誰(shuí)扼住了華為：美日半導(dǎo)體霸權(quán)的三張牌

2020年8月7日，華為余承東公開(kāi)表示海思麒麟高端芯片已經(jīng)“絕版”，中國(guó)最強(qiáng)的芯片設(shè)計(jì)公司，就在我們眼皮子底下被鎖死了未來(lái)。

　　華為海思推出第一款麒麟（Kirin）芯片是在2009年，雖然當(dāng)時(shí)反響一般，但奏響了麒麟騰飛的樂(lè)章，隨后每一年都有不小的進(jìn)步：麒麟925帶領(lǐng)Mate7打入高端陣營(yíng)；麒麟955助力華為P9銷(xiāo)量過(guò)千萬(wàn)……自己研發(fā)的芯片，成為華為手機(jī)甩開(kāi)國(guó)內(nèi)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卻被迫提前退休，余承東表示麒麟系列中最先進(jìn)的Kirin 990和Kirin 1000系列，在9月15日之后將無(wú)法生產(chǎn)，華為Mate40將成為麒麟高端芯片的絕唱。絕版的原因很簡(jiǎn)單：受到美國(guó)禁令影響，臺(tái)積電將不再為華為代工。

　　臺(tái)積電并非沒(méi)有抗?fàn)?。全球高制程工藝一線(xiàn)難求，臺(tái)積電話(huà)語(yǔ)權(quán)其實(shí)很強(qiáng)，而且?guī)字芮皠倓偝^(guò)英特爾成為世界第一大半導(dǎo)體公司。所以面對(duì)美國(guó)禁令，臺(tái)積電也曾斡旋過(guò)，但只要美國(guó)提起一個(gè)公司的名字，就能讓臺(tái)積電高管們嚇出冷汗。這個(gè)公司就是：福建晉華。

　　福建晉華成立于2016年，目標(biāo)是在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。福建晉華是IDM一體化工藝，即設(shè)計(jì)、制造、封裝都要做，一旦產(chǎn)品落地，對(duì)大陸整個(gè)半導(dǎo)體工藝的都會(huì)有所帶動(dòng)和提升。晉華一期投資款高達(dá)370億元，還和臺(tái)灣第二大代工廠臺(tái)聯(lián)電進(jìn)行了技術(shù)合作。

　　研發(fā)人員日夜奮戰(zhàn)，成立一年多后，晉華就打造出了一座12寸的生產(chǎn)線(xiàn)，并準(zhǔn)備投產(chǎn)，不料卻迎來(lái)了資本主義的鐵拳。

　　2017年12月，美國(guó)鎂光科技即刻以竊取知識(shí)產(chǎn)權(quán)為由開(kāi)始狙擊晉華，晉華也不甘示弱，雙方在中國(guó)福州和美國(guó)加州互相起訴。就當(dāng)局勢(shì)焦灼之時(shí)，早就虎視眈眈的特朗普政府在2018年10月29日發(fā)起了閃電戰(zhàn)：將福建晉華列入實(shí)體名單，嚴(yán)禁美國(guó)企業(yè)進(jìn)行合作。

　　禁令發(fā)出后，和晉華合作的美國(guó)應(yīng)用材料公司（Applied Materials）的研發(fā)支持人員當(dāng)天就打包撤離，另外兩家美商科磊和泛林也迅速召回了前來(lái)合作的工程師。更嚴(yán)重的是，由于設(shè)備中含有美國(guó)原件，歐洲的阿斯麥、日本東京電子也暫停了對(duì)晉華的設(shè)備供應(yīng)。

　　晉華員工回憶外資撤退場(chǎng)景時(shí)，總結(jié)說(shuō)：“這些人根本不給我們時(shí)間道別?！?/p>

　　福建晉華官網(wǎng)上的生產(chǎn)進(jìn)度，停留在了2018年試投片日，遲遲沒(méi)有更新，而產(chǎn)品頁(yè)則直接顯示“頁(yè)面在建設(shè)”中。去年5月10日，英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》稱(chēng)，晉華已經(jīng)開(kāi)始尋求出租或者出售自己的工廠。僅僅一個(gè)回合，擔(dān)當(dāng)中國(guó)存儲(chǔ)突破的種子選手，就被打倒在了起跑線(xiàn)上。

　　“實(shí)體名單”就像是一份死刑通知書(shū)，可以瞬間讓企業(yè)墜入地獄。美國(guó)制裁的決心、打擊的力度，令同樣采用美國(guó)核心零部件和核心技術(shù)支撐的臺(tái)積電不寒而栗。同樣，本來(lái)興致勃勃要來(lái)?yè)屌_(tái)積電蛋糕的三星沒(méi)了下文；中芯也含蓄地表示，可能不能為“某些客戶(hù)”代工。

　　為什么這些公司不愿意去觸碰美國(guó)“逆鱗”？半導(dǎo)體領(lǐng)域，美國(guó)真的就獨(dú)霸天下嗎？其實(shí)并不然。

　　雖然美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)值大約占全世界的47%，體量上處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；但韓國(guó)、歐洲、日本、中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)大陸等其他“豪強(qiáng)”也各有擅長(zhǎng)，與美國(guó)的差距并不是無(wú)法越過(guò)的鴻溝。

