海外智库观察254：外国智库眼中的中国人工智能发展

2024年9月18日，加拿大国际治理创新中心发布了其高级研究员Alex He撰写的文章《全球人工智能芯片竞赛中，中国正在奋起直追（In the Global AI Chips Race, China Is Playing Catch-Up）》。文章指出，只要中国仍然孤立于全球半导体生态系统之外，西方的领先地位就难以被逾越。

首先，作者指出，中国依赖世界领先的半导体公司制造高端芯片和提供设备，用于国内的芯片制造以及设计芯片所需的软件和工具，但广泛的美国制裁严重限制了中国在芯片行业几乎每个子领域的追赶努力，也阻止了中国获得进口的高性能AI芯片。因此，中国由于持续缺乏关键设备和组件，导致其与国际顶级芯片公司之间的技术差距进一步扩大。在拜登政府于2022年至2023年对先进芯片实施严格出口管制之前，中国公司能够购买或海外制造用于数据中心和云计算、AI模型训练等用途的高端芯片。此时，中国在半导体行业，特别是在芯片制造领域通常比全球领先者如台湾和韩国落后两到三代。然而，在2022年10月美国实施先进芯片禁令之前，特朗普政府于2019年已阻止关键的半导体制造设备如极紫外光刻机向中国出售。2022年8月，拜登政府进一步禁止用于芯片设计的关键电子设计自动化（Electronic Design Automation, EDA）软件（也称为电子计算机辅助设计软件）。芯片禁令完全切断了中国获得用于训练大语言模型和其他AI基础模型的先进芯片的渠道，这也启动了美国与中国之间的生成式AI军备竞赛。在世界领先的芯片制造方面，最先进的AI芯片如Nvidia的H100，是由台积电使用更复杂的4纳米工艺制造的，而Nvidia最新的B100和B200芯片据称使用了台积电世界领先的3纳米工艺。与7纳米工艺相比，3纳米甚至更先进的2纳米工艺可以在每个芯片上放置更多的晶体管，从而实现更快的速度和更强的计算能力，这对于这些AI芯片的性能至关重要。与此同时，中国仍在努力维持其较不先进的14纳米工艺的芯片制造。尽管如此，华为在2023年8月发布的Mate 60 Pro智能手机，在多年美国严格制裁后，仍让世界感到惊讶。该手机配备了华为自家的Kirin 9000s芯片，由中国最先进的晶圆代工厂中芯国际（Semiconductor Manufacturing International Corporation，SMIC）使用7纳米工艺制造。这表明，中国尽管受到制裁，仍取得了关键突破。与Mate 60一起，华为在2022年末发布的第二代Ascend 910B AI芯片也使用了相同的SMIC 7纳米工艺，这同样让美国官员感到震惊。

随后，作者简要阐释了中国芯片的生产工艺。据《金融时报》2023年11月底报道，中芯国际使用较不先进的深紫外光刻机及其第二代7纳米工艺制造了910B AI芯片，这种芯片通常使用更先进的极紫外光刻机制造。简单来说，使用深紫外进行7纳米工艺需要更多的制造步骤，才能在每个芯片上放置尽可能多的晶体管。光刻是芯片制造中的关键步骤，是将高度复杂的电路图案转移到硅片上的过程。极紫外机器只需一次曝光即可在硅片上设置图案，而深紫外机器则需要三到四轮的图案曝光来制造7纳米芯片。多次图案曝光通常涉及更多步骤，使工艺更加复杂且不那么精确，也消耗了更多时间、材料和组件。这也很好地解释了为何芯片生产成本如此之高，成品率（每片硅片上可用芯片的百分比）如此之低，以及为什么只生产了有限数量的Ascend 910B AI芯片。随着多次图案曝光，更多额外步骤会导致每片硅片上更多的缺陷芯片。这种仅有20%超低成品率（芯片大规模生产的理想成品率接近90%）的制造方法在经济上并不可持续，并且似乎是中国政府为这些制造成本异常高、成品率极低的芯片买单。但这表明了美国试图阻止中国技术进步的努力没有奏效，而华为则特别展示了自己在AI芯片领域的实力，并保持了在全球半导体供应链中的市场份额和地位，中芯国际作为中国顶级代工厂也展示了其创新能力。目前，华为和中芯国际现在被视为中国生产先进AI芯片的最大希望。

最后，作者指出，即便中国芯片制造领域有国家强力支持，追赶美国也不容易，制裁也很可能将在未来几年内继续存在。在芯片制造的关键领域，中芯国际直到2022年才开始大规模生产14纳米芯片，而其成熟的生产工艺仍停留在28纳米工艺，仍落后于全球领先公司一到两代。至于芯片设计，华为曾是全球市场的重要参与者，生产过智能手机、5G芯片的系统级芯片。然而，该公司现在在关键设计工具以及来自英国芯片设计公司ARM的处理器架构方面面临瓶颈。在光刻设备方面，由上海微电子装备公司制造的90纳米工艺光刻机是中国国内批量生产的成熟产品。中国目前最好的光刻机是用于28纳米工艺的设备，据称上海微电子装备公司在2023年底正在开发中，但需要几年时间才能交付用于28纳米芯片的批量生产，并且具有良好的成品率。而ASML已经在2024年交付了其用于2纳米工艺的最新极紫外光刻机。海微电子装备公司与ASML的差距仍然在大约二十年左右。因此，中国公司要么使用不在制裁名单上的较不先进的AI芯片，要么等待华为和中芯国际供应短缺的Ascend 910B，要么寄希望于由于日本、荷兰和韩国等不太情愿的盟友的不完美合作，而导致制裁效果有所缓解。美国半导体行业的游说压力也可能反对制裁。中国通过改善与美国主导的民主国家的政治关系，以此来加入先进芯片供应链生态系统也可能会有所帮助。但考虑到地缘政治局势的复杂性以及美中两国国内政治的现状，这种情况短期内不太可能发生。这意味着中国可能将继续加大对芯片设备和制造领域自主创新的投入，尽其所能。在此期间，西方的领先地位似乎难以撼动，只要中国仍然被全球半导体生态系统所孤立。

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