华为造芯陷入困局，国产集成电路崛起之机？

图片来源@视觉中国

文 | 汽车之心（微信 ID：Auto-Bit），作者 | 陈念航，编辑 | 王德芙

2019 年 5 月，美国商务部正式将华为列入「实体清单」（Entity List），禁止美国企业向华为出售相关技术和产品。

一年后，华为等来的不是解除限制，而是制裁升级。

今年 5 月，美国商务部工业安全局（BIS）宣布将严格限制华为使用美国的技术、软件来设计和制造半导体芯片。

需要特别指出的是，包括那些处于美国以外，但被列为美国商务部管制清单中的生产设备，如果有公司要为华为海思代工芯片，也需要获得美国政府的许可。

在这项禁令真正落地前，华为有 120 天的缓冲期，对于华为来说，今年 9 月份将迎来「至暗时刻」。

众所周知，芯片是华为各大业务线各种产品的关键组件，称其为华为的「命门」也不为过。

影响华为各大业务线的关键芯片，包含了智能手机SoC芯片（麒麟系列）、AI芯片（昇腾系列）、服务器芯片（鲲鹏系列）、5G 通信芯片（巴龙、天罡系列）以及路由器芯片等等。

这些芯片都是由华为旗下的半导体公司海思负责设计和研发的。

美国此次的限制措施，矛头直指海思，进而威胁到华为的各条产品业务线，这里就包括了华为刚成立不久的智能汽车解决方案事业部。

在汽车之心此前的文章中，我们对华为智能汽车相关芯片进行了梳理，目前其产品主要有构建MDC 智能驾驶平台的AI 芯片昇腾以及高性能 CPU 鲲鹏，还有应用在智能座舱层面的 5G通信芯片巴龙 5000。

芯片作为未来智能汽车最关键的「增量部件」，昇腾、鲲鹏和巴龙的这 3 款芯片，很可能成为决定华为智能汽车业务成败的「胜负手」。

但随着美国对华为的制裁升级，这些「胜负手」反过来变成了「卡脖子」问题。

一颗芯片的诞生可谓是在头发丝上建造万丈高楼，包含图纸设计、施工、装修等过程，这些过程分别对应的是芯片的设计、制造以及封装测试。

围绕这些组成部分，已经衍生出了完整的集成电路（IC）产业链。

美方此次矛头对准的华为海思，就是典型的芯片设计厂商，业内称之为Fabless模式，只设计不生产。

芯片制造的代表厂商则是台积电（TSMC）、中芯国际（SMIC）这样的企业，采用的是Foundry模式，只代工不设计。

而针对芯片的封装测试，国内则以长电科技这样的公司为代表。

至于为何要分而治之，是因为芯片生产的产业链很长，每一个环节都需要投入大量的资金，如果一家企业都要包圆的话，其在资金、人才以及技术方面面临压力将非常大。

美国的德州仪器（TI）是很早崛起的既做芯片设计又有自己的晶圆厂的巨头，其模式被称为IDM（Integrated Device Manufacture）。

早年，国内的中芯国际也想从 Foundry 向 IDM 模式转型，但是因为当时优秀的芯片设计人才极其短缺，转型的想法最终不了了之。

接下来，我们将结合华为海思自研的与智能汽车业务相关的几款芯片，来看看美方对华为的制裁升级带来了哪些「卡脖子」问题。

1）芯片架构

对于芯片设计来说，非常核心的部分就是架构的打造。架构决定着芯片的性能。

华为海思作为一家芯片设计厂商，目前在 CPU 和 GPU 方面都没有自己的核心架构，需要从ARM购买架构授权和IP 核授权。

• 华为在 2019 年 1 月发布的「鲲鹏 920」，就号称是业界基于ARM 架构的最高算力芯片。
• 另一款 AI 芯片昇腾 310 虽然采用了华为自研的达芬奇架构（Da Vinci），但是达芬奇架构依然是基于ARM 核心打造的，只不过华为在其中加入了 AI 加速器以及其他组件，形成了一个新架构。
• 巴龙 5000 通信基带芯片与鲲鹏和昇腾不同，属于网络芯片，采用的是华为自研的架构，不受 ARM 架构授权的影响。

