美國商務部工業(yè)與安全局(BIS)繼2025年1月13日發(fā)布“人工智能擴散出口管制框架”之后,于1月15日再次出臺新規(guī),將使用FinFET工藝(非平面晶體管結(jié)構(gòu))制造的芯片認定為受管控芯片,需要進入美國政府許可的“白名單”才能正常獲得產(chǎn)能供應。此外,本次美國又一次更新實體清單,將涵蓋AI大模型、算力芯片、光刻機零部件以及先進封裝等多個領(lǐng)域的25家中國企業(yè)納入清單。我們認為,美國此舉旨在通過限制我國獲取先進算力芯片的生產(chǎn)能力,進一步削弱我國在人工智能產(chǎn)業(yè)鏈和算力供應鏈上的競爭力,也意圖阻止我國參與下一代人工智能和半導體技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈的全球競爭。
一、美國本次工藝管控新規(guī)及實體清單更新的關(guān)鍵要點
本次新規(guī)主要對FinFET工藝流片進行管控,同時更新了DRAM內(nèi)存的管控條件,并對“先進節(jié)點集成電路”定義進行了更新。另外本次美國又一次更新實體清單,將25家中國企業(yè)納入,涵蓋AI大模型、算力芯片、光刻機零部件以及先進封裝等多種類型的國內(nèi)企業(yè)。
(一)FinFET工藝流片管控
FinFET工藝是制造高性能算力芯片的主流工藝,美國BIS認為目前全球仍然有大量的集成電路“殼”公司可以繞過目前的管制規(guī)則,通過獲得FinFET工藝產(chǎn)能而設(shè)計生產(chǎn)出高性能算力芯片。因此為避免該情況的發(fā)生,美國BIS對我國設(shè)計企業(yè)進行流片限制,需滿足以下要求才能獲得境外FinFET工藝產(chǎn)能:
(1)所設(shè)計芯片的晶體管數(shù)量低于300億個,晶體管數(shù)量的定義為芯片的晶體管密度x芯片面積。
(2)若最終封裝成的芯片不含HBM,則晶體管數(shù)量限制可以放寬到350億個(2027年生產(chǎn))或者400億個(2029年或者更晚生產(chǎn))。
由美國設(shè)計的管控條款可以看出,本次對FinFET工藝流片管控主要針對的是高性能算力芯片,另外智駕SoC芯片、交換機芯片也會受到影響。而消費類芯片、手機SoC等因晶體管數(shù)量一般都低于300億個,不會受到流片限制。
(二)DRAM內(nèi)存管控更新
新規(guī)修訂DRAM“先進節(jié)點集成電路”的定義,將存儲單元面積從“小于0.0019µm²”修改為“小于0.0026µm²”,并將存儲密度從“大于0.288千兆位/平方毫米”修訂為“大于0.20千兆位/平方毫米”。此外,該規(guī)則增加了“每個管芯超過3000個TSV”的參數(shù),取代了之前18納米半間距標準的限制。
(三)“先進節(jié)點集成電路”定義更新
本次新規(guī)對“先進節(jié)點集成電路”的定義進行更新:
(1)邏輯芯片:采用非平面晶體管結(jié)構(gòu)(FinFET結(jié)構(gòu))的16/14nm或更小線寬。
(2)NAND閃存:大于等于128層。
(3)DRAM內(nèi)存:存儲單元面積小于0.0026um²、存儲密度大于0.20Gb/mm²或每個芯片die超過3000個TSV。
(四)實體清單更新
本次美國又一次更新實體清單,將25家中國企業(yè)拉入,主要包括AI大模型企業(yè)智譜旗下10個實體、AI算力芯片企業(yè)算能科技旗下約11個實體(包括一個新加坡分公司)等。
二、國內(nèi)外FinFET工藝發(fā)展情況和我國的競爭力
FinFET工藝是制造高性能算力芯片的主流工藝,主要采取FinFET結(jié)構(gòu),僅次于最先進的GAA結(jié)構(gòu)。FinFET工藝被廣泛應用于智能手機、電腦和平板電腦、可穿戴設(shè)備、汽車以及高端網(wǎng)絡等領(lǐng)域。根據(jù)Gartner數(shù)據(jù),目前全球FinFET工藝產(chǎn)能已經(jīng)占到全球代工總產(chǎn)能的16%,其貢獻的經(jīng)濟價值達到435.09億美元,預計到2029年將繼續(xù)增至773.44億美元。2024-2029年復合年增長率(CAGR)預估為12.19%。