　　比如，韓國(guó)在產(chǎn)值1500億美金的存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域，占據(jù)壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)，雙強(qiáng)（三星、海力士）占據(jù)65%市場(chǎng)；

　　歐洲在模擬芯片領(lǐng)域有三駕馬車(chē)（英飛凌、意法半導(dǎo)體、恩智浦），從80年代起就從未跌出全球二十強(qiáng)。

　　日本不但有獨(dú)步天下的圖像識(shí)別芯片，以信越日立為首的幾家公司，更是牢牢扼住了全世界半導(dǎo)體的上游材料。

　　中國(guó)臺(tái)灣在千億美元級(jí)別的芯片代工領(lǐng)域，更勝美國(guó)一籌，臺(tái)積電和聯(lián)電占據(jù)60%的規(guī)模，以日月光為首的封測(cè)代工也能搶下50%的市場(chǎng)；

　　中國(guó)大陸依托龐大的下游市場(chǎng)，近年芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展迅速，不但誕生了世界前十的芯片設(shè)計(jì)巨頭華為海思，整體芯片設(shè)計(jì)規(guī)模也位居世界第二。

　　這些企業(yè)從賬面實(shí)力來(lái)看，甚至可以讓芯片行業(yè)“去美國(guó)化”，合力搞出一部沒(méi)有美國(guó)芯片的手機(jī)。但美國(guó)515禁令一下，各路豪強(qiáng)卻莫敢不從。

　　一超多強(qiáng)的局面似乎就像“紙老虎”，在美國(guó)霸權(quán)之下，眾半導(dǎo)體商分封而治可能才是目前的“真相”。大家忌憚的，其實(shí)是美國(guó)手握的兩把利劍：芯片設(shè)備和設(shè)計(jì)工具。這兩把劍又和日本的材料一起，組成了威力極強(qiáng)的美日半導(dǎo)體霸權(quán)三張牌：設(shè)備、工具和材料。

　　那么，美日手中握的這三把劍究竟可怕在何處？是如何能挾制各路科技巨頭豪強(qiáng)？了解這些答案，才能了解華為們的突圍之路。

　　一、設(shè)備：芯片制造的外置大腦

　　設(shè)備商對(duì)于一般行業(yè)而言，就是個(gè)賣(mài)鏟子的，交錢(qián)拿貨基本就完事兒了；但半導(dǎo)體設(shè)備商卻不同，不僅提供設(shè)備賣(mài)鏟子，還要全程服務(wù)賣(mài)腦子，可謂是芯片制造商的外置大腦。

　　芯片制造成本高昂，只有將良品率控制在90%上下，才不會(huì)虧本。但要知道，芯片制造，工序一千起步，這就導(dǎo)致，哪怕每一步合格率都有99%，最終良率都會(huì)在0.9*0.9的多次累積下，趨近于0。因此，要想不虧本，每個(gè)步驟的合格率就得控制在99.99%乃至99.999%以上。

　　要達(dá)到這個(gè)狀況，就對(duì)設(shè)備的復(fù)雜度提出了超高要求。就目前最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)來(lái)說(shuō)，單臺(tái)設(shè)備里超過(guò)十萬(wàn)個(gè)零件、4萬(wàn)個(gè)螺栓，以及3000多條線(xiàn)路。僅僅軟管加起來(lái)，就有兩公里長(zhǎng)。這么一臺(tái)龐大的設(shè)備，重量足足有180噸，單次發(fā)貨需要?jiǎng)佑?0個(gè)貨柜、20輛卡車(chē)以及3架貨機(jī)才能運(yùn)完。

　　而更為重要的是，即使設(shè)備買(mǎi)回來(lái)，也遠(yuǎn)不是像電視冰箱一樣，放好、插電就能開(kāi)動(dòng)這么簡(jiǎn)單。一般來(lái)說(shuō)，一臺(tái)高精度光刻機(jī)的調(diào)試組裝，需要一年時(shí)間。而零件的組裝、參數(shù)的設(shè)置、模塊的調(diào)試，甚至螺絲的松緊、外部氣溫都會(huì)影響生產(chǎn)效果。哪怕一里外的一輛地鐵經(jīng)過(guò)，都能導(dǎo)致多數(shù)設(shè)備集體失靈。

　　這也是所有精密儀器的“通病”。比如，十年前，北京大學(xué)12個(gè)高精度實(shí)驗(yàn)室里價(jià)值4億元的儀器突然失靈，而原因居然是位于地下13.5米深的北京4號(hào)線(xiàn)經(jīng)過(guò)了北大東門(mén)產(chǎn)生了1Hz~10Hz的震動(dòng)，為此北大高精度實(shí)驗(yàn)室不得不集體搬家。

　　因此，半導(dǎo)體制造設(shè)備每開(kāi)動(dòng)一段時(shí)間，就必須聯(lián)系專(zhuān)門(mén)原廠服務(wù)人員上門(mén)調(diào)校。荷蘭光刻機(jī)巨頭ASML阿斯麥曾有一個(gè)客戶(hù)，要更換光器件；由于當(dāng)時(shí)阿斯麥的工程師無(wú)法出國(guó)，便邀請(qǐng)客戶(hù)優(yōu)秀員工到公司學(xué)習(xí)，用了近2個(gè)月，才僅僅掌握了單個(gè)零部件更換的技能。

