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彎道超車有多難,看看中國芯全景圖你就懂了

汕頭信息軟件服務行業協會2019-12-01 12:49:05

? ? ? ?如同人工智能第一次寫進了《政府工作報告》而引來人們極大的關注一樣,芯片產業也在十二屆全國人大五次會議上成為代表們首次熱議的話題,甚至有關發展國內芯片業的建議出現在了數十名人大代表的議案中。但與人工智能基本還處于起步階段有所不同,我國芯片產業已然走過了產業構造期,目前進入到需要借力與聚力以求強筋壯骨的重要關口……
中國芯片在國際市場所處的弱勢地位
? ? ? ?中國芯片企業雖然經過多年的發展,在設計、制造以及封測領域已經形成了一批規模不小的企業,但與全球芯片巨頭的技術水平相比仍有差距。
? ? ? ?那么,在全球芯片生態鏈的各個版圖里,中國芯片到底是什么水平?

1.設計軟件

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? ? ? ?芯片設計軟件是芯片公司設計芯片結構的關鍵工具,目前芯片的結構設計主要依靠EDA(電子設計自動化)軟件來完成。
? ? ? ?然而,Cadence(美國鏗騰電子科技)、Mentor Graphics(美國明導國際)、ALTIUM(澳大利亞ALTIUM公司)、Synopsys(美國新思科技)、Magma Design Automation(美國微捷碼)、ZUKEN INC.(日本圖研株式會社)等幾家公司,幾乎壟斷了世界半導體設計軟件。其中,僅美國的四家公司在全世界的EDA市場份額就占到70%以上。
? ? ? ?目前,中國開發EDA軟件的企業主要有展訊和華為。兩家公司的設計軟件主要供內部使用,市場份額還很低,總占比不到10%。

2.指令集體系

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? ? ? ?從技術來看,CPU只是高度集合了上百萬個小開關,沒有高效的指令集體系,芯片沒法運行操作系統和軟件。作為IT產業的土壤層,世界主流的指令集體系屈指可數。
? ? ? ?由于處理信息的方式不同,CPU指令集分為復雜指令集和簡單指令集兩種。簡單指令集有:ARM(英國ARM)、Power Architecture(美國IBM)、Mips(美國普思科技公司)。復雜指令集:X86(英特爾)。
? ? ? ?目前,英特爾、Mips、ARM三家公司的指令集體系,幾乎占領了全世界所有的智能手機、電腦及服務器等設備。中國芯片在這方面的占有率不超過3%。

3.芯片設計

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? ? ? ?芯片設計公司,作為芯片產業連接電子產品、服務的接口,是平時產業界乃至公眾接觸最多的企業類型。全球芯片設計公司主要有高通、英偉達、聯發科以及專注于物聯網領域的美國博通等。
? ? ? ?有研究機構指出,在2015年全球前十大芯片設計公司排行及整體銷售額顯示,高通、博通、聯發科排在前三位,這三家公司的銷售總額超過后7家之和,接近380億美元。
? ? ? ?大中華地區共有三家企業上榜,臺灣的聯發科、大陸的海思及展訊。華為海思排名第6位,銷售額為38億美元左右,展訊為18億美元。

4.制造設備
? ? ? ?目前,世界半導體制造設備主要供應廠商是AMAT(美國應材)、ASML(荷蘭艾司摩爾)、Lam Research(美國科林研發)、LKA-Tencor(美國科磊)、Dainippon Screen(日本迪恩仕)。這五家公司的銷售額占世界總份額的80%以上。英特爾、臺積電、三星電子、中芯國際等廠商的關鍵以及主要半導體設備均由這幾家美國及歐洲公司提供。
? ? ? ?值得注意的是,其中ASML是全球領先的光刻機生產制造商,20納米左右制程的芯片,均需要其光刻設備才能生產。
? ? ? ?目前國產的半導體生產設備廠商以七星華創、北方微電子、中國電科集團等為主,一些企業也研發出了28納米的等離子硅刻蝕機,但主要是在國內消化,應用于特種、軍工等領域,從全世界范圍來看,占比不超過3%。

