擴大晶片禁令:中國晶片業離自足有多遠?

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去年上海舉行的第五屆中國國際進口博覽會,全球最大光刻機生產商 ASML 攤位依然吸引不少目光。 圖片來源:VCG/VCG via Getty Images

美國政府在週二(17 日)擴大對中國出口先進晶片的禁令,很多評論都關注禁令對台積電、Intel、NVIDIA 等晶片製造商的影響,其實上游供應鏈亦受牽連。荷蘭跨國光刻機生產商 ASML 向主要晶片商提供製造先進晶片所需的光刻機,同樣受禁令所限。中國為此積極研發自家的先進光刻機,試圖建立上游到下游完全自足的晶片產業,但距離目標究竟還有多遠?

ASML 預計對華出口限制禁令,不會帶來任何短期財務影響,但中長期銷售可能受到影響:「據我們了解,新規定只會針對中國數量有限、與先進半導體生產有關的晶圓廠(fabs)。」其行政總裁 Peter Wennink 解釋,1980Di 型號的 DUV 光刻機可製造低階至中階晶片,亦可製造相對先進的晶片,「原則上也受到出口管制,但只有證明是用於先進半導體製造時」。

目前全球先進光刻設備,仍然以 ASML 佔有壟斷地位,能夠以光源將電路刻劃在矽晶片上,屬於半導體製造業的關鍵上游生產步驟。目前,僅次於台灣和南韓之後,中國是 ASML 第三大市場,但今年第三季對中國銷售額,佔 ASML 總銷售額多達 46%。

中國銷售比例上升,除了因其他地區的需求疲軟,也由於 ASML 中國客戶急於荷蘭實施新禁令之前取得工具。在美國政府過去的數輪禁令下,ASML 已經被禁止把最先進產品銷售給中國;荷蘭政府今年亦引入新制,要求 ASML 必須取得許可才能出口更先進產品。

全球最先進光刻機年底問世

目前 ASML 最先進的光刻機將在年底問世,同樣使用「極紫外線」(EUV)技術,性能遠超上代的「深紫外線」(DUV)。EUV 以更短的光波長,在晶圓上刻劃更精細的電路,意味著矽晶片可以包含更多電路。整台光刻機價值超過 3 億美元,大小與一輛卡車相約,將開創全球 2 納米晶片的大規模生產,成就迄今為止性能最強的晶片,使得 ASML 在面對 Nikon 和 Canon 競爭時取得優勢。

今年 6 月,荷蘭工程人員正在組裝 DUV 光刻機。 圖片來源:路透社

如此敏感的 EUV 技術,固然受美國出口禁令限制。國際政治雜誌「外交家」(The Diplomat)報道,ASML 只能把較低效能的 DUV 光刻機售給中國,當中國企業證明他們能夠用 DUV 製造 5 納米晶片時,美國則呼籲進一步制裁,結果引發荷蘭國內熱議,皆因中國 ASML 第三大市場的地位。

制裁措施很可能阻礙中國的半導體產業發展,限制製造先進晶片的能力。中國為此正巨額投資國內的半導體產業,以實現對全球供應鏈的獨立。然而,中國技術與 ASML 仍有非常大距離,譬如上海微電子裝備公司計劃今年底前推出中國首台 28 納米的光刻機,但與 ASML 的極紫外線光刻機相比,卻顯得落後。

中國晶片自給率不足 20%

目前中國的晶片自給率還不到 20%,遠低於 2020 年設定的 40% 目標,每年還要進口約 4,000 億美元半導體。清華大學、南京大學、中國科學院及安徽創譜儀器科技,同樣努力製造高性能機器,又為 EUV 技術提交專利申請,但這些專利是有關 EUV 光源,而不是整台機器。儘管中方努力從美國 KMLabs 公司購買的機器,就 EUV 光源展開逆向工程,但預計起碼還要兩年時間才能製造同樣的光源。

有評論擔心,中國可能竊取 ASML 等公司的數據和硬體,以加快研究進度。目前 ASML 在中國聘請有 1,500 名員工,面對北京動員全民防禦外敵,這批員工會否因而響應呼籲,竊取 ASML 敏感數據,如今也被西方視為風險,譬如今年較早前有前 ASML 中國籍員工被指控竊取晶片數據。不過,由於製造 EUV 光刻機本身涉及極複雜工序,背後需要龐大資源,個別的資料數據外洩相信難以立即帶來技術突破。

與此同時,中國也投資替代方案以提高晶片效能,稱為「先進封裝技術」(Advanced Package)。假如研發成功,中國將有可能不用依賴 EUV 技術,同樣可製造出強大的晶片。專門研究中國技術的專家 Paul Triolo 指出,包括華為在內,多家中國公司正密切關注「先進封裝技術」。

美國得到半導體產業領導層支持的同時,中國晶片產業繼續追求自給自足,這使得 ASML 及其他晶片製造商面對更複雜多變的市場環境。技術出口管制緊張,但全球對半導體需求卻空前殷切,無疑將塑造未來幾年市場的動向。

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