大陸失去7nm芯片，國產AI芯片將會怎樣？
半導體領域的“硝煙”從未淡去，誰能想到此次宣佈“斷供”的竟是臺積電……
01
傳臺積電“斷供”7nm AI芯片
據行業消息透露，臺積電已經向目前所有中國大陸AI芯片客戶發送正式電子郵件，宣佈自下週（11月11日）起，將暫停向中國大陸AI/GPU客戶供應所有7納米（nm）及更先進工藝的芯片。
據中國臺媒報道，美國商務部給臺積電總部發文，要求其自11月11日起切斷與中國大陸和中國澳門地區公司的合作，禁止供應7nm及更先進製程的芯片（不包含中國香港地區），文件中還列出多條禁止合作的要求，其中一條是所有涉及AI應用方面的芯片均不能供應。
一位中國存儲芯片人士表示，他服務的客戶在11月7日收到了臺積電郵件，該客戶稱臺積電將於11月11日斷供。
不過，有消息稱美國尚未正式出臺相關限制文件，目前還在與臺積電就相關限制細則進行談判，最終出臺新規的時間以及具體限制範圍尚不確定。
值得一提的是一家國產算力芯片企業的股東人士向《科創板日報》記者證實了今日（11月8日）媒體報道中提及的部分情況。
上述人士表示，今日（11月8日）不僅是臺積電，同時三星也向他所投資的企業發送了郵件，郵件中稱其均在覈查所有客戶的投片資質。
該人士強調，不過事實並非網傳的11月11日起切斷向客戶供應7nm代工，而是要求配合覈查。
“不過三星那邊給企業透露的消息是，接下來很可能要禁止，但具體禁止哪些範圍的產品，還要等待通知。”上述消息人士如是稱。
而且雖然全網都能看到7nm AI芯片“斷供”的新聞，但目前尚未看到具體的電子或紙質通知出現，不過另一個加深“斷供”擔憂的則是11月8日午後，就網傳“停供”傳聞，臺積電迴應媒體稱：“對於傳言，臺積公司不予置評。臺積公司遵紀守法，嚴格遵守所有可使用的法律和法規，包括可適用的出口管制法規。”
顯然，“不予置評”4個字放在當前的語境下，明顯會讓人解讀爲利空因素了。
02
誰給臺積電“斷供”底氣
AI時代，7nm AI芯片需求全面爆發，作爲全球主要的7nm AI芯片代工企業，臺積電自然充分分享了市場紅利。
在AI芯片領域，7nm是使用最普遍的製程工藝，這主要是由於該製程工藝擁有極高的集成度，7nm製程工藝能夠在相同面積的芯片上集成更多的電路和晶體管，這對於AI芯片來說至關重要。因爲AI算法複雜，需要處理的數據量大，更高的集成度意味着可以容納更多的計算單元和存儲單元，從而提升芯片的整體性能。
同時，7nm芯片在功耗上也擁有相當大的優勢，相比之前的16nm或14nm工藝，7nm工藝能夠顯著降低芯片的功耗，這對於需要長時間運行的AI設備來說尤爲重要。低功耗不僅可以延長設備的續航時間，還可以減少發熱量，提高設備的穩定性和可靠性。
而在性能方面，7nm製程工藝使得電路的線寬更小，信號傳輸和處理速度更快，因此芯片的頻率可以更高，性能更強。這對於處理複雜AI任務來說至關重要，能夠提供更出色的計算能力和響應速度。
只不過7nm製程工藝對製造設備和工藝技術的要求非常高，需要投入大量的研發資金和技術力量。同時，製造過程中需要克服許多技術難題，如良品率控制、工藝穩定性等，較高的門檻使得衆多芯片代工廠只能對7nm AI芯片市場“無能爲力”。
隨着生成式人工智能應用需求的激增，臺積電的7nm及更先進製程技術帶來了顯著的營收增長。僅2024年第一季度，臺積電的7nm製程收入佔比達到19%，並且預計未來幾年AI相關營收將繼續保持高增長。
而臺積電是全球最早量產7nm工藝的廠商之一，並且在EUV光刻技術上處於領先地位，這使得其在性能提升和功耗降低方面具有明顯優勢。這種技術領先優勢不僅吸引了衆多國際大客戶，也爲臺積電帶來了持續的技術壁壘。
