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中国“芯”痛已久 强“芯”之路有多难

|原发: 企业观察报

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本报记者 / 张郁

美国政府的一纸封杀令,切断了芯片供给的“源头”,让大量使用美国“芯”的中兴通讯生产线瞬间冻结,也令中国的半导体乃至整个科技产业认清一个事实,缺“芯”不仅是中国科技产业的“痛点”,更是关乎企业生死存亡的“命门”。

“诸多高科技公司一旦受到美国芯片或部件禁售,如同遭遇灭顶之灾,这是中美科技水平的真实体,对抗不对抗,差距都在那里。”集微网创始人、中国手机联盟秘书长王艳辉表示。

中国半导体行业协会的统计资料显示,2017年中国集成电路的产品国内自给率仅为38.7%。根据海关总署数据,集成电路进口额从2015年起已连续三年超过原油,且二者进口差额每年都在950亿美元以上。

有人质疑,为什么中国可以造出两弹一星,却造不出高端芯片?为什么中国科技发展到可以上天入海,却造不出高性能的发动机?

“我们更应该反思为什么总是被击中软肋。”电子创新网创始人、半导体技术专家张国斌在接受媒体采访时说,“这说明我国半导体产业缺乏深刻反思。我们的半导体产业还没那么强大,还没解决被国外芯片供应商‘卡脖子’的问题,却不懂得韬光养晦,甚至盲目自信。”

有分析直指,中国芯片自主创新能力弱是因为国内重视赚钱、忽视发展技术,风投资金大量投资于互联网领域,而非尖端技术上。中兴今日之痛是长期忽视基础研究、忽视技术创新的恶果。

“中兴风波”深深刺痛了“中国芯”。平息情绪,冷静回望中国强“芯”之路为何如此艰难,需要补齐哪些短板。在如今看来没有胜算的芯片大战中,又该如何转危为机。

自给率不足三成

集成电路素有现代“工业粮食”之称,芯片的种类繁多,涉及领域甚广,仅一个智能手机里面涉及到的芯片就有数十种,除核心的主芯片外,摄像头、语音处理、电源系统上都需要芯片。

然而,我国的半导体存在着巨大的供需失衡,且高度依赖进口。按照《中国制造2025》的要求,2025年我国集成电路自给率达到70%,但数据显示,目前我国的芯片自给率仍在30%以下徘徊;在规模达3200亿美元的全球半导体市场中,我国进口份额达到54%,但国产芯片的市场份额仅占10%;此外,虽然全球77%的手机已由中国制造,但国内目前拥有成熟手机芯片生产能力的仅有华为一家。

而被各路分析人士认为最骇人的数字,当属我国每年需要在芯片进口上支出的2000多亿美元。事实上,芯片已经超越石油,成为我国第一大进口耗汇产品。

显然,目前,全球芯片仍主要以美日欧企业为主,高端市场几乎被这三大主力地区垄断。在高端芯片领域,由于国内厂商尚未形成规模效应与集群效应,所以其生产仍以“代工”模式为主。

食物链的顶端,基本还是美国公司:英特尔和AMD的CPU,高通的手机处理器,英伟达的AI芯片、博通的光通信、无线通讯等芯片。2018年3月23日,IC Insights公布全球2017年Fabless(无厂半导体公司)情况。美国企业占全球份额约53%,加上即将迁回美国的新博通,美国占比约69%,可谓一家独大。中国大陆2017年占全球比约11%,低于台湾地区的16%,排名第三。

赛迪顾问股份有限公司集成电路产业研究中心副总经理刘堃表示,在国内中低端芯片领域,中国的企业已经具备了一定的技术及产品基础,但是在处理器、存储器等高端芯片领域,国内芯片产品基本不存在竞争优势。

有报道显示,目前能够实现国产替代的芯片,大部分集中在电源、逻辑、存储、MCU、半导体分立器件等中低端产品。除了海思麒麟芯片还可以勉强和高通顶级对决,龙芯的CPU、展讯处理器+基带芯片,同创国芯的FPGA,长江存储的Falsh、Vanchip的RF芯片,汇顶科技的指纹芯片等等,都还在追赶的路上。
在对稳定性和可靠性要求很高的通信、工业、医疗以及军事国防,航空航天的大批量应用中,国产芯片距离国际一般水平差距尤大。尤其是一些技术含量很高的关键器件:高速光通信接口、大规模FPGA、高速高精度ADC/DAC等核心领域,还完全依赖美国供应商。

那么,在同一类芯片上,高端芯片和中低端芯片的性能究竟差在哪?

