ASML EUV光刻机准备卖给我们了 打破《瓦森纳协定》的封锁还需大家的努力

 ASML EUV光刻机准备卖给我们了 打破《瓦森纳协定》的封锁还需大家的努力

最近看到报道,说是ASML最先进的EUV光刻系统准备卖给中国了,老wu万分激动。作为一枚IT攻城狮,老wu深知光刻机对半导体产业的重要性。咋们国内能够设计IC的公司很多,比如海思半导体ARM Cortex-A架构的麒麟系列 SoC,龙芯自主研发的MIPS架构的CPU,兆芯的X86架构CPU,瑞芯微,全志,展讯,大唐,中星微, 华大半导体等等IC设计公司一大把.

不论是完全自主可控的CPU还是采用ARM授权然后自行设计的CPU,在国家层面通过巨量资金等手段予扶持IC产业的浪潮下,国内目前能够自行设计IC的半导体公司还是蛮多的,但他们都有一个特点,都是无晶圆厂模式的IC设计公司(fabless semiconductor company),什么意思?无晶圆厂模式,指那些仅从事晶圆,既芯片的设计、研发、应用和销售,而将晶圆制造外包给专业的晶圆代工厂的半导体公司。

由于摩尔定律的关系,半导体芯片的设计和制作越来越复杂,花费越来越高,单独一家半导体公司往往无法负担从上游到下游的高额研发与制作费用。由于半导体器件制造耗资极高,将集成电路产业的设计和制造两大部分分开,使得无厂半导体公司可以将精力和成本集中在市场研究和电路设计上。而专门从事晶圆代工的公司则可以同时为多家无厂半导体公司提供服务,尽可能提高其生产线的利用率,并将资本与营运投注在昂贵的晶圆厂。“无厂半导体公司-晶圆代工模式”的概念最初是由Xilinx的伯尼·冯德施密特(Bernie V. Vonderschmitt)和C&T的戈登·A.坎贝尔(Gordon A. Campbell)所提出。

与“无厂半导体公司-晶圆代工模式”相对的半导体设计制造模式为“垂直整合模式”(英语:IDM, integrated design and manufacture),即一个公司包办从设计、制造到销售的全部流程,需要雄厚的运营资本才能支撑此营运模式,如英特尔。另一方面,三星电子虽然具有晶圆厂,能制造自己设计的芯片,但因为建厂成本太高,它同时也给苹果公司为iPhone、iPad设计的处理器提供代工服务;只负责设计电路,不负责制造、销售的公司则称为IP核公司,如ARM。

就全球范围来说,目前有实力采用IDM(整合元件制造商) 模式的半导体领导厂商有Intel、三星、TI(德州仪器)、东芝、ST(意法半导体)、Nuvoton(新唐)等。

1987 年台湾积体电路公司(TSMC)成立以前,只有IDM 一种模式,此后,半导体产业的专业化分工成为一种趋势。出现“无厂半导体公司-晶圆代工模式”的根本原因是半导体制造业的规模经济性。现今IDM 厂商仍然占据主要地位,主要是因为IDM 企业具有资源的内部整合优势、技术优势以及较高的利润率。

之所以出现“无厂半导体公司-晶圆代工模式”,主要原因有两个:

首先,半导体制造业具有规模经济性特征,适合大规模生产。随着制造工艺的进步和晶圆尺寸的增大,单位面积上能够容纳的IC 数量剧增,成品率显著提高。企业扩大生产规模会降低单位产品的成本,提高企业竞争力。

其次半导体产业所需的投资十分巨大,沉没成本高。一般而言,一条8 英寸生产线需要8 亿美元投资,一条12 英寸生产线需要12~15 亿美元的投资,而且每年的运行保养、设备更新与新技术开发等成本占总投资的20%。这意味着除了少数实力强大的IDM厂商有能力扩张外,其他的厂商根本无力扩张。

