芯想事成
2020-06-08 10:18:00 2 举报AI智能生成
《“芯”想事成 中国芯片产业的博弈与突围》读书笔记
作者其他创作
大纲/内容
风雨兼程60年
宁可做过，不可错过
60年代，搞“两弹一星”，我们得到很多
70年代，没有搞半导体，我们失去很多
中国“芯”梦幻开局
离不开一批熠熠闪光的名字
开山鼻祖黄昆
八级钳工科学家”王守武
第一家半导体器件厂109厂厂长、1983年主持研制4KB、16KB的DRAM
芯片传奇“三枝花”
还有三位杰出女性
复旦“最美”谢希德
推动了半导体学科发展
拉出中国第一根硅单晶的林兰英
从国产计算机到自主芯片的夏培肃
50年代后期研制成功我国第一代通用数字计算机107计算机
我国2002年研制成功的龙芯1号又称“夏50”
学生李国杰研制龙芯/学生祝明发研制曙光、筹建中科院计算所、中科大计算机专业
从落后5年到落后20年
半导体产业
文革之前，我国半导体工业体系初步建成，与国外差距不大，仅落后5年左右
但六七十年代，以中国的精英科学家和军事化研发体制，可以完成“两弹一星”，但在不断精细化发展、需要市场支持的芯片行业遇到了越来越多的障碍
到1977年的中国芯，技术上与国外有15年差距，工业生产上则有20年以上的差距
1977年，全国600多家半导体工厂，一年的产量仅是日本一家大型工厂月产量的十分之一！
造得出“两弹一星”，造不出芯片？
中国芯片产业60年，前30年做到了独立自主
但严重缺乏产业化和持续“造血”能力，接下来的30年里
又进入以市场化和运动式集中攻关跨越的阶段
“砸锅卖铁”也要把芯片搞上去
909工程
“909”工程：投资100亿元，建成一条8英寸晶圆、从0.5微米工艺起步的生产线
“908”工程的经验教训为“909”工程铺路（缩短审批时间、全力以赴不容失败）
1995的，电子工业部部长胡启立参加总理办公会，确定了中国电子工业有史以来投资规模最大、技术最先进的国家项目“909”工程
情况触目惊心
1994年我国集成电路产量和销售只占世界的0.3%、0.2%
大陆市场占有率不到15%，相当于台积电一家的1/3
大陆水平仍在4-5寸晶圆、2-3微米工艺档次，落后美、日15年左右，相差3个发展阶段
集成电路85%以上依赖进口，中国电子产品虽有自己的品牌，但只能使用国外的芯片
“909工程”进展如何？
华虹是“909”的主要承担者，它的成功与否一定程度上决定者“909”的成败
到2005年6月，华虹完成了立项时的所有目标
这其中，“困难和危难”远超想象
“909工程”为后来的大基金、“909工程”二次升级积累了经验
胡启立总结了三点经验
核心技术很能通过市场交换得来，引进是为了消化吸收、长期规划
要以市场为导向，而不仅是为填补国内空白、导致从技术出发
人才是高科技企业发展的核心
新世纪的曙光
2014年国家成立集成电路产业投资基金，计划投资1200亿元
在大基金之前，中国“芯”还有“863”专项、“973计划”、“核高基”等国家专项扶持（2006-2020年投入超过1000亿元）
其中“核高基”的重要特征是“企业牵头主导”，以产业化为目的（不同于以往仅停留下实验室阶段）
寻找中国的“英特尔
中国“芯”布局
倪光南
超级计算机芯片我们不比别人差
桌面产品芯片确实经发达国家差三五年
手机芯片跟国外大致相当
有些领域如通信中的很多芯片我们没有
从“方舟”到“龙芯”：造 CPU 有多难
自20世纪初开始，中国有方舟、北大众志、龙芯、申威、飞腾，目前龙芯在北斗卫星等产品上站稳脚跟
方舟
离开联想，倪光南和方舟科技做“方舟”，用自主芯片+Linux操作系统替代WinTel架构
但市面WinTel上的主流软件不支持，使用不方便，“方舟”未能成功，政府采购也退出
龙芯
与“方舟1号”前后脚，龙芯项目在中科院计算所启动
1999年底，李国杰回计算所任所长，调整研发方向，在申请不到任何经费的情况下，拿出当年所有的创新经费1000万，设立了通用CPU项目
自2001年以来，共从“863”计划、核高基专项中累计获得几亿元经费
2013年在“龙芯1号”问世11年后，龙芯公司战略调整，结合市场需求，不追求“大而全”的复杂度
更重视结合用户需求定义芯片，并结合特定应用研制专用芯片
华为“死磕”麒麟芯片
华为海思麒麟芯片在性能上与高通、三星在同一水平，而且在通信芯片上也投入了大量资源。但由于通信芯片既多且难，目前中国还不能独立自主
1991年（距离华为成立仅4年），华为就成立自己的ASIC设计中心
后来成立了海思（华为半导体），不仅做手机芯片
最为人熟知的还是手机芯片
2009年推出K3用于低端山寨机未成功