以处理器芯片为例。刘堃介绍说,低端处理器芯片与高端产品最明显的差距是数据处理速度、功耗、时延等方面性能跟不上。而模拟芯片主要要看芯片的耐压耐流、信号精准度等稳定性能,高端模拟芯片优势在于更加稳定、更加精准地输出电流电压等模拟信号,同时芯片寿命也会比较长。模拟芯片要通过研发人员的经验来保证芯片的稳定性以及流片的优良率。

所谓的流片,在集成电路设计领域,指的是“试生产”,当设计人员设计完电路以后,工厂要先生产几片或者几十片,供测试用。如果测试通过,工厂就可以进行大规模生产。

刘堃认为,如果国外相关公司对中兴禁止出售部分模拟芯片,其实对企业的影响倒不大,“因为国内部分芯片企业的产品能保证供应,也就是在稳定性、精准性等方面存在一定的差距,但整体效果影响不大。”然而,在处理器芯片上,国内基本上很少有企业“接得住”,因为没有高端的处理器芯片,直接影响到高端手机的功能。“手机性能可能一下子会在很大程度上有所降低。”

国产芯片的后发劣势

对此,国际知名芯片企业研发高级主管吴丹青撰文称,中国核心芯片技术一直受制于人,实际上是美国选择性的国际分工和芯片行业的特性造成的。

文章称,在国际竞争中,美国在系统集成方面很难阻击中国竞争者,所以在近年来选择逐步放弃整机设备,而将更多资源和力量集中到上游芯片的开发。这就造成了在全球产业分工中,中国的优势就集中在做整机设备或者系统集成,美国的优势在于核心零部件研发,并且具有明显的先发优势。

在上世纪90年代英特尔和AMD间的芯片大战中,这一先发优势体现明显。当年英特尔领先AMD半年研发出486芯片。在这半年里,英特尔就可以迅速将产品高价推向市场。半年后,当AMD研发出芯片进入市场时,英特尔已经收回成本并赚得高额利润,这时候英特尔就开始以降价的方式阻击对手,把芯片价格迅速降到成本线附近,同时把赚到的利润投入到新一代芯片的研发。AMD作为后发者,虽然投资巨大,获利却很微薄。这就是摩尔定律所说的,每18个月芯片上的晶体管数量就会翻一番,成本却下降到一半。美国根据摩尔定律在芯片行业取得领先优势,赚取高额利润,并不断积累这样一个正循环。

吴丹青认为,目前中国芯片行业也面临后发劣势。每当我们好不容易研发出一代芯片后,美国的先发企业马上降价,投入新一代芯片研发,后发企业投入巨资的结果是很难赢利。

事实上,在集成电路产业领域,一般分为设计、制造和封测三个环节。国内高端芯片的自主可控能力不行,从产业链上看,是设计和制造环节都存在一定差距。

有行业人士介绍,即便是国内的龙头制造企业,在处理器芯片的制程工艺水平上也只能达到28纳米,而iPhone手机的A11处理器芯片,制程水平已经能达到10纳米。刘堃介绍说:“这个制程参数越低,说明芯片的集成化程度越好,芯片的处理速度越快,功耗也会越低。”

那么中国国产芯片行业有没有可能取得跨越式发展呢?吴丹青表示,芯片是典型的资本密集型、技术密集型行业,其首要特点是特别重视技术积累,很难跳过一代芯片直接进入下一代,欧美芯片行业从上世纪六七十年代就开始起步,国产芯片技术积累的差距很大。

刘堃也认为,芯片的生产工艺发展从60纳米、45纳米、28纳米,再到10纳米,甚至是7纳米,全球芯片制造领域里的领先企业如三星、台积电都是一步步走过来的,中国大陆本土芯片企业如果想从28纳米一下子降到10纳米,很难。“在工艺上要跨几代,实事求是地说,国内企业还是需要些时间的。”

