【特寫】阿里巴巴倚天出鞘,屠龍刀是否要怕了?
阿里巴巴公布自家研發的「倚天 710」晶片,號稱業界性能最强的 ARM 伺服器晶片,媒體形容是中國晶片的「一線希望」(路透社),「可與西方使用的最先進的晶片相媲美」(金融時報)、中國半導體自給自足的「里程碑」(彭博)。
到底「倚天 710」晶片有幾重要?倚天不出誰與爭鋒,現在屠龍刀是否要怕了?
從中國購買外國技術,到西方實施貿易限制
半導體晶片是所有發達國家重中之重的高科技產業,沒有了晶片,一切新科技發展 — 人工智能、機器學習、量子計算、軍用航空設備、先進國防系列、智能手機、汽車、自動駕駛汽車.....的前景都變得暗淡。
美國是現代半導體技術的誕生地,技術累積最豐厚。一直以來,中國半導體晶片的技術與水平都有顯著距離。根據史蒂文斯理工學院 (Stevens Institute of Technology) 量化金融學教授卡爾宏 (George Calhoun) 的說法,中國在半導體晶片設計方面,地位可說是「微不足道 (negligible)」。
中國自己亦清楚弱點,近年急起直追。2019 年,華為突破性推出基於 ARM 架構的伺服器晶片「鯤鵬 920」。而今次引起討論的「倚天 710」,就是 2019 年已開始開發。
問題是,中國企業過往「超英趕美」的常用手段之一,就是利用西方已有知識產權 (intellectual property, IP)。例如華為的晶片設計公司 HiSilicon(海思半導體),就是向英國的安謀 (Arm)、美國的高通 (Qualcomm)、新思 (Synopsys) 和益華 (Cadence) 購買使用權。西方亦不時有說法指,中國企業還採用其他方法獲得晶片技術,包括設法獲得對手的商業機密。
這招式引起美國政府注意。在美國政府立場,國內寶貴技術怎可隨便轉讓他人?於是,美國商務部在特朗普時代開始透過貿易禁令,「封殺」華為等中國主要科企,阻止這些企業未經許可下獲得半導體。
「封殺令」致美國企業無法做中國生意,可謂傷人不利己,如美國半導體工業協會就曾指,「封殺令」「將為美國半導體行業帶來巨大破壞」。然而美國堅持。
被美國封殺,中國只能自己晶片自己做。於是,中國政府大幅投資推動晶片工業,聲言目標是在 2030 年達到自給自足的目標。
近年,中國在晶片設計方面確實進展不俗。這就是為甚麼阿里巴巴發布的「倚天 710」,得到外界正評。根據阿里巴巴說法,「倚天 710」是目前業界性能最強的 ARM 伺服器晶片,性能超過業界標準 20%,能量效率比提升 50% 以上。換言之,「倚天 710」似乎已為中國晶片設計收復大部分失地,甚至超前亞馬遜。
從中國的角度看,這確實是一個自立自強的故事。是故有許多中國網民以「感動」形容「倚天 710」的成就,認為中國成功以自己的設計能力,突破歐美施加的限制。
然而這不是故事的全部。
在晶片世界,懂得設計未能稱王
在晶片世界,懂得設計尚未能稱王,因為設計之後仍要生產。全球晶片業是一個龐大且高度差異化的生態系統,數千家公司從事截然不同業務,大致可分設計、製造、組裝及測試,以及半導體製造設備 4 大類。當然,也有主要事務一手包辦的半導體垂直整合型公司,稱為 IDM (Integrated Device Manufacturers, 整合元件製造公司),例如 Intel(英特爾)、Samsung 等,但過去幾十年,行業持續走向分工化及專業化。一些 IDM 都會拆分出設計公司(稱為 Fabless IC 公司)和代工廠。
