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半导体|谁扼住了华为：美日半导体手里的3张牌？

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半导体|谁扼住了华为：美日半导体手里的3张牌？

2020年8月7日 ， 华为余承东公开表示海思麒麟高端芯片已经“绝版” ， 中国最强的芯片设计公司 ， 就在我们眼皮子底下被锁死了未来 。
华为海思推出第一款麒麟（Kirin）芯片是在2009年 ， 虽然当时反响一般 ， 但奏响了麒麟腾飞的乐章 ， 随后每一年都有不小的进步：麒麟925带领Mate7打入高端阵营；麒麟955助力华为P9销量过千万……自己研发的芯片 ， 成为华为手机甩开国内友商的最大武器 。

然而到了2020年8月7日 ， 麒麟系列的高端芯片却被迫提前退休 ， 余承东表示麒麟系列中最先进的Kirin 990和Kirin 1000系列 ， 在9月15日之后将无法生产 ， 华为Mate40将成为麒麟高端芯片的绝唱 。 绝版的原因很简单：受到美国禁令影响 ， 台积电将不再为华为代工 。
台积电并非没有抗争 。 全球高制程工艺一线难求 ， 台积电话语权其实很强 ， 而且几周前刚刚超过英特尔成为世界第一大半导体公司 。 所以面对美国禁令 ， 台积电也曾斡旋过 ， 但只要美国提起一个公司的名字 ， 就能让台积电高管们吓出冷汗 。 这个公司就是：福建晋华 。
福建晋华成立于2016年 ， 目标是在存储芯片领域实现突破 。 福建晋华是IDM一体化工艺 ， 即设计、制造、封装都要做 ， 一旦产品落地 ， 对大陆整个半导体工艺的都会有所带动和提升 。 晋华一期投资款高达370亿元 ， 还和台湾第二大代工厂台联电进行了技术合作 。

【半导体|谁扼住了华为：美日半导体手里的3张牌？】研发人员日夜奋战 ， 成立一年多后 ， 晋华就打造出了一座12寸的生产线 ， 并准备投产 ， 不料却迎来了资本主义的铁拳 。
2017年12月 ， 美国镁光科技即刻以窃取知识产权为由开始狙击晋华 ， 晋华也不甘示弱 ， 双方在中国福州和美国加州互相起诉 。 就当局势焦灼之时 ， 早就虎视眈眈的特朗普政府在2018年10月29日发起了闪电战：将福建晋华列入实体名单 ， 严禁美国企业进行合作 。

禁令发出后 ， 和晋华合作的美国应用材料公司（Applied Materials）的研发支持人员当天就打包撤离 ， 另外两家美商科磊和泛林也迅速召回了前来合作的工程师 。 更严重的是 ， 由于设备中含有美国原件 ， 欧洲的阿斯麦、日本东京电子也暂停了对晋华的设备供应 。
晋华员工回忆外资撤退场景时 ， 总结说：“这些人根本不给我们时间道别 。 ”
福建晋华官网上的生产进度 ， 停留在了2018年试投片日 ， 迟迟没有更新 ， 而产品页则直接显示“页面在建设”中 。 去年5月10日 ， 英国《金融时报》称 ， 晋华已经开始寻求出租或者出售自己的工厂 。 仅仅一个回合 ， 担当中国存储突破的种子选手 ， 就被打倒在了起跑线上 。
“实体名单”就像是一份死刑通知书 ， 可以瞬间让企业坠入地狱 。 美国制裁的决心、打击的力度 ， 令同样采用美国核心零部件和核心技术支撑的台积电不寒而栗 。 同样 ， 本来兴致勃勃要来抢台积电蛋糕的三星没了下文；中芯也含蓄地表示 ， 可能不能为“某些客户”代工 。
为什么这些公司不愿意去触碰美国“逆鳞”？半导体领域 ， 美国真的就独霸天下吗？其实并不然 。
虽然美国半导体行业产值大约占全世界的47% ， 体量上处于绝对优势；但韩国、欧洲、日本、中国台湾、中国大陆等其他“豪强”也各有擅长 ， 与美国的差距并不是无法越过的鸿沟 。
比如 ， 韩国在产值1500亿美金的存储芯片领域 ， 占据压倒性优势 ， 双强（三星、海力士）占据65%市场；
欧洲在模拟芯片领域有三驾马车（英飞凌、意法半导体、恩智浦） ， 从80年代起就从未跌出全球二十强 。
日本不但有独步天下的图像识别芯片 ， 以信越日立为首的几家公司 ， 更是牢牢扼住了全世界半导体的上游材料 。
中国台湾在千亿美元级别的芯片代工领域 ， 更胜美国一筹 ， 台积电和联电占据60%的规模 ， 以日月光为首的封测代工也能抢下50%的市场；
中国大陆依托庞大的下游市场 ， 近年芯片设计领域发展迅速 ， 不但诞生了世界前十的芯片设计巨头华为海思 ， 整体芯片设计规模也位居世界第二 。

