险生产就可以在那一年开始，到2027年，我们可以期待看到华为Mate系列智能手机等商用设备的大批量生产。一些业内人士认为，在2025年获得官方批准之前，这一过程已经足够进行风险生产。所有这些判断都应该谨慎考虑，因为很难从外部评估各种不同的发展路径对于瓶颈技术的突破来说有多远。
正如我在上一篇文章中提到的那样，EUV的第二种更具实验性的方法是稳态微聚束 (SSMB)。目前，中央政府似乎最近才为这种完全不同的光源方法提供了更多资源。这表明，任何基于稳态微聚束的系统直到本世纪末才会变得可行。虽然激光产生的等离子体方法基本上重复了阿斯麦所走的路，但像稳态微聚束这样新的、未经证实的方法还需要在相关技术方面取得更多突破，包括掩模、曝光成像、反射器、光刻胶等。
无论采用哪种方法，华为获得EUV的努力都将受益于与业内合作伙伴的密切合作。中芯国际和华为以及北方华创、中微半导体等主要工具制造商的团队可能会让他们的顶尖工程师在上海的新华为园区共同开发一种可能同时利用激光产生的等离子体和实验光刻技术的工艺[70]。使用EUV系统以及其他工具和关键材料，从试验线到以足够的产量实现大批量生产至少需要一年时间。与使用浸没式 DUV进行多重图案化等技术相比，启动和运行EUV系统在产量和产量方面的潜在收益非常高，因此他们可能会不遗余力地进行尝试。一旦试验生产线全面投入运营，整个工作将在中芯国际的工厂扩大规模，该工厂可能是微芯科技旗下位于上海的先进晶圆厂之一[71]。
展望 2025
2025年，华为、长江存储、长鑫存储、中芯国际和业内其他企业将面临巨大挑战。然而，行业发展已经超出了观察者使用长期技术参数来简单比较技术能力的水平。高宽带内存和先进封装等关键技术，加上系统工程、先进AI辅助半导体设计的发展以及图形处理器等先进芯片互连的新方法，重新定义了行业基准。如果不考虑支持软件生态系统、连接和驱动数万个图形处理器的新方法以及大语言模型不断变化的设计和训练方法等因素，简单地比较原始计算能力将越来越没有用。
观察者需要从不同的角度来衡量中国企业相对于全球领先优势的地位[72]。这个角度必须包括我在这里试图定义的所有四个层次：半导体产业本身、系统工程、支持生态系统和国家政策。
一些经验丰富的中国半导体行业官员试图降低实现先进节点工艺能力的努力，称这是一种风险，即中国企业会陷入“路径依赖”，成为进一步创新的障碍。行业资深人士、中国半导体行业协会集成电路分会会长、中国集成电路创新联盟副理事长兼秘书长叶甜春在2024年5月下旬于广州举行的中国第二十六届集成电路制造年会和供应链创新论坛上发表了一次细致入微的演讲，提出了这个问题。叶指出，“外部压力（即美国出口管制）将迫使中国集成电路行业比全球半导体行业有超前七到八年的创新”[73]。叶表示，这种前瞻性规划是必要的，以避免中国企业主要关注沿着与其他行业类似的发展道路追赶。叶特别指出，中国企业需要改善3D系统封装与产品设计架构创新之间的联系。在演讲中，叶培建还指出，全球逻辑器件架构正在从FinFET转向环栅技术(GAA)[74]。中国企业在转向全环绕栅极架构技术架构时将面临挑战，因为美国最终在2024年8月实施了多边管制，限制 GAA技术向中国的出口[75]。叶先生是顶级行业领袖之一，他为国家发改委等政府机构提供有关中国半导体产业现状的建议，并规划中国迈向并超越当前“瓶颈”技术的道路。
