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2024.12.08
聚焦人工智能先进计算芯片 简析美国半导体出口管制新规
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美国半导体出口管制新规于美国东部时间2024年12月2日,由美国商务部产业安全局(Bureau of Industry and Security,“BIS”)正式发布。BIS此次发布的关于《外国制造的直接产品规则增补,以及对先进计算和半导体制造物项的控制细化》临时最终规则(Interim final rule,“IFR”),对《出口管理条例》(Export Administration Regulations,“EAR”)半导体相关出口管制的内容进行了多方面修订。新规于发布当日生效,部分修正指令所做更改延迟合规日期为2024年12月31日。同时,BIS还发布了《实体清单的新增和修改;从已验证最终用户中移除》(Additions and Modifications to the Entity List; Removals from the Validated End-User),在实体名单中增加140个实体,对实体列表上的14个现有条目进行了修改。


BIS此前分别于2022年10月7日、2023年10月17日和2024年3月30日,就先进计算、超算物项和半导体物项管控,发布了一系列IFR对EAR进行修订。人工智能芯片对于先进计算和AI应用至关重要,在每次的EAR管控规则中,人工智能相关先进计算芯片均为重点之一,本轮新规也不例外。本文聚焦人工智能先进计算芯片这一物项,对新规的有关更新进行简要梳理,同时对此前3次IFR相关要点进行概括,以期对国内人工智能芯片企业应对美国出口管制有所助力。


一、本轮新规“1202规则”概述


规则名称为《外国制造的直接产品规则增补,以及对先进计算和半导体制造物项的控制细化》(Foreign-Produced Direct Product Rule Additions, and Refinements to Controls for Advanced Computing and Semiconductor Manufacturing Items)。“1202规则”是美国在此前基础上针对中国半导体管制措施的进一步拓展和补充,核心目标是延缓中国先进AI进程和限制中国半导体生态系统本土化发展。


“1202规则”主要内容包括:对24种生产先进制程芯片(Advanced-Node IC)所需的半导体制造设备新设管控,新增或修订的ECCN(Export Control Classification Number,出口管制分类编号)涉及离子注入设备、高纵横比蚀刻设备、原子层沉积设备、先进光刻设备、单晶圆清洗设备、纳米压印光刻设备等,几乎涵盖了fab厂需要的所有关键设备,且新增纳米压印光刻设备管制,前瞻性地压制其他光刻技术路线;对3类用于开发或者生产半导体的软件工具实施新的控制措施,包括某些能够提高先进机器生产力或允许不太先进的机器生产先进芯片的软件;新增对高带宽存储芯片(High-Bandwidth Memory,“HBM”)的控制措施;针对中国相关实体仍能采购使用美国技术、软件或工具生产的半导体制造设备物项及组件,设立了2条新的外国直接产品(Foreign Direct Product,“FDP”)规则(半导体制造设备SME FDP和脚注5 FN5 FDP)及相应的微量豁免规定;对EAR中现有软件密钥管控进行了澄清;新设RFF(Restricted Fabrication Facility)许可例外,允许特定物项(含特定SME)出口、再出口、从美国国外出口或境内转移至符合特定条件的制造设施;新增8个红标(Red Flag)警示协助企业识别风险,等等。


“1202规则”在人工智能芯片管控方面的调整主要有以下几点:


——新增高带宽存储芯片(HBM)管控。AI大模型对数据处理与传输要求越来越高,随着人工智能芯片中逻辑芯片计算能力的增加,需要相应地增加内存容量和带宽,否则无法充分发挥其计算能力。HBM通过垂直堆叠多个DRAM芯片层和采用TSV技术,极大地提升了单颗存储芯片的内存容量和带宽,对于大规模AI模型训练和推理至关重要,也是先进人工智能计算芯片的关键组成部分。在高性能AI和超级计算中,先进逻辑芯片必须与HBM一类高带宽内存协同以避免海量数据传输的瓶颈,因此HBM几乎存在于所有用于高性能AI数据中心的先进计算芯片中。鉴于HBM的重要性,BIS此次新增ECCN 3A090.c分类,专门针对HBM进行出口管控。新的控制措施适用于美国原产的HBM产品以及根据FDP规则受到EAR约束的外国生产HBM产品。BIS使用“带宽密度”BD(Bandwidth Density)——而不仅仅是带宽——来确保使用了大量较小容量的HBM芯片时,控制措施仍然适用。“1202规则”对具有大于每平方毫米每秒2 GB的“带宽密度”的HBM产品进行控制。按此标准,几乎当前市面上所有的HBM均落入受控范畴。值得关注的是,“1202规则”规定将HBM存储芯片与逻辑计算芯片共封(co-packaged)在一起的先进计算芯片,且该芯片的主要功能是计算而非存储,则不属于3A090.c的范畴,依然采用此前的“总计算性能”TPP(Total Processing Performance)和“性能密度”PD(Performance Density)值判断是否属于3A090.a或者3A090.b类别。


