在今年6月份,全球芯片行业精英齐聚台北参加一年一度的台北国际电脑展(Computex)时,有两个话题主导了全场的讨论。第一个是人工智能(AI),它已经将半导体推向了全球最赚钱的行业之一。第二个则是中国。虽然中国芯片厂商缺席了本届展会,但他们的影响却无处不在。
外界对中国的痴迷不难解释。就在 Computex 开幕前一周,中国技术硬件巨头华为推出了一项新技术,该技术通过将多层电路堆叠在芯片上以获得更好的性能,而无需依赖西方最先进的制造工具。投资者同样表现出了信心。过去一年中,香港股市半导体企业的股价飙升了140%,跑赢了美国同类指数。中国互联网巨头阿里巴巴和百度正计划分拆各自的芯片设计业务。存储芯片制造商长鑫存储(CXMT)也在筹备公开上市。
中国在芯片制造上实现自给自足的潜力,是该行业最大的关注之一。这个问题的答案至关重要,因为“算力”(用于训练和运行 AI 模型的处理器和内存)已经成为技术实力的核心筹码。截至2025年底,中国的算力规模仅为美国的七分之一左右。要缩小这一差距,必须精通两个截然不同的领域:芯片设计和芯片制造。中国在前者取得了瞩目的进展,但在后者,需要走的路还很长。
中国过去在芯片设计方面曾远落后于人。直到2023年,主导 AI 芯片市场的英伟达还满足了中国约90%的需求。但出口管制改变了这一切。自美国于2022年10月限制向中国销售先进芯片以来,“山姆大叔”的政策虽屡有波动,但中国的应对却始终如一:监管机构一直引导国内企业远离外国芯片,即使这些芯片在法律上是可以合法获取的。
这带来了一个受到保护的本土市场。阿里巴巴和百度正在内部自主设计处理器,而像寒武纪这样的新锐公司在竞争有限的环境下茁壮成长。据预测,今年中国在 AI 芯片上的支出将有约五分之四流向国内设计商(见下图表)。伯恩斯坦经纪公司的林青源(Qingyuan Lin,音译)开玩笑说,美国在增强中国半导体产业实力方面,比中国政府自身做的还要多。
中国的市场规模足够大,完全可以支撑起一个产业。预计未来三年,本土云巨头在 AI 基础设施上的支出将超过4000亿美元,其中很大一部分将用于算力。据称,政府还计划在五年内向数据中心再投入2950亿美元。
中国同样拥有大量具备相关技能的人才。许多中国芯片设计师最初都是在英伟达和 AMD 等美国公司积累经验并成长起来的。华盛顿智库布鲁金斯学会的陈凯(Kyle Chan,音译)指出,如今的人才库已经足够深厚,即便是小型初创公司也能招募到完整的芯片设计团队。
天才的设计师们正在寻找绕过制裁的方法。一种方法是依靠“大力出奇迹”(brute force,即硬暴力)。华为的 CloudMatrix 系统将384个公司的昇腾处理器连接在一起,以挑战英伟达最新的 AI 系统(尽管其功耗是后者的四倍)。另一种方法是实现软硬件的更紧密融合。今年4月,中国 AI 实验室deepseek发布了一款专门针对华为芯片进行优化的开源大语言模型。中国设计师还在积极采用 FP8(一种低精度数据格式),这有助于模型在性能较低的芯片上高效运行。华为还在努力打破英伟达凭借广为使用的 CUDA 软件所享有的优势。其自主研发的平台 CANN 旨在让用户更容易从英伟达芯片切换过来。一位中国 AI 初创公司的创始人表示,曾经巨大的软件差距现在已经开始缩小。
不过,这种机智应变能带给中国的助力毕竟有限。伯恩斯坦指出,华为的顶级芯片昇腾 910C 的性能仅达到英伟达 H100(近四年前发布)的五分之四。国产芯片目前主要是在与英伟达获准在中国销售的“阉割版”处理器竞争(见下图表)。此外,它们大多也仅限于“推理”(即运行现有模型),而不是用于从零开始训练前沿 AI 这一要求高得多的任务。
剩下的差距与其说是在芯片设计上,不如说是在芯片制造上。最快的处理器需要最先进的生产线。中国设计师被禁止使用台积电等代工厂的最先进工艺。国内代工厂由于无法从荷兰设备制造商阿斯麦购买极紫外(EUV)光刻机,因此无法稳定地量产晶体管尺寸小于7纳米的芯片(目前最前沿的工艺已达到3纳米及以下)。即使是对于没那么先进的芯片,产能也同样受限。
因此,中国对 AI 处理器的需求远远超出了其所能采购到的份额。研究公司 Citrini 的匿名分析师 Zephyr 指出,中国公司正在通过在海外租赁云产能或通过第三方将芯片进入国内来弥补这一缺口。先进内存则是另一个瓶颈。AI 所需的高带宽内存(HBM)几乎全部由三家公司制造:美国的美光,以及韩国的三星和 SK 海力士。
为了追赶,中国正在投入巨资。自2019年以来,中国每年进口的芯片制造设备的金额翻了三倍,达到390亿美元,约占全球总需求的40%。这其中大部分是为了生产较旧型号的芯片,但也有部分被用于先进的晶圆制造。与此同时,像北方华创和中微公司这样的本土企业,现在已经在化学气相沉积、刻蚀和晶圆清洗等关键步骤的设备上提供了具有竞争力的替代方案。中国甚至在 HBM 领域也取得了进展。研究公司 SemiAnalysis 预计,长鑫存储在全球 HBM 产量中的份额将从如今的几乎为零,到2028年上升至12%左右。
然而,尽管取得了诸多进展,中国的自给自足进程在面对极紫外光刻机时依然撞上了一堵墙,而这对于印刷微小电路至关重要。尽管多年来一直可以使用阿斯麦较旧的深紫外光刻机,但中国尚未制造出同等的国产替代设备。大多数行业预测认为,国产 EUV 光刻机距离问世还有约十年的时间,不过美国商务部认为中国可能已经通过其他途径获取了一台设备。
在缺乏这些先进印刷机的情况下,中国芯片制造商正在寻求权宜之计,以从 DUV 光刻机中榨取更多性能。一种是“多重曝光”,即让单块硅晶圆重复多次通过光刻设备。这可以刻蚀出更小的特征结构,但会增加成本、放缓生产并提高缺陷率。另一种是先进封装,即将多个使用较旧技术制造的芯片连接到一个单一系统中。华为在 Computex 前夕的发布表明,该公司正试图利用较旧的 DUV 工具来接近最前沿的性能水平。
虽然中国距离芯片制造的技术前沿仍有一段距离,但其进展不应被忽视。以苹果公司为例,在面临日益严重的存储芯片短缺的情况下,这家 iPhone 制造商正在寻求美国政府的许可,以便从长鑫存储购买老一代的内存。如果获得批准,一家美国企业将出资资助这个其政府花费多年时间试图遏制的产业。
Source:theeconomist