随着出口管制措施的影响不断扩大，并影响到中国国内半导体制造供应链的更多环节，中芯国际、长江存储和长鑫存储等中国公司在逻辑 (NAND)和内存(DRAM)芯片制造方面取得进展的需求面临重大挑战。在某种程度上，囤积策略会失去作用，需要采取新方法，否则智能手机、高级 图形处理器和集群等复杂成品系统的性能将大幅下降。对于2025年设计先进系统的中国公司来说，获得高宽带内存和其他先进内存将成为关键领域。
美国对内存的出口管制在国内仍存在争议。大多数美国业内人士仍声称，他们认为美国政府将内存纳入2022年10月限制计划的理由不充分，因为其他逻辑控制措施限制了性能前沿的进步[76]。截至2024年底，在不违反美国出口管制的情况下，别说更高级的HBM2E，中国国内DRAM领导者长鑫存储似乎还远没有能力成功地研发出高级的高宽带内存（HBM）[77]。长鑫存储能否继续在美国出口管制下的同时去进行先进的高宽带内存领域的研发仍不清楚。鉴于高宽带内存也是一种先进的封装技术，包括华为和封装领导者长电科技在内的其他中国公司也可能参与开发对高宽带内存的改进[78]。无法持续??获得新一代高宽带内存将继续限制升腾900处理器的性能。
尽管有人担心华为的主导地位，但华为仍将在中国半导体行业保持领先地位。如上所述，华为在半导体行业的领导地位是2024年中国科技领域最明显、最值得注意的发展之一。10月份该公司在莲丘湖开设了综合大楼，其建筑面积几乎是谷歌位于加州山景城总部的10倍[79]。此外，上海和长江三角洲已成为中国半导体行业的中心，该行业约60%的产能都位于这里，现在华为的新园区已成为其支柱[80]。即便如此，截至2024年底，中国技术、学术和研究领域的某些圈子已经对华为在该领域占据如此大主导地位的后果表示担忧。著名计算机科学家孙宁辉就华为在多个技术领域的主导地位发表了看法[81]。另一位未透露姓名的行业专家表示，过度依赖一家公司不利于健康创新生态系统的发展，尤其是考虑到深圳企业集团在政府采购和其他方面享有优惠待遇。中国半导体行业的其他人士认为，这些批评者过分强调了华为的作用，让华为这样的公司占据主导地位将有助于中国克服西方通过出口管制和投资限制施加的压力[82]。
2024年10月，台湾互联网数据资讯网基于对包含华为升腾910B服务器半导体的系统进行技术拆解，认为910B是在台积电生产的，这在业界引起了不小的反响。一家与加密货币亿万富翁有关联的第三方公司算能 Sophgo Technologies似乎充当了中间人，利用台积电的代工服务为华为制造半导体[83]。两家公司均否认了这一点。这一问题凸显了美国出口管制如何使台积电陷入非常尴尬的境地，该公司被允许与一些中国公司合作，但不允许与其他公司合作。这些指导方针很模糊，让台积电不得不解决不属于该公司正常能力范围的复杂问题[84]。一方面，与不在商务实体名单上的中国智能设备制造商小米合作，使台积电能够为消费手机制造3纳米节点的系统芯片，但台积电无法为华为或代表华为做同样的事情。
对于图形处理器，情况就复杂得多。2022年10月和2023年10月管制中不断变化的性能阈值要求像台积电这样的公司在制造产品之前就确定如何确定设计的性能是否超过阈值。鉴于加密半导体之间的设计相似性，不属于商务规则中的性能阈值，台积电可能无法确定910B中使用的设计是否超过了 图形处理器阈值或是否“代表华为”制造。台积电如何知道这一点仍不清楚。这个故事的细节仍然模糊不清，作者和其他行业专家仍然怀疑华为能否从台积电制造的半导体中学到一些对其与中芯国际的合作有用的东西，正如一些人所说的那样[85]。毕竟，在2020年9月最终生效的外国直接产品规则之前，华为就与台积电密切合作。