正是在这样的背景下,张忠谋离开 TI(德州仪器),在台湾创立了TSMC,标志着“无厂半导体公司-晶圆代工模式”的形成。TSMC 只做晶圆代工(Foundry),不做设计。Foundry 的出现降低了IC 设计业的进入门槛,众多的中小型IC 设计厂商纷纷成立,绝大部分是无生产线的IC 设计公司(Fabless)。Fabless 与Foundry 的快速发展,促成垂直分工模式的繁荣。

IDM模式自然有其优势:从IC 设计到完成IC制造所需的时间较短,不需要进行硅验证(SiliconProven),不存在工艺流程对接问题,所以新产品从开发到面市的时间较短。IDM模式还有一个突出的优势便是不会受制于人,我们知道,目前IC制程工艺最先进的台积电,很多IC设计公司都找他来代工,像苹果、华为、高通、MTK等都找台积电代工。这时候台积电的产能问题将左右各大手机芯片厂商的出货量。为了处理器的性能和功耗,大家都在追逐最先进的IC制程工艺,在新的制程工艺成熟之前,肯定会遇到良率和产能问题,把产能优先保障给谁,这也算各大移动处理器互相PK的地方。

之前在朋友圈疯传的关于意法半导体缺货的传闻,说是意法半导体受晶圆厂产能问题,MCU全线缺货,ST马上就出来辟谣了,自信满满的说,咱也是自有晶圆厂的人,MCU的产能完全能够预估和控制,缺货是不存在的,?

所以,要实现CPU的完全自主可控,CPU的除了设计要掌握在自己人手中,CPU的制造也要掌握在自己人手中,像海思的麒麟SoC,为了跟高通、苹果、MTK等竞争,必须采用最先进的制程工艺,而国内的晶圆厂不给力,只能交由台积电代工,同时,海思也在积极协助中芯国际提供工艺制程能力。

所以,像龙芯的CPU,之前交由意法半导体代工,现在随着中芯国际工艺的提升,龙芯开始喊出“自主境内”,即CPU从设计到流片,完全在中国大陆完成。

那我们的半导体制造能力为何那么弱呢?台积电也是在1986年才创立的,起始于由台湾的工业技术研究院(工研院)与荷兰的飞利浦电子公司签约合资成立半导体制造公司,由当时工研院院长张忠谋带着一群以出身工研院为主的工程师一同筹办。而那时候,我们也已经改革开放了呀,我们也可以成立我们自己的半导体制造公司。

改革开放也快40年了,我们之所以追了那么多年,咱们的半导体制程工艺还落后世界顶尖制程工艺两到三代,原因很多,但老wu认为其中最重要的一条便是《瓦森纳协定》对我们的制约。

关于《瓦森纳协定》可能很多小伙伴们不是太清楚,维基中是这样解释的:

关于传统武器与军民两用货物与技术的出口控制的瓦瑟纳尔协议(英语:The Wassenaar Arrangement on Export Controls for Conventional Arms and Dual-Use Good and Technologies)是一项由40个国家签署,管制传统武器及军商两用货品出口的条约。

这个协议于1996年5月12日于荷兰瓦瑟纳尔由33个国家签署。协议经过多次修订,其中包括加入管制敏感性高科技输往朝鲜、伊拉克等国家的条文。中国和以色列不是缔约国,但仍受到缔约国向非缔约国出售限制货品或技术的报告审核限制。

《瓦森纳协定》的前身

二战结束以后,美苏两个阵型进入了冷战时期。由于当时在美帝及其同盟眼里,苏联及其盟国都是邪恶轴心。为了防止苏方阵型发展高端武器,在美国提议下,包括美国、英国、日本、法国、澳大利亚在内的十七个国家于1949年11月在巴黎成立了一个叫做巴黎统筹委员会(简称巴统)的组织。

这是二战以后是西方发达工业国家在国际贸易领域中纠集起来的一个非官方的国际机构,目的是是限制成员国向社会主义国家出口战略物资和高技术。列入禁运清单的有军事武器装备、尖端技术产品和稀有物资等三大类上万种产品。被巴统列为禁运对象的不仅有社会主义国家,还包括一些民族主义国家,总数共约30个。