这些企业从账面实力来看 ， 甚至可以让芯片行业“去美国化” ， 合力搞出一部没有美国芯片的手机 。 但美国515禁令一下 ， 各路豪强却莫敢不从 。
一超多强的局面似乎就像“纸老虎” ， 在美国霸权之下 ， 众半导体商分封而治可能才是目前的“真相” 。 大家忌惮的 ， 其实是美国手握的两把利剑：芯片设备和设计工具 。 这两把剑又和日本的材料一起 ， 组成了威力极强的美日半导体霸权三张牌：设备、工具和材料 。
那么 ， 美日手中握的这三把剑究竟可怕在何处？是如何能挟制各路科技巨头豪强？了解这些答案 ， 才能了解华为们的突围之路 。
一、设备：芯片制造的外置大脑设备商对于一般行业而言 ， 就是个卖铲子的 ， 交钱拿货基本就完事儿了；但半导体设备商却不同 ， 不仅提供设备卖铲子 ， 还要全程服务卖脑子 ， 可谓是芯片制造商的外置大脑 。
芯片制造成本高昂 ， 只有将良品率控制在90%上下 ， 才不会亏本 。 但要知道 ， 芯片制造 ， 工序一千起步 ， 这就导致 ， 哪怕每一步合格率都有99% ， 最终良率都会在0.9*0.9的多次累积下 ， 趋近于0 。 因此 ， 要想不亏本 ， 每个步骤的合格率就得控制在99.99%乃至99.999%以上 。

要达到这个状况 ， 就对设备的复杂度提出了超高要求 。 就目前最先进的EUV光刻机来说 ， 单台设备里超过十万个零件、4万个螺栓 ， 以及3000多条线路 。 仅仅软管加起来 ， 就有两公里长 。 这么一台庞大的设备 ， 重量足足有180吨 ， 单次发货需要动用40个货柜、20辆卡车以及3架货机才能运完 。
而更为重要的是 ， 即使设备买回来 ， 也远不是像电视冰箱一样 ， 放好、插电就能开动这么简单 。 一般来说 ， 一台高精度光刻机的调试组装 ， 需要一年时间 。 而零件的组装、参数的设置、模块的调试 ， 甚至螺丝的松紧、外部气温都会影响生产效果 。 哪怕一里外的一辆地铁经过 ， 都能导致多数设备集体失灵 。
这也是所有精密仪器的“通病” 。 比如 ， 十年前 ， 北京大学12个高精度实验室里价值4亿元的仪器突然失灵 ， 而原因居然是位于地下13.5米深的北京4号线经过了北大东门产生了1Hz~10Hz的震动 ， 为此北大高精度实验室不得不集体搬家 。
因此 ， 半导体制造设备每开动一段时间 ， 就必须联系专门原厂服务人员上门调校 。 荷兰光刻机巨头ASML阿斯麦曾有一个客户 ， 要更换光器件；由于当时阿斯麦的工程师无法出国 ， 便邀请客户优秀员工到公司学习 ， 用了近2个月 ， 才仅仅掌握了单个零部件更换的技能 。
因此 ， 阿斯麦、应用材料等半导体巨头 ， 不只是把设备卖掉就结束了 ， 更是在中国建立了2000人左右的庞大支持团队 。 其中应用材料的第二大收入就是服务 ， 营收占比超过25% ， 而且稳定增长 ， 旱涝保收 。