2010年苹果研发A4用于iphone4成功，刺激海思于2012年推出K2V2，用于自家旗舰机
2013年推出第一款SoC麒麟910（含处理芯片CPU和基带芯片BP。AP：Application Processor，即应用芯片；BP：BasebandProcessor，即基带芯片。AP算是电脑，BP则是电脑的modem），由于性能和兼容未完全得到市场认可；
不到一年，新一代麒麟推出，逐渐得到市场认可，此后不断迭代发展起来
华为芯片的成功，利益于内部庞大的采购量，以及紧跟市场需求（不是为了创新而创新）
注意，华为的芯片仍是设计，设计后也要交给台积电制造
超级计算机用上了中国“芯”
在超算500强榜单中，中国数量也再次超过美国，逐渐形成了天河、神威、曙光三大超算系列
中国20世纪90年代初下决心研发超级计算机
1992年银河2号诞生，1993年曙光1号诞生
1992年“863计划”投入200万元开始研制，李国杰负责，从集成做起，几年后开始自己设计开发主板，然后采用国产CPU芯片，开始是龙芯2号，后来是曙光5000和6000）
到2011年，中国推出天河1A，登世界榜首
6个月后，天河2号问世，世界第一位置占据了4年，但天河芯片仍依靠英特尔公司
2015年，天河二号准备升级时，美国商务部禁止向天河二号提供芯片
出乎美国人意料，2016年，中国“神威-太湖之光”起来（无锡江南计算技术研究所设计，创建于1951年），而且用的是国产CPU申威芯片
紫光掀起投资旋风
紫光
与龙芯自主研发不同，紫光采取了资本收购的迂回道路，因为CPU实在太难
控股长江存储，在成都、南京陆续投资近1000亿美元量产存储芯片
目前长江存储已成功研发出14nm32层64GB存储芯片工程样片，历时两年，投入超过10亿美元
投资旋风
收展讯、锐迪、新华三，控股芯片封测企业和存储芯片制造商
挖台积电高启全（“台湾DRAM”教父）、台联电前CEO孙世伟...
紫光是考虑到半导体产业充分竞争又高投入的属性
但紫光不是“玩资本”：买的企业一个都没卖，而且“收购”人才
AI 芯片弯道超车？
陈天霁和陈天石兄弟2016年创建寒武纪，2018年估值已达10亿美元
英伟达、谷歌、Facebook、微软等也都在发展AI相关芯片
咨询公司预测到2025年AI相关的芯片市场将由此前的5亿美元到122亿美元，CAGA超40%
越来越多的应用公司开始做芯片
BAT开启“新赛道”
BAT有广阔的应用市场
中国“芯”突围
徐匡迪：“大国精器”必须强起来
在服务器和个人计算机CPU领域
李国杰：自主可控并不代表“封闭”
有一些理念是需要开放的生态
倪光南：中国“芯”要跨越两座“大山”
一是芯片制造
这方面资金投入严重不足
因为人才少、周期长、失败概率大，比如京东方投入10年才开始盈利
二是生态
芯片和操作系统基础上的大量应用
胡伟武：核心技术要在试错中发展
中国“芯”在全球化下的供应链安全
也是芯片行业发展需要关注问题
创“芯”是接力赛
未来
美国要打“科技冷战”？
是，要打“科技冷战”
美国人突然动手
2012年，美国已经开始调查中兴、华为，直言“中华”两家公司不可信任
2018年，激活对中兴出口限令
为什么是中兴
因为中兴是5G龙头，是高科技代表
美国要维护在高技术领域的地位，延缓中国制造业升级进程
“贸易战”还是“科技战”？
贸易战为表，科技战为里
2017年美国就发布了《如何确保美国在半导体行业的长期领导地位》，提出要减缓中国半导体发展进程
神秘报告背后的芯片焦虑
确保美国在半体领域的领导地位
日本曾遭“极限施压”
在20世纪80年代
当时美日贸易摩擦不断升温，美国打击了日本半导体行业
“灰犀牛”风险向高新技术领域扩散
“灰犀牛”是指大概率且影响巨大的潜在危机
2008年金融危机以来，世界贸易保护主义抬头
这个是大的政治和经济背景
大国博弈的“锁喉技”
中国IT行业会瘫痪吗
美国限制芯片出口，中国IT行业会瘫痪吗？中国有市场缺供给，存在巨大的供需差
据美国方面统计，手机和电脑，分别占中国对美国出口总额的13.8%和9.7%，总额约1200亿美元
从世界范围看，中国生产了全球80%的手机、95%的电脑
所谓“中国制造”其实是“中国组装”，每年海量进口核心元器件，通过“富士康”们组装销售全球
苹果手机自2007年面世以来，总共卖出了20亿部，有一半是富士康（郭台铭1974年成立）代工生产，但这其中利润极低
一台499美元的苹果平板电脑，富士康仅拿到11.2美元的代工费。“刺眼”的差距是，在多个领域，国产芯片占有率接近0
因为缺乏核心技术，我国信息产业往往只有2-3%的利润