上面仅仅是 3 款芯片的案例，ARM 架构对于华为海思芯片的设计影响深远。

那既然是有求于人，也必将受制于人。

ARM 虽然是英国科技公司，但在很多关键技术上要仰赖于美国。

ARM 在 2012 年通过收购的方式取得了 MIPS 公司的多数专利，这些专利主要分布在处理器设计、SoC 设计以及其他技术领域。

大家知道MIPS在通信和高性能计算领域有相当重要的地位，而这是一家美国企业，其研发成果自研归属于美国。另外，ARM 的核心 CPU 架构研发中心放在了美国德克萨斯州的奥斯汀市。

而后 ARM 在 2016 年被日本软银收购，迫于美国的淫威，ARM 也不得不站到华为的对立面。

最近 ARM 停止给华为芯片架构技术授权的消息满天飞，ARM 中国区执行董事长兼 CEO 吴雄昂被免职的「罗生门」也闹得沸沸扬扬。

所发生的一切都指向的是同一个问题：未来没有了 ARM 的技术授权，华为的自研芯片将何去何从？

短期看，华为此前已经拿到了一些 ARM 芯片架构的永久授权，可以不受「断供」影响，比如ARM v8架构就永久授权给了华为。

但是，从长远看，ARM 的芯片架构以及 IP 核心都会不断迭代升级的。

一旦 ARM「断供」华为，华为就拿不到最新的芯片架构和内核，也意味着研发不出性能更优的芯片产品。

在讲求不断迭代升级的智能汽车产品上，昇腾、鲲鹏这些芯片如果不能持续提升性能，是没有办法和其他的竞争对手一较高下的。

这对于华为刚刚起步的智能汽车业务发展来说，其实产生了不小的影响，是华为未来不得不面对的困境。

唯一的出路就是自研芯片架构，但这意味着包括时间和资金上巨大的投入，而且还要承担自研架构性能跟不上来的风险。

在华为之前，三星、苹果都自研了芯片架构，但是基本上在性能方面都跟不上 ARM，只能在一些低端产品上采用自家架构的产品，其他产品仍高度依赖于 ARM 的架构。

芯片架构之外，美国对华为新的制裁条款里，还特别提到了对「芯片设计软件」的限制。

2）EDA 软件

华为海思的确有自己设计芯片的能力，但是用于芯片设计的高端软件仍然依赖于海外，这不是华为海思一家的问题，这是所有国产芯片开发企业共同面对的问题。

在 IC 设计的EDA（Electronic Design Automation）工具领域，目前全球公认的领先企业全部来自美国，Cadence、Synopsys和Mentor Graphics三家企业占据了全球90%以上的市场份额，几乎形成了垄断之势。

