半导体，也称为微芯片，是由数亿个甚至数十亿个晶体管组成的硅基器件，它们充当控制电子运动的微小“开关”。
当今最先进的芯片是使用所谓的 7 纳米制造工艺生产的，其中一纳米约等于十亿分之一米。世界上只有三星和台积电两家公司能够量产 7nm 芯片。较小的纳米工艺节点很重要，因为它们可以提高电路性能并降低功耗。
尽管中国每年进口价值 3000 亿美元的半导体——其中一半以上以成品电子产品的形式再出口——但在制造方面远远落后于技术曲线。
尽管美国实施的制裁切断了华为获得先进芯片的渠道，这加速了中国实现半导体自给自足的愿望，但这个目标并不容易，可能需要几十年的时间。
什么是半导体，它们是如何制造的？
半导体是一种在某些条件下导电但在其他条件下不导电的物质，使其成为控制电流的良好介质。
世界上的大多数半导体，也称为集成电路 (IC) 或微芯片，是由纯元素（如硅）制成的。硅的原材料是沙子，经过提纯并熔化成实心圆柱形硅锭，然后将其切成薄片或晶片，准备加工成成品芯片。
硅晶片在称为晶圆厂的工厂中经历了一系列高度复杂和复杂的制造步骤（例如蚀刻和扩散）。制造过程可能需要数百个步骤，将各种材料的图案相互叠加。用于制造芯片的“配方”取决于其预期的最终用途。
然后将单个芯片（称为芯片）切割并封装成成品半导体，然后嵌入到智能手机、电视、计算机和医疗设备等电子设备中。
半导体行业存在三种商业模式。
只专注于设计的公司（如高通、英伟达）被称为“fabless”公司，那些只专注于制造的公司（如台积电、中芯国际）被称为“晶圆代工厂”，而两者都做的公司被称为集成设备制造商或 IDM（例如，英特尔、三星）。
半导体供应链中还涉及另外两种类型的公司。电子设计自动化 (EDA) 公司（例如 Cadence、Synopsis）开发用于设计集成电路的复杂软件，而所谓的“后端”公司（例如 Amkor、ASE）进行单个芯片的组装和测试在他们离开晶圆代工厂之后。
最常用的芯片类型有哪些？
微芯片可以包含数十亿个控制电流在设备中流动的晶体管。硅上晶体管的排列将决定芯片的功能。
例如，中央处理单元（CPU）和图形处理单元（GPU）是用于处理海量数据的计算引擎。但是，它们每个都有独特的架构，并且是为不同的目的而构建的。
CPU，所有计算机的“大脑”，执行命令并执行计算机和操作系统所需的处理。它们适用于各种工作负载，并具有多功能性、多任务处理和易于编程的优势。
GPU 设计有数千个同时运行的处理器内核，处理数据的速度比 CPU 快几个数量级，但它们的通用性不强。GPU 最初是为图形设计的，现在广泛用于计算密集型应用程序，例如游戏、人工智能和机器学习。
随机存取存储器 (RAM) 芯片用于存储数据，其中动态 RAM (DRAM) 是计算机中使用最广泛的。它们看起来像一系列连接在一起的临时存储区域。
但与无限期存储数据的硬盘驱动器不同，每次系统重新启动时，RAM 都会重置。计算机需要快速访问临时数据来运行程序和执行任务。因此，应用程序向 RAM 读取和写入数据，这比从存储设备访问数据要快得多。
为什么在半导体方面更小更强大？
1965 年，后来成为美国芯片制造商英特尔联合创始人的戈登摩尔写了一篇论文，预测集成电路上的晶体管数量大约每两年翻一番。尽管许多专家预测摩尔定律会碰壁，但此后摩尔定律一直成立。
今天，最先进的芯片包含超过 70 亿个晶体管，并在称为晶圆厂的工厂中使用所谓的 7 纳米制造工艺生产。一纳米大约等于十亿分之一米。全球量产7nm芯片的公司只有两家：三星电子和台积电。
英特尔和三星被称为集成设备制造商，因为它们设计和制造自己的芯片。（三星是垂直整合的，因为它也生产使用自己芯片的终端产品）。台积电是一家独立的晶圆代工厂，为没有自己晶圆厂的公司生产芯片。这些被称为无晶圆厂芯片制造商的公司包括美国的高通和英伟达以及台湾的联发科。
更小的纳米工艺节点很重要，因为它们可以提高电路性能并降低功耗，这意味着智能手机等产品的电池电量更少。据台积电称，每个新的工艺节点通常都会将速度提高约 20%，并将能源消耗降低 40%。
下一个技术节点是 5nm，它于 2020 年上半年在台积电开始量产，而台积电的路线图是在 2022 年转向 3nm。