　　因此，阿斯麥、應(yīng)用材料等半導(dǎo)體巨頭，不只是把設(shè)備賣(mài)掉就結(jié)束了，更是在中國(guó)建立了2000人左右的龐大支持團(tuán)隊(duì)。其中應(yīng)用材料的第二大收入就是服務(wù)，營(yíng)收占比超過(guò)25%，而且穩(wěn)定增長(zhǎng)，旱澇保收。

　　而設(shè)備廠的可怕之處正在于，不但通過(guò)“一代設(shè)備，一代工藝，一代產(chǎn)品”決定了制造廠的工藝制程，更是通過(guò)售后服務(wù)將制造廠牢牢地拿捏在手中。隨著工藝越來(lái)越越高精尖，設(shè)備商的話(huà)語(yǔ)權(quán)也正在進(jìn)一步提升。

　　設(shè)備商的強(qiáng)勢(shì)，可以從利潤(rùn)上明確的反映出來(lái)。過(guò)去5年，芯片制造廠的頭部效應(yīng)越來(lái)越明顯，但上游設(shè)備商的凈利潤(rùn)率反而大幅提升：泛林利潤(rùn)率從12%提升到22%，應(yīng)用材料從14%上升到18%。代工廠想要客大欺店，那是根本不存在。

　　也正因如此，在長(zhǎng)達(dá)六十年的時(shí)間里，美國(guó)一直都在以各種手段，來(lái)保證自己在設(shè)備領(lǐng)域的絕對(duì)主導(dǎo)地位。

　　根據(jù)2019年全球頂級(jí)半導(dǎo)體設(shè)備廠商排名，全球前五大半導(dǎo)體設(shè)備商占據(jù)了全球58%行業(yè)營(yíng)收。其中，美國(guó)獨(dú)占三席；其余兩席，一席是日本的東京電子，另一席荷蘭的阿斯麥，恰巧，這兩家又都是美國(guó)一手扶持起來(lái)的。

　　具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)用材料（AMAT）和泛林（LAM）、科磊（KLA），是根正苗紅的美國(guó)企業(yè)。

　　其中，泛林在刻蝕機(jī)的市場(chǎng)占有率高達(dá)50%以上。應(yīng)用材料則不僅在刻蝕機(jī)領(lǐng)域與泛林平分秋色，在離子注入、化學(xué)拋光等等細(xì)分設(shè)備環(huán)節(jié)也都占據(jù)半壁江山，甚至高達(dá)70%?？评趧t在半導(dǎo)體前道檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)了50%以上的市場(chǎng)，并在鍍膜測(cè)量設(shè)備的市占率達(dá)到了98%。

　　而光刻機(jī)巨頭阿斯麥，看似是一家荷蘭企業(yè)，其實(shí)有一顆美國(guó)心。早在2000年前后，光刻機(jī)市場(chǎng)還停留在DUV（深紫外）光刻階段，日本尼康才是真正的霸主，但到了EUV（極紫外）階段，尼康卻在美國(guó)的一手主導(dǎo)下被淘汰出局。

　　原因很簡(jiǎn)單，EUV技術(shù)難度登峰造極：從傳統(tǒng)DUV跨越到EUV，意味著光源從193nm劇烈縮短到13.5nm。這需要將20KW的激光，以每秒5萬(wàn)次的頻率來(lái)轟擊20微米的錫滴，將液態(tài)錫汽化成為等離子體。這相當(dāng)于在颶風(fēng)里以每秒五萬(wàn)次的頻率，讓乒乓球打中一只蒼蠅兩次。

　　當(dāng)年，全球最先進(jìn)的EUV研發(fā)機(jī)構(gòu)是英特爾與美國(guó)能源部帶頭組建的EUV LLC聯(lián)盟，這里有摩托羅拉、AMD、IBM，以及能源部下屬三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，可謂是集美國(guó)科研精華于一身。可以說(shuō)，只有進(jìn)入EUVLLC聯(lián)盟，才能獲得一張EUV的門(mén)票。

　　美國(guó)彼時(shí)正將日本半導(dǎo)體視為大敵，自然拒絕了日本尼康的入會(huì)請(qǐng)求，而阿斯麥則保證55%零部件會(huì)從美國(guó)供應(yīng)商處采購(gòu)，并接受定期審查。這才入了美國(guó)的局，從后起之秀變成了“帝花之秀”。

　　美國(guó)不僅對(duì)阿斯麥開(kāi)了門(mén)，還送了禮：允許阿斯麥先后收購(gòu)了美國(guó)掩罩技術(shù)龍頭Silicon Valley Group、美國(guó)光刻檢測(cè)與解決方案玩家Brion、美國(guó)紫外光源龍頭Cymer等公司。阿斯麥技術(shù)心、研發(fā)身，都打上了星條旗烙印。那還不是任憑美國(guó)使喚。