11月初，一个重大进展是，台积电似乎已向中国客户发出信函，表示将暂停为他们生产7纳米或更小节点的人工智能半导体[86]。此举可能会影响比之前一些基于绩效的限制所涵盖的更广泛的客户，影响阿里巴巴、百度和其他中国公司。此举几乎肯定是美国商务部施压的结果，并进一步推动台积电成为美国出口管制政策的一个分支。这也增加了美国、中国和台湾之间复杂关系的地缘政治风险[87]。
无论是在系统工程还是软件层面，华为及其合作伙伴都面临着巨大的挑战；外部观察者很难判断他们的实际能力。实现先进半导体制造的目标将取决于华为能否召集一个企业联盟，真正推动与EUV 光刻技术相当的技术的商业应用。同样，很难预测支持先进AI模型训练和其他新兴应用的软件开发商何时会形成一个与目前由英伟达主导的西方同行相当的生态系统。
华为最近刚刚培育出一个独立的软件生态系统。6月，华为发布了新版鸿蒙操作系统，该系统不向后兼容安卓系统。尽管据报道约有5000家公司同意采用新版鸿蒙操作系统，华为应用商店中已有 1500个应用程序，但一些批评人士指出，主要应用程序尚未上线应用商店，许多应用程序被指定为演示版本[88]。考虑到新操作系统所代表的重大变化，他们的批评似乎为时过早；总体而言，鸿蒙操作系统似乎将受到中国开发者更广泛的欢迎。然而，困难在于推动运行鸿蒙操作系统的设备在国外市场的采用，该公司之前推出的搭载安卓系统的智能手机在国外市场非常受欢迎。
围绕图形处理器等先进计算硬件开发强大的软件支持生态系统（如鸿蒙操作系统）对华为来说是一项艰巨的任务。截至2024年夏季，中国的主要开发商越来越多地将AI模型的开发转移到英伟达AI 生态系统之外[89]。中国开发商习惯于使用英伟达的统一计算架构等外国支持软件和 Pytorch和 Tensorflow等西方AI开发框架。让整个中国大型语言模型开发环境切换到华为的硬件和软件生态系统对公司和开发商来说都是一项挑战。考虑到美国出口管制的一个明确目的，中国公司和研究人员与全球AI发展的隔绝程度并不像人们想象的那么高。他们仍然可以从西方公司获得越来越强大的开源模型，并且仍然可以参加国际AI研究会议。此外，他们拥有计算基础设施人员，他们完全有能力使用各种可用的硬件和软件功能设计先进的训练系统。
在国家政策层面，即整个半导体和支持行业重组的背景之下，2025年，围绕华为和不同类型的政府支持，特别是加强研发和建立“国家计算”，重组该行业的进程将加快。随着国家级数据中心的功能越来越强大，它们将被中小型公司甚至大型企业所利用。
国家政策的意识形态层面将在2025年推动进一步变革。从习近平等中国高层领导人以及中国科技领导人的言论中，我们可以看到前进方向的线索。例如，2023年7月，中科院院长侯建国雄辩地阐述了中国面临的挑战，呼吁“加快夺取一批科技制高点，有力保障国家发展和安全”[90]。侯建国的声明表明，中国官员现在认为，中国公司在战略技术领域赶上西方同行是不够的；相反，他们必须取得一定程度的主导地位，以避开未来的技术瓶颈。当然，这与普遍的观点一致，即北京拼命寻求避免经济依赖和包围，中国领导人认为这对他们的经济目标是致命的。
到2025年底，我们应该能够更好地确定中国半导体行业的近期和中期前景，以缩小一些技术差距并克服一些已确定的技术瓶颈。观察人士还将关注该行业是否能够利用足够广泛和新颖的国内创新，使其能够与一些规模和复杂程度相似的西方系统相媲美。鉴于美国及其盟友实施的严格控制以及未来技术路线图的复杂性，中国半导体行业似乎不太可能“赶上”世界其他地区。但是，在2023年，美国政府中没有人认为华为和中芯国际能够像Mate 60那样生产基于7纳米系统芯片的智能手机。明年，华为和中国半导体行业可能会再次震惊世界。
