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科技快報

美國重壓之下 華為艱難的換“芯”之路!


自去年美國對華為製裁之後,雖然對華為構成了不小的打擊,但是華為迅速採取了“備胎轉正”、“國產替代”等措施,很快抗住了美國的打擊,並且還保持了2019年的增長。

在此前的製裁併未得到預期的效果的背景之下,美國似乎正準備進一步升級對華為的製裁,而打擊重點或將是芯片製造供應鏈。

此前多次傳聞美國施壓台積電,希望台積電斷供華為。同時也有傳聞稱,美國正計劃進一步降低10%技術來源的限制比例。此外,去年中芯國際採購的ASML的EUV光刻機的交付在美國的阻撓下被擱置。

產業調研顯示,過去一年華為在IC設計端已基本實現自研替代或非美供應商切換,美方繼續依靠原有手段施壓意義不大,甚至未來可能因為美國芯片廠商業績下滑而放鬆監管,但是在製造端,華為高度依賴台積電,且上游半導體設備、EDA軟件仍被美國廠商壟斷,預計將成為美方重點施壓方向。

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一、美國近一年對華為的製裁路徑?

1、已落實的:

將華為加入“實體清單”,並連續四次延長“臨時許可證”,最近一次延期至2020年4月1日。

2019年5月16日,美國總統特朗普簽署行政命令,要求美國進入緊急狀態,美國企業不得使用對國家安全構成風險的企業所生產的電信設備,美商務部將在150天內製定具體規則。

同日,美國商務部表示處於國家安全考慮,計劃將華為以及其70個分支機構列入“實體名單”。

隨後,美國政府連續4次延長“華為臨時許可證”,主要目的是讓美國現有電信服務商,尤其是農村地區的運營商得以繼續“安全地”運營現有電信網絡。

2、媒體報導但尚未落實的:

2.1)擬將“美國最低含量標準”從25%調降至10%。

據路透社2019年12月23日報導,美國計劃將“源自美國技術標準”從25%比重調降至10%,以全力阻斷台積電等非美企業供貨給華為。

路透社報導稱台積電內部評估,台積電7納米及以下製程源自美國技術含量不到10%,可繼續供貨,但14納米美國技術含量在15%以上,或將受到限制。台積電法說會則回應將按照每項產品一事一議的原則去進行核定,該技術含量的認定由台積電計算併申報。

2.2)擬禁止外國廠商用美國半導體設備為華為製造芯片。

據路透社2020年2月18日報導,除美國最低含量標準規則之外,美國商務部正在起草對所謂的“外國直接產品規則”的修改,該規則限制了跨國公司將美國專有技術用於軍隊或國家安全產品。

美國將迫使所有使用美國芯片製造設備的外國公司必須在發貨前尋求美國許可證。

特朗普於2月18日發布推特表態反對向海外出售美國產品施加更嚴格的限制,目前美國政府內部仍存在意見分歧。美國政府定於2月28日召開內閣會議研究對華為的政策制定。

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二、美國對華為的製裁處於什麼相對水平?

“實體清單”是美國出口管制的一個重要手段,EAR要求清單內實體需獲得許可證才可購買美國物品或含美國技術物品。

美國針對華為的製裁主要基於美國商務部產業與安全局(BIS)制定的《出口管制條例》(EAR)。美國的出口管制,包括面向國家層面的,也包括面向特定企業或個人實體的。

“實體清單”(EntityList)則列示了被拒絕貿易的一系列實體,BIS可以通過修訂EAR進而修改“實體清單”。

若美國政府認定相關企業從事違反美國國家安全或外交政策利益的活動,經由美國商務部、國務院、國防部、能源部和財政部所組成的最終用戶審查委員會對最終用途和最終用戶進行審議後,可將其列入“實體清單”。