表1 全球主要代工廠FinFET工藝覆蓋節(jié)點和主要產(chǎn)品
數(shù)據(jù)來源:北京半導體行業(yè)協(xié)會
根據(jù)Gartner數(shù)據(jù),截至2024年底,全球FinFET工藝總產(chǎn)能為1857.7萬片/月(等效8英寸晶圓)。從區(qū)域分布上看,全球僅有美國、中國、韓國及中國臺灣具備FinFET工藝的生產(chǎn)能力。從產(chǎn)能規(guī)模上看,中國臺灣產(chǎn)能占比最大,達到71.8%,而幾乎接近93%的產(chǎn)能集中在亞洲。從企業(yè)情況來看,全球僅有6家企業(yè)掌握FinFET工藝,分別是臺積電(中國臺灣)、聯(lián)電(中國臺灣)、三星(韓國)、英特爾(美國)、GlobalFoundries(美國)以及中芯國際(中國大陸)。從產(chǎn)能增速來看,2025年-2028年全球FinFET工藝產(chǎn)能擴充主要發(fā)生在中美兩國,其中美國未來四年FinFET工藝擴產(chǎn)年均復合增速更是高達24.3%。
表2 2025-2028年全球FinFET工藝分布及所在區(qū)域的主要企業(yè)(等效8英寸晶圓月產(chǎn)能/千片)
數(shù)據(jù)來源:Gartner
根據(jù)上述國內(nèi)外FinFET工藝區(qū)域分布和企業(yè)情況??梢缘贸鰩c結(jié)論:
一是大陸地區(qū)在FinFET工藝雖然不是空白,但在產(chǎn)能上仍然占比較小,與中國臺灣、韓國存在一定差距。目前我國FinFET工藝產(chǎn)能占全球FinFET工藝產(chǎn)能的比重僅為4.7%,即使到2028年也只達到5%,短期內(nèi)無法趕超中國臺灣(70%左右)、韓國(15%左右)的產(chǎn)能優(yōu)勢。
二是美國將充分受益于臺積電等企業(yè)在美建廠的產(chǎn)能投資,在未來幾年將會躍升為全球FinFET工藝的重要供應國。美國通過《芯片與科學法案》近380億美元的補貼,吸引了英特爾、美光、三星、SK海力士與臺積電五家全球頂尖的邏輯芯片及DRAM存儲器制造商均在美國投入建設(shè)或擴張。其中邏輯代工產(chǎn)能的投資主要集中在FinFET工藝上,因此美國將會快速躍升為全球FinFET工藝的重要供應國。
三是FinFET工藝將成為未來中美在先進半導體制造能力較量的主戰(zhàn)場。從全球各區(qū)域FinFET工藝增長速度來看,韓國和中國臺灣未來會將擴產(chǎn)重點放到3納米及以下,也就是主要擴充GAA工藝的制造能力,而中國受限于無法進口到最先進的EUV光刻機,將和美國圍繞FinFET工藝進行競爭。
三、美國對我國實施FinFET工藝管控帶來的影響及研判
美國對我國實施FinFET工藝管控主要有三方面影響:
一是短期內(nèi)會嚴重影響部分芯片企業(yè)產(chǎn)品交付和供應鏈穩(wěn)定
由美國設(shè)計的管控條款可以看出,本次FinFET工藝管控影響最大的是算力芯片企業(yè),另外智駕SoC芯片、交換機芯片也會受到影響。盡管目前部分企業(yè)已經(jīng)和國內(nèi)具備先進工藝代工能力的產(chǎn)線進行對接,但工藝轉(zhuǎn)換、根據(jù)國內(nèi)工藝進行設(shè)計變更等都需要耗費一定的時間,因此短期內(nèi)會嚴重影響部分芯片企業(yè)產(chǎn)品交付和供應鏈穩(wěn)定。同時,對制造工藝的管控將進一步影響國產(chǎn)算力芯片的性能和綜合競爭力,勢必會拖慢我國在人工智能基礎(chǔ)大模型領(lǐng)域的研發(fā)進展,中國在下一代基礎(chǔ)大模型研究上與美國的差距將進一步加大。
