阿里巴巴主席兼首席執行官張勇周二在雲棲大會宣布自研雲晶片倚天710

【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。

倚天 710

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。

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