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文 | 汽車之心（微信 ID：Auto-Bit），作者 | 陳念航，編輯 | 王德芙
?2019 年 5 月，美國商務部正式將華為列入「實體清單」（Entity List），禁止美國企業(yè)向華為出售相關技術和產(chǎn)品。
一年后，華為等來的不是解除限制，而是制裁升級。
今年 5 月，美國商務部工業(yè)安全局（BIS）宣布將嚴格限制華為使用美國的技術、軟件來設計和制造半導體芯片。
需要特別指出的是，包括那些處于美國以外，但被列為美國商務部管制清單中的生產(chǎn)設備，如果有公司要為華為海思代工芯片，也需要獲得美國政府的許可。
在這項禁令真正落地前，華為有 120 天的緩沖期，對于華為來說，今年 9 月份將迎來「至暗時刻」。
眾所周知，芯片是華為各大業(yè)務線各種產(chǎn)品的關鍵組件，稱其為華為的「命門」也不為過。
影響華為各大業(yè)務線的關鍵芯片，包含了智能手機 SoC 芯片（麒麟系列）、AI 芯片（昇騰系列）、服務器芯片（鯤鵬系列）、5G 通信芯片（巴龍、天罡系列）以及路由器芯片等等。
這些芯片都是由華為旗下的半導體公司海思負責設計和研發(fā)的。
美國此次的限制措施，矛頭直指海思，進而威脅到華為的各條產(chǎn)品業(yè)務線，這里就包括了華為剛成立不久的智能汽車解決方案事業(yè)部。
在汽車之心此前的文章中，我們對華為智能汽車相關芯片進行了梳理，目前其產(chǎn)品主要有構建 MDC 智能駕駛平臺的 AI 芯片昇騰以及高性能 CPU 鯤鵬，還有應用在智能座艙層面的 5G 通信芯片巴龍 5000。
芯片作為未來智能汽車最關鍵的「增量部件」，昇騰、鯤鵬和巴龍的這 3 款芯片，很可能成為決定華為智能汽車業(yè)務成敗的「勝負手」。
但隨著美國對華為的制裁升級，這些「勝負手」反過來變成了「卡脖子」問題。
1. 華為海思還能自行設計芯片嗎？一顆芯片的誕生可謂是在頭發(fā)絲上建造萬丈高樓，包含圖紙設計、施工、裝修等過程，這些過程分別對應的是芯片的設計、制造以及封裝測試。
圍繞這些組成部分，已經(jīng)衍生出了完整的集成電路（IC）產(chǎn)業(yè)鏈。
美方此次矛頭對準的華為海思，就是典型的芯片設計廠商，業(yè)內稱之為 Fabless 模式，只設計不生產(chǎn)。
芯片制造的代表廠商則是臺積電（TSMC）、中芯國際（SMIC）這樣的企業(yè)，采用的是 Foundry 模式，只代工不設計。
而針對芯片的封裝測試，國內則以長電科技這樣的公司為代表。
至于為何要分而治之，是因為芯片生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈很長，每一個環(huán)節(jié)都需要投入大量的資金，如果一家企業(yè)都要包圓的話，其在資金、人才以及技術方面面臨壓力將非常大。
美國的德州儀器（TI）是很早崛起的既做芯片設計又有自己的晶圓廠的巨頭，其模式被稱為 IDM（Integrated Device Manufacture）。
早年，國內的中芯國際也想從 Foundry 向 IDM 模式轉型，但是因為當時優(yōu)秀的芯片設計人才極其短缺，轉型的想法最終不了了之。
接下來，我們將結合華為海思自研的與智能汽車業(yè)務相關的幾款芯片，來看看美方對華為的制裁升級帶來了哪些「卡脖子」問題。
1）芯片架構
