芯想事成
2020-06-08 10:18:00 2 举报
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《“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
“芯”想事成
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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