欧盟的野心与中国的决心
发布日期：2021-04-23
来源： 与非网eefocus
3月，欧盟委员会发布了其“数字指南针”（Digital Compass），表示有意将半导体生产工艺控制在5nm节点以下，目标是2nm，到2030年，将欧洲半导体产量提升至占全球产值的20%，能效达到今天的10倍。
欧盟举措当然与近年来的芯片短缺以及美中科技战有很大关系。那么，当前全球半导体代工格局如何，欧洲能否挽回颓势，中国有没有机会呢？
半导体代工格局隐忧不断
芯片不同于简单产品，一家工厂不给加工，拿着图纸就可以转到另外一家去生产。芯片设计必须与代工厂的工艺高度绑定，在芯片设计之初就要确定代工厂和使用的工艺，并根据代工厂提供的元件库和复杂的设计规则进行设计。如果在芯片设计完成后更换代工厂，大部分设计工作都要返工，这将浪费巨大的人力、物力，还会拖累上市时间。因此，一些头部公司会同时研发两套芯片，一个交给台积电（TSMC），另一个交给三星电子（Samsung Electronics），以保证万无一失。而业内大多数公司哪有这样的实力，怎么承担得起在两家代工厂先进工艺流片的高昂费用呢？
虽然在全球代工厂中台积电和三星是老大和老二，但三星的产能和性能逊色很多。虽然是老大，全球芯片业在很大程度上受制于台积电，但目前其在台湾既缺水、缺电，又缺场地和人才，制约了其产能扩张。如果台积电停产，苹果、高通、英伟达（NVIDIA）、AMD等一大批美国头部公司都将受到严重影响。
显而易见，出于对亚洲芯片生产过度依赖的担忧，以及美国与中国政治摩擦导致的科技战，也让多少国家领导人和战略制定者难以入睡。
美中科技战影响半导体产业
在此背景下，美国芯片工业协会（SEMI）和包括半导体工业协会（SEMI）在内的众多行业组织最近给总统拜登写了一封信，敦促美国政府支持国内半导体制造业。与此同时，中国政府也在最近的五年计划中宣布了“技术独立”的目标。
全球芯片焦虑下连锁反应
最近芯片短缺的不只是汽车行业，本质上，芯片的短缺是上述各种因素聚积的蝴蝶效应。在某种意义上讲并不是真正的半导体短缺，而是整个供应链对芯片供应预期的一种焦虑。
早在2020年3月，随着新冠疫情流行势头日盛，全球汽车制造商突然停止生产，导致芯片供应商和设备制造商一夜之间损失了数以亿计美元的订单。作为一种迅速补救措施，产能被重新分配给其他行业，包括笔记本电脑和家庭网络设备制造商，这些企业正在争相满足疫情催生的经济新模式带来的前所未有的需求。
临近年底，汽车制造商试图重启生产，但半导体产能正如火如荼地为消费电子和通信行业交付芯片。年底，显卡、手机、电脑、游戏机、汽车等产品都因晶圆厂商产能不足而出现缺货。
根据供需基本规律，芯片供应商都会将重点放在利润更丰厚的客户身上。在缺货时，芯片供应商就会提出以更高价格向制造商提供芯片。缺货就会延时交货，涨价是自然而然的事情。
雪上加霜的是，美国不断打压华为，导致后者开始大量储备芯片，其他手机厂商见状也开始抢购芯片，致使缺货焦虑越来越严重。
今年3月，因汽车芯片断供，蔚来汽车停产5日。此前，福特、奥迪、本田、宝马、韩国现代也都受到影响，以停产、减产或裁员予以应对。汽车缺芯又反射到手机供应链。三星暂停了Note系列手机生产；苹果砍掉了iPhone 12mini产能；小米也处于停产边缘。
其次是技术使然，5G和新能源汽车是近年来火爆的应用，都需要更多芯片的支持。5G手机产能的增加使芯片供需失衡，疫情带动的PC、数据中心市场也增加了芯片需求。相比传统燃油车近百颗的芯片用量，智能化、网联化、新能源汽车对芯片的需求翻了几番。当然，还有地震、火灾、暴风雨等自然灾害的影响。
其实芯片短缺问题是一个波段起伏的现象，只是某些因素会改变波段的频率。新冠疫情的存在和中美关系预示着，我们可能将面临更长期的短缺和不确定性。
美中科技战中的台积电
先说一个真实的案例——华裔美国人创建的Zoom。由于新冠疫情爆发，Zoom的易用性和良好的通话质量成为了众多公司网上会议的首选。虽然下载量飙升，在美股中表现非常抢眼，却因为其华人血统被美国政客视为国安威胁，其不得不放弃了中国市场。