其实在巴统建立初期,中国并不在其管制范围之内。但后来随着国内国共形势的突变,还有美国对日态度和亚洲形态的重新估量,最终在1952年将中国列入了管制的范畴。列入被限制的有军事武器装备、尖端技术产品和稀有物资等三大类共上万种产品。

巴黎统筹委员会于1994年3月31日正式宣布解散,它所制定的禁运物品列表后来被瓦森纳协定所继承。

《瓦森纳协定》,又称瓦森纳安排机制,全称为《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》,它是世界主要的工业设备和武器制造国在巴黎统筹委员会解散后于1996年成立的一个旨在控制常规武器和高新技术贸易的国际性组织。

《瓦森纳协定》拥有33个成员国,其中17个曾是“巴统”组织的成员国。一份是军民两用商品和技术清单,涵盖了先进材料、材料处理、电子器件、计算机、电信与信息安全、传感与激光、导航与航空电子仪器、船舶与海事设备、推进系统等9大类;另一份是军品清单,涵盖了各类武器弹药、设备及作战平台等共22类。目前,欧盟27个成员国中已有21个签署了《瓦森纳协定》。欧盟理事会还在2000年通过了《1334号法令》,将《瓦森纳协定》的机制贯彻到欧盟高科技出口贸易方面,欧盟《1334号法令》确定的控制出口清单同《瓦森纳协定》没有太多区别。1334号法令共8章22条,规定了出口控制的范围,主管部门,控制物项的变更、海关程序,行政合作和控制措施等。

规定附有两用品和技术清单,涉及核材 料、技术与设备;材料、化学品、“微生物和有毒物品”;材料处理;电子;计算机;电信和“信息安全”,传感和激光;导航与电子;船舶;推进系统、航天器及 其相关设备等共10大类。对于不在清单上的项目,如果被认为与核、生、化武器的生产、储存、试验、操作、维护等有关,或接受国正接受武器禁运,也必须取得授权。《瓦森纳协定》虽然允许成员国在自愿的基础上对各自的技术出口实施控制,但实际上成员国在重要的技术出口决策上受到美国的影响。中国、伊朗、利比亚等均在这个被限制的国家名单之中。《瓦森纳协议》严重影响着我国与其成员国之间开展的高技术国际合作。在中美高技术合作方面,美国总是从其全球安全战略考虑,并以出口限制政策为借口,严格限制高技术向我国出口。

中美两国虽然在能源、环境、可持续发展等领域科技合作比较活跃,但是在航空、航天、信息、生物技术等高技术领域几乎没有合作。中欧高技术合作受制于美国。由于美国是全球唯一的超级大国,欧盟及其成员国在各方面都会受制于美国,特别是在中欧高技术领域的合作,而《瓦森纳协议》正是欧美共同战略利益和政治理念的鲜明体现。2004年,捷克政府曾批准捷克武器出口公司向我国出售10部总价值为5570万美元的“维拉”雷达系统,但在美国的压力下,取消了这一合同。2006年,我国与意大利阿莱尼亚空间公司曾签署了发射意卫星的合作协议,但由于美国的干预,意方不惜经济和信誉损失而最终取消了合作协议。作为《瓦森纳协议》成员国之一的日本,出于政治和经济的需要,也一直对中日两国高技术合作与交流持消极、谨慎的态度。日本与我国的高技术合作项目很少,而影响力大的合作项目就更少。

半导体领域,受限于《瓦森纳协议》,从芯片设计、生产等多个领域,中国都不能获取到国外的最新科技。就拿晶圆代工来说,我国的中芯国际成功和IMEC合作实现14nm工艺,这已经将中国的晶圆代工工艺推向了一个全新的国际水平。而将时间推回到2011年,当时的全球半导体前15大设备供应商,他们当中全部都是受到瓦森纳协定限制的,这样中芯国际就买不到最先进的制造设备、这个名单上面的公司基本上都受到瓦森纳协议限制,中芯国际买不到最先进的制造设备,和比利时微电子研究中心(IMEC)的合作就是曲线救国的一种方式。IMEC先从ASML应用材料买设备,用完5年后符合瓦森纳协议要求就可以转卖给中芯国际,这就是中芯国际落后的根本原因--根本买不到新设备! Intel、三星、台积电2015年能买到ASML10 nm的光刻机。而大陆的中芯国际,2015年只能买到ASML2010年生产的32 nm的光刻机。5年时间对半导体来说,已经足够让市场更新换代3次了。