對於所有受《出口管制條例》管轄的原產於美國的產品的相關業務,若涉及“實體清單”內企業,均需獲得美國商務部產業與安全局的許可。

美國歷史上曾多次將中國企業納入出口限制實體清單。

1)2016年3月7日,美國曾將中興通訊納入出口限制實體清單。

2)2018年8月1日,美國為實現對國內44家涉及軍用領域的企業及科研院所的技術封鎖,便將其納入出口限制實體清單中。

3)2018年10月29日美國宣佈出於維護國家安全的考量,自10月30日起正式將國內存儲企業福建晉華加入出口限制實體清單。

4)2019年6月21日,美國商務部將中科曙光、天津海光、成都海光集成電路、成都海光微電子技術、無錫江南計算技術研究所列入實體清單。

5)2019年10月7日,美國商務部將海康威視、大華科技、科大訊飛、曠視科技、商湯科技、美亞柏科、依圖科技、頤信科技8家公司和19公安機關及1個警察學院列入實體清單。

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EAR中針對外國產品的“美國最低含量標準”一般被設定為25%,特殊國家或特殊產品為10%或0%。

美國《出口管理條例》(EAR)的管制對象包括原產自美國的商品、也包括某些外國製造的商品(如果美國元件、技術等價值佔比超過了規定最小含量,或者該外國產品是通過美國技術或軟件直接製造的)。

EAR中“美國技術最低含量標準”的規定(deminimisrule)對不同出口管制產品或出口對象的情形設定了3種最低含量標準:1)0%最低含量;2)10%最低含量;3)25 %最低含量。

通常情況下此標准定為25%;對於古巴、朝鮮、敘利亞等國家該標准定在10%;而對於特定產品如特定高性能計算機的芯片及高速內連接器、熱點技術、特定加密物品、特定軍用品等,該標准定為0%。

以上最低含量規則列示於《出口管理條例》中,因此可以由BIS修訂從而修改3類標準的適用對象。這也意味著如果美國將華為的適用標準從25%下調至10%,實際置於與古巴、朝鮮、敘利亞等同一標準對待。

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三、之前製裁措施下華為對策及美國供應商如何實現對華為供貨?

華為的應對對策主要包括:

1)前期大量存貨。

在2018年中興通訊被美國列入拒絕清單之後,華為就已經開始做相應的準備;首先是做大量元器件的備貨,華為的經營活動現金流淨額長期領先於淨利潤,且走勢保持一致,而在2018年,出現了較大的拐點向下。

同時從資產負債表裡可以看到,華為的存貨大幅增加,這裡面主要增加的又是原材料,原材料佔存貨的比例達到了近年的峰值37.5%,因此,我們可以合理推斷華為在2018年大量囤貨了相關元器件,以備不時之需;

2)供應鏈切換。

華為自從十幾年之前就開始儲備BCM(Business Continuity Management)計劃,BCM計劃源自IBM,考慮在上游不能保證供貨的極端情況下依然能夠實現業務的持續性,是識別對組織的潛在威脅以及這些威脅一旦發生可能對業務運行帶來的影響的一整套管理過程,就具體落實而言包括非美國廠商切換和自主研發,切換詳情可見下述問題4/5。

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美國科技企業的應對策略:通過證明產品無關國家安全、申請臨時許可等方式,目前大部分已全部或部分恢復供貨,未來即便從25%降低至10%料將不影響供貨。

儘管“美國最低含量標準”被定為25%,理論上來講所有美國企業被完全禁止向華為供貨,但特朗普在2019年6月29日G20峰會期間表示,只要相關設備不涉及重大國家安全,同意繼續售賣科技產品給華為。

隨後美國商務部在2019年7月9日通過官方網站證實,只要不威脅國家安全的情況,會給美國企業批出向華為供貨的許可證。

我們梳理了重要美國科技企業對華為的供貨情況,儘管在2019年5月“實體清單”實施之初均經歷了一定時間的斷供期,但隨後普遍已全部或部分恢復供貨,已取得特別許可的包括微軟、美光,尚未取得許可但被認定可以全部或部分供貨的包括英特爾、高通、賽靈思、Skyworks、Qorvo、TI等。

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非美國海外供應商:實際供貨未受美國實體清單影響。根據我們產業鏈調研的情況,非美國的海外供應商如韓國廠商在美國將華為列入實體清單後,實際上並未中途暫停供貨。因此在上一輪制裁中華為仍可以獲得非美國海外供應商的原材料。

四、基站端當前華為對美國芯片的依賴程度分析?