在一些芯片领域,我国部分本土芯片企业取得了不错的成绩,但是在产品市场推广方面却遇到了阻碍。刘堃举例说,如中国大陆的一些家电制造企业,对于相关芯片产品的需求量很大。虽然有些芯片产品国内已经能够实现配套,而且价格也比国外进口的芯片价格便宜一半。但放在一个整机的成本上看,芯片多出来的成本算不了什么。“很多国内的芯片应用企业会更倾向于使用国外知名企业的芯片产品,主要是怕本土芯片影响其产品的性能和稳定性。”

“由于后发劣势,造成国产芯片没有足够的使用量,芯片中的很多缺陷和不稳定性很难被发现,所以在性能和价格上都没有优势。”吴丹青在其署名文章中这样表示。

壁垒不仅是技术

其实,“做芯片最难的不是开发,而是打不起官司。”绿人中国网CEO梁宁在其微信公众号中写道,专利保护是Intel的核心竞争力之一,Intel长期大规模的专业律师团队,几乎把X86体系相关的专利全注册了。

刘堃也指出,在一些关键技术上,国内企业起步晚,在发展过程中,很容易触及国外企业已有的知识产权。比如在存储器芯片领域,刘堃表示:“存储器的市场垄断程度之所以很强,就是因为三星、SK海力士、美光这些国外存储器巨头在芯片知识产权方面的储备十分雄厚,新进企业很难完全跨过这些企业的知识产权去生产自主化的存储器芯片产品。”

也正是由于关键材料与技术专利较难突破,而且利润较薄,因此做得好也很难吸引到投资人的眼光,以至于供应链对于芯片类料件的自研兴趣缺乏。

一位署名为云腾的北美中国半导体协会理事,在其署名文章中称,芯片创业不比互联网创业,3-5年能见效果的算好的。中国好多基金总年限都不过7年。少数有半导体基因的几家基金公司,会投一些消费类芯片公司,只因周期稍微短一些,还可以接受。

“大部分基金没那个耐心和精力。”云腾在文章中称,初创公司一次投几百万,一千万,如何能投出几个亿的资金,除非投那些炒得离谱的AI公司。大部分基金或是投中后期,周期短,风险小。

这方面,文治资本创始人唐德明深有体会。近年来,国内创业浪潮掀起的同时,大量的社会资本并没有渗入半导体行业。资本对中小企业的进入一直都是小心谨慎。而在半导体行业,国内的许多资本都是哪里风险小,哪里回报快,就往哪里投,真正进入初创企业的资本很少。

更重要的是,中国芯片创业成本不比美国低。云腾认为,首先是中国的税务政策是来料加工传统思维导向的,而芯片行业的原始材料是沙子,其价值创造大部分都是技术和知识产权赋予的。因为增值税,开发工具、IP授权、流片、实验室设备等都比美国贵。“初创公司一分钱没赚,就在宝贵的资金方面输美国公司17%。”

其次是信息成本。一方面,在中国知识产权保护系统不健全,因此商业信息安全方面要花不少精力和成本以保护辛苦获得的研发成果;另一方面,该有的信息共享在中国大打折扣。最后是管理和人员成本方面,中国本来是具有一定的优势的,但随着各大城市商用和房地产的暴涨,员工每天花着穿梭大城市的隐形费用,优秀从业人员的严重稀缺,这优势已不明显了。

相反,美国近年来因为行业整合和投资减少,美国大学仍在技术创新,人才培养比中国给力,因此美国的优秀人员相对充足。

其实,国家在多年前就已经在政策上予以重视,在资金投入上,也有“国家大基金”的支持。2014年,工信部宣布国家集成电路产业投资基金(业界称“国家大基金”)正式设立,一期重点投资在集成电路芯片制造业。

据了解,一期基金的募资规模达到1387亿元,目前,国家集成电路产业投资基金二期募资已经启动,市场预计二期规模有望达到2000亿元,大基金二期将提高对设计业的投资比例,并将围绕国家战略和新兴行业进行投资规划。对于过往的政策效用,一些行业人士认为,这给产业的发展营造了良好的氛围,但在资金的投入上还是一种“撒芝麻”的状态:“看到这个企业做芯片给笔钱,看到那个企业做芯片给点钱,这种扶持很难在较短时间内培育出具有较强技术实力和国际竞争力的龙头企业。”

有行业人士指出,当前,集成电路产业中国家在资金的持续投入和产业规划布局上还不是很好,而集成电路产业的资本投入更多的是一种“耐心”的比拼。“集成电路行业投入回报期长,一般投下去三五年很难有回报。”杨磊指出,这个行业的风险在于,集成电路技术进步特别快,现在生产出的产品,是三五年前的技术水平,有可能跟不上潮流。