對于芯片設計來說，非常核心的部分就是架構的打造。架構決定著芯片的性能。
華為海思作為一家芯片設計廠商，目前在 CPU 和 GPU 方面都沒有自己的核心架構，需要從 ARM 購買架構授權和 IP 核授權。
華為在 2019 年 1 月發(fā)布的「鯤鵬 920」，就號稱是業(yè)界基于 ARM 架構的最高算力芯片。另一款 AI 芯片昇騰 310 雖然采用了華為自研的達芬奇架構（Da Vinci），但是達芬奇架構依然是基于 ARM 核心打造的，只不過華為在其中加入了 AI 加速器以及其他組件，形成了一個新架構。巴龍 5000 通信基帶芯片與鯤鵬和昇騰不同，屬于網(wǎng)絡芯片，采用的是華為自研的架構，不受 ARM 架構授權的影響。上面僅僅是 3 款芯片的案例，ARM 架構對于華為海思芯片的設計影響深遠。
那既然是有求于人，也必將受制于人。
ARM 雖然是英國科技公司，但在很多關鍵技術上要仰賴于美國。
ARM 在 2012 年通過收購的方式取得了 MIPS 公司的多數(shù)專利，這些專利主要分布在處理器設計、SoC 設計以及其他技術領域。
大家知道 MIPS 在通信和高性能計算領域有相當重要的地位，而這是一家美國企業(yè)，其研發(fā)成果自研歸屬于美國。另外，ARM 的核心 CPU 架構研發(fā)中心放在了美國德克薩斯州的奧斯汀市。
而后 ARM 在 2016 年被日本軟銀收購，迫于美國的淫威，ARM 也不得不站到華為的對立面。
最近 ARM 停止給華為芯片架構技術授權的消息滿天飛，ARM 中國區(qū)執(zhí)行董事長兼 CEO 吳雄昂被免職的「羅生門」也鬧得沸沸揚揚。
所發(fā)生的一切都指向的是同一個問題：未來沒有了 ARM 的技術授權，華為的自研芯片將何去何從？
短期看，華為此前已經(jīng)拿到了一些 ARM 芯片架構的永久授權，可以不受「斷供」影響，比如 ARM v8 架構就永久授權給了華為。
但是，從長遠看，ARM 的芯片架構以及 IP 核心都會不斷迭代升級的。
一旦 ARM「斷供」華為，華為就拿不到最新的芯片架構和內核，也意味著研發(fā)不出性能更優(yōu)的芯片產(chǎn)品。
在講求不斷迭代升級的智能汽車產(chǎn)品上，昇騰、鯤鵬這些芯片如果不能持續(xù)提升性能，是沒有辦法和其他的競爭對手一較高下的。
這對于華為剛剛起步的智能汽車業(yè)務發(fā)展來說，其實產(chǎn)生了不小的影響，是華為未來不得不面對的困境。
唯一的出路就是自研芯片架構，但這意味著包括時間和資金上巨大的投入，而且還要承擔自研架構性能跟不上來的風險。
在華為之前，三星、蘋果都自研了芯片架構，但是基本上在性能方面都跟不上 ARM，只能在一些低端產(chǎn)品上采用自家架構的產(chǎn)品，其他產(chǎn)品仍高度依賴于 ARM 的架構。
芯片架構之外，美國對華為新的制裁條款里，還特別提到了對「芯片設計軟件」的限制。
2）EDA 軟件
華為海思的確有自己設計芯片的能力，但是用于芯片設計的高端軟件仍然依賴于海外，這不是華為海思一家的問題，這是所有國產(chǎn)芯片開發(fā)企業(yè)共同面對的問題。
在 IC 設計的 EDA（Electronic Design Automation）工具領域，目前全球公認的領先企業(yè)全部來自美國，Cadence、Synopsys 和 Mentor Graphics 三家企業(yè)占據(jù)了全球 90% 以上的市場份額，幾乎形成了壟斷之勢。