　　而早年的東京電子，只是美國(guó)半導(dǎo)體始祖仙童半導(dǎo)體（Fairchild）的設(shè)備代理商，后來(lái)又與美國(guó)Thermco公司合資生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備，直到1988年才變成日本獨(dú)資，但東京電子身上也已經(jīng)流著美國(guó)公司的血。

　　因此，在2019年六月，面對(duì)第一輪美國(guó)禁令，東京電子就表示：“那些被禁止與應(yīng)用材料和泛林做生意的中國(guó)客戶(hù)，我們也不會(huì)跟他們有業(yè)務(wù)往來(lái)”，義正詞嚴(yán)表明了和美系設(shè)備商共進(jìn)退。

　　至此，美國(guó)靠著多年的“時(shí)間積累”和超高精密度“工藝技術(shù)”，在設(shè)備領(lǐng)域形成了牢牢的主動(dòng)權(quán)。而時(shí)間和技術(shù)，都不是后進(jìn)者可以一蹴而就的。

　　二、EDA(設(shè)計(jì)軟件）：生態(tài)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)下的“幌金繩”

　　如果說(shuō)設(shè)備是針對(duì)芯片生產(chǎn)的一把封喉劍，那么EDA無(wú)疑是芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的“幌金繩”，雖不致命但可以令“孫悟空”束手束腳、無(wú)處施展。

　　EDA這根“幌金繩”分三段：首先，它是芯片設(shè)計(jì)師的“PS軟件+素材庫(kù)”，可以讓芯片設(shè)計(jì)從幾十年前圖紙上畫(huà)線(xiàn)的體力活，變成了軟件里“素材排列組合+敲敲代碼”的腦力活。而且，現(xiàn)在僅指甲蓋大小芯片，也有幾十億個(gè)晶體管，這種工程量，離開(kāi)了EDA簡(jiǎn)直是天方夜譚。

　　20年前的英特爾奔騰處理器的線(xiàn)路圖一角，目前晶體管密度已經(jīng)上升超過(guò)1000倍

　　其次，EDA的奧秘，在于其豐富的IP庫(kù)。即將經(jīng)常使用的功能，標(biāo)準(zhǔn)化為可以直接調(diào)用的模塊，而無(wú)需設(shè)計(jì)公司再重新設(shè)計(jì)。如果說(shuō)芯片設(shè)計(jì)是廚師做菜的話(huà)，軟件就是廚具，IP就是料包。

　　而事實(shí)上，EDA巨頭公司，往往是得益于其IP的獨(dú)占。比如Cadence（楷登電子）擁有大量模擬電路IP，而其也是模擬及混合信號(hào)電路設(shè)計(jì)的王者；而Synopsys（新思科技）的IP庫(kù)更偏向DC綜合、PT時(shí)序分析，因而新思在數(shù)字芯片領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭。

　　而在全球前三的IP企業(yè)中，EDA公司就占了兩個(gè)，合計(jì)市場(chǎng)份額高達(dá)24.1%。在Synopsys的歷年?duì)I收中，IP授權(quán)是僅次于EDA授權(quán)的第二業(yè)務(wù)。

　　EDA還有一項(xiàng)重要的功能是仿真，即幫設(shè)計(jì)好的芯片查漏補(bǔ)缺。畢竟一次流片（試產(chǎn)）的成本就高達(dá)數(shù)百萬(wàn)美金，頂?shù)蒙弦粋€(gè)小設(shè)計(jì)公司大半年的利潤(rùn)。業(yè)內(nèi)廣為流傳一句話(huà)：設(shè)計(jì)不仿真，流片兩行淚。

　　加州大學(xué)教授有一個(gè)統(tǒng)計(jì)測(cè)算，2011年一片SoC的設(shè)計(jì)費(fèi)用大概為4000萬(wàn)美元，而如果沒(méi)有EDA，設(shè)計(jì)費(fèi)用則會(huì)飆升至77億美元，增加了近200倍。

　　因此，EDA被譽(yù)為半導(dǎo)體里的最高杠桿，雖然全球產(chǎn)值不過(guò)一百多億美元，但卻可以影響全球五千多億集成電路市場(chǎng)、幾萬(wàn)億電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　EDA如此高效好用，那我國(guó)自主化狀況如何呢？很可惜，比操作系統(tǒng)還尷尬。

　　我國(guó)最大的EDA廠商華大九天在全球的份額差不多是1%，而美國(guó)三大廠商Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登電子）以及Mentor Graphics（明導(dǎo)科技，2016年被西門(mén)子收購(gòu)）則占據(jù)了80%以上的市場(chǎng)。

　　這也就導(dǎo)致了雖然我國(guó)芯片設(shè)計(jì)位居世界第二，但美國(guó)一聲令下，芯片設(shè)計(jì)就會(huì)面臨“工具危機(jī)”，巧婦難為無(wú)米之炊。不過(guò)，既然軟件已經(jīng)交過(guò)錢(qián)了，用舊版本難道不行嗎？

　　很可惜，并不能。

　　因?yàn)檫@背后有一張EDA商、IP商、代工廠們互相嵌合的生態(tài)網(wǎng)。EDA是不斷更新的。新的版本對(duì)應(yīng)更新的IP庫(kù)和PDK文件。而PDK即工藝設(shè)計(jì)包，則又包含了芯片工藝中的電流、電壓、材料、流程等參數(shù)，是代工廠生產(chǎn)時(shí)的必備數(shù)據(jù)。新EDA、新IP、新工藝，互相促進(jìn)、互為一體。