5.圓晶代工

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? ? ? ?芯片生產方式一般分為兩大類:一類叫IDM,通俗理解就是集芯片設計、制造、封裝和測試等多個產業鏈環節于一身的企業。有些甚至有自己的下游整機環節,如英特爾、三星、IBM就是典型的IDM企業。
? ? ? ?另一類叫Foundry,就是企業本身不設計、銷售芯片,只負責生產。最著名的就是臺積電。圓晶代工廠是芯片從圖紙到產品的生產車間,它們決定了芯片采用的納米工藝等性能指標。
? ? ? ?從規模看,全球代工企業主要有臺灣臺積電、臺灣聯華電子、美國格羅方德半導體、韓國三星以及大陸的中芯國際等公司。
? ? ? ?目前,前五家海外圓晶代工廠的市場份額超過全球70%。中芯國際、武漢新芯、上海華力微電子等大陸企業,雖然近年來增長較快,但大陸芯片代工企業的市場份額不超過15%。如果算上英特爾、IBM這樣的IDM企業,中國芯片在圓晶制造方面的份額還會更低。


6.封裝測試
? ? ? ?封裝測試,作為芯片進入銷售前的最后一個環節,主要目的是保證產品的品質管理,對技術需求相對較低。像英特爾、AMD等芯片廠商內部都擁有封測部門及配套企業。
? ? ? ?當然,也有一些企業比如臺積電則將封測業務外包,這也就促成了全球近半的封測企業都集中于臺灣地區的情況。2014年,臺灣芯片封測業產值占全球比例達55.2%。
? ? ? ?目前,規模較大的封測企業有臺灣地區的日月光集團、矽品、京元電、美國的安靠等。
? ? ? ?封測領域是中國芯片產業最早可趕超世界平均水平的領域,而中國大量的封測企業,正在抓緊并購全球的封測公司。
? ? ? ?比如,2015年,長電科技與新加坡星科金朋的合并,造就了次于日月光(全球第一)和安靠(全球第二)的全球第三大封測廠,全球市場份額9.8%;南通富士通微電子出資約3.7億美元收購AMD旗下的蘇州廠和馬來西亞檳城廠;目前,紫光集團也已入股矽品,占股份25%。從總量來看,中國企業在封測領域的占比接近20%。
? ? ? ?整體來看,除了圓晶代工、封裝測試等技術要求相對不高的環節,中國芯片產業在其他絕大多數板塊都與歐美芯片產業企業存在較大差距,在指令集、設計等一些體現技術含量的環節,中國芯片產業的技術實力幾乎可以用“堪憂”來描述。

與市場占有率不相符的是極大的需求量
? ? ? ?中國是芯片需求第一大國,芯片自給率不足三成。
? ? ? ?數據顯示,我國一年制造11.8億部手機,3.5億臺計算機,1.3億臺彩電,牢牢占據世界第一,由此拉動全球1/3的芯片市場需求。而與此同時,我國國產芯片的自給率不足三成,集成電路產值也不足全球的7%,市場份額還不到10%,也就是說中國“芯”90%以上依賴進口,為此,僅去年我國在進口芯片上的花費就達到了2271億美元,而且連續4年進口費用超過2000億美元,芯片業成為與原油并列的最大進口產品。

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目標宏大:挑戰全球芯片行業 準備投入千億美元
? ? ? ?據報道,中國想成為半導體的超級大國,并計劃投入大量資金實現這個目標。從上世紀70年代起,中國政府一直在努力建立本土的半導體行業,雖然中間也有波折。但中國的雄心從未像現在這樣大,而且預算是如此之高。
? ? ? ?在上世紀90年代中期,中國進行了早期的大力推動,美國投行摩根士丹利稱,中國政府投入了接近10億美元。但這次,按照2014年宣布的宏偉計劃,中國政府將通過公募和私募基金籌集1000-1500億美元。
? ? ? ?中國的目標是到2030年從技術上趕超世界領先企業,具備設計、生產和封裝所有類型芯片的能力,不再依賴外國進口。2015年中國政府提出新的目標:在10年內滿足中國行業芯片需求的70%。但這有很長的路要走。去年中國的制造商,包括國內企業和外資企業,消費了價值1450億美元的芯片。