2000亿美元进口的“芯”之殇
世界芯片市场和供给格局如何
世界电子行业格局是，强如美国，也需要进口电子元器件，但主要是从日本、欧洲、韩国进口，这些都是美国的“小伙伴”
中国芯片产业弱，有市场没供给
2017年中国芯片占全球7.78%，虽仅次于美国、韩国、日本，与德国相当
中国已经是世界最大集成电路市场，这些国产芯片，质量和数量都微不足道
2017年中国进口3770亿块芯片，共计2601亿美元，远超过同年石油进口额1623亿美元
芯片之难在哪？
投资大、周期长、风险高
缺少“生态链”，造得出来，用不起来
人才储备不足
随时挥舞的“大棒”
禁运
由来已久
从1949年的“巴统”，到90年代的《瓦格纳协定》，中国在很多领域处于限制名单
其实问题的严峻性不止于此，核心技术受制于人，国家安全还受到威胁
核心技术要不来、讨不来
比如苹果的Ligntning数据线，里面就有4块芯片，售价188元
高通长期占基带芯片一半的市场，博通主导WiFi和射频芯片市场，三星长期称霸内存芯片（这些是芯片在各领域的龙头）
安卓手机，国产品牌如华为、小米、OPPO、vivo等，通信基带芯片大部分使用国外芯片
这些技术能要到吗？不能。富士康也曾遭遇阻击：它收购了夏普，但最终未能收购东芝
中国还有哪些“心绞痛”
中国信息产业缺“芯”少“魂”
芯是指芯片，魂是指操作系统
还有面板和半导体制造设备等
据工信部对30多家大型企业130多种关键基础材料统计，32%的关键材料仍为空白，52%依赖进口，70%的智能处理器、处理器95%的高端芯片依赖进口
中兴占智能手机10%的市场，仅次于苹果、三星和LG，在美国宣布对中兴禁运第二天，中兴的国外供应商股价集体大跌
无处不在的芯片
电子设备里，有无处不在的芯片
解密“芯片家族”
什么是芯片
按功能大致分处理器、存储和特定功能芯片
从“巨无霸”到“小精灵”： 芯片的世纪变迁
20世纪50年代，晶体管和集成电路的发明
引发第三次工业革命，人类步入电子时代
上百道工序：指甲盖大小藏有多少秘密
芯片有着漫长的生产链
芯片背后的全球工业体系之争
格局如何？
市场大
世界芯片销售额，1994年首次突破千亿美元（达1097亿美元）
2010年超过2000亿美元
2017年达到4197亿美元，而且带动作用强，1元芯片带动了10元电子产品和100元国民经济的增长
历史统计数据表明，电子产业增长速度是GNP的3倍，集成电路产业增速又是电子产业的2倍
芯片的下游非常广泛，2016年全球芯片下游大致分国通信（含手机）39.3%、计算机34.7%、消费电子10.7%、汽车7.4%、工业医疗7.0%和政府军事0.9%
壁垒高
芯片技术进步按摩尔定律，投入也越来越多，目前一条先进产线投资额高达50-100亿美元
世界集成电路大企业资本开支都很大
从进度上来说长达十年，芯片（设备也类似）一般前两年为建厂期，后两年为产能爬坡期，生产线投入5-6年才产生效益
高投入高回报，集成电路产业既是“碎钞机”，如果熬得住，也在“印钞”，业界有“第一名吃肉、第二名喝汤、第三名收支平衡”的说法
产品必须有强大的市场，28nm研发经费要1亿美元，产量要达到7000万片才盈亏平衡，20nm则要上亿片
此外，芯片产业还具有人才、技术密集的特点，这些都形成了企业的壁垒。高通就曾在3G时代通过专利赚钱
大时代的芯片风云
“轮子之后最重要的发明”
从产业形成看，人才是基础
先有仙童，后有硅谷
芯片企业发展起伏，即使是硅谷的芯片之王，也有大转型的时候
英特尔：至暗时刻的转型
这背后离不开国家的战略选择
日本的“举国体制”
日本通产省的VLSI
韩国用战争赔款给三星“输血”
三星创始人李秉哲大规模投资存储，以及区域的经济分工
台积电“异军突起”
张忠谋从TI回台湾创业
发展概述
70年代，英特尔芯片不如IBM，主要用于“低端市场”
但随着乔布斯1975年推出第一款个人电脑，“低端市场”迎来指数级增长
英特尔自存储器起家，然而在CPU芯片上收获很大，IBM也转而向它购买芯片
20世纪80年代，日本芯片产业崛起，发动了价格战，“永远便宜10%”，到1985年，英特尔在存储器这个起家的市场上已经被日本击败
要不要继续用CPU向存储“输血”？CEO格鲁夫和创始人摩尔决定，战略转移，专攻个人电脑CPU，转型第一年就推出了386，进一步压制了IBM，随着1990年微软推出视窗3.0操作系统，开启了Wintel时代
峰值时期，英特尔占全球85.2%的CPU市场
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