在美国看来，台积电仍然是中国人的公司，美国虽然占有台积电最大的股份，但是经营权毕竟不在自己手中，这本身就是一种焦虑。因此，台积电的地位目前非常敏感，既是全球半导体产业的支柱，各国不得不重视，又是欲取而代之的目标。
图源 | WCCFtech
面对全球芯片短缺一片涨声，进退维谷的台积电宣布今年将投入280亿美元巨资，在美国亚利桑那州建造一座价值120亿美元的5nm代工厂，到2024年，该厂每月可生产约2万片晶圆；同时依据需求在中国大陆扩充产能。目前，台积电的芯片制程工艺领先于英特尔，甚至有消息说英特尔也将部分订单交给台积电代工。三星也表示，考虑在德克萨斯州建设先进代工厂，可能在2023年开始运营。台积电在各国建立工厂，除了扩张产能，也是缓解各国地缘政治焦虑的考量。
在技术领先的基础上，台积电还在不断投入巨资，寻求技术上的突破，如今3nm、2nm已经有所突破，拉开了与英特尔技术上的距离。
目前，台积电和三星电子正主导着半导体代工市场。美国和欧盟的半导体厂商已经接受了这种“无代工厂”的商业模式，因为它具有巨大的盈利潜力。但美中贸易战和新冠疫情大流行恰恰说明了世界对这两个行业巨头的依赖程度。
欧洲不输研发输制造
欧洲是情况最为尴尬，其研发能力不错，有不少世界排名靠前的大学和学术机构。但和中美相比并无优势可言，且目前欧洲的半导体制造水平也不比中国强。
中美科技战让欧洲更加意识到科技独立自主的重要性。其实，欧洲欲建2nm代工厂的野心恰恰是一种无奈，主要是担心台积电受美国控制，同时也想摆脱对亚洲半导体代工厂的进口依赖。
半导体行业专家指出，建设一个300亿美元的5nm或2nm代工厂并不能真正让欧洲走出窘境。Yole Developpement的行业分析师说：“实际上，300亿美元的代工厂是确保欧洲技术主权的一种危险的方式。”在没有台积电或三星支持的情况下，建造这样一个最先进的工厂至少需要10到15年的时间，还需要数百亿美元的投资。此外，它甚至可能不会以成功告终。
看看英特尔面临的挑战，分析师说：“英特尔在推出自己的先进7nm制造工艺方面遇到了困难——如果这家美国计算巨头不能轻易在这一工艺节点取得成功，欧洲是否应该追求更高风险的5nm跃升呢？”
半导体工艺越先进参与者越少
分析表明，欧盟建立5nm代工厂的唯一途径是美国如出一辙——与台积电或三星合作。这种联合行动将减少欧洲的资金投入（约100亿美元），并将开发时间从10至15年大幅缩短至3到4年。
但这不一定能解决欧洲焦虑的主权问题。问题在于：不管有没有台积电或三星，三到四年后，欧洲对5nm的需求会有多大？分析师认为：“欧洲大陆（不包括英国和爱尔兰）的电信、汽车和其他行业生产所需的所有芯片数量根本无法填满这样一个代工厂，这扼杀了这一巨大投资的理由。”
为欧洲支招儿
位于法国里昂的Yole指出，欧洲已经拥有尖端芯片制造商和设备供应商，每年的销售额从40亿美元到160亿美元不等。其中包括意法半导体（STMicroelectronics）、英飞凌科技（Infineon Technologies）、恩智浦半导体（NXP Semiconductors）、艾迈斯半导体（ams）和光刻机霸主荷兰的ASML，以及美商格罗方德（GlobalFoundries）的德国工厂、英特尔的爱尔兰工厂。与此同时，一些规模较小但实力强大的行业参与者也在欧洲，包括半导体代工厂Tower Semiconductor和X-Fab，每年的销售额都在5亿至10亿美元之间。
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此外，至少有200家公司，包括IDM（集成设备制造商）、系统制造商和半导体设备制造商的子公司分布在欧洲各地。Elmos、Murata Europe、Besi、EVG、Soitec和Siltronic等公司的年收入都在5亿美元左右，保持了欧洲制造业和技术的独立性。
那么，解决方案是什么？Yole表示：“我们的想法是，不管怎样，台积电和三星的制造外包都会增加，只是因为制造、安装和调试设备的时间太长了。实现技术主权的最佳途径是明智地投资，从长远来看，是创造一个为欧洲企业提供半导体产品的强大的制造生态系统。”