中國政府的大力出資引起業界擔憂
? ? ? ?據安邦咨詢高級研究員賀軍援引的數據,目前全球54%的芯片都出口到中國,中國每年進口耗資2000多億美元外匯,超過了石油和大宗商品,成為全球第一大進口商品。因此,當下中國工業界的外國芯片供應商紛紛表示政府的投資會侵蝕他們的利益。
? ? ? ?報道認為,盡管政府大力支持,中國半導體產業的前景并不被專家看好。賓夕法尼亞 大學沃頓商學院中文網的一篇文章援引一位長期參與中國半導體行業的外國前任高管說,絕大多數中國芯片制造企業都將注意力放在追求短期利益,而不是長期產品研發上。這篇報告還指出,國外企業對中國企業侵犯知識產權還抱有強烈的不信任,這將影響美日政府對中國轉移技術的態度。此外,優秀芯片設計和工程人員的稀缺也是影響該行業在中國發展的重要原因。

大陸會實現其野心還是會繼續依賴國外的芯片技術,臺灣的經驗值得借鑒
? ? ? ?從上世紀80年代開始,臺灣非常成功地打造了臺積電(TSMC)這樣世界級的芯片代工廠,也培育出了聯發科技 (MediaTek)這樣朝氣蓬勃的處理器芯片設計公司。但其最近意欲在內存芯片業務上做大的嘗試卻一敗涂地。這些公司在追逐市場份額的過程中進一步流失財富。
? ? ? ?從2001年至2010年,全球內存芯片業總利潤為80億美元,但除去韓國兩大成功廠商三星和SK海力士的利潤后,其他公司損失近130億美元。馬克·李認為,盡管這些臺灣企業支出龐大,但在前沿技術研究上的投資太少,而且過早期望獲利。
? ? ? ?近年來全球半導體產業日漸成熟,將令大陸更難躋身其中。而芯片本身及相關軟件變得愈加復雜,令大陸公司更難以掌握。臺灣公司是在芯片產業迅猛擴展的年代進入芯片市場,內地企業要在如今增長緩慢之時成功打入會更難。
? ? ? ?大陸公認的芯片龍頭企業要取得成功,必須完成三件難事。半導體行業設備供應商、香港上市公司ASM太平洋科技的總裁李偉光認為,首先,中國企業必須從“成本文化向創新文化”轉型。 被問到紫光集團這類公司是否可以通過收購獲得尖端科研成果時,他報之一笑并堅稱“半導體行業沒有捷徑可走”。他的懷疑確有道理:臺灣地區、韓國、美國的出口管制及其他政策壁壘限制了最新技術向大陸公司的轉移。
? ? ? ?內地芯片企業在發明創造上大多遠遠落后于世界領軍企業(盡管海思是個明顯的例外)。據麥肯錫咨詢公司的克里斯托弗·托馬斯(Christopher Thomas)計算,單單英特爾的研發支出就是中國內地整個芯片業研發支出的四倍。除了在科研上加大投入,大陸企業還需要吸引更多資深科學家和工程師。這并非不可能,畢竟硅谷到處是華裔英才。但如果紫光集團這類公司要吸引他們,則必須學會如何在全球范圍推動創新,比如在世界各地運作多個研發中心。
? ? ? ?這就帶出了第二個難題:需要轉變思維,從全球角度思考。 目前為止,大陸企業主要在迎合蓬勃發展的本地消費需求。但它們必須為挑剔的全球市場做準備。即使是大陸企業,尤其是那些服務國外市場的公司,也不太可能只因為芯片是本國制造的就能繼續容忍其欠佳的性能。
? ? ? 最后一個挑戰也許最令人生畏。大陸芯片企業的投資者需要有所準備:前路將是漫長的艱苦跋涉。 麥肯錫的分析顯示,整個全球半導體業,無論是內存還是處理器芯片,也無論是設計、制造還是封裝,各領域里數一數二的企業搶占了所有利潤,而其他企業全部都在虧損。
? ? ? ?若要避免浪費其1500億美元的投入,可效仿的一個正面例子是三星。通過大量投資研發,招攬各類技術人才,而且容忍多年的低回報,這家企業已成為半導體行業的巨人。支持者認為,大陸企業能夠做到這一點,畢竟政府將是主要投資者,并且是以戰略考量為先,盈利為次。
? ? ? ?即便如此,摩根士丹利的分析師認為大陸企業還是很有可能在半導體業的某些領域達到世界水平。本地芯片公司也許會在電視、手機和電腦這些產品領域變得舉足輕重,大陸在這些產品的生產和消費上均占主導地位。監管機構可能會出臺一些本土標準或實施國產化要求,進一步傾斜政策,扶助其青睞的企業,但風險在于,大陸企業最終可能變得只能在本土稱強,卻缺乏全球競爭力。
? ? ? ?無論是在DRAM還是閃存芯片領域,大陸企業如果能說服一些國外大公司與之建立技術共享聯盟,讓這些公司幫忙克服其所在國政府對技術轉讓的限制,大陸企業突圍的機會將因而提升。

