深圳康艺电子有限公司

深圳市康艺电子有限公司

新闻中心
想实连接产品与市场,引导客户需求,创造"芯"型科技。
分析华为未来“可选之路”:美国芯片禁令,并不意味着华为的终结
发布时间:2020-07-28 01:34 来源:互联网 点击次数:

美国商务部(US Department of Commerce)的新规定禁止全球半导体企业向中国科技巨头华为(Huawei)出售芯片,如果其制造中使用了美国的设备、知识产权或软件。

但是,贸易限制是否如一些国外评论人士所言,意味着华为的终结,还是可能有足够的“回旋余地”来绕过新施加的限制?

要解决这些问题,就需要更仔细研究华为的主要产品和相应的供应链。截至2018年,华为的主要产品包括网络设备、云计算设备和智能手机(见下图)。

这三类产品都属于先进电子产品的范畴,而如今的先进电子产品的发展依赖于复杂的分工。相应供应链的关键环节涉及:(1)产品设计和集成;(2)关键处理器的芯片设计;(3)芯片制造;(4)提供芯片制造设备。

对于华为的许多产品来说,前两步——整体产品设计和芯片设计,都是在内部进行的。具体来说,华为的全资子公司海思( HiSilicon)半导体为华为的产品进行芯片设计与优化。

此类设计通常是针对台积电(TSMC)的生产工艺量身定制的,台积电(TSMC)是台湾的芯片制造商,也是华为的长期供应商。而台积电则依靠大量美国和欧洲公司的设备工具。

目前,这条供应链的后半部分——芯片制造和提供芯片制造设备,现在受到了影响,并将被美国最新的贸易限制措施有效地破坏。由于台积电(TMSC)对美国设备的依赖,它无法再接受华为的芯片订单。

台积电(TMSC)的替代品很少,尤其是没有美国制造成分的替代品。在中国国内,中芯国际(SMIC)和清华紫光(Tsinghua Unigroup)也都在国内经营相应规模的半导体制造工厂。然而,到目前为止,它们都无法与台积电的技术优势相提并论。

近几十年来,中国企业在电子产业的下游活动中,如整体产品和芯片设计等方面逐渐形成了世界级的能力。然而,在芯片制造等上游活动方面,中国仍然依赖进入全球市场。

对华为来说,更糟糕的是,美国外交官还向ASML等欧洲企业施压,要求它们停止向中国芯片制造商出售加工设备,从而使本土产能升级变得更加困难。 正是美国的这些双重压力,引发了一些观察人士对华为(可能扩大至整个中国电子行业)即将面临的厄运感到悲哀。

然而,这种可怕的预测可能为时过早,而且低估了形势的复杂性,包括华为仍可获得的技术和战略自由度。一项更为冷静的评估首先要区分对华为的近期、中期和长期影响。

由于新规定涉及到几个月的宽限期,据报道,华为正在囤积库存,至少可以维持到2020年底。除此之外,这些贸易限制对那些已经设计好的产品,以及目前正在等待生产的产品影响最大——考虑到台积电的先进设备。具体来说,天罡芯片组的情况尤其如此,其代表着华为5G基站的定制核心。在这里,华为与全球的移动通讯运营商签署了近100个基站推广合同。

天罡芯片组是为所谓的7纳米(nm)节点制造工艺设计的,台积电已经实现了这一工艺,但中国本土芯片厂商还没有完全实现。对于这类的产品,华为的选择可以归结为:要么寻找能够胜任7纳米(nm)工艺的替代国际供应商,要么提升中国本土合作伙伴的能力。

至于第一种选择,大多数媒体先前就已经指出,有可能由韩国三星(Samsung)运营一条专门的7nm生产线,并只用欧洲和亚洲的设备。

虽然前者选择可以短期内完美地满足华为的需求,同时又能保持对美国法规的遵守,但目前尚不清楚这种方式的可扩展性有多大。这还将导致华为对其在智能手机领域最激烈的竞争对手之一产生依赖。但目前阶段来看,合作可能性不大,并且如果成功也只是过渡性短期之举。

