中芯国际试图绕过进口限制问题
作者: Anton Shilov    编辑: Stella Su   发布: 01/13/2021 11:23

由于世界顶级经济体之间正在进行的贸易战,中芯国际(SMIC)已不得不多次更改其研发重点,这对其路线图产生了巨大影响。

该公司没有开发先进的极紫外(EUV)工艺技术,而是在研究小芯片和高级封装。然而,该公司还有另一个问题:它无法获得足够的原材料和消耗品。

在中美之间的贸易战中,中芯国际受到的影响仅次于华为技术公司,这是受其影响最大的几家公司。到目前为止,该公司不得不放弃依靠EUV光刻技术的前沿制造工艺的开发,停止扩展其先进的生产能力,暂停10纳米以下节点的开发,并重新关注成熟的制造工艺。

美国政府对此有自己的看法:中芯国际已经或将要成为一家国有公司,这将使中国官方获得先进技术。最近,该公司开始考虑将其研发活动的方向转向封装和小芯片。但是,该公司面临紧迫的问题:它无法获得足够的原材料来维持其现有晶圆厂的运转。

传统上,中芯国际的主要优势是成熟的工艺技术以及报价低于台湾竞争对手台积电和联发科的价格。如今,45纳米及以上厚度的节点占据了该公司收入的最大份额(即超过90%),中芯国际在其商业模式方面非常成功。例如,根据China Renaissance的数据,该公司生产高通公司50%以上的PMIC,有数十家客户将传统技术用于其产品 。

作为一家雄心勃勃的公司,中芯国际在2010上半年启动了一个项目,以缩小与台积电的差距。该公司需要在工艺技术研发以及大型晶圆厂上进行投资,因为只有在产量非常高的情况下,巨额研发支出才会得到回报。

近年来,公司大幅增加了研发预算。2014年,中芯国际的研发支出为1.897亿美元,占收入的9.5%。到2019年,研发支出增加到6.29亿美元,占收入的20.7%。中芯国际从未真正配备过GigaFab级的生产设施,但交通银行国际控股有限公司分析师Christopher Yim 表示:中芯国际最新的300mm Fabs正式具备50,000+ WSPM的能力。

研发支出的大幅增加以及大型晶圆厂的建设表明,该公司正准备大幅提高其先进节点的使用率,并成为领先的工艺技术领域中规模较小但技术娴熟的参与者。当然,那可能是北京和地方提供大量资金的结果。

帝国反击战

中芯国际最近几年的第一次成功是继续其EUV研发,尽管无法获得已经购买的ASML的Twinscan NXE扫描仪。阿斯麦说,由于瓦森纳协议,它需要荷兰当局颁发出口许可证才能向中国销售EUV,但很多人说,美国政府要求荷兰政府不颁发该许可证。

对于中芯国际来说,从根本上禁止其低于10纳米产品的获得意味着也禁止其14纳米的努力,因为用于14纳米的大多数设备也可以用于其低于10纳米的项目。这就是为什么公司重新集中精力以使用成熟技术的原因。

中芯国际受到的第二个打击是,美国限制向中国,俄罗斯和委内瑞拉出口军民两用先进技术,以打击军事技术的发展。此外,美国政府限制美国公司生产的设备出口到中国香港,这是中国公司无需从美国政府获得许可证就能获得精密生产工具的一种方式。

由于中芯国际在EUV系列中起步较晚(与三星代工和台积电相比),该公司开始开发其12nm、N+1和N+2工艺技术,这些技术纯粹依赖于深紫外线(DUV)光刻技术,并瞄准不需要高晶体管密度的廉价芯片。N+1和N+2都被认为是亚10nm制程节点,这也是中芯国际获得另一项重大突破的地方,SMIC被列入美国商务部的实体名单。

虽然光刻扫描仪的主要生产商ASML在荷兰,并且不需要遵守美国的限制,但美国有许多生产Fab工具的公司,没有AMSL的扫描仪就没有用。

新希望

对于芯片设计者来说,使其处理器达到其性能目标的方法之一就是加入更多的晶体管。通常情况下,新工艺技术可以让你每18 ~ 24个月就增加晶体管预算,而不会大幅增加成本,但由于中芯国际没有先进的生产工具,它在未来几年将无法真正依赖摩尔定律。但是,还有另一种方法可以增加晶体管的数量:使用更多的硅。

比起一个大芯片,设计,启动和生产许多更小的芯片更加容易。AMD已经使用芯片设计来构建具有八个以上内核的服务器和台式机CPU,英特尔使用芯片设计来生产其代号为Lakefield的处理器,并打算将其用于代号为Ponte Vecchio Xe-HPC的图形处理器。

中芯国际董事蒋尚义博士在最近接受《科技新闻》采访时说 ,该公司没有在EUV上进行大量投资,而是根据China Renaissance的一份报告,研究先进的封装和小芯片技术 。

“他强调说,异构集成(HI)和小芯片可能对于中芯国际未来成为顶级晶圆制造商之一至关重要,特别是考虑到节点扩展到EUV时代的路径对于该公司而言似乎不再可行。美国明确表示对向中芯国际出售N10及以下技术的许可证申请拥有“拒绝推定”的立场,”报告说。

