看不见的芯片游击战：过去两年中国公司如何规避美国制裁

本文源自公众号 慢慢学AIGC

原文作者: Dylan Patel、Jeff Koch 和 Sravan Kundojjala
原文发表日期：2024 年 10 月 28 日



以下为正文：



AI 竞争力是一个关键的安全问题。当"专家级科学和工程"甚至通用人工智能(AGI)都成为可能的结果时，美国维持或扩大在这些领域的领先地位就显得至关重要。设想相反的情况：如果中国比美国提前六个月或一年实现 AGI 能力会怎样？

构建强大 AI 系统有几个主要的制约因素，而计算能力是美国唯一可以阻止扩散的因素。目前最大的 AI 训练集群约有 10 万个 GPU。在未来几年，最大 AI 集群的增长主要受限于美国的监管环境和产业产能限制。因此，所有主要的美国 AI 公司都转向了一种未经验证的方法 - 通过在全国各地的数据中心进行模型训练来扩展 AI 规模。

另一方面，中国在确保电力基础设施或数据中心容量方面没有问题。有许多数千兆瓦的变电站可以在不到 6 个月内从铝厂转换为数据中心，对国家生产的影响微乎其微。数据中心并不像在美国那样成为限制因素。这意味着中国可能在总计算能力上超越美国公司，同时也不用处理跨国训练运行带来的各种潜在缺点。

虽然普遍认为中国由于芯片限制无法建造 AI 超级计算机，但这并不正确。运往中国的芯片加上国内制造的芯片数量足以创建世界上最大的 AI 训练集群。在很大程度上，中国的 AI 芯片是分散的，已知最大的集群规模只有美国最大集群的 1/3，但如果集中力量，可能在不到一年的时间内就能建成规模远超美国的集群。



尽管美国正试图通过在 AI 供应链中(从芯片到晶圆制造设备)对先进技术实施出口管制来防止这种情况。美国监管机构与中国国内芯片供应链之间已经展开了一场猫鼠游戏（游击战是伟大的中国人民在艰苦的战争年代落后的国内生产力条件下付出巨大代价总结出的一套实战经验）：总的来说，这些规定抓住了一些容易管控的方面，确实减缓了中国的进展。但美国也留下了一些经常被利用的漏洞。

例如，华为能够绕过台积电薄弱的终端客户审查，通过比特大陆/算能以及许多其他成熟的中国设计公司获得数千片先进制程晶圆。虽然这是出口管制执行上的重大失败，但与国内制造相比，这个数量相对较小。华为主要依靠中芯国际生产他们的国产 AI 芯片，他们已经在国产的中芯国际 N+2（约 7 纳米）和 N+3（约 6 纳米）工艺节点上生产了数万片主要计算芯片。

对制裁的违反情况十分严重。中芯国际生产 7 纳米级别的芯片，包括麒麟 9000S 移动处理器和昇腾 910B AI 加速器。他们的两个晶圆厂通过晶圆传输桥连接，使得自动化高架轨道可以在两个工厂之间传输晶圆。从生产角度来看，这形成了一个连续的洁净室，实际上就是一个工厂。



但从监管角度来看，它们是分开的！一栋建筑被美国列入实体清单，正在研发 AI 芯片的先进逻辑，这是明显的安全问题。另一栋建筑可以自由进口"双用途"工具，因为它只运行"传统工艺"。你相信它们不会通过晶圆传输桥共享任何东西吗？

除了利用中芯国际，华为还在积极为其新的晶圆厂网络购买设备。这是一个规避制裁的计划，目标是在 AI 供应链的每个环节建立国内产能，包括先进逻辑、存储器、先进封装和光学器件。

其规模和速度令人震惊：我们估计华为晶圆厂网络在 2024 年将在国外晶圆制造设备上花费 73 亿美元，成为全球第四大采购商。如果包括与华为密切合作的中芯国际和长鑫存储，他们将成为仅次于台积电的全球第二大采购商，远超任何美国公司。目前这些设备中超过一半来自美国公司。

这就引发了一个问题：未来的出口管制应该是什么样的。很明显实体清单方法很容易被规避，但我们认为这是可以修复的。有一个选择是援引最严格版本的《外国直接产品规则》，这意味着美国可以对含有任何美国内容的设备实施管控，而不是目前最低限额指南规定的>25%。设备公司的游说活动表明，这些限制是一个严重的失误，从长远来看会损害美国供应商和美国安全，但这种说法大大夸大了。