至于第二种方案,中国最大的晶圆厂中芯国际(SMIC)已经向华为提供了基于中芯国际现有14纳米(nm)节点工艺的芯片(比最先进的7nm工艺落后两代,相当于4年左右的技术差距)。

中芯国际(SMIC)目前正在基于现有设备研发自己版本的7nm节点制造工艺,他们将其称为N+1 工艺。预计今年晚些时候将开始首批生产运行。不过,目前还不清楚中芯国际(SMIC)在多大程度上也依赖美国设备,这意味着其也有可能落入美国的禁令约束之中,而正是这一美国禁令正是导致华为与台积电(TSMC)问题的根源。

因此,华为真正的国产化解决方案需要在更大范围内实现半导体供应链的本土化,包括上游制造设备。

在致力于建立一个完全中国化的半导体供应链的过程中,光刻机是核心问题。这些机器需要将计算机设计的决定芯片性能的晶体管图案印在硅片上。

像7nm节点这样的先进制造工艺需要以非常高的分辨率进行光刻。反过来,这又需要短波长的激光,比如紫外线。

直到最近,相应的尖端设备被称为深紫外线(DUV)设备。然而,自2010年代末以来,行业标准已经发展到 极端紫外线(EUV),其具有更短的激光波长,因此芯片特征更为精细。

迄今为止,商用EUV光刻机的生产只有一家公司掌握——总部位于荷兰的ASML公司。台积电在其7nm工艺中选择使用ASML提供的EUV设备。不过,在这个规模下,DUV也仍然是一种选择。因此,华为应该对中国的EUV和DUV研究工作进展密切关注。在这方面,位于长春的中国科学院长春光精密机械与物理研究所(CIOMP)和位于上海微电子(SMEE)脱颖而出。

长春光精密机械与物理研究所(CIOMP)是中国科学院下属的一个研究机构,自上世纪90年代以来一直从事EUV研究。据报道,研究人员正在研制中国125W EUV光刻机,计划在两年左右的时间内完成部署并投入使用。很难预测这样的时间表是否能够实现,以及设备的性能是否能够满足需要。

上海微电子(SMEE)是中国领先的DUV设备供应商,据报道,该公司将在今年晚些时候发布能够满足28nm节点要求的DUV光刻机。一旦这种设备部署完毕,一些行业观察家预计将稳步提高到14nm和7nm节点。

这样的发展表明,华为可能的中期选择包括:与中芯国际(SMIC)等本地芯片制造商以及SMEE和CIOMP等本地设备供应商密切合作。也许最现实的方法是:由中芯国际(SMIC)运营一条7nm节点生产线,使用上海微电子(SMEE)的DUV光刻设备。

尽管有这些可能的方案,但鉴于目前芯片领域强加的限制因素,现有的知识差距会不会持续存在,甚至扩大?也许有人会想,当中国企业艰难地达到7nm节点时,其他企业是否会提前进入假设的1nm节点。

如果像过去50年的大部分时间一样,继续快速推进新节点,这种考虑可能确实是合理的。然而,自2010年代初以来,摩尔定律——芯片密度每18-24个月翻一番的预言,以及与之相关的新节点的引入速度有所放缓。

继7nm节点之后,专家们预计还有两个节点——5nm和3nm,超过这两个节点,未来就很不确定了。这些节点中的每一个节点可能只涉及到大约20%的性能提升或尺寸缩小,与过去更大、更频繁的跳跃相比,这个数字并不高。

迫在眉睫的停滞可能是由物理定律引起的。对于3nm节点工艺,晶体管组件的预期特征尺寸将降至30nm量级。

在如此短的距离内,像隧道效应这样的量子效应开始起作用,结果晶体管最终会发生“溢出”。那么进一步的小型化可能需要对晶体管进行根本性的重新设计,专家认为这可能需要几十年的时间。