我們將產品裡不含美國元器件稱之為去A,華為運營商BG除了個別老產品,已經實現了全系列產去A。基站最核心的芯片包括ADC/DAC芯片、FPGA、DSP、交換芯片、射頻PA、LNA、PA驅動等。

全球大部分5G基站都高度依賴於美國供應商,通常情況下ADC/DAC的芯片全球主要是由ADI和TI供應,FPGA由賽靈思和Altera供應,PA驅動由TI供應。

而射頻芯片的供應情況要相對不那麼單一,射頻的PA和LNA除了Skyworks和Qrovo以外,歐洲的恩智浦,LNA國內的射頻公司也能提供。

除了核心芯片外,其餘部分如環形器、高頻板、功率半導體、高速背板連接器均能找到國產替代。

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整個去A環節中難度最大的ADC/DAC已經實現了由海思完全替代。 ADC/DAC是由模擬電磁波轉換成0101比特流最關鍵的環節,ADC其作用是對模擬信號進行高頻採樣,將其轉換成數字信號,DAC的作用是將數字信號調製成模擬信號。高速高精度的ADC/DAC是整個模擬芯片皇冠上的明珠。

核心難度有幾點,抽樣頻率、採樣精度、以及整個製造和研發環節的精密配合。

華為在最新的去A基站中採用了海思自行設計的芯片進行替代。華為從4G開始就規模採用自主設計的ADC/DAC,由台灣某晶圓廠進行代工,已達到僅落後ADI最新產品一代的水平,完全能滿足5G產品高性能商用。

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FPGA華為在初期使用過賽靈思和Altera,目前該部分已經完全被自有芯片所替代。 FPGA芯片在基站端有著舉足輕重的作用,但是在目前的全球市場來看,這一顆芯片的生產主要被美國的幾家公司壟斷,中國公司基本沒有這一領域的產能佈局。

從市場規模來看,Xilinx與Altera佔據了市場規模的80%以上。而從客戶分佈來看,主要客戶集中在亞洲與北美,美國本土市場不到30%,40%以上的產品輸出到亞洲國家。在此領域佔據幾乎是壟斷地位的美國公司具有著極高的利潤。

而在不同廠商的基站裡,FPGA的作用不一樣,在部分廠商的5G基站裡,FPGA的作用是做FFT(快速傅里葉變換,用於信號處理)、接口、告警等功能。而華為一分為二,自有FPGA負責接口和告警工作,由DSP來負責FFT。

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FPGA、DSP和ADC/DAC並不是三個孤立的芯片,那麼ADC/DAC和FPGA或者說DSP是個什麼關係呢,請參考美國AnalogDevice的一張圖。 ADC/DAC主要完成模數數模轉換,計算這部分的工作由DSP/FPGA來完成。

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交換芯片通常存在於BBU內,用於板間的數據交換以及和SPN的數據交換,這一塊的供應商主要是美國的博通和Marvell。華為的交換機、路由器起家很早,路由交換芯片早有完整系列,早已經能實現自主。

除了華為,國內第三方的芯片供應商盛科網絡同樣是一個重要的玩家。

盛科網絡是全球領先的以太網交換核心芯片和白牌解決方案供應商,其產品致力於SDN和白牌交換機在運營商、企業網以及數據中心網絡的部署和應用。所以在該環節中,國內並不缺少解決方案。

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上述說的都是在核心環節國產化的一個進展,而另一個重要的環節是射頻芯片,共分為三塊,PA、LNA、射頻開關。 PA這一塊除了美國以外,歐洲和日本也有很多供應商,比如歐洲的恩智浦,日本的住友;而在技術壁壘更低的LNA和開關環節,已經能夠完全實現國產替代,比如說石家莊的某公司、南京的某公司。

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正如手機上的射頻開關和LNA一樣,基站端的射頻開關和LNA也完全實現了國產化。

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除了核心芯片,在高速背板連接器、環形器、高頻覆銅板等環節國產廠家也在迅速崛起。正如任正非2019年10月10日接受美國《財富》所言,“美國最擔心的從5G到核心網產業,我們已經完全不需要美國零部件了。”

五、手機端當前華為對美國芯片的依賴程度如何?