在这份报告中，我们将讨论所有这些问题，分为 4 个要点：

现有管控有效但需要持续更新和加强执行。

新兴的华为晶圆厂网络是一个关键问题。它是一个得到国家支持、快速扩张的实体，积极规避美国出口管制以发展中国的先进半导体能力。

制裁对美国晶圆设备供应商的经济影响被夸大了。两年的管控后有明确证据表明这些公司并未受损，反而在蓬勃发展。

面对中国公司的普遍规避和西方工具供应商可用的简单变通方法，制裁和执法必须得到改进。



我们将概述选项和未来应该采取的行动。

关于更多背景，我们从一开始就深入报道了这个话题：2022 年第一轮管控，中芯国际仍在出货 7 纳米 ASIC，壁仞科技规避对其 AI 芯片的限制，即使在光刻技术管控中也留下了许多漏洞，制裁并未阻止进展，以及 2023 年的第二轮管控。

现有的管控



目前的西方出口管制已经减缓了中国的进展。先进逻辑电路的差距目前约为 5 年，中芯国际的 N+2 工艺在 2023 年出货，而台积电的 N5 工艺则在 2020 年出货，N7 工艺在 2018 年出货。据传，先进 SoC 芯片和尤其是大面积 HPC 芯片的参数化产品收率都很低。如果没有政府补贴，这些逻辑芯片厂就难以经济上可行，但总的来说，所需的补贴规模与中国过去给电动车、钢铁和太阳能等其他行业的补贴相比微不足道。中国越来越重视发展国内替代品，也是战略效果的强烈体现。

但这并不意味着现有的法规完美无缺，也不会永远可以在不进行更新的情况下发挥作用。我们在多份报告中都涉及到了技术差距，但目前限制的实际执行中也存在一些漏洞:

离岸制造 西方公司现在将供应链外包，将美国技术输送到中国。Lam 公司在美国的工厂无法向中国出口 essential 的各向同性蚀刻室，但 Lam 公司在马来西亚制造的同样的蚀刻室，如果没有美国人参与(制造、销售、安装和维修)，就可以合法地销售给中国的先进逻辑芯片厂。这包括连接美国实体清单上的客户。其他公司如应用材料公司和科美仪器也在新加坡工厂采取相同的策略。为什么不呢?任何理性的公司在目前的限制下都会这样做以拓展业务。

最终用途变通 针对最终用途的限制，旨在限制对非军事或非战略应用的附带损害，却打开了一个很容易被利用的漏洞。一家声称生产成熟逻辑电路的芯片厂，可以进口先进工具(除了当前管制清单上的少数特殊工具如 EUV 扫描仪外)，尽管它通过晶圆传输桥与隔壁运行先进工艺的工厂相连。有了连接两个工厂的自动化高架传输线，成熟工艺线上的先进工具也很容易流向受限的先进工艺线。更简单的是，工具可以被送到仓库，之后再转移到任何工厂，受限的或不受限的。模糊的公开合规声明提供了法律遮掩，而安装却在持续进行。进口用于成熟工艺的设备很容易被用于受限用途，比如先进逻辑或存储器。



3. 重新命名和重新分类 长芯微(CXMT)的先进 DRAM 采用 18 纳米半节距工艺受到 2022 年原始出口管制的约束。2023 年规则中对半节距计算方法的新定义使他们再次超出了管制的最低线。他们的基础工艺没有变，但从受限变为不受限。他们还将工艺节点名从 17 纳米或 18.5 纳米改为 19 纳米，以避免任何不当行为的迹象。规则变化细节使他们从受限范围内移到字面意义上超出一两个纳米，这对 CXMT 来说至少是很幸运的。像应用材料公司这样的大公司(从 CXMT 获得超过 30 亿美元收入)的游说努力可能也值得注意。

华为晶圆厂网络



在所有规避制裁的计划中，华为的晶圆厂网络最为令人警惕。这是一个明显的安全隐忧，因为华为与中共关系密切，在中国 AI 领域处于领先地位。为应对美国的限制，华为开启了一个由政府支持的大规模发展项目，旨在建立国内半导体供应链。通过并购和创业，华为现已控制了涵盖晶圆制造材料、设备、光学、芯片制造(专用、存储器和先进逻辑)和芯片设计的公司。这些努力涵盖了整个 AI 和移动生态系统。

这已经被《日经亚洲评论》报道过，去年也被彭博社报道过。但这还没有引起足够的关注。





从不完整的公司家族树来看，美国实体清单中存在明显的缺口。许多上游供应链中的工厂和实体，尽管受到华为(本身在实体清单上)的控制，但却并未被列入实体清单。这些未被列入的公司可以自由进口先进设备，同时声称不会与受限的同行分享。华为正是利用了这个缺口。