唐德明认为,社会资本应该和国家大基金形成相互补充的力量,让更多的资本投入到一些中小企业。“政策要鼓励和推动国内芯片产业的发展。”刘堃认为,如果没有政策的推动,国内芯片产业很难通过顶层设计加速发展。

刘堃认为,国内集成电路行业目前还处于成长期,如果按照目前的产业发展速度来看,国内产业会更早地进入爆发阶段。

中国社会科学院世界经济与政治研究所国际投资研究室主任张明认为,在增强高端芯片的自主研发能力上,我国需要有自己的产业政策,但产业政策的实施必须符合市场规律,顺应市场供求。而且要避免出现以下现象:即政府不顾一切地促进国内芯片等行业的发展,但由于产业政策的实施违背了市场规律,导致大量的资源浪费与扭曲。

吴丹青也认为,破格的研发需要很高的人力成本,而IT行业只有把量做大才能摊低巨额的研发成本。

底层人才的缺失

“坚持《中国制造2025》强国战略,逐步弥补产业差距,才是应对中兴这类风波的终极手段。”张国斌说,“过去几年我们过分夸大了IC设计的比重,导致我国半导体产业发展不均衡,制造能力落后不止一代,就像三条腿的桌子,两条腿长一条腿短,站不住。即使你能设计出最牛的芯片也造不出来。所以,振兴IC制造才是根本,因为这才是我们真正的软肋。”

中国科学院计算技术研究所研究员、“龙芯”处理器负责人胡伟武在一次采访中表示:“本质上都是在教学生怎么用计算机,而不是教学生怎么造计算机。就像汽车专业教了一堆驾驶员一样。我国的芯片产业人才培养极不平衡,大多数人才都集中在技术应用层面,但研究算法、芯片等底层系统的人才太少。”

知乎上一位芯片专业出身的业内人士用自己的经历阐述了问题的严重性:“当年我在中国科大物理系,具体的专业是半导体物理与器件,这个专业在国外叫做电子工程,而中国叫做半导体,不过中国这个半导体一般是在无线电系的,与芯片实际的要求是有一定的差别的。在中国科大其实本系与这芯片技术有关的,还有固体发光和激光、磁学等专业。”

“而国内的微电子学院,大多数是在原来的无线电系基础上来的,是一群搞电路应用的人,从设计电路板发展到设计集成电路,也就是把一块板子上的东西怎样集成变成一块芯片,不是研究芯片的制造工艺和芯片有所需功能的物理知识的,所以在制造芯片工艺上的差距一直无法弥补,更别说芯片设备了。”这位专业人士表示。

 没有这方面的内容,谈何底层人才培养?亨通集团执行总裁钱建林曾说:“中国IC设计实力很强,但在最底层的材料、半导体设备方面却存在不小差距。”这也就是北京交通大学副教授李浥东说的人才培养“头重脚轻”的问题。

Intel累积了材料物理学多名科学家50余年的技术资料,才发布了最初的PC芯片;三星公司闪存技术,3500名工程师工作20年才成功设计并完成制造流程。
所以中国也需要保持长期的耐心,希冀他们一夜之间能有大突破,在半导体产业中,这样的捷径是行不通的。

梁宁认为,更重要的是体制的集体心智模式,即高度依赖确定性。在确定性的框架内,内部人才高度竞争,不能容纳失败。结果就是过度管理。所有的人都以确定确定再确定为荣。不确定是恐惧,是慌张。失败,是羞耻,是污点。而创新、创意,从萌芽到长成,就是与不确定与失败的一路相伴。

不管怎样,过去专注劳动密集、微利化、低技术的制造业来拉动经济发展的时代已经过去了;创新不如买,买不如租的拿来主义已经严重过时。中国要想在未来的国际竞争中杀出重围,只能加快产业升级的步伐,通过自主研发,通过高端技术掌握住自己的命运。

值得庆幸的是,这一次的“中兴事件”来得还不算晚。尽管这一次颇显被动,但只要我们扎扎实实去搞技术、搞创新,用实际行动去说话,那么也许多年后回过头来看,这次中兴事件对国产芯片产业是个转折点。  


(编辑:王星


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