与此同时,“1202规则”还规定DRAM的存储单元面积小于0.0019平方微米(µm²),或者存储密度大于0.288千兆比特每平方毫米时,DRAM集成电路产品也符合“先进制程芯片”的定义,同样受到管控,此举意在限制中国自身制造HBM的能力。


——新设HBM许可例外(License Exception)。BIS在EAR§740.25新设HBM许可例外,允许满足特定条件的3A090.c项下HBM的出口、再出口和国内转移(在国境内)。出口商、再出口商或转让人必须总部设在美国或国家组A:5指定的目的地,且最终母公司总部不在澳门或国家组D:5指定的目的地。除HBM存带宽密度小于3.3GB/s/mm²外,还需要满足以下两项条件:一是出口、再出口或在国境内转移到澳门或国家组D:5指定目的地的HBM必须由共封装商品的设计者直接购买,且该设计者未被禁止接收该HBM;二是HBM必须直接出口、再出口或转移(在国境内)到封装厂。分为两种情形:第一,对于出口、再出口或在国境内转移到美国、国家组A:5或A:6总部封装厂且最终母公司总部不在澳门或国家组D:5指定目的地的HBM,封装厂必须向HBM芯片生产商书面确认HBM已被封装并出口、再出口或转移(在国境内)给指定的共封装商品设计者,以及完成的共封装商品不得超过ECCN 3A090中的技术门槛;第二,对于出口、再出口或转移(在国境内)到任何其他封装厂的HBM,完成的共封装商品必须发送回出口商、再出口商或转让人,以便出口、再出口或转移(在国境内)给购买者。收到完成的共封装商品后,出口商、再出口商或转让人必须确认从封装厂收到的完成的共封装芯片中包含的HBM单元数量与出口、再出口或转移(在国境内)到封装厂的HBM数量相符,以及完成的共封装商品不得超过ECCN 3A090.a或3A090.b中的技术门槛。此外,HBM芯片禁止直接发给分销商;禁止发给中间收货人,除非被封装厂雇佣进行货运代理或清关;禁止HBM在进行过先进制程芯片生产的澳门或国家组D:5范围内“工厂”内进行芯片的共封装。HBM与定制化的逻辑芯片不同,更多是一种标准产品,以上措施的核心目的就是防止未封装的HBM独立芯片产品进入到中国(含香港、澳门)。


如果出口商、再出口商或转让人发现运送到封装厂的HBM单元数量与从封装厂收到的共封装芯片中包含的HBM单元数量之间存在大于1%的差异,必须在将共封装芯片出口、再出口或国内转移(到共封装商品的芯片设计企业)或进行任何进一步的HBM出口、再出口或国内转移之前解决。如果不能解决,那么在发现差异后的60天内,出口商、再出口商或转让人必须向BIS报告。


经过本轮新规调整,先进计算芯片监管编码ECCN 3A090的分类及许可例外如下:




——新增半导体相关软件控制。“1202规则”新增ECCN 3D992、3D993控制用于指定半导体制造设备的软件,比如3D992.b控制用于涉及多芯片或芯片组在单个设备中共封装的先进半导体封装的电子计算机辅助涉及(ECAD)软件,3B993.c控制计算光刻软件等。同时,BIS在EAR§ 744.23中新增 (a)(2)(iii),规定如知晓ECAD和TCAD软件将用于设计“先进制程芯片”,并且这些集成电路的后续“生产”将在中国澳门或国家组D:5的目的地进行的,则受到§744.23(a)(2)控制,需要获得BIS授权。芯片从设计到制造的整个工序都离不开软件。BIS此次将出口管控从硬件拓展到软件,包括对软件密钥管控的进一步澄清,无论对先进计算芯片的制造企业还是设计企业都可能产生较大影响。


二、就人工智能芯片EAR规则的此前三次调整要点


(一)2022年10月7日发布的“1007规则”


