中芯國際：7nm工藝研發多時，缺光刻機
黃昏時，中芯國際頭頂一圈光暈，這似乎是個吉兆
30秒快讀
1、先進製程的造芯工藝卡着中國公司的脖子，中芯國際作為國內唯一能夠提供14納米制程的晶圓代工企業，成為“最強備胎”，目前華為已有產品芯片轉由中芯國際代工。
2、《IT時報》記者實地走訪上海中芯國際，14nm芯片火熱量產，7nm工藝研發多時，但礙於高端光刻機缺位，研發進展滯緩。但就像中芯國際頭頂的光暈，二期產線火熱建設，此次事件被認為是中芯國際“轉正”的最好時機。
1999年，農田遍佈的張江迎來一批特殊的拜訪者，時任上海市長徐匡迪帶着一羣人來到這裏考察，其中就有後來被稱為“中國半導體教父”的張汝京。
儘管當時的張江阡陌縱橫，但在張汝京眼裏，這裏是發展中國半導體事業的絕佳試驗場，“世界芯片製造業的下一個中心將在上海。”
2000年，張汝京作為創始人的中芯國際落地張江，隨後來自芯片行業的上下游企業集聚於此，包括芯片設計、光掩膜製造、封裝測試、設備供應、氣體供應等企業，中國的半導體產業真正在這片土地生根。
20年後，張江已成為中國的“硅谷” ；20年後，造芯卻成為中國的心事，先進製程的製造工藝更成為遏制中國公司發展的卡脖子技術。
5月15日，美國商務部下屬負責出口管制的產業安全局發佈通知，稱在美國境外為華為生產芯片的企業，只要使用了美國半導體生產設備，就需要申請許可證。這意味着，華為很可能不能再通過台積電量產自家海思設計的高階芯片，而台積電是全球晶圓代工的頂尖企業，可以生產7nm，甚至5nm的高端芯片。
危機之下，中芯國際作為國內唯一能夠提供14納米制程的晶圓代工企業，成為“最強備胎”，目前華為已有產品芯片轉由中芯國際代工。
近日，《IT時報》記者實地探訪上海中芯國際，發現中芯南方廠區在火熱量產14nm芯片的同時，也在抓緊建設二期產線；7nm工藝已研發多時，只是由於高端光刻機的缺位，研發進展不是很快。
01
“你看，這裏一片火熱”
和20年前相比，張江的變化翻天覆地，已從一個鄉村小鎮進階為一座現代科學城：不僅交通發達，而且商業繁榮，充滿着生活氣息，這點與那些只有工廠、生活配套設施缺少的高新開發區很不一樣。
5月19日，《IT時報》記者來到中芯國際，它同華虹宏力、日月光等“鄰居”已和諧地融入到這座科學城中。目前，中芯國際已經開始量產14nm芯片，並拿到一筆來自華為海思14nm手機芯片的訂單。
相比產線上普工的工作，宋傑的工作顯得高級些。在實驗室工作的他，每天要做的是根據研發人員發來的Case做實驗。“14nm產線設在中芯南方，去年下半年建成，今年開始量產；7~8nm的研發，也已經開展很久了。”宋傑説。
據瞭解，中芯南方由中芯國際、國家“大基金”以及上海市“地方基金”以合資的方式成立，為一座12英寸晶圓廠，能滿足14nm及以下先進技術節點的研發和量產計劃，14nm技術也可用於主流移動平台、汽車、物聯網及雲計算。
宋傑還表示，受限於設備，中芯國際7~8nm的研發進展不是很快，做出來的成品沒那麼快，也沒那麼好，“同樣一道工序，台積電只要一步就能完成，我們可能需要三四步”。高端光刻機的缺失，是其中最關鍵的問題，“除了光刻機，別的設備都能解決。”
早在3月，中芯國際對外公佈已從荷蘭ASML公司購入了相關光刻機設備，但並非是最新的EUV極紫外光刻機。
5月15日，國家集成電路基金二期和上海集成電路基金二期將分別向中芯南方注資15億美元和7.5億美元。
這個消息的釋放，把剛從疫情陰影裏走出來的中芯南方設備供應商的熱情重新點燃。一位冷卻設備供應商很看好與中芯南方的合作，他們已和中芯南方簽約了幾千萬元的生意。
“你看，這麼多的工人、這麼多的設備，一片火熱！國家很重視芯片行業，中芯南方效益會越來越好！”他看着正在修建的中芯南方二期產線，語氣間流露出興奮之色。
據瞭解，在中芯國際上海廠區保留地塊上，中芯南方將建設兩條月產能均為3.5萬片芯片的集成電路生產線，生產技術水平以12英寸14納米為主。記者從員工、駐廠設備商等多個信源獲悉，中芯南方已完成一期建設，目前正在建設二期。
在中芯國際官網上，記者注意到，從今年年初到現在，中芯國際釋放出的職位明顯多於去年同期，特別是5月以來，增加了對生產運營類和業務支持類兩種崗位的需求，大部分都接受應屆生，比如生產線主管、設備工程師、工藝工程師、良率提升工程師、倉庫管理員、助理工程師等。這或許是中芯南方14納米新廠生產火熱的一個註腳。
02
華為的“危” 中芯國際的“機”
去年5月，華為被美國商務部列入“實體清單”，谷歌、偉創力、YouTube等美國本土公司對華為按下了暫停鍵，為此，華為通過“自研 去美化”的方式，開啓多種自救模式。