　　因此，用舊版的軟件就會(huì)處處“脫節(jié)”：做設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法獲得最新的設(shè)計(jì)IP庫(kù)，找代工廠時(shí)又無(wú)法和工藝需要最新的EDA、PDK進(jìn)行匹配。長(zhǎng)此以往，技術(shù)越來(lái)越落后，合作伙伴也越來(lái)越少。不過(guò)既然EDA不過(guò)是0101的代碼，從破解小組里找?guī)讉€(gè)高手不就好了嗎？

　　很遺憾，也幾乎不可能。

　　每個(gè)EDA軟件出廠時(shí)都會(huì)內(nèi)嵌一個(gè)Flexlm加密軟件，把EDA和安裝的設(shè)備進(jìn)行一一鎖定，包括主機(jī)號(hào)、設(shè)備硬盤(pán)、網(wǎng)卡、使用日期等信息。而Flexlm的密鑰長(zhǎng)度達(dá)239位，暴力破解的難度非常大。如果用英特爾高性能的CPU來(lái)破解的話(huà)，需要4000左右的核年（core-year），也就是說(shuō)用40核的CPU，需要100年。

　　當(dāng)然，也可以采用分布式的方式，繼續(xù)增加CPU數(shù)量減少時(shí)間。然而，即使破解成功了，來(lái)到了全新的IP庫(kù)門(mén)前時(shí)，也會(huì)被EDA廠商通過(guò)“修改時(shí)間、文件大小、確認(rèn)IP來(lái)源”等方式，再次進(jìn)行驗(yàn)證，然后被拒絕。油然而生一股挖了百年地下隧道、卻撞到石頭上的酸爽。

　　破解并不有效，也不敞亮，還和我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的態(tài)度相違背。因此，依然還是要靠華大九天等公司自研崛起。那么，這條出路有多寬呢？其實(shí)單純寫(xiě)出一套軟件，難度并不大。關(guān)鍵還是要有海量豐富的IP、PDK，以及產(chǎn)業(yè)上下游的支持配合。單點(diǎn)突破未必有效，需要軍團(tuán)全面突圍，而這并非一朝一夕之功。

　　三、材料：工匠精神最后的堡壘

　　2019年，日韓鬧了矛盾，雙方都很剛，但日本斷供了韓國(guó)幾款半導(dǎo)體材料后，沒(méi)多久韓國(guó)三星掌門(mén)人李在镕就飛往日本懇請(qǐng)松口了，后來(lái)他更是跑到比利時(shí)、中國(guó)臺(tái)灣，試圖繞道購(gòu)買(mǎi)或者收點(diǎn)存貨過(guò)日。

　　按理說(shuō)，韓國(guó)也是半導(dǎo)體強(qiáng)國(guó)，三星在設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域更是主要玩家，但面對(duì)區(qū)區(qū)幾億美金的材料，卻被鬧得狼狽不堪。

　　材料真的有這么難嗎？講真，半導(dǎo)體原始材料是非常豐富的，比如硅片用的就是滿(mǎn)地球的沙子。但要實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的“材料自由”，卻并不容易，必須打通任督二脈：“純度”、“配方”。

　　純度是一個(gè)無(wú)止境之路。我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)的光伏硅片，一般純度是6-8個(gè)9，即99.999999%，但半導(dǎo)體的硅片純度卻是11個(gè)9，而且還在不斷提高。小數(shù)點(diǎn)后多3到5位，就意味著雜質(zhì)含量相差了1000到10萬(wàn)倍。

　　這個(gè)差距有多大呢？假設(shè)，光伏硅片里包含的雜質(zhì)，相當(dāng)于一桶沙子灑在了操場(chǎng)上；那么半導(dǎo)體硅片的要求則是在兩個(gè)足球場(chǎng)大的面積里，只能容下一粒沙子。

　　那么，為什么必須將雜質(zhì)含量降到這么低呢？因?yàn)殡娮拥拇笮≈挥?/10納米，哪怕僅有幾個(gè)原子大小的雜質(zhì)出現(xiàn)在硅片上，也會(huì)徹底堵塞一條電路通道，導(dǎo)致芯片局部失靈。如果雜質(zhì)含量更高的話(huà)，甚至?xí)凸柙踊煸谝黄穑苯痈淖児杵脑优帕薪Y(jié)構(gòu)，讓硅片的導(dǎo)電效率完全改變。

　　要達(dá)到如此純度，需要科學(xué)和工藝的完美結(jié)合。

　　一方面，需要大量基礎(chǔ)科學(xué)儀器來(lái)輔助。比如在材料生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備自身就會(huì)有金屬原子滲透影響純度，因此需要不斷改良。而要確認(rèn)純度，也是高難度。就像特種氣體，就需要專(zhuān)門(mén)的儀器來(lái)檢測(cè)10億分之一（PPB級(jí)）的雜質(zhì)含量水平。實(shí)現(xiàn)這個(gè)難度，就不僅需要半導(dǎo)體企業(yè)，還需要奧林巴斯等光學(xué)企業(yè)出馬助力。