二是將加速我國自主FinFET工藝能力的提升和有效產(chǎn)能擴充
由于長期的先進算力芯片制造需求外溢,不僅導致我國目前可量產(chǎn)的FinFET工藝產(chǎn)能規(guī)模很小,僅占全球FinFET工藝總產(chǎn)能的不足5%,也導致與FinFET工藝配套的軟件和工藝設(shè)計套件(PDK)、IP能力都與臺積電差距較大,無法滿足國內(nèi)大部分芯片設(shè)計企業(yè)的要求,尤其是鮮少能夠服務于算力芯片企業(yè)。本次美國對我國實施FinFET工藝管控,將變相加速國內(nèi)先進設(shè)計企業(yè)與代工廠的合作,提升自主PDK和基礎(chǔ)IP的能力,同時在需求牽引下,加快實現(xiàn)國產(chǎn)FinFET工藝的有效產(chǎn)能擴充,尤其是提升16/14納米及以下車規(guī)級工藝的供應能力。
三是將帶動我國先進工藝供應鏈上下游深度協(xié)同和自主可控
由于目前我國具備FinFET工藝制造能力的所有代工廠和研發(fā)機構(gòu)幾乎都被美國拉入實體清單,無法正常采購FinFET工藝產(chǎn)能擴充所需的相關(guān)進口設(shè)備及零部件。因此本次對FinFET工藝的管控,將加速推進我國具備FinFET工藝制造能力的代工廠通過與國產(chǎn)設(shè)備、材料和零部件的合作而實現(xiàn)產(chǎn)能擴充,有助于強化國產(chǎn)FinFET工藝的技術(shù)、產(chǎn)能與供應鏈能力升級,實現(xiàn)我國相關(guān)設(shè)備和零部件的高水平突破,全面帶動我國先進工藝供應鏈上下游深度協(xié)同和自主可控。
四、相關(guān)建議
近兩個月來,美國密集發(fā)布管制措施,集中覆蓋高性能算力產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈的各個環(huán)節(jié),從“切斷進口”和“阻礙自研”兩方面全面封死我國構(gòu)建自主高性能算力生態(tài)的可能性,企圖進一步削弱我國在人工智能產(chǎn)業(yè)鏈和算力供應鏈上的競爭力,阻止我國參與下一代人工智能創(chuàng)新鏈的全球競爭。在此背景下,建議:
一是推動國產(chǎn)算力供應鏈深化協(xié)同。以應用為導向,梳理國產(chǎn)算力芯片供應鏈上各環(huán)節(jié)的堵點難點,通過揭榜掛帥等形式,推動算力芯片企業(yè)與代工、存儲、封裝相關(guān)企業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新。
二是加強探索算力芯片新技術(shù)路徑。充分利用三維堆疊、存算、光電融合等新技術(shù)和新架構(gòu)的優(yōu)勢,探索可繞過臺積電現(xiàn)有供應鏈的新路徑,加速推進相關(guān)成果的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進程。
三是加快國產(chǎn)先進工藝產(chǎn)能建設(shè)進度。著力推進裝備、材料、零部件等環(huán)節(jié)對國產(chǎn)FinFET工藝產(chǎn)線的有效支撐,支持國內(nèi)代工廠積極推進國產(chǎn)FinFET工藝產(chǎn)能的擴充,加快打造國產(chǎn)算力芯片供應鏈體系。
四是做好多元化服務,保障“受影響”企業(yè)經(jīng)營連續(xù)性。對于受新規(guī)影響的企業(yè),從資金支持、資源對接、投融資服務、企業(yè)經(jīng)營等方面強化服務,保障企業(yè)穩(wěn)定運營。
感謝銳成芯微總經(jīng)理沈莉女士對本文部分內(nèi)容的指導。
附件
美國BIS芯片白名單
數(shù)據(jù)來源:北國咨根據(jù)公開資料整理
朱晶,研究員
兼任北京半導體行業(yè)協(xié)會副秘書長,長期關(guān)注研究集成電路、新一代信息技術(shù)領(lǐng)域