經過一年時間的調整，華為在“自研 去美化”上步步為營：先是在谷歌服務停供前推出自研的操作系統鴻蒙，其後在5G基站上不再使用美國零部件，再在Mate30、P40等高端機型上降低美國零部件含量，P40系列更是首次搭載HMS以替代谷歌GMS。
相比之下，新一輪的限制將是華為真正的至暗時刻。
和芯片設計不同，芯片生產的高投入不可能完全被一家公司所覆蓋，就目前而言，大多數芯片製造商依賴於KLA、LAM和AMAT等美國企業生產的設備。
中芯國際3月披露的公告顯示，其採購了美國公司LAM和AMAT的設備，且採購金額較大。除了中芯國際，包括台積電在內的全球眾多晶圓代工廠都是這兩家廠商的客户，他們在沉積、刻蝕、離子注入、CMP、勻膠顯影等領域技術領先，尤其先進製程設備，基本沒有廠商可以替代這兩家企業。
世紀證券一份研報顯示，在半導體設備與材料方面，關鍵技術被歐美日壟斷，LAM和AMAT這兩家美國公司暫停供貨影響顯著，其中AMAT的產品幾乎包括除光刻機之外的全部半導體前端設備。而荷蘭的ASML是高端光刻機的全球第一，國內企業與其研發投入與技術實力差距甚遠。
目前華為芯片製造主要依賴於台積電，美國限制升級，被解讀為有可能迫使台積電對華為斷供，導致華為無芯片可用。
儘管這種猜測還可能有多種變數，但華為已經啓動B計劃。
此前有媒體稱，華為從去年下半年開始向中芯國際派駐工程師，幫助中芯國際解決其芯片生產過程中的技術問題。近期，華為已將中芯國際14nm工藝代工的麒麟710A芯片應用在榮耀Play 4T手機上。
中芯國際則被認為迎來最好時機。160億元的大基金二期加碼主要面向中芯國際14納米及以下先進製程研發和產能，目前14納米產能已達6000片/月，目標產能為每月3.5萬片。而中芯國際最新發布的2020年一季報顯示，一季度營收9.05億美元，同比增長35.3%，環比增長7.8%。此外，中芯國際決定將2020年資本開支從32億美元上調至43億美元，增加的資本開支主要用於對上海300mm晶圓廠以及成熟工藝生產線的投資。
03
“轉正”的期待
然而，無論對華為還是中芯國際而言，依然有跨不過去的門檻。
與台積電相比，中芯國際的工藝相對落後。現階段中芯國際的工藝還停留在14nm，這是台積電4年前的技術，而台積電7nm工藝已大範圍普及，幾乎是如今各品牌5G旗艦手機和主流芯片的標配。根據規劃，台積電今年開始量產5nm，2022年開始3nm的規模量產，甚至已規劃好2nm。
據瞭解，此次美國限制升級前，華為海思已加速將芯片產品轉至台積電的7nm和5nm，只將14nm產品分散到中芯國際投片。但如果120天之後，無法使用台積電的5nm工藝，華為的5G旗艦手機可能要面對工藝製程的競爭壓力。
最新消息是，5月21日，台積電拿下了蘋果5nm處理器的全部訂單，下半年蘋果的多款5G版iPhone處理器將採用5nm工藝，而華為此前發佈的14nm製程的榮耀Play 4T手機只是千元出頭的中低端手機。
產能也有較大差距。中芯國際目前14nm月產能僅2000 ~3000片，預計到年底擴大到1.5萬片，但這無法滿足華為的胃口。台積電2019年財報顯示，華為為其一年貢獻了近350億新台幣的營收。
更何況，中芯國際下一代製程何時能投產，才是“最強備胎”能否轉正的關鍵。
今年2月舉行的2019年四季度財報會議上，中芯國際聯席CEO梁孟松首次公開了中芯國際N 1、N 2代FinFET工藝情況。相比於14nm，N 1工藝性能提升20％、功耗降低57％、邏輯面積縮小63％、SoC面積縮小55％，這意味着除了性能，N 1其他指標均與7nm工藝相似，之後的N 2工藝性能和成本都更高一些。梁孟松表示，在當前的環境下，N 1、N 2代工藝都不會使用EUV工藝，等到設備就緒之後，N 2之後的工藝才會轉向EUV光刻工藝。事實上，台積電也是在第三代7nm工藝才開始引入EUV。
對此，電子創新網CEO張國斌表示：“製程越小，工藝越高級，IC裏的線寬越小，就需要更高級的光刻機；儘管EUV技術對7nm製程不是必需的，但EUV技術的注入能提高良品率，效果好。”
2019財報會議上，中芯國際表示N 1工藝的研發進程穩定，已進入客户導入及產品認證階段。之前該公司表示去年底試產了N 1工藝，今年底會有限量產N 1工藝。
14nm量產後，N 1、N 2研發項目更加值得期待。張國斌：“只要中芯國際的N 1、N 2工藝能做出產品來，就能代替台積電為海思代工7nm芯片。”
中芯國際真正的考驗將是7nm以下。
多位採訪對象表示，7nm以下的製程少不了EUV技術，公開資料顯示，台積電和三星的5nm芯片均採用了EUV技術。對此，中芯國際還未公開過是否有替代技術方案。