憑藉先進的7nm工藝技術，臺積電贏得了大量AI芯片訂單，這其中就包括英偉達的A100和H100等高性能GPU芯片。這不僅提升了臺積電在全球半導體代工市場的領導地位，也進一步鞏固了其在高端製程技術領域的競爭優勢。
而拿下全球衆多芯片企業代工訂單的同時，7mn及以下先進製程業務也成爲了臺積電收入的重頭戲。根據臺積電最新財報顯示，截止2024Q3，7nm及以下先進製程佔晶圓總收入的69%。下游場景方面，2024Q3 臺積電 HPC、智能手機、IoT、汽車、數字消費電子分別佔比 51%/34%/7%/5%/1%，其中高性能計算主要受益於全球各大雲廠商及 AI 廠商對於高端算力的需求持續增長。CEO 黃仁勳表示“每位客戶都希望拿到更多的產品”。
臺積電在2024擴大了對晶圓代工 2.0（foundry2.0）的定義，包括封裝、測試、光罩製作、IDM（存儲除外）。根據新定義，臺積電 2023 年在晶圓代工市場的市佔率約 28%，臺積電預計該市場在 2024 年同比增長接近10%。
而在收入結構按地區劃分的話，截止2024年第三季度，根據臺積電公佈的財報，該季度營收中，美國客戶佔臺積電收入的71%，而中國大陸企業貢獻爲11%。從這個角度看，即便是全部“斷供”也不至於傷筋動骨，何況只是對7nm AI芯片，對臺積電整體營收的影響會更小。
同時，爲了降低對單一地區或客戶的依賴，臺積電可能會繼續推進其全球化戰略，以加強與全球其他地區的客戶合作，目前，臺積電已計劃在美國、日本和歐洲等地新建晶圓廠，以滿足不斷增長的AI和高性能計算（HPC）需求。
這種全球化的擴展策略有助於臺積電更好地服務全球客戶，並進一步提升其市場影響力，只不過作爲需求方，一旦真的出現“斷供”，我國衆多AI芯片企業恐怕需要直面壓力了。
03
國內AI芯片市場迎來嚴峻考驗
在臺積電“斷供”之前，已經有多款國內AI芯片採用了臺積電的生產工藝，特別是7nm工藝。這些芯片涵蓋了多個領域，如數據中心、自動駕駛、圖像處理等。隨着臺積電“斷供”政策的實施，國內AI芯片廠商將面臨嚴峻的挑戰。
不過由於商業機密和合同約束等原因，一些具體的代工信息可能並未公開或廣泛報道，但我們始終可以通過臺積電獲得的訂單以及國內部分半導體芯片企業披露的採購信息，看出一些端倪。
據臺媒《電子時報》2023年7月的報道，有消息人士表示，2023年一季度以來，中國大陸的 AI 芯片設計公司正在擴大臺積電 7nm 工藝的芯片訂單。消息人士指出，中國大陸 AI HPC（高性能計算）芯片供應商目前並未受到相關限制，至少有數十家公司正在繼續研發。其中阿里平頭哥和中興微電子自年一季度以來就擴大了對臺積電 7nm 芯片的訂單。
報道稱，平頭哥與臺積電合作緊密，高層多次赴臺與臺積電洽談合作。平頭哥前期投片並不多，單子 2022 年四季度開始擴張，今年逐季成長，下半年訂單規模可能達到上半年的兩倍。
中興微電子在 2023 年一季度投片規模翻倍，二季度再次實現翻倍，已成爲臺積電在大陸市場的前三大客戶之一，也是整體HPC平臺的重要客戶之一。
而反過來，國內一些AI芯片企業同樣在披露其產品製程工藝節點和採購時，會透露是否有采用臺積電供貨，從目前來看，寒武紀其部分產品採用了臺積電的7nm製程技術，而比特大陸之前因涉及違規操作而被臺積電暫停供貨，這可能影響了雙方的合作關係。但在此之前，比特大陸及其子公司確實曾從臺積電採購過7nm AI芯片。
部分國產AI芯片生產方情況
除此之外，華爲昇騰、寒武紀、海光信息等國產芯片廠商都有讓臺積電代工旗下產品，一旦大規模“斷供”，必然引發連鎖反應，畢竟國內AI PC、HPC等終端設備都是等着這些芯片的。