所以華為海思設計芯片，免不了要向這些美國公司購買軟件。當美方嚴苛的半導體政策制裁來臨，華為的 EDA 軟件供應成為棘手的問題。
事實上，華為在吸取了 2018 年中興通訊事件的教訓后，已經(jīng)向這些 EDA 公司購買了軟件的長期使用權限，所以在短期內，華為海思還能使用這些工具。
但是和 ARM 架構一樣，這些 EDA 軟件將會隨著芯片性能、工藝制程等改進而不斷迭代版本，而這些新版本軟件，華為未來有錢也買不到了。
其實 EDA 軟件本身的研發(fā)難度并沒有那么大，很多國產(chǎn)供應商也能頂上。
但是對于應用軟件來說，生態(tài)打造和用戶積累是更為重要的，沒有生態(tài)和用戶，再好用的軟件也難以成熟。
國產(chǎn) EDA 軟件們的最大問題就在這里。
當然，EDA 軟件的國產(chǎn)化突破是必須要實現(xiàn)的，只是不知道這桿大旗會在華為的推動下被哪家企業(yè)接過去。
所以在 EDA 軟件上，美方對于華為的限制并不是一擊致命的，而是長期的折磨。限制的不是眼前，而是扼殺華為自研芯片的未來潛力。
通過對芯片架構以及芯片設計軟件的「斷供」，美國對華為海思的芯片設計能力進行了精準打擊。
這還不夠，特朗普政府還要在芯片制造領域對華為進行「絞殺」，如果華為的芯片制造不出來，設計得再好也不過是一堆廢電路圖紙。
2. 華為芯片制造的困境華為最為仰賴的芯片代工廠莫過于臺積電了，這家中國臺灣企業(yè)如今已是全球芯片代工界的一哥，其在全球的市場占有率接近 60%，可謂獨孤求敗。
今年一季度臺積電營收達到 103.06 億美元，高居全球晶圓代工廠營收榜首。
領先不只體現(xiàn)在市場層面，臺積電的芯片制造工藝也是全球領先的，特別是其在 7nm、5nm 甚至更低的工藝制程方面，基本上沒有像樣的對手。
2019 年，華為給臺積電帶去了超過 50 億美元的營收，占臺積電當年營收的 14%，華為也成為了臺積電的第二大客戶，僅次于蘋果。
在先進的 5nm 制程工藝代工方面，臺積電最大的兩個客戶是蘋果和華為。
可見，臺積電對于華為來說，重要性非同一般，反過來，華為也是臺積電不能割舍的大客戶，二者互相成就。
但是這樣互相成就的關系卻在今年 5 月被美國的一紙禁令無情打破了，臺積電將在不久的將來停止為華為代工芯片，這將形成雙輸?shù)木置妗?/p>
臺積電雖是總部位于臺灣的企業(yè)，也未在美國本土建廠，但是其最大股東是美國的資本，所以臺積電依然要受美國政府的控制。
拋開資本不談，臺積電的很多芯片制造設備、技術，甚至是制造設備里面的工程材料以及光電器件都來自美國，所以美國政府可以對臺積電進行管控，有權決定臺積電能為誰代工、不能為誰代工。
對于芯片制造而言，最關鍵的設備就是光刻機了，而全球能提供光刻機的企業(yè)屈指可數(shù)，其中就包括了荷蘭企業(yè)阿斯麥爾（ASML），美國企業(yè)應用材料（AMAT）、KLA-Tencor 和 Lam Research 等。
這些企業(yè)基本都得受老美的管控，芯片代工企業(yè)要向這些公司采購設備，都要看美國政府的臉色。
即使是位于荷蘭的全球光刻機一哥 ASML，因為他們的設備里使用了美國工程材料和光電器件生產(chǎn)商 II-VI 和美國光學元件供應商 Lumentum 等供應商的技術，所以也難逃老美的「上帝之手」。
2018 年，中芯國際好不容易從 ASML 采購到一臺 EUV 光刻機，被美國頻頻阻撓至今未能交貨，這也反映了國內在先進半導體制造設備上的「造不如買、買不如租」的窘境。