他们在效仿中芯国际的做法：未被列入实体清单的 GaN 初创公司鹏金高科，正在建立其洁净室，恰好就位于被列入实体清单的先进逻辑生产商鹏芯微(PXW)的对面。鹏金高科可以自由进口几乎所有先进的西方生产设备，包括关键的 7 纳米及以下先进逻辑生产设备(例外是少数列入管制清单的设备，包括 EUV 设备)。监管机构再次被期望相信，它们不会与邻居分享任何东西。



以深圳鹏孙新建的一个晶圆厂为例，它位于中芯国际的旁边。回想一下，中芯国际至少在商业可用的工艺上是中国先进逻辑电路的领导者。一家被列入实体清单，另一家却未被列入：




在法规和壳公司的赛跑中，壳公司比法规动作更快。华为显然正充分利用这一点，计划在 2024 年花费 73 亿美元在晶圆设备上，同比增长 27%。他们从 2022 年的实际零开始，两年内就成为全球第四大晶圆设备客户。如果加上与华为关联的中芯国际和长芯微，他们就成为全球第二大客户。




需要注意的是，这是一家受国家支持的公司，而不是自由市场竞争对手（经典的美式商业逻辑）。华为去年获得了 300 亿美元的资金支持。他们正在规避制裁，推进国内半导体供应链，生产用于人工智能和军事用途的芯片。

在某些情况下，华为的关联公司思维芯片(Swaysure)甚至在芯片技术上超越了西方公司，如开发了无电容的 3D DRAM，突破了内存墙壁的障碍（连对手都明夸了，说明是真的厉害）。内存墙是当前人工智能硬件和模型进展的一大障碍。

对设备供应商的影响



尽管对限制的规避行为猖獗，这也是一个明显的安全隧忧，但晶圆厂设备供应商仍在推动放宽管控。他们广泛展开的游说活动散布恐慌、不确定性和怀疑("FUD")。他们的论点中心是对目前和未来业务的损害，主要是担心限制会导致外国竞争对手抢占市场份额。

今年早些时候，来自加州的众议员洛夫格伦和参议员帕迪拉在给商务部的一封信中说，"有些公司甚至面临'死亡螺旋'的风险"。

这是荒谬的，而且很容易被驳斥：

自初次出口管制以来的两年数据(如下所示)否定了这一说法。由于这些限制，西方供应商的业务并未面临存在威胁或遭受严重损害。事实上，这是他们历史上最好的两年之一。

长期市场份额将更多受到来自中国企业的国内替代的影响，而不是监管控制。中国公司无视知识产权限制，并得到大量政府补贴。无论有任何出口限制，这都将降低西方公司的竞争力。



以下是公司业绩数据。从几乎所有指标来看，在出口管制下的 24 个月都是美国晶圆设备供应商历史上最好的时期之一。

晶圆设备主要厂商的表现超越了 SOX 指数:






即使在半导体行业低迷期间，晶圆设备供应商也维持着接近历史高点的收入水平：





毛利率在这个时期有所扩张,而不是收缩...





...主要原因就是中国。



一旦中国公司意识到可以规避这些规则，他们就会利用漏洞获利。为了应对未来可能的缺口，销量激增。




在这种情况下，包括美国和盟国在内的多边限制是可取的。如果盟国允许出口竞争工具，而美国单方面实施限制，就会导致上述输赢俱损的结果。另一种选择是将美国内容阈值降低到 0%，这将阻止东京电子向中国出货，因为他们在每台出货的工具中都使用了美国的知识产权、软件和/或部件。

总的来说，对于中等到高难度的任何技术，如果存在可行的外国竞争对手，都不应该采取单边限制。这将导致上述输赢俱损的结果。对于技术难度较低的领域，中国公司在短期内无论如何都将获得市场份额。理想情况下：让西方公司在容易的领域竞争，同时对中等和困难的领域进行多边限制。




请注意，即使是容易的工具，由于在半导体行业"容易"的东西往往比大多数整个行业都更加复杂和艰难，也要大量进口。长远来看(以年或甚至十年计)，所有这些公司都可能受到"中国技术周期"的影响。这意味着中国竞争对手获得、仿制并以更低价格大量涌入市场。这种情况已经发生在太阳能、锂离子电池等领域，很快也会发生在落后制程芯片领域。虽然在半导体设备领域会更加困难，但没有根本性的原因说明不会发生。已经有几个案例：爱克赛隆的技术被复制，导致其市场份额崩塌。

