作為高科技產業的核心，芯片產業日漸成為世界各國綜合國力競爭的重要砝碼，隨著中國芯片產業的快速發展，逐步在全球芯片產業鏈上占據重要位置，卻開始受到以美國為首的發達國家的限制。
眾所周知，芯片目前主要被美國壟斷市場，占據全球50%的份額。國內芯片業雖持續蓬勃發展，但在高端芯片制造領域仍處于劣勢位置，同時國內芯片產業高度依賴外部市場，在技術受限的情況下，被美國“卡脖子”的困境更為凸顯。
有人可能不太清楚，我們被“卡脖子”的芯片有哪些？例如常用的電腦核心芯片、高端手機核心芯片、視頻系統中顯示驅動芯片、數字信號處理設備芯片，以及可編程邏輯設備核心芯片等，都是我們目前還造不出來的高端芯片，幾乎完全依賴進口。
近年來我國芯片的進口量一直“領跑”全球。數據顯示，2022年前10個月我國芯片進口數量為4580.2億個，支付的金額為23107.8億元，購買芯片的金額占比我國進口商品總金額的15.5%，超過石油、煤炭、天然氣等大宗商品，占據首要位置。
極大的需求量和極低的自供給量，自然會導致“卡脖子”問題。而由于我們對外部市場的高依存度及短期內難以突破的技術壁壘，被“卡脖子”時尤為被動。我們知道，國內芯片常遭美國“卡脖子”的技術主要涉及三方面，一是制程工藝；二是裝備/材料；三是設計IP核/EDA工具。今天我們著重談談制程工藝。
01 芯片“卡脖子”的3個階段
工藝是指芯片制造工藝，這一塊是與芯片生產企業本身的技術相關。芯片制程直接影響芯片組的性能優劣、電源效率和體積，一般以28nm為分水嶺，區分先進制程和成熟制程，前者多用于對計算性能要求更高的領域，后者用于成本較高的場景。
雖然兩種制程都很重要，但更先進的制程代表的是廠商的硬實力。比如臺積電、三星達到了5nm，甚至開始量產3nm，而格芯、英特爾、聯電等只達到10nm，這就是技術差距，這一塊很重要，也是“卡脖子”的技術之一。目前國產技術在14nm，還沒有達到10nm或更先進的制程。
從制程工藝來看，我們可以把芯片“卡脖子”分成三個階段，第一階段是「能用」，對應135nm-28nm，為溫飽水平；第二階段是「夠用」，對應14nm-7nm含chiplet，能達到這一制程區間，可以說是小康水平；第三階段是「好用」，對應7-2nm的尖端工藝，屬于發達水平。
如果我們不被美國限制，在全球產業鏈分工合作的背景下，國內芯片可以通過借用其他國家的技術、設備等達到「發達」水平，比如采用臺積電的5nm代工的“自研芯片”。但實際上，臺積電工廠的設備（含EUV）75%來自于美國。此前我們發布的《實現光刻機的國產替代，沒那么急》一文中談到國產芯片被“卡脖子”的另一重要環節——半導體設備光刻機，EUV光刻機是5nm及更先進制程芯片制造的剛需，但由于受到美國禁令等因素影響，目前國內尚未買到。
所以簡而言之，我們被“卡脖子”主要是被美國卡，就目前的趨勢，凡涉及美國技術而我們沒有掌握的都可能被卡。今年以來，美方宣布了一系列限制措施，其中最嚴格的芯片“制裁令”，涉及到16/14nm以下先進制程的高性能計算（邏輯）芯片，其目的即想把中國卡在溫飽的「能用」水平，意圖限制我國云計算與數據中心、自動駕駛、5G、人工智能等應用領域的發展。
02 芯片制程的3個分水嶺
前面我們提到，芯片制程通常以28nm為分水嶺，往前為先進制程，往后是成熟制程。對應上文所說芯片“卡脖子”的三個階段，可細分為3個分水嶺：
我們可以認為28nm是「能用」的分水嶺，對應所有家電、消費電子、3G手機、電動車（不含智能化）、光伏逆變器等。
