美国商务部于2020年5月15日发布对华为实体清单的最新一波禁令,除了对华为限制出售的临时许可再延长90天外,并声明全面限制华为购买与采用美国技术生产的半导体元件,包括禁止使用被列入美国商务部管制清单的生产设备生产海思设计产品,除非获得美国政府许可,并从2020年5月15日起给予120天的出货期限。
目前台积电虽能继续生产已签订了订单的海思芯片,但受新禁令影响须在120天内完成出货,目前已暂停承接海思的新订单;而中国晶圆代工厂商若要持续提升制程技术,仍需依赖美系设备大厂的支持,因此现阶段要谈国产替代进口的事,对海思来说仍有困难。
台积电在无法回避美国最新禁令的情况下,能填补海思订单的缺口吗?
以海思在台积电的正常投片来看,在12/16nm方面投片约占总产能20%(总产能包含南京厂),海思在南京厂的投占比约超过6成;7nm投片量占总产能约10~15%,而7nm受新冠肺炎疫情影响,生产智能手机AP的缺口由服务器芯片填补;5nm预计2020下半年量产,目前部分投片试产中,规划到2020年第四季5nm产能占比约3成左右。在新禁令的规定下,海思5nm芯片正极力提前出货以规避2020年8月中的出货期限。
倘若在禁令影响下,海思的投片全数撤出台积电,从各nm节点的客户分布与海思产量占比来看,12/16nm状况较为不利,主要是海思在南京厂超过6成的投片若消失,短时间其他国内IC设计厂商难以填补缺口,将对12/16nm的产能利用率直接造成冲击;在5nm方面,海思为主要客户之一(另一为苹果),其手机AP正加紧提前出货;除海思外,其他5nm重点客户(如AMD、高通等)的量产时程横跨至2021年,而苹果目前投片量从市场需求估计来看已足够,故在失去海思后,短期内台积电的5nm生产订单将降低,长期来看则需观察苹果是否增加投片或其他客户有无计划提前量产。
现行的7nm由于客户分布较广,相较于5nm及12/16nm能作为填补缺口的产品选择性较多,产能缺口缩小的机会较高,但若其他客户填补状况力道不足,则仍有对整体7nm产能利用率影响的状况。目前认为台积电应已着手申请生产许可,但暂停承接海思新订单。
从营收状况来看,2019年海思占台积电营收约14%,金额为49.5亿美元,也占台积电中国区域营收的73%。若海思芯片全数无法制造,将令海思与中国区域在台积电的营收占比下滑;而从市场需求来看,消费性产品状况仍取决于整体经济环境在新冠肺炎疫情获得控制后的复苏速度,不过若总体市场维持不变,即便禁令实施后华为能凭借预先建置的高库存与正在生产的芯片供应需求,未来仍将面临无法由台积电生产的危机,故华为的直接竞争者将受惠,包括其他品牌手机与5G设备品牌商,将加大既有在台积电的投片需求。另一方面,若全球疫情逐渐受到控制,全球经济于2020下半年或将出现明显复苏,台积电凭借在制程技术的绝对优势,仍能迎接年底欧美旺季前的备货需求,以减缓因海思撤出后对营收带来的负面影响。
制程越先进,对美系设备依赖度越高,中国现阶段要以国产设备完全替代进口,仍是困难重重
由于此次禁令涉及使用美国设备或技术生产任何华为旗下海思设计的芯片,因此对晶圆代工厂商的影响不小,尤其是中芯国际、华虹半导体或华力微电子等被视为海思摆脱美国政策束缚的解决方案。虽积极提升国产化设备的渗透率,不过对海思芯片需要的先进制程的厂商来说,依赖美系半导体设备的占比仍相当高,因此要回避新禁令对美系设备限制的规定可能相当困难。
目前在中芯国际的营收占比中,占比最大的是8寸晶圆的150/180nm制程,其次是12寸晶圆的55/65nm及40/45nm;而最先进的14nm虽成功量产了海思低端芯片麒麟710A,但要能完全覆盖原有台积电以12/16nm制程生产海思的芯片、RF收发器、TVSoC与基站芯片等仍有相当难度,不仅在芯片良品率上有差异,成品安装到终端产品后也有散热不佳或缺陷等问题。况且进入28nm制程以下,对美日设备大厂的依赖度相当之高,在2020年初中芯国际跟美商Lam Research与日商Tokyo Electron持续购入新设备就是做14nm产能扩增之用,即便中芯国际宣称其N+1与N+2制程确实可不使用EUV机台,但在Etch、CMPP、CVD及Scanning等关键制程仍是以Applied Materials、Lam Research与KLA等美系厂商为首。
国内设备商受惠于获得政府政策与财务支持,除了定价弹性外,只要其产品通过验证,国内当地半导体制造商就必须依循产业自主化策略,将其列为主要供应商。2019年中国半导体设备自给率仅13%,中国设备商、研究机构纷纷布局清洗、沉积、光刻、蚀刻、研磨与离子植入等设备,企图在国内半导体制造商持续扩厂过程中逐步实现进口替代。
现阶段布局清洗设备的国内厂商有北方华创、盛美半导体、芯源微电子、至纯科技;布局化学气相沉积(CVD)的厂商有中微半导体、北方华创、沈阳拓荆,其中北方华创同时也布局物理气相沉积设备;布局光刻设备的厂商有上海微电子,光阻液涂布设备的厂商有芯源微电子;布局矽蚀刻设备的厂商为北方华创,布局介质蚀刻的厂商则有中微半导体,布局研磨设备的厂商有华海清科与中电科45所;布局离子植入设备的厂商有隶属中电科48所的中科信。
即便在市场上设备的接受度能有提升,但在产品的品质与良率仍是个大问题,要追上国际一线厂商仍有距离,因此国内晶圆代工厂商短期内想由国产化设备打造非美系生产线的难度很高,加上没有明确的审查机制证明完全不使用美系设备,这对于中国晶圆代工厂商与海思来说仍是困难重重。
有鉴于此,现阶段的解决方法或许仅剩外购芯片这一条方案了,例如日前华为与STMicroelectronics合作即是期望规避海思设计的限制,不过以目前美国政府的态度来看,流于表面的规避措施也恐无济于事。