如果大陆能像台湾和韩国一样购买到最先进的半导体制造设备,追赶intel可能有难度,但快速拉近与台湾、韩国的半导体制造水平是有可能的。台积电2014年的研发经费,不到18亿美元。对比一下,华为2014年研发经费是400亿人民币,65亿美元,竟是台积电的三倍以上。除了不能买到最新的设备以外,受到瓦尔纳协定的影响,华裔工程师还不能进入到欧美等知名半导体公司的核心部门,防止技术泄露。

买不到顶尖的制造设备,没有顶尖的人才交流,以上种种制约,让我们半导体行业的前进步伐举步维艰。所以我国每年在小小的芯片上所花费的钱远远超过很多大宗商品,仅2016年1月至10月份期间,中国进口芯片一共花费了1.2万亿人民币,是原油进口的两倍之多。

这能兴建多少座晶圆厂,可以进口多少部先进的光刻机了?可惜受《瓦森纳协议》的现在,你有钱都买不到。

但即使以美帝为首的西方给我们加了重重的现在,也无法中国巨龙腾飞的部分,两弹一星我们成功了,光刻机也无法难倒我们。

随着国家“十二.五”对半导体行业扶持计划的全面启动,与微电子直接相关的01、02、03专项研究工作全面铺开。我国的相关科研院所开展了22nm、14nm、10nm纳米极大规模集成电路研究,与国际上同步开展纳米CMOS集成电路的研发工作。同时,国家科技重大专项支持了“极大规模集成电路制造装备及成套工艺研究”项目。

最近更是传来了“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家科技重大专项“极紫外光刻关键技术研究”项目顺利通过验收的好消息。极紫外(Extreme Ultraviolet,EUV)光刻是一种采用波长13.5nm极紫外光为工作波长的投影光刻技术,是传统光刻技术向更短波长的合理延伸。作为下一代光刻技术,被行业赋予拯救摩尔定律的使命。极紫外光刻光学技术代表了当前应用光学发展最高水平,作为前瞻性EUV光刻关键技术研究,国外同类技术封锁严重,技术难度大、瓶颈多。

美帝的套路就是这样,你突破了技术封锁,拉近了技术代差,追逐商业利益的资本主义便向你抛来了橄榄枝,当年我们准备自研大飞机运10,美帝说你买我们波音吧,当然不允许我们进入国际空间站,现在我们拥有了天宫二号后,现在又准备与我国合作建立新的国际空间站了。

同理,回到文章开头所述的,我们突破了EUV光刻技术,ASML开始松动了,之前,受《瓦森纳协议》的限制,中国只能买到ASML的中低端产品,就算出价再高,也无法购得ASML的高端设备,我们一直与intel、台积电、三星在IC制程工艺上有代差。而近日,据网络上媒体的报道, ASML 说EUV光刻机要进口到中国大陆完全没有任何问题!最快2019年,中国大陆或将迎来首台EUV光刻机。

ASML中国区总裁金泳璇在接受媒体(DIGITIMES)采访时说,ASML对大陆晶圆厂与国际客户一视同仁,只要客户下单,EUV要进口到中国完全没有任何问题。在交期方面,所有客户也都完全一致,从下单到正式交货,均为21个月。
他还透露,目前已有大陆晶圆厂巨头与ASML展开7纳米工艺制程的EUV订单洽谈,2019年大陆首台EUV可望落地。

值得一提的是,中芯国际正好在今年3月宣誓进军7纳米,还表示已和ASML达成合作。由此看来,ASML所说的“大陆晶圆厂巨头”应是中芯国际无疑了!

要打破美帝技术封锁的套路,唯有我们加倍努力,奋发图强,《瓦森纳协议》的限制必定会被打破。

好吧,老wu以后一定提高觉悟,努力加班,自愿加班,不再向老板要加班费(反正也拿不到),fighting !

吴川斌

吴川斌