28nm作為成熟的工藝節點，自臺積電率先推出市場距今已有十余年，持續在市場發熱。各大晶圓廠在28nm工藝節點上做了很多的特色工藝開發，使得28nm節點能滿足更多產品需求，在全球市場呈現穩中有升的態勢，2021年全球28nm芯片市場為313億美元，預計至2027年將增長至449億美元。
中芯國際是國內首個能夠量產28nm工藝的企業，可以說在短期內，28nm制程將是國產芯片的主戰場，實現這一制程的芯片自由也是當下要務之一。
14nm是「夠用」的分水嶺，對應4G手機、PC機、普通服務器、L2的智能電車、低端人工智能。
從量產時間點上來看，14nm芯片誕生于2014年，最早由英特爾實現生產，當時臺積電和三星還處于20nm階段。到2017年，臺積電和三星先后攻克了10nm，而這時英特爾依舊是14nm，自此開始臺積電、三星就走在了英特爾前面。
可以說在2017年之前，14nm就是最高端的芯片制程，雖然如今已經5年過去了，但是14nm芯片生產線在目前半導體中仍非常關鍵，14nm及以上制程基本能滿足目前70%半導體制造工藝需求。
國內在這一制程階段，今年9月份消息，上海經信委主任正式對外宣布，14nm國產芯片已經實現了大規模量產，意味著我們的芯片正在從「能用」邁向「夠用」。
5nm是「好用」的分水嶺：對應人工智能、超級計算機、L4高階自動駕駛、智能手機等。
事實上，5nm及以下先進制程領域，目前僅有臺積電和三星兩個玩家，近乎雙寡頭格局。今年第三季度，臺積電7nm以上先進工藝占比達到54%，5nm首次超過7nm，貢獻了最大的收入（28％），其次是7nm產線（26%）。
5nm及以下制程對國產芯片而言是最有距離的，盡管目前其市占率不高，但就發展趨勢而言，高端芯片的需求或將長期持續，智能設備、自動駕駛、AI等市場方興未艾，從大廠的火熱需求即可看出，如高通、AMD對4nm/5nm的需求爆棚，追求卓越的蘋果則對3nm/2nm熱度不減。
在芯片制程工藝上，我國半導體未來一段時間內將處于「溫飽」和「小康」的過渡階段，即從28nm量產走向14nm量產。
03 突破“卡脖子”的3個階段
但就目前而言，國內產能遠遠不夠，還需加大投入。
我們來看一組數據對比：
臺積電2021年資本開支約300億美元，2022年三季度其下調資本支出后為360億美元（原計劃440億美元）；三星電子2021年資本開支為337億美元，2022年預計為379億美元；英特爾2021年資本開支達到179億美元，2022年預計達到280億美元。
中芯國際2021年資本開支45億美元，預計2022年資本開支達到50億美元。
從數據中可以看出，國內芯片擴產增投仍需持續。
所以我們在制程工藝上突破“卡脖子”也得經歷三個階段：
一是突破「能用」，圍繞135~28nm建立產能，能夠覆蓋除智能手機和人工智能等大多數行業的大部分需求，這一塊的國內市場也是非常大的；
二是突破「夠用」，在14~7nm制程上基于Chiplet建立產能，能覆蓋低階智能手機和人工智能產業，主攻成熟工藝的同時不斷向先進制程邁近；
三即突破「好用」，未來相當長時間內，受制于半導體設備和材料，國內芯片在尖端工藝的突破上將道阻且長，但我們仍秉持信心。
總 結
當前，外部環境錯綜復雜，美國多次挑起斷供風波，導致“卡脖子”問題凸顯。
國產芯片實現重大突破是所有人翹首以盼的，其中的艱難也是可以預見的，但相信隨著國內擴大產能，加大投入，人才日益完備，實現芯片產業關鍵環節的自主可控，形成新的替代技術軌道，將指日可待。