中芯国际开发诸如英特尔的EMIB或Foveros之类的技术固然需要数年时间,但无论中芯国际是否能够使用领先的生产技术生产芯片,未来都将需要这些技术。因此,就目前而言,公司将研发工作重心从基于EUV的领先技术转移到高级包装,确实具有很大的意义。

瓶颈

先进的封装技术以及复杂的节点将使中芯国际在未来的几年中更具竞争力,但是目前该公司面临着更为紧迫的问题。由于它已包含在DOC的实体列表中,因此它无法从无许可证的美国公司那里获得必要的化学原料和消耗品,例如备件,这实际上可以随时停止其运营。

美国商务部通常需要数周的时间来审核许可证申请,并且不能保证它们会授予适当的出口许可证。因此,根据DigiTimes的 报告,中芯国际已经面临化学材料和某些耗材的紧张供应 。

如果没有必要的原材料和备件,中芯国际在某个时候可能不得不停止生产,这将破坏其客户的产品上市时间,这意味着其中一些必须转向其他半导体合同制造商。此外,尚不清楚中芯国际是否能够为其采用14纳米制程制造芯片的先进设备获得备件。

中芯国际近年来大大增加了其研发支出,并设计了几种先进技术,但尚未设法开发出领先的制造工艺。

即将到来的大趋势将不可避免地推动对中芯国际以及其他半导体合同制造商所提供服务的需求,但是该公司将无法生产需要先进技术的昂贵芯片,这自然会降低其潜在收入并盈利能力。

中芯国际将不再把钱花在基于EUV的节点上,而是将投资重新集中在复杂的封装和小芯片技术上。此外,由于成熟节点一直是其核心业务,因此它将集中精力确保其在成熟节点市场上的地位。

对于中芯国际来说,不幸的是,它被纳入美国商务部的实体清单限制了其从美国公司购买半导体设备,备件和化学材料的能力。为此,中芯国际的短期未来将在很大程度上取决于美国新政府授予适当许可的意愿。

因此, 假设中芯国际已经储备了足够多的现代DUV扫描仪和其他工具(以及备件)来构建足够的能力来与更大的竞争对手竞争,那么在未来几年其N + 1和N + 2工艺可能有很好的机会。同时,当N + 1和N + 2节点在2021年至2023年进入量产时,它们都不会与其他公司的领先节点竞争。

此外,尽管中芯国际拥有多个研发团队致力于新的制造工艺,但其路线图似乎越来越不确定,因为该公司在未来几年内将无法采用EUV光刻和GAAFET结构(下一代节点的关键推动力)。

中芯不确定的未来?

但是,一些分析师认为,尽管EUV和GAAFET对中芯国际的长远未来很重要,但将公司纳入实体名单却带来了许多挑战,可能迫使该公司做出重大改变。

中芯国际可以不受任何限制地从ASML获得DUV扫描仪。光刻工具对半导体生产非常重要,但它们不是工厂使用的唯一工具。主要用于高精度计量、沉积、蚀刻、光刻胶剥离、晶圆清洗的设备均由美国公司生产。

欧洲和日本有其他选择,但是插入新工具始终意味着改变整个流程,这是一个漫长而冒险的过程。如果公司未能及时获得一种先进的工具或备件,这将破坏其整个生产流程。在最坏的情况下,该公司可能需要使用FinFET工艺技术停止生产,并翻新旧节点的产能。

Szeho写道:“我们相信,备件/材料的积累将使中芯国际的运营维持3-6个月,即使其美国供应商现在需要在出货前获得许可证,而且积极回应的机会也被认为是很小的,”兴业证券(China Renaissance Securities)分析师Ng在给客户的说明中。“我们的基本情况现在假设,其FinFET业务将很大程度上停止(鉴于对美国技术供应的高度依赖,以及该技术在敏感市场中制造核心芯片的战略重要性),其装机容量可改造为较低ASP的300 -mm(28-90 nm节点)制造。我们认为,200毫米(130纳米及以上节点)的晶圆厂将照常营业。”

目前中芯国际的FinFET业务可能占该公司收入的2%〜3%,因此,即使该公司不得不停止使用14纳米制程并取消12纳米和N + 1计划,其销售额也不会遭受重大下降。但是高级节点往往有利可图并且对大客户具有吸引力。此外,为旧技术改造新工厂将自动降低净利润(要更换的工具尚未折旧,这意味着损失)。

总体而言,分析人士认为,中芯国际的未来很大程度上取决于美国政府对该公司的态度,而不是其自身的研发专业知识或制造能力。

“我们认为美国政府对待中芯国际的态度仍然是其命运的关键,因为该公司即将脱离美国技术的依赖(即使对于传统的300毫米)也可能不像某些行业观察家所预期的那么容易,”“美国的技术影响力超出了设备/材料领域,并进一步扩展到了EDA市场,在美国,EDA市场在美国的主导地位更高。此外,日本的态度有待观察,因为它在全球设备/材料供应中也起着相当重要的作用。”

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