華為手機通過芯片自研和國產替代,供應鏈國產化程度已明顯高於其他廠商,同時部分芯片換用日韓歐同類供應商,去A化成效顯著,射頻前端仍有1~2顆芯片採用美商產品。

華為手機終端供應鏈情況如下表所示,其中,應用處理器和基帶、WiFi及藍牙、電源管理芯片、部分射頻前端芯片通過自研+代工方式取得了國產化突破,但射頻前​​端部分核心器件如PA仍對美國廠商存在些許依賴。

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以華為的Mate30Pro5G手機為例分析。約一半芯片為華為海思自研,代工方主要為台積電、中芯國際等。部分採用日韓歐芯片,射頻仍有少量美國芯片。

(1)應用處理器及基帶採用麒麟系列自研芯片,由華為海思自行設計並由台積電代工製造,例如最新的麒麟9905G芯片由台積電7nm+EUV工藝製造,後續型號還將採用台積電5nm,由於中芯國際14nm已進入量產階段,我們認為華為海思是中芯國際14nm當前的主要客戶。

(2)射頻前端是手機芯片國產化短板,華為已通過自研實現部分替代,但尚不完全。華為在被納入實體清單後推出的Mate30Pro5G機型,對比先前機型主要變化在於射頻前端部分,不再採用美國Skyworks/Qorvo芯片,改用3顆自研前端/PA模塊(Hi6D03、Hi6D05、Hi6D22) 、6顆自研LNA/RFswitch、2顆日本村田PA模塊、2顆日本村田多路調製器、1顆美國高通QDM2305前端模塊。儘管較Skyworks/Qorvo方案集成度有下降,但射頻關鍵領域去A化成效明顯。若出現斷供情況,相信華為有相應存貨支持,同時有望快速推動實現完全替代。

(3)存儲芯片目前非美供應商主要有韓國三星、SK海力士、日本Kioxia(原東芝存儲)等廠商,國內供應商如合肥長鑫、長江存儲技術成熟尚需時日。

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(4)WiFi及藍牙、電源管理芯片等目前華為海思基本已實現自研。

(5)圖像傳感器可由日本索尼、韓國三星或國內的韋爾股份(北京豪威)供應,指紋識別傳感器由國內的匯頂科技、思立微(兆易創新)等供應,各類精密傳感器主要由歐洲廠商如意法半導體、博世等供應。

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六、後續觀測的重要時間點及我們的推演判斷?

此前特朗普政府曾計劃於美國當地時間2月28日舉行會議,討論進一步限制對華為的技術出口規則。參會者包括商務部長WilburRoss,國防部長MarkEsper和財政部長StevenMnuchin在內的內閣級官員,屆時將討論是否限制採用美國半導體設備的外國公司向華為供貨,以及對部分包含美國技術內容的芯片出口的額外限制規則。

但是,隨後該會議已經被推遲。而推遲的原因,可能是在召開的內閣會議前,美國內部看法嚴重分歧,部分官員傾向於對華為和中國採取強硬立場,而其他人則更關注貿易情況。

中信證券推演認為對華為的新一輪制裁或將以一定程度展開,這將是美方為中美第二階段談判預備的籌碼之一。

中美貿易爭端從2018年中開始,2020年1月15日達成第一階段中美貿易談判協議,後續還將開展第二階段談判,目前處於達成首次協議的緩衝期,屬於貿易爭端“週期”中緊張度尚低的時間點。

第二階段談判涉及到知識產權保護、強制技術轉讓等較為核心的議題,談判難度預計較第一階段更大。因此對美國而言,華為仍然是其談判籌碼的主要抓手之一,第二輪貿易摩擦很可能從關稅領域轉移至科技領域。因此我們認為美國對於華為的製裁或仍將以一定程度展開。