所以华为海思设计芯片，免不了要向这些美国公司购买软件。当美方严苛的半导体政策制裁来临，华为的 EDA 软件供应成为棘手的问题。

事实上，华为在吸取了 2018 年中兴通讯事件的教训后，已经向这些 EDA 公司购买了软件的长期使用权限，所以在短期内，华为海思还能使用这些工具。

但是和 ARM 架构一样，这些 EDA 软件将会随着芯片性能、工艺制程等改进而不断迭代版本，而这些新版本软件，华为未来有钱也买不到了。

其实 EDA 软件本身的研发难度并没有那么大，很多国产供应商也能顶上。

但是对于应用软件来说，生态打造和用户积累是更为重要的，没有生态和用户，再好用的软件也难以成熟。

国产 EDA 软件们的最大问题就在这里。

当然，EDA 软件的国产化突破是必须要实现的，只是不知道这杆大旗会在华为的推动下被哪家企业接过去。

所以在 EDA 软件上，美方对于华为的限制并不是一击致命的，而是长期的折磨。限制的不是眼前，而是扼杀华为自研芯片的未来潜力。

通过对芯片架构以及芯片设计软件的「断供」，美国对华为海思的芯片设计能力进行了精准打击。

这还不够，特朗普政府还要在芯片制造领域对华为进行「绞杀」，如果华为的芯片制造不出来，设计得再好也不过是一堆废电路图纸。

华为最为仰赖的芯片代工厂莫过于台积电了，这家中国台湾企业如今已是全球芯片代工界的一哥，其在全球的市场占有率接近 60%，可谓独孤求败。

今年一季度台积电营收达到 103.06 亿美元，高居全球晶圆代工厂营收榜首。

领先不只体现在市场层面，台积电的芯片制造工艺也是全球领先的，特别是其在7nm、5nm甚至更低的工艺制程方面，基本上没有像样的对手。

2019 年，华为给台积电带去了超过50 亿美元的营收，占台积电当年营收的 14%，华为也成为了台积电的第二大客户，仅次于苹果。

在先进的 5nm 制程工艺代工方面，台积电最大的两个客户是苹果和华为。

可见，台积电对于华为来说，重要性非同一般，反过来，华为也是台积电不能割舍的大客户，二者互相成就。

但是这样互相成就的关系却在今年 5 月被美国的一纸禁令无情打破了，台积电将在不久的将来停止为华为代工芯片，这将形成双输的局面。

台积电虽是总部位于台湾的企业，也未在美国本土建厂，但是其最大股东是美国的资本，所以台积电依然要受美国政府的控制。

抛开资本不谈，台积电的很多芯片制造设备、技术，甚至是制造设备里面的工程材料以及光电器件都来自美国，所以美国政府可以对台积电进行管控，有权决定台积电能为谁代工、不能为谁代工。

对于芯片制造而言，最关键的设备就是光刻机了，而全球能提供光刻机的企业屈指可数，其中就包括了荷兰企业阿斯麦尔（ASML），美国企业应用材料（AMAT）、KLA-Tencor和Lam Research等。

这些企业基本都得受老美的管控，芯片代工企业要向这些公司采购设备，都要看美国政府的脸色。

即使是位于荷兰的全球光刻机一哥 ASML，因为他们的设备里使用了美国工程材料和光电器件生产商II-VI和美国光学元件供应商Lumentum等供应商的技术，所以也难逃老美的「上帝之手」。

2018 年，中芯国际好不容易从 ASML 采购到一台 EUV 光刻机，被美国频频阻挠至今未能交货，这也反映了国内在先进半导体制造设备上的「造不如买、买不如租」的窘境。

在芯片制造工艺上，目前全球两大主流工艺FinFET和FD-SOI技术的发明人是美籍华人工程师胡正明教授，毕业于加州伯克利大学，他曾是台积电的首席技术官。

从这点也可以看出，台积电在技术上依赖于美国的程度有多深。

再回过头来看华为智能汽车业务相关的昇腾、鲲鹏和巴龙这 3 款芯片，此前都已经确定台积电作为代工厂。

其中，昇腾 310采用的是12nm制程工艺；鲲鹏 910采用的是更为先进的7nm制程工艺；巴龙 5000也是7nm工艺。

短期内，这三款芯片由台积电代工应该问题不大，因为据台湾《经济日报》报道，华为在 120 天缓冲期之前已紧急对台积电追加高达 7 亿美元订单，产品涵盖 5nm 及 7nm 制程，使得台积电相关产能爆满。

其中，5nm 主要生产华为下一代旗舰手机麒麟 1020 芯片，7nm 则是生产 5G 基带芯片，巴龙 5000 基带芯片大概率还是台积电代工。

（编辑：ASP站长网）