同時，作爲中國大陸領先的半導體代工廠商，中芯國際在14nm及以下製程方面有一定的技術積累，並在7nm芯片代工方面取得了顯著進展。根據多方透露的信息顯示，中芯國際已經成功實現了7nm工藝的初步量產，並且在2022年發佈了名爲N+2的7nm工藝節點，並開始批量生產。而國內另一家巨頭華虹半導體在特色工藝和先進製程方面有着豐富的經驗和技術實力，其在12英寸晶圓生產線上的佈局和產能擴張，爲AI芯片的生產提供了有力支持。
不過目前，全球範圍內能夠提供7nm及以下先進製程代工服務的廠商仍然有限。中芯國際雖然在這方面取得了一定進展，但與臺積電、三星等領先廠商相比，其市場份額和代工能力仍然有限。
相較完整替代7nm生產，國內AI芯片企業未來可能會尋求與其他國家或地區的代工廠合作，或者通過技術引進和合作開發來獲得代工支持。部分企業有可能會選擇自建生產線或與封裝廠商合作，以實現從設計到生產的全流程國產化，進而推動國產替代。
04
用本土先進封裝曲線打破封鎖
海外高性能芯片管制加強的風險不斷加大，AI 芯片自主可控已成大勢所趨。
一直以來，美對高性能芯片出口限制就在不斷加強，英偉達先進芯片供應受阻。
第一階段，切斷A100及性能更優的芯片供應:2022年10月7日，美國商務部文件提出對先進計算集成電路的出口限制規則 ECCN 3A090 和 4A090，當時英偉達熱賣的 A100 芯片精準落入限制範圍。
不過爲應對出口管制，禁令發佈一個月後，英偉達推出替代版A800。對於隨後推出的 H100，英偉達也如法炮製推出替代版H800，以避免貿易限制。
第二階段，擴大管治範圍，替代版供應也受限:2023年10月17日，美國商務部發布新的管制規則，如果芯片超過 ECCN 3A090 中標定的兩個參數，3A090.a(“總處理性能”)和 3A090.b(“性能密度”)之一，出口就會受到限制。新規則實際擴大了管制範圍，A800和H800 也被納入出口管制範圍。此外英偉達其他產品也受到了影響，包括推理領域的L40、L40S 和消費領域的 RTX4090。
2023年11月16日，英偉達又推出特供中國的 GPU 芯片:H20、L20L2，以及針對消費市場的平替 RTX 4090D。
AI 芯片性能和美國禁令情況分析
英偉達 H20 爲目前可在中國銷售的最高性能產品。基於 FP16 Tensor Core的浮點計算能力(FP16 Tensor Core FLOPs)，理論上 H100 比 H20 的速度快 6.68倍。雖然 H20 性能大減，但在國產 AI 芯片供應不足的情況下，中國互聯網廠商或許也不得不採購 H20 芯片。SemiAnlaysis 預測英偉達有望在 2025 財年交付超過100 萬個 H20 芯片，預計每個芯片售價爲 1.2-1.3 萬美元。
在中美競爭背景下，先進 EUV 光刻機的禁令爲國產芯片製程迭代帶來巨大阻力。先進封裝爲超越摩爾定律另闢蹊徑，有望助力國產半導體產業“彎道超車”。
先進封裝通過多顆芯粒和基板的2.5D13D 集成，突破單芯片光刻面積的限制和成品率隨面積下降的問題，成爲進一步提升芯片性能的可行路徑。
而且，集成芯片技術是一條不單純依賴尺寸微縮路線提升芯片性能的重要途徑，在短期內難以突破自主EUV光刻機和先進節點製造工藝的情況下，最終提供一條利用自主低世代集成電路工藝實現跨越 1-2 個工藝節點的高端芯片性能的技術路線！
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編輯｜張毅
審覈｜吳新
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