產業調研顯示,過去一年華為在IC設計端已基本實現自研替代或非美供應商切換,美方繼續施壓意義不大,甚至可能因為美國芯片廠商業績下滑而放鬆監管;而製造端華為高度依賴台積電,且上游半導體設備、EDA軟件仍被美國廠商壟斷,預計將成為美方重點施壓方向。目前華為已實現大量芯片自研,但製造環節仍然依賴台積電、穩懋等中國台灣廠商,是其產業鏈中的主要瓶頸。

一旦製造環節無法在台積電、穩懋等代工廠下單,而中芯國際產能爬坡仍需一定時間,則其大量自研的芯片將無法實現量產和應用,因此預計或將成為本次美國制裁政策的切入點。

此外,在半導體設備方面,目前美國廠商佔據半導體設備市場約40%份額,其中在沉積、刻蝕、離子注入、CMP、清洗、檢測等關鍵工藝方面,應用材料、泛林、科天等美國廠商具有領先工藝技術優勢和穩定性,經過了長期量產檢驗,因此短期內難以替代;在EDA軟件方面,目前IC設計的EDA工具仍基本由Cadence、Synology、Mentor三家美國公司壟斷,短期難以完全替代。

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七、華為被制裁對國內芯片產業鏈的相關影響?

聚焦IC製造廠商,推薦中芯國際,關注華虹半導體。華為芯片產業鏈中製造環節是較為重要的一環,華為基站和終端中大量芯片採用了自研方式,而華為並不具備芯片製造能力,因此主要由台積電、中芯國際等芯片代工廠完成。台積電技術能力領先,主要承載華為的麒麟處理器、高性能計算芯片、射頻芯片等較多。

中芯國際方面也承載了大量的電源管理芯片、射頻芯片、低端主控芯片等。若華為因美國製裁政策而無法獲得台積電供應,我們認為部分訂單或將轉交中芯國際用相似工藝生產。若美國製裁政策未完全切斷台積電供應,預計華為出於供應鏈安全考量也會增加與中芯國際的合作。

IC製造中普通矽工藝的製程與產品應用對應關係類似於金字塔結構,大量成本敏感的芯片由成熟製程打造,高性能產品則由先進製程打造。金字塔下部的成熟製程目前國內已基本可以實現由中芯國際、華虹半導體等國內代工廠生產,而金字塔頂端的先進製程工藝目前尚需依靠台積電、三星等國際大廠完成。

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儘管中芯國際的先進工藝技術能力落後台積電約2代節點,但工藝節點組合基本完備且技術能力國內第一,與華為長期合作,是國內唯一有能力承擔轉單的廠商。

台積電7nm於2018年量產,5nm於2020年導入量產。中芯國際在28nm以上的成熟工藝具備完整工藝能力,先進工藝方面14nm已開始產能爬坡,7nm預計2020年底至2021年初量產。

若“美國技術含量”下調政策影響到台積電對華為的供應,我們認為華為一方面可能將部分高端芯片盡快向台積電7nm、5nm等台積電自主技術含量更高的節點轉移,另一方面可能將14nm以上或可能受到影響的項目向中芯國際轉移。

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聚焦IC設備廠商,關注北方華創、中微公司。設備廠商為晶圓廠提供底層支撐,採用國產設備有利於增加晶圓廠的技術自主能力,因此長期而言北方華創作為國內半導體設備銷售規模最大、品種最全、技術一流的廠商,將持續受益於中芯國際等國內晶圓廠加大國產設備採購的趨勢。北方華創設備已用於中芯國際14nm產線,同時聯合研發後續7/5nm設備,值得重點關注。

中微公司是國內為數不多的將單類半導體設備做到國際頂尖級別的廠商,其專注於刻蝕設備尤其是矽刻蝕領域,已通過台積電5nm驗證,技術能力一流,建議長期關注。

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國內IC設計廠商長期受益國產替代。從產業鏈角度,如若美國積極制裁確實可以激發和刺激國內半導體產業國產替代的進度和可能性。華為等國內終端廠商尋找國內供應商態度較此前更為積極。 IC設計領域預計將有一批公司持續受益於國產替代的趨勢,如存儲芯片領域的兆易創新、圖像傳感器領域的韋爾股份、射頻前端領域的卓勝微、模擬芯片領域的聖邦股份等。

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