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“中國芯”發力贏得有利窗口期
? ? ? ?從全球范圍來看,中國的確面臨著加速發展國產芯片業的重要窗口期。一方面,國際上半導體產業已經走向成熟,國際資本介入半導體產業的腳步明顯放緩,同時全球芯片市場最近兩年持續處于萎縮,唯有中國區域市場例外;另一方面,摩爾定律放緩,但制造工藝還在前行,而且投資不斷加大,這正好契合愈演愈烈的中國半導體產業投資并購需求。
? ? ? ?從國內環境分析,除了沉淀出來的PC以及完整的供應鏈市場,智能手機正在加速洗牌,機型也處在不斷升級過程之中,同時,智能家居、智能汽車、智能機器人、虛擬現實等處在爆發的前夜,尤其是還有接踵而至的5G、萬物聯網、人工智能、區塊鏈等新的業態,都形成了對芯片的超大需求
? ? ? ?支撐國產芯片業的軟硬環境也正在得到顯著改善。據國際知名專利檢索公司QUESTEL發布的最新報告,過去18年里,全球芯片專利數量實現了6倍的增長,但中國芯片專利量則增長了23倍,在芯片專利申請數量方面,中國已成為第一大國,并連續5年蟬聯全球第一。
? ? ? ?在政策層面,除了設立總規模近1400億元的國家集成電路產業投資基金,上海、武漢、合肥、長沙、珠海、杭州、無錫等地也相繼跟進成立了地方性產業投資基金。包括國家大基金、地方政府基金在內,國內集成電路產業基金總額已經超過4600億元。

內聯外合可以彎道超車
? ? ? ?但是,由于芯片的投資需求巨大,回報周期漫長,而且技術要求高端,即便是從細分領域來看,很多的突破都遠非一個企業力量所能為,為此需要加強主體企業之間的合作與行業整合。可喜的是,包括華為、中興、紫光集團、中芯國際在內的27家國內芯片龍頭已經組成了“中國高端芯片聯盟”,產業協同效應值得期待。
? ? ? ?此外,過去3年來,中國集成電路產業發生近百起并購整合,包括中芯國際、紫光集團等龍頭企業已成規模,強強聯合嫁接出的芯片設計與制造勢能有待凸顯。
? ? ? ? 數據顯示,去年全球半導體并購的資金規模達1300億美元,與中國有關的并購為125億美元。然而,按照美國總統科技顧問委員會向白宮提交的報告,中國芯片業被認定為已對美國相關企業和國家造成嚴重威脅的力量,而且報告強調,雖然目前中國芯片產業仍然落后,但有機會通過產業政策縮小與美國的技術差距。故此,報告建議美國總統對中國芯片產業進行更嚴密的審查。中國企業在海外繼續謹慎尋求并購標的的同時,重點應該轉向國內市場尋求與國際芯片巨頭的合作。
? ? ? ?目前來看,為了搶占更多的中國市場,英特爾、高通、德州儀器等國際巨頭紛紛加大了在中國資本與技術的投入,而且他們在中國的產業嵌入已相當深厚,也有與中國企業進行資本與產品合作的需求,且成功的案例并不少見,比如高通與貴州省政府達成戰略合作并成立合資企業,英特爾與清華大學就聯手研發新型通用芯片處理器形成合作協議,中芯國際與華為一起聯合高通和比利時微電子研究中心成立合資公司,紫光集團旗下的展訊通信不僅獲得了英特爾的90億元注資,而且還與全球電源管理芯片巨頭Dialog組成合作聯盟。目前,中芯國際的制造工藝從40納米提升至28納米,受益于工藝提升,去年中芯國際收入大幅增長30%,達到29億美元。
? ? ? ?無獨有偶,采用英特爾的架構,展訊通信推出了首款16納米4G芯片,從而快捷挺進中高端市場,同時展訊通信與Dialog聯手開發的14納米芯片也將于今年下半年量產。近水得月,就地取材。
? ? ? ?只要中國企業在本土加強與國外芯片巨頭的合作關聯,就完全可以繞開境外市場的技術限制與貿易封堵,進而實現彎道超車。


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