根据中芯国际在其最近的招股说明书中引用的国际商业战略的数据，一家能够生产 5nm 的新晶圆厂预计耗资 150 亿美元，是 14nm 晶圆厂的两倍。
至于摩尔定律，台积电罗振秋8月份曾表示，他认为3nm、2nm甚至1nm制程工艺仍然适用。
中国在半导体方面落后多少？
尽管中国每年进口价值 3000 亿美元的芯片——其中约 1600 亿美元以成品电子产品的形式再出口——但在制造方面却是落后的。
中国最先进的芯片制造商是中芯国际，中芯国际的经营模式与台积电相同——台积电是一家为无晶圆厂芯片制造商生产芯片的独立晶圆代工厂。总部位于上海的中芯国际严重依赖外国技术来制造其芯片
中芯国际大约 70% 的收入用于从美国、欧洲和日本供应商进口设备和材料。
然而，虽然台积电正在转向 5nm 生产，但中芯国际最先进的工艺节点是 14nm——它包含的晶体管数量是 7nm 节点的一半。
根据瓦森纳协议，美国及其盟国限制向中国出口两用技术，这意味着中芯国际和其他中国大陆芯片制造商无法获得最新的芯片制造技术。例如，最先进的光刻机，称为 EUV 扫描仪（因为它们使用在极紫外波长下工作的激光）已被禁止运往中国。EUV 技术对于 7nm 和 5nm 工艺节点至关重要。
这意味着中芯国际只能使用早期的机器，称为 DUV（在深紫外波长下操作），不能生产比 14nm 更先进的芯片。
德勤的一份报告显示，尽管近年来中国半导体厂商的竞争力大幅提升，但该行业仍然严重依赖西方的关键零部件，导致自给率不足20%。
根据研究公司的数据，中国国内集成电路的产量占 2019 年中国所需芯片的 15.7%。
2018年，全球营收排名前15位的半导体公司分别来自美国、中国台湾、欧洲、日本和韩国。名单上没有中国大陆公司。
为什么欧洲公司 ASML 在半导体行业如此重要？
芯片制造过程中最关键的阶段是光刻，其中使用光将微小的电路图案印刷到硅片上。光线通过称为掩模的蓝图投射，系统中的光学器件收缩并将图案聚焦到光敏硅晶片上。
荷兰的 ASML 是目前唯一一家能够提供生产 7nm 和 5nm 节点芯片所需的最先进光刻系统的公司。
这些被称为 EUV 扫描仪的机器在高真空而不是空气中进行成像，使用超平多层反射镜而不是透镜，并通过高功率激光汽化锡滴来产生光。
EUV 光刻使用波长仅为 13.5 纳米（接近 X 射线水平）的光，比使用 193 纳米光的 DUV（深紫外）光刻减少了近 14 倍。日本供应商尼康和佳能可提供 DUV 机器，但 ASML 是 EUV 的唯一供应商，由于西方政府实施出口限制，中国芯片制造商无法使用这种设备。
中国在半导体上赶上西方有多难？
1990年代，中国建设了两条晶圆生产线。中国国有钢铁集团首钢集团于 1995 年与 NEC 成立合资企业后成为国内第一家六英寸晶圆厂。后来，上海华虹半导体与 NEC 合作建立了中国第一家 8 英寸晶圆厂1999年建厂。
两家企业都未能在全球半导体市场上取得成功，在 2000 年代初期，中国最先进的晶圆厂中芯国际作为一家私营企业在中国和国际资金的支持下成立。
然而，中国的晶圆厂仍然严重依赖来自应用材料和Lam Research等美国供应商的外国制造设备和材料。
为什么半导体对华为很重要（以及什么是海思）？
作为电子系统制造商，华为需要最先进的芯片来让其产品具有竞争力。例如，华为消费者业务部总裁余承东表示，与早期的麒麟 970 芯片相比，7nm 工艺使华为的麒麟 980 智能手机处理器的性能提高了 20%，能效提高了 40%。麒麟 980 包含 69 亿个晶体管，大约是 970 的 1.6 倍。这两款芯片均由台积电制造。
至于其 5G 基站，华为之前使用的是来自 Xilinx 等美国无晶圆厂公司的芯片，但由于美国的制裁，该来源被切断。虽然华为因预期禁令而储备美国芯片，但它还指示其全资子公司海思为基站设计新芯片。
海思对华为很重要，因为它使该公司能够设计出竞争对手无法使用的现成产品的定制处理器。
中国芯片产业未来可能会是什么样子？
尽管该行业严重依赖外国技术，但一些分析人士认为，由于其巨大的市场潜力，中国有机会迎头赶上。