规则名称为《实施额外的出口管制:某些先进计算和半导体制造物项;超级计算机和半导体最终用途;实体清单修改》(Implementation of Additional Export Controls: Certain Advanced Computing and Semiconductor Manufacturing Items; Supercomputer and Semiconductor End Use; Entity List Modification)。“1007规则”规定了对半导体先进计算芯片与制造相关领域史无前例的严厉管制措施,包括在《商业控制清单》(CCL)中新增4项管制物项,新增2项外国直接产品规则,增加对超级计算机和国内半导体制造最终用途的管控,对“美国人”在华提供特定“支持”活动(见EAR§744.6定义)设置限制等。其中,新增了ECCN 3A090分类,针对先进计算芯片(Advanced Computing Chips)进行“双600限制”,超过此规格的先进计算芯片,出口至中国大陆、香港等地全部受到限制。该类芯片包括但不限于GPU、TPU、FPLD、ASIC等,其中重点是人工智能芯片。


“双600限制”一是I/O双向传输带宽不能超过600GB/s,芯片对外传输的所有Input、Output相关接口,比如PCle、C2C、USB等的传输带宽综合不超过600GB/s;二是等效换算为INT8数值算力不能超过600TOPS(FP16算力则不能超过300TOPS),即“总计算性能”TPP不能超过4800(单次操作指令长度与以TOPS为单位计算的处理器性能的乘积)。


基于上述规定,英伟达A100、H100等芯片无法供货中国市场,之后英伟达推出特供版A800、H800产品(带宽降低为400GB/s)。国内芯片设计企业研发的AI芯片,受到严格的高性能规格限制,超过此限制的芯片无法流片生产。


(二)2023年10月17日发布的“1017规则”


BIS发布了两项IFR,更新了之前的控制措施,统称“1017规则”。规则1:半导体制造物项出口管制暂行规则(Export Controls on Semiconductor Manufacturing Items Interim Final Rule, SME IFR);规则2:实施额外出口管制:某些先进计算产品;超级计算机和半导体最终用途;更新和更正的暂行规则(Implementation of Additional Export Controls: Certain Advanced Computing Items; Supercomputer and Semiconductor End Use; Updates and Corrections Interim Final Rule , AC/S IFR)。


“1017规则”进一步扩大了对先进计算芯片和超算的出口管制:一是新设“性能密度”PD限制。对ECCN 3A090所描述的受限芯片参数进行修订,删除I/O传输带宽的限制,通过“总计算性能”TPP和“性能密度”PD两项指标进行综合管控,更为直接全面地限制先进计算芯片的整体计算性能。二是对先进计算芯片出口采取分级管理。分为高性能AI芯片(ECCN 3A090.a)与性能稍低的AI芯片(ECCN 3A090.b)。ECCN 3A090.a类芯片TPP性能超过4800,或者TPP性能超过1600 并且 PD 值大于5.92,而ECCN 3A090.b类芯片TPP性能介于1600与4800之间,并且PD值介于1.6 与5.92之间,或者TPP性能超过1600,并且PD值介于3.2与5.92之间。三是新设NAC许可例外(Notified Advanced Computing,“NAC”通知型先进计算)。NAC许可例外适用于ECCN 3A090.b下的芯片(即,用于数据中心设计或销售的芯片)以及3A090.a下的非数据中心芯片(即,不用于数据中心设计或销售且具有4800或更高的“总处理性能”的芯片)。


“1017规则”实施后,英伟达应对2022年“1007规则”而修改特供中国市场的A800、H800等芯片产品落入3A090.a范围,被直接禁止出口。“性能密度(PD)”的计算方式为“总处理性能(TPP)”除以“适用的芯片面积”。在3A090描述中,“适用的芯片面积”以平方毫米计量,并包括所有使用非平面晶体管架构的工艺节点制造的逻辑芯片的面积。“1017规则”新增PD值的管控做法,实际上直接封堵了国内企业通过做一颗高密度算力的芯片晶粒,然后将多颗晶粒通过chiplet封装等方式形成一颗大算力芯片的路径,因为单位面积的算力能力被限定。中国芯片厂商设计的芯片,要想在大陆地区之外完成生产,基本都很难超过A800的性能,甚至算力性能只能在A800的一半左右。


(三)2024年3月30日发布的“330规则”