　　另一方面，從實(shí)驗(yàn)室到工廠車(chē)間也需要工藝積累。材料制造，不僅對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求高，就連工廠里的地墊、拖把，也都是高級(jí)別特供。而且，生產(chǎn)車(chē)間溫度、濕度的不同，也會(huì)影響材料純度，就不得不反復(fù)嘗試后得出標(biāo)準(zhǔn)。

　　而高純度只是第一步，復(fù)合材料（比如光刻膠）的配置更是難以跨越的鴻溝。如果說(shuō)“純度”是個(gè)藝術(shù)科學(xué)的話(huà)，那么“配方”就是玄學(xué)科學(xué)。

　　其實(shí)，無(wú)論提純、還是配置，基本的理論原理、工藝技術(shù)都不是難事兒。但如何選材、配比，從而實(shí)現(xiàn)極致的效果，卻需要高度依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)法則，即業(yè)內(nèi)常說(shuō)的“know-how”。

　　同樣的材料，不同的配比就會(huì)有不同的效果；就像我們用紅黃藍(lán)三色去搭配，不同的配比就能得到不同的顏色。而即使用同樣的配方、采用同樣的工藝，在不同的濕度、溫度甚至光照下，也會(huì)有不同，甚至相差很遠(yuǎn)的效果。

　　這些影響材料效果的參數(shù)，無(wú)法通過(guò)精密計(jì)算獲得，只能是實(shí)驗(yàn)室、車(chē)間里一次次調(diào)配、實(shí)驗(yàn)、觀察、記錄、改良。有時(shí)候，為了得到10%的效果改良，可能需要花費(fèi)幾年。然而，這提升的10%，雖然搶占的只是幾百億規(guī)模的市場(chǎng)，但卻影響著萬(wàn)億半導(dǎo)體行業(yè)。

　　因此，無(wú)論是提純，還是配方，其實(shí)需要的都是超長(zhǎng)的耐心待機(jī)、極致專(zhuān)注。這不禁令人會(huì)想到日本的壽司之神，一輩子只做壽司，而一個(gè)學(xué)徒僅擰毛巾就要練五年。雖然在生活中，這種執(zhí)著看起來(lái)有些迂腐可笑，但事實(shí)上，材料領(lǐng)域做得最好的，正是日本企業(yè)。

　　據(jù)SEMI推測(cè)，2019年日本企業(yè)在全球半導(dǎo)體材料市場(chǎng)，所占份額達(dá)到66%。19種主要材料中，日本有14種市占率超過(guò)50%。而在占據(jù)產(chǎn)值2/3的四大最核心的材料：硅片、光刻膠、電子特氣和掩膜膠等領(lǐng)域，日本有三項(xiàng)都占據(jù)了70%的份額。最新一代EUV光刻膠領(lǐng)域，日本的3家企業(yè)申請(qǐng)了行業(yè)80%以上的專(zhuān)利。

　　日本在材料產(chǎn)能上占據(jù)優(yōu)勢(shì)后，又用服務(wù)將客戶(hù)捆綁得死死的。

　　許多半導(dǎo)體材料都有極強(qiáng)的腐蝕性和毒性，曾有一位特種氣體的供應(yīng)商描述，一旦氣體泄漏，只需一瓶，就可以把整個(gè)廈門(mén)市人口消滅。因此，芯片制造商只能把材料的運(yùn)輸、保存、檢測(cè)等環(huán)節(jié)，都交給材料的“娘家”材料商。

　　而另一方面，材料雖小、威力卻大。半導(dǎo)體制造中幾萬(wàn)美金的材料不達(dá)標(biāo)，就能讓耗資數(shù)十億美金生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品大半報(bào)廢，因此制造商們只會(huì)選擇經(jīng)過(guò)認(rèn)證的、長(zhǎng)期合作的供應(yīng)商。新進(jìn)玩家，幾乎沒(méi)有上桌的機(jī)會(huì)。

　　而對(duì)于材料公司而言，下游用得越多，得到的反饋就越多，就有更多的案例支持、更多的驗(yàn)證機(jī)會(huì)來(lái)提升工藝、改善配比，從而進(jìn)一步拉大和追趕者的差距。對(duì)于后進(jìn)者而言，商業(yè)處境用一句話(huà)來(lái)形容就是：一步趕不上、步步都白忙。

　　日本能取得這個(gè)成就，其實(shí)離不開(kāi)日本“經(jīng)營(yíng)之圣”稻盛和夫在上世紀(jì)80年代給日本規(guī)劃的方向：歐美先進(jìn)國(guó)家不愿再轉(zhuǎn)讓技術(shù)的條件下，日本人除了將自己固有的“改良改善特質(zhì)”發(fā)揚(yáng)光大之外，別無(wú)出路；各類(lèi)企業(yè)都要在各自的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)做徹底，把技術(shù)做到極致，在本專(zhuān)業(yè)內(nèi)不亞于世界上任何國(guó)家的任何企業(yè)。