在芯片制造工藝上，目前全球兩大主流工藝 FinFET 和 FD-SOI 技術的發(fā)明人是美籍華人工程師胡正明教授，畢業(yè)于加州伯克利大學，他曾是臺積電的首席技術官。
從這點也可以看出，臺積電在技術上依賴于美國的程度有多深。
再回過頭來看華為智能汽車業(yè)務相關的昇騰、鯤鵬和巴龍這 3 款芯片，此前都已經(jīng)確定臺積電作為代工廠。
其中，昇騰 310 采用的是 12nm 制程工藝；鯤鵬 910 采用的是更為先進的 7nm 制程工藝；巴龍 5000 也是 7nm 工藝。
短期內，這三款芯片由臺積電代工應該問題不大，因為據(jù)臺灣《經(jīng)濟日報》報道，華為在 120 天緩沖期之前已緊急對臺積電追加高達 7 億美元訂單，產(chǎn)品涵蓋 5nm 及 7nm 制程，使得臺積電相關產(chǎn)能爆滿。
其中，5nm 主要生產(chǎn)華為下一代旗艦手機麒麟 1020 芯片，7nm 則是生產(chǎn) 5G 基帶芯片，巴龍 5000 基帶芯片大概率還是臺積電代工。
而在更早的時候，華為已開始將芯片制造訂單從臺積電分散，比如在去年原本由臺積電代工的 12nm 麒麟 710A 已轉由中芯國際 14nm 代工。
芯片代工廠的遷移并沒有那么簡單，因為每家廠商的制程工藝都是不同的，工藝參數(shù)也不相同，這就導致了更換代工廠還要進行相關電路的重新設計，耗時、耗力、耗費資金在所難免。
但這都是要挨過去的陣痛，一旦未來臺積電完全不接華為海思的訂單，即使華為還能從日韓、歐洲半導體廠商中尋找到機會，也難保有一天不被人牽著鼻子走。
歸根結底，華為必須要努力尋求芯片的國產(chǎn)化替代。
3. 華為芯片設計和制造的國產(chǎn)化替代半導體芯片設計和制造的「國產(chǎn)化替代」其實是老生常談的話題，中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直都是規(guī)模不大、實力不強。
華為現(xiàn)在所遭受的困局，正在為整個國產(chǎn)半導體芯片產(chǎn)業(yè)敲響警鐘，除了崛起和自強，我們沒有其他選擇。
但自強又談何容易，國產(chǎn)的 EDA 軟件、芯片制造設備、芯片產(chǎn)品本身，其實都沒有太多市場認可度。
除了能夠自產(chǎn)自銷的華為海思芯片，其他多數(shù)國產(chǎn)芯片基本都在低端市場里走不出來。
要么就是價格便宜、性能不行，要么就是性能可以、要價太高，在這種沒有形成市場正向循環(huán)的大環(huán)境下，量上不去，價格壓不下來，沒有出貨和現(xiàn)金流，性能提升又無從談起，國產(chǎn)芯片的自強進入了死胡同。
隨著美國對華為制裁的升級，華為本身也意識到了國產(chǎn)替代的重要性，已經(jīng)開始加大與國產(chǎn)半導體企業(yè)的業(yè)務量。
而且，華為也開啟了與國內相關企業(yè)的協(xié)同研發(fā)，讓他們在自己芯片產(chǎn)品設計和制造的更多環(huán)節(jié)中參與進去。
這是整個國內集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)變化的開始。
針對芯片制造領域，在美國新的禁令發(fā)布之前，華為海思已經(jīng)在將訂單轉移至中國大陸最大的芯片代工廠中芯國際，主要是 14nm 芯片的生產(chǎn)。