这家分析公司还说：“鉴于半导体企业的丰富和成熟，欧盟和各国需要一个坚实的战略来强化这些供应商。第一个重要步骤是在欧洲建立中间节点，即14nm或7nm代工厂，以支持欧洲大陆当前的汽车、电信、物联网和工业应用。这些设施可以由欧盟资助，也可以与ST、英飞凌、NXP、ams和ASML共同开发。”
此外，欧盟应在异质集成、先进封装和芯片分割（从14nm到7nm）等活动上进行投资。这将避免激进的5nm和2nm芯片生产，同时丰富欧洲的技术专知。另一步骤是利用欧洲在新兴计算和光子学领域的强大研发力量，包括大量公司和初创企业。
这一战略将加强欧洲的半导体产业，并提供一条长期走向5nm及以下的道路。它还将抑制更多制造商被美国和亚洲公司收购的日益增长的趋势。例如，2014年，LFoundry关闭了其在法国罗塞特的工厂；2016年意大利工厂Avezzano被出售给中国中芯国际；然后在2020年底，美国英伟达提议收购总部位于英国的Arm。今年早些时候，日本的瑞萨收购了英国的Dialog，台湾地区的Globalwafers正在谈判收购欧洲主要的晶圆衬底供应商德国的Siltronic。
欧洲谬误
规划有余 执行不足
Yole指出了试图建立2nm或5nm代工厂的谬误：“在欧洲大陆最优秀的半导体企业可能被美国和亚洲的庞然大物吞并之际，为一家5nm代工厂融资的前景就像在沙漠中建造一座大教堂。”因为只有投资本土企业和基础设施，才有助于欧洲的技术生态体系蓬勃发展，这是最重要的唯一出路，“否则，欧洲大陆有一天会变成一片工业沙漠，中心只有一座空教堂。”
持这种观点的大有人在。位于比利时的IMEC（欧洲微电子研究中心）首席战略官Jo De Boeck最近在接受采访时表示：“欧洲要考虑建立一个代工厂还需要数年和大量的努力。我们不能简单地跳过多个节点，而需要逐步实现这一点。欧洲应该继续加强在研发、制造设备和材料方面的强大基础。当基本技术准备好后，我们应该把公司召集起来，启动试验性生产线，以便有前景地应用于我们的工业和社会。一旦生产准备就绪，也许建立一个领先代工厂才是有意义的。另一种选择是考虑引进一家领先的公司来加速这一进程。”
事实上，欧洲需要采取更加务实、循序渐进的做法。有远大的愿景很好，但这是一个长期的迭代过程，而不是通过投入资金来构建一个领先代工厂而迅速变出的魔术。欧洲需要把优秀的研究和知识基础之间的联系与已有的产业参与者联系起来，代工厂要建立在已经具备的坚实基础上。
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从过往看，欧盟委员会是个颇具规划能力的机构。2020年12月，欧盟17国刚刚签署了1450亿欧元的《欧洲处理器和半导体科技计划联合声明》，旨在开发下一代处理器和2nm等先进技术。欧盟委员会表示，从汽车、医疗设备、移动电话和网络到环境监测、智能设备和服务等各个领域的嵌入式处理器、安全和尖端半导体技术是关键行业能够在全球范围内展开竞争的能力所在。
该声明指出，目前欧盟的半导体技术与自身经济地位不匹配，欧盟国家占全球GDP的16%，但在价值4400亿欧元的半导体市场上，欧盟国家的份额只有10%。
这个报告重点列出了几个技术，除了5G外还有未来的6G，而半导体技术中，除了芯片，还提到了2nm先进工艺制造，这是未来尚待量产的新工艺，当前最先进的是5nm工艺。
分析起来，欧洲的问题不是眼光是否长远，而是执行效率。前车之鉴是欧盟组建的伽利略导航系统。伽利略的研发过程中对中国严加防范，却在北斗导航全面建成后全线崩溃，24颗卫星瘫痪在太空。
因此，欧洲的技术独立需要一个适合其现有基础设施的长期战略，而不是一个价值300亿美元的“大教堂”。
写在最后
缺芯是中国的机会
从中国的角度来看，台积电可以说是美国手中用来对付中国的一个棋子。美国要求它停止为哪家公司供货，它没有二话。这正是中国要全力发展自己的半导体先进制造和先进封装的初衷所在。
事实上，欧洲建成先进工艺代工厂对中国有利无弊。对于中国公司来说，不必将先进工艺都放到一个篮子里，又多了另一个选择。而对全球来说，也能缓解产业过度集中，过于依赖台湾地区及韩国的焦虑，有利于全球半导体产业链的健康发展。看欧洲怎么做吧！