　　這種匠人精神，令日本在規(guī)模不大的材料領(lǐng)域，頂住美國(guó)、成為領(lǐng)主。

　　四、何處突圍

　　我們?cè)谧霎a(chǎn)業(yè)研究的時(shí)候，有個(gè)強(qiáng)烈的感受，中國(guó)似乎在美國(guó)的打壓中，陷入一個(gè)被無(wú)限向上追溯的絕境：

　　發(fā)現(xiàn)芯片被卡脖子后，我們?cè)谛酒O(shè)計(jì)領(lǐng)域有了崛起的華為海思，但隨后就發(fā)現(xiàn)：還需要代工領(lǐng)域突破；當(dāng)中芯國(guó)際攻堅(jiān)芯片代工制造時(shí)，卻又發(fā)現(xiàn)：需要設(shè)備環(huán)節(jié)突破；當(dāng)中微公司、北方華創(chuàng)在逆襲設(shè)備、有所收獲時(shí)，卻又發(fā)現(xiàn)：設(shè)備核心零部件又仰人鼻息；當(dāng)零部件也有所進(jìn)展時(shí)，又發(fā)現(xiàn)：芯片材料還是被卡脖子。

　　而當(dāng)我們繼續(xù)一步步向前溯源、“圖窮匕見(jiàn)”時(shí)，才發(fā)現(xiàn)一切都回到了任正非此前無(wú)數(shù)次強(qiáng)調(diào)的基礎(chǔ)科學(xué)。

　　回顧來(lái)看，如果沒(méi)有1703年建立的現(xiàn)代二進(jìn)制，那么兩百年后的機(jī)器語(yǔ)言就無(wú)從談起；如果沒(méi)有1874年布勞恩發(fā)現(xiàn)物理上的整流效應(yīng)，那么就沒(méi)有大半個(gè)世紀(jì)后晶體管的發(fā)明和應(yīng)用；而等離子物理、氣體化學(xué)，更是刻蝕機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的必備基礎(chǔ)。

　　而在美國(guó)大學(xué)中，有7所位列全球物理學(xué)科排名前十，有6所位列全球數(shù)學(xué)學(xué)科排名前十，有5所位列全球材料學(xué)科排名前十。基礎(chǔ)科學(xué)強(qiáng)大的統(tǒng)治力，成為美國(guó)半導(dǎo)體公司汲取力量的源泉。

　　在強(qiáng)勢(shì)的基礎(chǔ)學(xué)科背后，卻又是1957年就已經(jīng)埋下伏筆的美國(guó)基礎(chǔ)學(xué)科支持體系——對(duì)大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科進(jìn)行財(cái)政支持；通過(guò)超級(jí)科技項(xiàng)目帶領(lǐng)應(yīng)用落地。

　　當(dāng)年美蘇爭(zhēng)霸，蘇聯(lián)的全球第一顆人造衛(wèi)星升空刺激了美國(guó)執(zhí)政者，這也成為美國(guó)科技發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)：

　　一方面，為了保持“美國(guó)領(lǐng)先”，政府開(kāi)始直接對(duì)研究機(jī)構(gòu)發(fā)錢(qián)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）給大學(xué)的基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)從1955年的700萬(wàn)美金，飆升到1968年的2億美金。在2018年，NSF用于基礎(chǔ)研究的經(jīng)費(fèi)，更是高達(dá)42億美金。這長(zhǎng)達(dá)50年的基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)里，美國(guó)聯(lián)邦政府出了一半。

　　尤其值得一提的是，NSF每年為數(shù)以千計(jì)的基礎(chǔ)學(xué)科研究生提供獎(jiǎng)學(xué)金，這其中誕生了42位諾貝爾獎(jiǎng)得主。

　　另一方面，美國(guó)啟動(dòng)了超級(jí)工程來(lái)落地研發(fā)成果。1958年，NASA成立，挑戰(zhàn)人類(lèi)科技極限的阿波羅登月和航天飛機(jī)工程也就此啟動(dòng)。

　　在研究需要250萬(wàn)個(gè)零件的航天飛機(jī)過(guò)程中（作為對(duì)比，光刻機(jī)零件大約是10萬(wàn)個(gè)，一輛汽車(chē)只有1萬(wàn)多個(gè)零件），大量尖端技術(shù)找到用武之地；而這些當(dāng)時(shí)“冷門(mén)”的尖端技術(shù)，又在條件成熟時(shí)，相繼轉(zhuǎn)化為殺手級(jí)民用品（比如從航天飛機(jī)零件中誕生的人造心臟、紅外照相機(jī)）。

　　航天飛機(jī)的技術(shù)外溢，并不是孤例。醫(yī)院核磁共振設(shè)備中采用的超導(dǎo)磁鐵，也正是在美國(guó)粒子加速器“Tevatron”的研發(fā)中應(yīng)用誕生。美國(guó)的超級(jí)科技工程，成為基礎(chǔ)學(xué)科成果的試驗(yàn)田、練兵場(chǎng)和民用轉(zhuǎn)化泉。

　　事實(shí)上，通過(guò)基礎(chǔ)研究掌握源頭科技，隨后一步步外溢建立產(chǎn)業(yè)霸權(quán)，這條路徑并不只是美國(guó)的專(zhuān)利，也應(yīng)該是各個(gè)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的選擇，更是面對(duì)美國(guó)打壓時(shí)一條真正可行的道路。王侯將相，寧有種乎。避免無(wú)窮盡的“國(guó)產(chǎn)替代向上突破”的陷阱，實(shí)現(xiàn)和“基礎(chǔ)研究向下溢出”的大會(huì)師。