為此，中芯國際在今年 2 月花費高達 6 億美元向美國 Lam Research 公司采購相關的設備用于生產(chǎn)晶圓。
一個月后，又斥資 11 億美元向美國應用材料（AMAT）、日本東京電子公司采購設備，同樣是為了生產(chǎn)晶圓。
不斷地投錢、不斷地新增設備，中芯國際的目的就是為了擴大 14nm 芯片的產(chǎn)能。
根據(jù)中芯國際聯(lián)席 CEO 梁孟松此前的規(guī)劃：「14nm 工藝（包含改進型的 12nm 工藝）芯片月產(chǎn)能將在 2020 年 7 月份達到 9K 晶圓/月，在 12 月達到 15K 晶圓/月?！?/p>
產(chǎn)能達標后，中芯國際將轉而追求更高標準的芯片工藝，其中 N+1 芯片工藝相當于臺積電 7nm 低功耗工藝級別，而 N+2 芯片工藝則有著更高標準的性能提升，相當于臺積電 7nm 高性能工藝級別。
這意味著，中芯國際直接越過 10nm 工藝，直接跨代研發(fā) 7nm 工藝，預計在 2020 年 Q4 季度面世。
但需要認清的現(xiàn)實是，即便中芯國際真能在今年第四季度量產(chǎn)穩(wěn)定的 7nm 工藝，其與臺積電的之間還存在量產(chǎn)時間差和產(chǎn)能差。
此外，根據(jù)今年 6 月 6 日中芯國際發(fā)布的聲明，稱其由于美方禁令的原因，無法為「若干客戶」代工芯片。
這里的「若干客戶」應該包括了華為，這意味著即使中芯國際掌握了 7nm 工藝，也很可能無法向華為海思提供。
這里面最關鍵的阻撓應該還是芯片制造關鍵設備——光刻機進口自美國，中芯國際才會受到限制。
在國產(chǎn)高端光刻機真正造出來之前，恐怕這個問題是個死結。
等到 120 天的緩沖期過去，華為的芯片設計以及制造的供應問題將如何解決，目前還看不到明朗的方案。
國產(chǎn)化替代是必須要走的一條路，也是華為現(xiàn)在能選的最好出路，即使現(xiàn)在仍然荊棘叢生、困難重重。
4. 打造中國智能汽車「大腦」今天華為在半導體領域所面臨的困境，也是未來想做大的中國芯片企業(yè)們很可能要經(jīng)歷的。
目前國內很多芯片廠商，很大程度上需要依賴于國外，特別是美國廠商的技術、產(chǎn)品和服務，芯片和計算平臺真正走向自主化還有太長的路要走。
大方向是不變的：無論是芯片的設計還是制造，未來都必須形成自主的能力。
即使我們不追求將所有技術和產(chǎn)品都包圓，但也要為自己準備好「備胎」、Plan B。不是每一家芯片公司都能像華為海思一樣，背后有華為經(jīng)濟體的支撐，有較強的抗風險能力。
回到華為剛剛組建不久的智能汽車解決方案事業(yè)部，經(jīng)過一年多的發(fā)展，這個部門已經(jīng)取得了很多技術和產(chǎn)品上的進展，特別是在自動駕駛計算平臺以及智能座艙的通信平臺方面。
但老美的禁令一下，這個剛剛有起色的業(yè)務線勢必受到影響，芯片如果不能制造出來，也不能進行性能迭代，那華為的智能汽車業(yè)務也就失去了立身之基。
從這一點看，華為智能汽車業(yè)務的未來發(fā)展就此被蒙上了一層陰影。
對于國內諸多智能汽車芯片研發(fā)企業(yè)來說，無論是初創(chuàng)公司獨角獸還是集成電路國家隊，華為的困局值得警醒。
芯片在智能汽車中扮演的是「大腦」的角色，如果連「大腦」都不受控制，那中國在智能汽車領域要實現(xiàn)彎道超車以及領先世界又何從談起？