製造方面,台灣堪稱世界一哥。根據市場統計公司 Statista 數字,2021 年全球半導體代工市場收入,預期台灣佔了 65%,當中大部分來自台積電 (TSMC)。而中國的位置,依然是「微不足道」。有曾任職華為的專家坦言,「中國缺乏生產人才,特別是那些能掌握工藝技巧的人。」
以華為作例子,以前台積電為華為生產麒麟晶片,但由於美國對華的半導體禁令,不僅規定美國企業未經批准不可為華為生產晶片,就連外國企業以美國軟件或技術生產的晶片亦被禁止,而全世界主要的晶片設計軟件和蝕刻工具,都是「美國貨」。於是,台積電無法再為華為代工,而中國又無法生產麒麟晶片,最終導致麒麟晶片停產。
當時華為消費者業務總裁余承東就說﹕「很遺憾在半導體製造方面,華為的重資產投入型的領域、重資金密集型的產業華為沒有參與,我們只是做了晶片設計,沒搞晶片製造。」
中國製造能力不足有許多原因。首先,生產所需要的投資額,比發展晶片設計高昂許多。此外,生產人才的累積無法一蹴而就。曾任職華為的專家指,半導體晶片生產工藝涉及許多跨領域知識,包括物理和化學等,「任何工作少於 20 年的人都會感到難以掌握」。中金公司一份報告指,中國訓練的工程師仍嫩,半導體業界尤其在生產方面,缺乏領導人才。由於晶片需求龐大,人才不足甚至有惡化趨勢。北大中國教育財政科學研究所報告指,2015 年中國半導體工業人才短缺 15 萬人;到 2019 年,數字倍增至 30 萬。
目前大陸晶片工藝最精良的只到 12 納米,而倚天 710 是 5 納米。是故阿里巴巴在發布會指,「倚天 710」不出售,主要是阿里雲自用,也絕口不提生產。「幸運」的是,阿里巴巴未有列入美國制裁實體清單,外國製造商可以為其代工。《彭博》指阿里巴巴可能會外判生產「倚天 710」。市場亦傳出,「倚天 710」生產初期要採用 7 納米製程,可能是由台積電代工。
總括而言,「倚天 710」的誕生,無疑反映了中國在半導體晶片領域上努力突破樽頸的成績,但要談上威脅美國地位,則言之尚早。當然,在大陸舉國之力,全產業鏈投入下,要追趕美國並非完全不可能。只是,過去的努力至今成績不算亮麗。中國在晶片製造業努力了大大話話有 20 多年,幾多願景落空,幾多資源浪費,即使政府大力支持,造就一些大型企業誕生,卻始終未有一家晶片製造商在規模上足以媲美國際主要競爭對手。
但這不代表中國肯定無法在半導體晶片業扳回一城。「第三代半導體」,可能是希望。
第三代半導體或成中國發展希望
何謂第三代半導體?第一代半導體材料是矽 (Si)、鍺 (Ge);第二代是砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP),第三代則主要有氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC) 等。第三代被視為具更好的物理和化學特性,但成本現時仍較高。現時業界使用的半導體材料仍以第一代的矽為主,也不會將所有第一代半導體轉到第三代,但個別部份需要用到耐高電壓、耐高溫、高功率的半導體,第三代則有莫大優勢。
雖然現時日本在氮化鎵的技術最為領先,美國則在碳化硅的發展最好,但因為是新事物,各國仍只是起步不久,中國半導體業界評估,在第三代半導體體材料發展,中國同國際龍頭公司的差距大概僅是 5 年左右。
中國政府清楚知道這一點﹕它已經決定投資人民幣 10 兆(即是 10 萬億!)在第三代半導體的研發及生產上,並將之寫入「十四五」規劃。中國的第三代半導體企業,包括中芯國際、韋爾股份、卓勝微、天科合達、同光晶體等,亦已開始擴產。
今年 7 月,官媒《人民網》發表一篇文章,標題便是《碳化硅,第三代半導體時代的中國機會》。長遠而言,這條出路,可能遠比倚天劍或屠龍刀或倚天輸入法都具意義得多。