对于华为和中国半导体行业来说,从某种意义上说,这是一个好消息:晶体管的根本性重新设计,将创造一个公平的竞争环境。如果没有别的不定性原因,摩尔定律的终结代表着一个固定的点,现有的领先优势最终将会削弱。

上述考虑集中在最近的贸易限制对华为最脆弱业务的影响:目前正在等待生产的最先进的芯片设计。

然而,实际上,像华为这样的电子企业开发和销售的产品采用了一系列不同的制造工艺,其中只有一部分与最新一代产品相对应。这一点也反映在台积电(SMIC)等芯片厂商的订单中。下图显示了2020年初订单对应的制造工艺分布情况。然而,大约三分之一的芯片符合最新的标准,即7nm节点,三分之二不符合。与前一个节点相比,新节点通常可以实现更小的芯片和更低的功耗,约为20-40%。

然而,选择一种成熟的制造工艺,反而能带来一些优势,例如由于设备摊销而降低生产成本、生产延迟的风险更小,以及在选择供应商方面更大的灵活性。

这些优势与更高的芯片密度如何叠加,取决于具体的产品。芯片密度对于智能手机来说很重要,但在汽车产品或网络设备中就不那么重要了,因为这些产品对空间和功率的限制没有那么严格。

当然,后一个事实对于华为最新的5G基站来说,现在没有任何好处,因为它们重心已经围绕7nm工艺设计。然而,对于未来的产品,工程师可能要仔细评估为14nm节点工艺设计是否会带来一定的好处,实际上是在芯片密度和供应链灵活性之间进行权衡。

但是,芯片密度只是决定整体芯片性能的几个因素之一。随着微型化的稳步推进,芯片密度已成为芯片设计人员所依赖的一项低成本、规律性强的“纯粹的追逐指标”。然而,随着摩尔定律的终结,工程师们需要更广泛地考虑性能优化问题。

性能的提高,也可以通过关注所谓的硬件—软件堆栈的更高层来实现。这包括:芯片结构的优化、或芯片的结构,以及在其上运行的代码。

最近《Science》杂志的一篇文章说明了这种优化的潜力:由于软件和硬件的调整,麻省理工学院的研究人员,能够证明在矩阵乘法等常见操作的速度提高了几个数量级。性能改进的替代机制包括优化的热管理以及专门的硬件加速,这些硬件加速是为经常使用的算法量身定制的,如在图像识别中使用的算法(参见神经形态工程)。

这篇文章最后说:软件的性能工程、算法的开发和硬件的精简......可以继续让计算机应用在后摩尔时代变得更快,与摩尔定律多年来积累的成果相媲美。

开发新的制造设备,比如EUV光刻所需的机器,显然不在华为的研发专长范围内。然而,探索优化芯片设计、软件和电子产品架构的其他方法却是其核心所在。

华为2019年的研发支出约为190亿美元——这一事实让爱立信(Ericsson)、诺基亚(Nokia)和思科(Cisco)等网络设备竞争对手相形见绌,这一事实表明,华为在创造性地适应新限制方面还有更大的潜力。

最后,在华为的智能手机业务中,与专门的网络设备行业相比,其芯片的标准化程度更高。在这里,一个最坏的情况可能涉及从其他芯片厂商购买现成的处理器。

这样的芯片就可以像以前那样集成到华为的各种智能手机和平板电脑设计中。这无疑意味着华为的利润率将下降,但这可能是一个值得付出的代价,以保持在消费者市场的市场份额,并确保该公司在美国不断加大的压力下的上升轨迹。

重要声明:此处所发表的图文和视频均为作者的原创稿件,版权归原创作者所拥有。所刊发的图片和视频作品,除特别标注外,均视为图文作者和被拍摄者默认此版权之归属权。

关注我们: 深圳康艺电子有限公司
Copyright © 深圳康艺电子有限公司 版权所有友情链接:电子烟厂家 天麻 电子烟加盟 三七粉的作用与功效 电子烟代工 氨糖 电子烟代理 nmn 杭州网站建设