现在向中国工厂出售工具只会加速这一进程。在许多情况下，国内中国工具就设在外国西方工具的旁边，并且不断进行同样的实验，以获取外国工具的数据、校准和基准读数。


未来限制措施

鉴于可以在不造成严重伤害的情况下对晶圆制造设备公司施加控制，而当前的限制措施也存在许多缺陷，让我们来探讨如何对其进行改进。

首先，让我们从积极的一面着手：出口管制正在明显影响中国在先进存储器和逻辑电路方面的能力。我们也应该在恰当的地方给予肯定。美国政府正确地认识到 AI 的战略意义，并在这一点上采取了行动。值得回顾的是，第一轮针对晶圆制造设备的出口管制政策是在 ChatGPT 及其带来的 AI 革命之前就已经出台的。


当前的出口管制包括针对少数精密工具的国家级限制，以及通过实体清单和最终用途管制对特定工厂实施更严格的控制。受到美国制造设备或含有 25% 以上美国原产内容的外国工具的实体清单和最终用途管制。美国人也被禁止为受限制设备提供服务。尽管晶圆制造设备供应商进行了游说，但这些是目前最重要的控制措施，并且没有杀死我们的国内制造商，因此不应回撤。

盟国政府，特别是日本和荷兰，大体上已将其国家级限制与美国保持一致。但他们在实体清单或最终用途控制方面并未达成一致，这意味着存在国家安全风险的工厂仍然可以获得某些先进设备。

而且，面对大规模有组织的规避行为，管制措施的有效性正在下降。很明显，他们错过了对华为和中芯国际等关键参与者的高端设备销售。

我们必须从过去两年的出口管制经验中学习：针对实体清单的"打地鼠"方法是无效的。在附近建立友好的非受限实体是微不足道的。相反，应该将中国境内的工厂视为一个统一整体。一旦设备进入中国，就应该假设无法控制最终用途。


一种选择是将含量阈值降低到 0%。这将收紧限制措施，使任何含有美国成分的设备销售或服务给受限实体都需要美国的许可。通过实施这一标准，美国可以单方面禁止销售与先进逻辑和 DRAM 相关的荷兰和日本制造设备。根据自行决定，美国可以立即阻止中国产能的扩张，并且在 6 个月内使现有工厂严重受限甚至无法运转。

这将安抚美国设备公司，因为它消除了美国和盟国限制之间的任何不平等。它明确实现了限制中国 AI 能力的战略目标。而且在短期内几乎无法规避。

但 0% 阈值也存在严重缺点：

外交代价高昂。盟国，特别是将 ASML 视为皇冠上的明珠之一的荷兰，将会对美国单方面限制其公司感到不快。

中国的反应将会很严厉，因为他们的短期和中期芯片生产将被摧毁。

增强了去除所有美国内容、人员和生产的扭曲性激励。外国制造商将试图将其工具中的所有美国内容全部去除。值得注意的是，即使在中期内，这在实际上也是不可能实现的。

以 Windows 操作系统为例 - 不仅需要对软件堆栈进行彻底的重构，但也不确定是否有足够的替代品存在。

去除数据可见性。所有先进的晶圆制造设备都会向制造商和当地现场服务组织报告某种程度的详细信息。中国的国家安全法禁止美国公司与外国方共享这些数据，因此很难确定会损失多少价值。

0% 阈值很有效，但代价高昂。如果人工智能将在未来 10 年内彻底改变社会和世界，那么就必须采取这一措施。不采取这一措施的国家安全风险太大了。

对上游晶圆制造设备供应链的限制也需要改进。当前的制裁在人工智能加速器芯片及类似产品的下游很严格。但在生产这些芯片的设备及其关键组件的上游则相对宽松。这极大地鼓励和使能中国发展本土制造设备能力，最终使制裁失去作用。相反，上游限制应该更加严格 - 对设备的限制要严格，对其关键组件的限制要更加严格。

比如，当前的管制禁止将 EUV 扫描仪出口到中国。但它们没有限制来自蔡司的 EUV 光学镜头。这是毫无道理的 - ASML 和任何使用 EUV 的芯片制造商都可以告诉你，投影光学是最关键的组件。虽然控制每一个螺栓和螺母是不实际的，但显然有一些关键项目必须受到限制。应该将限制对象设置在 100 个以下的关键组件，包括 EUV 投影光学、精密掩膜台阶和射频等离子体发生器。