而设备厂的可怕之处正在于 ， 不但通过“一代设备 ， 一代工艺 ， 一代产品”决定了制造厂的工艺制程 ， 更是通过售后服务将制造厂牢牢的拿捏在手中 。 随着工艺越来越越高精尖 ， 设备商的话语权也正在进一步提升 。
设备商的强势 ， 可以从利润上明确的反映出来 。 过去5年 ， 芯片制造厂的头部效应越来越明显 ， 但上游设备商的净利润率反而大幅提升：泛林利润率从12%提升到22% ， 应用材料从14%上升到18% 。 代工厂想要客大欺店 ， 那是根本不存在 。
也正因如此 ， 在长达六十年的时间里 ， 美国一直都在以各种手段 ， 来保证自己在设备领域的绝对主导地位 。
根据2019年全球顶级半导体设备厂商排名 ， 全球前五大半导体设备商占据了全球58%行业营收 。 其中 ， 美国独占三席；其余两席 ， 一席是日本的东京电子 ， 另一席荷兰的阿斯麦 ， 恰巧 ， 这两家又都是美国一手扶持起来的 。

具体来说 ， 应用材料（AMAT）和泛林（LAM）、科磊（KLA） ， 是根正苗红的美国企业 。
其中 ， 泛林在刻蚀机的市场占有率高达50%以上 。 应用材料则不仅在刻蚀机领域与泛林平分秋色 ， 在离子注入、化学抛光等等细分设备环节也都占据半壁江山 ， 甚至高达70% 。 科磊则在半导体前道检测设备领域占据了50%以上的市场 ， 并在镀膜测量设备的市占率达到了98% 。
而光刻机巨头阿斯麦 ， 看似是一家荷兰企业 ， 其实有一颗美国心 。 早在2000年前后 ， 光刻机市场还停留在DUV（深紫外）光刻阶段 ， 日本尼康才是真正的霸主 ， 但到了EUV（极紫外）阶段 ， 尼康却在美国的一手主导下被淘汰出局 。
原因很简单 ， EUV技术难度登峰造极：从传统DUV跨越到EUV ， 意味着光源从193nm剧烈缩短到13.5nm 。 这需要将20KW的激光 ， 以每秒5万次的频率来轰击20微米的锡滴 ， 将液态锡汽化成为等离子体 。 这相当于在飓风里以每秒五万次的频率 ， 让乒乓球打中一只苍蝇两次 。
当年 ， 全球最先进的EUV研发机构是英特尔与美国能源部带头组建的EUV LLC联盟 ， 这里有摩托罗拉、AMD、IBM ， 以及能源部下属三大国家实验室 ， 可谓是集美国科研精华于一身 。 可以说 ， 只有进入EUVLLC联盟 ， 才能获得一张EUV的门票 。
美国彼时正将日本半导体视为大敌 ， 自然拒绝了日本尼康的入会请求 ， 而阿斯麦则保证55%零部件会从美国供应商处采购 ， 并接受定期审查 。 这才入了美国的局 ， 从后起之秀变成了“帝花之秀” 。
美国不仅对阿斯麦开了门 ， 还送了礼：允许阿斯麦先后收购了美国掩罩技术龙头Silicon Valley Group、美国光刻检测与解决方案玩家Brion、美国紫外光源龙头Cymer等公司 。 阿斯麦技术心、研发身 ， 都打上了星条旗烙印 。 那还不是任凭美国使唤 。
任正非曾经感叹道：国家发展工业 ， 过去的方针是砸钱 ， 但钱砸下去不起作用 。 我们国家修桥、修路、修房子……已经习惯了只要砸钱就行 。 但是芯片砸钱不行 ， 得砸数学家、物理学家、化学家…… 过去几十年 ， 落后就要挨打的现实一次次提醒着我们 ， 要实现基础技术能力的创新和突破 ， 才能赢取下一个时代 。当我们继续一步步向前溯源、“图穷匕见”时 ， 才发现一切都回到了任正非此前无数次强调的基础科学 。 基础科学强大的统治力 ， 成为美国半导体公司汲取力量的源泉 。


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