规则名称为《实施额外的出口管制:特定先进计算产品;超级计算机和半导体的最终用途;更新与修正;以及半导体制造物项的出口管制;更正和澄清》(Implementation of Additional Export Controls: Certain Advanced Computing Items;Supercomputer and Semiconductor End Use; Updates and Corrections; and Export Controls on Semiconductor Manufacturing Items; Corrections and Clarifications)。“330规则”主要针对2023年“1017规则”中一些模糊或者谬误的地方进行细化说明和修正,TPP与PD双限规则的核心内容没有变化,但明确了更多关于许可例外情况和管控细节,包括最终用户和最终用途管控的澄清和修订、CCL技术分类调整等。


“330规则”的要点之一是新设ACA许可例外,针对不同目的地实行出口管制的分级管控,以强化重点领域监管,提升管控针对性和效率。NAC许可例外被拆分为NAC和ACA,即通知型先进计算(NAC,Notified Advanced Computing)和授权型先进计算(ACA,Advanced Computing Authorized)的许可例外,其区别主要在于通知要求和适用的地理范围。NAC许可例外授权将指定物项出口或再出口到澳门或D:5国家组,以及那些总部或最终母公司位于澳门或D:5国家组的实体,这些活动需要向BIS预先通知。ACA许可例外允许指定物项在不需预先通知BIS的情况下,出口、再出口和国内转移至D:1或D:4国家组的目的地(除了澳门和D:5国家组指定的目的地)。ACA还允许这些物项在澳门和D:5国家组内部进行国内转移,不需要向BIS预先通知。举例说明,NAC许可例外指定物项,比如落入3A090的芯片,出口或再出口到中国大陆地区以及香港、澳门时(或者总部位于中国大陆、香港及澳门的公司),需要向BIS发起预先通知流程申请;ACA许可例外则指的这些芯片在中国大陆地区及香港、澳门等国内再行转移时,则不需要再向BIS进行预先通知。这其实澄清了一些申请的疑问细节,避免多次许可例外的申请。


对于不符合预设拒绝或预设批准政策的申请,BIS将采取逐案审查(Case-by-Case)政策,根据申请的具体情况进行评估。比如针对落入3A090.b类管控的芯片,可以向BIS提交NAC许可例外的申请。申请时需要由申请企业提供足够的信息,需要注意以下几点:1.提交申请前,必须已经有明确真实的订单(Purchase Order)发生,但订单信息不要求提交申请时强制提供;2.明确说明芯片的TPP与PD值;3.提供必要的材料,明确说明芯片的规格及定位市场应用等(尤其是否是针对数据中心市场的应用);4.明确数量和货值(Quantity and Value),可以在一次申请中包含当前订单的交易数量以及未来可能发生交易订单的预估数量。申请通过后,后续的交易总数在未超过申请数量的情况下,无需再次发起申请。BIS通过逐案审查,对企业的芯片规格、用途、市场、主要客户、数量等进行把握与掌控。


三、结论


美国近年来每年均以国家安全名义出台新规对中国半导体行业实施打压和限制,拜登政府卸任之际仍不忘给予中国半导体行业一拳重击,而本轮新规出台后中国政府也迅速作出回应进行反制,加强两用物项对美出口管制,包括禁止两用物项对美军事用户或军事用途出口,严控镓、锗、锑、超硬材料、石墨相关两用物项对美国出口等,以上显见中美对半导体和人工智能产业之重视,以及相关博弈之激烈。


美国BIS此次规则的更新,针对人工智能先进计算芯片物项的管控,从逻辑芯片扩大到HBM存储独立芯片,同时对半导体制造能力和技术的限制也从硬件拓展到软件,管控措施更为全面,日趋精准,且更具前瞻性。但与此同时,EAR规则的屡次调整也映射出BIS在努力寻求维护美国及其盟友半导体企业商业利益与打压中国半导体本土化进程之间的平衡,包括此前半导体业界传闻的关于全面限制7nm及以下先进制程人工智能芯片措施本次并未涉及,也尚未有相关国内AI芯片设计企业被列入此次实体清单更新中。


未来地缘政治局势仍充满不确定性,国内人工智能芯片企业需要及时评估半导体贸易出口管制政策对企业发展战略和关键核心领域可能产生的重大影响,全面熟悉、了解并运用好错综复杂的EAR管控规则,做好产品规格和技术参数规划,加强产品供应链稳定设计、风险评判以及预案管理,利用好目前尚存的政策空间,用足EAR相关许可例外等工具,让企业本身更具适应性和韧性,并努力走出可持续的科技发展之路。


参考

[1] BIS官网:https://www.bis.gov/ 

[2] 美国联邦法规官网:https://www.ecfr.gov/ 

[3] “1202规则”政策原文:https://federalregister.gov/d/2024-28270

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