　　事實(shí)上，我們面臨的困難、打壓，日本也經(jīng)歷過(guò)。

　　上世紀(jì)八十年代后期，美國(guó)對(duì)日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)起突襲：政治封殺、商業(yè)打壓、關(guān)稅壓迫無(wú)所不用其極，尤其是培養(yǎng)了“新小弟”韓國(guó)來(lái)擠壓日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。沒(méi)幾年，日本就從全球第一半導(dǎo)體強(qiáng)國(guó)寶座上跌落了。日本半導(dǎo)體引以為傲的三大楷模，松下、東芝、富士通的半導(dǎo)體部門(mén)先后被出售。

　　面對(duì)美國(guó)的壓制，日本選擇進(jìn)軍高精尖材料，用時(shí)間換空間、用匠心換信心。

　　1989年，韓國(guó)發(fā)力補(bǔ)貼存儲(chǔ)芯片，而日本通產(chǎn)省制定了投資160億日元的“硅類(lèi)高分子材料研究開(kāi)發(fā)基本計(jì)劃”，重點(diǎn)補(bǔ)貼信越化學(xué)為首的有機(jī)硅企業(yè)。

　　1995年，韓國(guó)發(fā)動(dòng)第二輪存儲(chǔ)價(jià)格戰(zhàn)前夕，而日本東京應(yīng)化（TOK）則實(shí)現(xiàn)了 KrF光刻膠商業(yè)化，打破了美國(guó)IBM長(zhǎng)達(dá)10余年的壟斷，并在隨后第五年，其產(chǎn)品工藝成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全球領(lǐng)先。

　　2005年，三星坐上存儲(chǔ)芯片老大的位置，而日本凸版印刷株式會(huì)社以710億美金收購(gòu)了美國(guó)杜邦公司的光掩膜業(yè)務(wù)，成為光罩龍頭。

　　在韓國(guó)全力擴(kuò)張產(chǎn)能，和其他半導(dǎo)體下游廠搏殺的日子里，日本一步步走到了材料霸主的寶座前。從看似掌握著無(wú)解優(yōu)勢(shì)的美國(guó)人手里，硬生生搶下了一把霸權(quán)劍。

　　但日本的成功僅僅是因?yàn)閾Q了一個(gè)上游戰(zhàn)場(chǎng)嗎？顯然不是。在過(guò)去30年，三大自然科學(xué)領(lǐng)域，日本共計(jì)收獲了16個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，其中有6個(gè)都屬于是化學(xué)領(lǐng)域，而這些才是日本崛起的堅(jiān)實(shí)地基。

　　我國(guó)的基礎(chǔ)研究怎么樣呢？2018年，我國(guó)基礎(chǔ)研究費(fèi)用，在全年總研發(fā)支出中僅占5%，而這還是10年來(lái)占比最高的一年。而同期美國(guó)基礎(chǔ)研究占比則是17%，日本是12%。在國(guó)內(nèi)各個(gè)學(xué)校論壇上，勸師弟師妹們從基礎(chǔ)學(xué)科轉(zhuǎn)向金融計(jì)算機(jī)等應(yīng)用學(xué)科的帖子，層出不窮。

　　所以有人笑稱(chēng)，陸家嘴學(xué)集成電路的，比張江還多。

　　今年7月份，更是爆出了中科院某所90多人集體離職的迷思。誠(chéng)然，每個(gè)人都有擇業(yè)的自由，但需要警示的，是大家做出選擇的理由。基礎(chǔ)學(xué)科研究的長(zhǎng)周期、弱轉(zhuǎn)化、低收入，令研究員們?cè)谌找嫔蠞q的房?jī)r(jià)、動(dòng)輒數(shù)百億利潤(rùn)造假套現(xiàn)面前，相形見(jiàn)絀。

　　任正非曾經(jīng)感嘆道：國(guó)家發(fā)展工業(yè)，過(guò)去的方針是砸錢(qián)，但錢(qián)砸下去不起作用。我們國(guó)家修橋、修路、修房子……已經(jīng)習(xí)慣了只要砸錢(qián)就行。但是芯片砸錢(qián)不行，得砸數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、化學(xué)家……

　　64年前，蘇聯(lián)率先發(fā)射的一顆衛(wèi)星讓美國(guó)驚醒。美國(guó)人一邊加碼“短期對(duì)抗”，一邊醞釀“長(zhǎng)期創(chuàng)新”，從而開(kāi)啟了多個(gè)領(lǐng)域的突破、領(lǐng)先；而今，一張張禁令也讓我們驚醒，我國(guó)不少產(chǎn)業(yè)只是表面上的大，急需要的是骨子里的強(qiáng)。

　　這些危機(jī)之痛，總是令人后悔不已。過(guò)去幾十年，落后就要挨打的現(xiàn)實(shí)一次次提醒著我們，要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)技術(shù)能力的創(chuàng)新和突破，才能贏取下一個(gè)時(shí)代。