“芯”求大战:为何芯片重要?“卡脖子”卡在哪?

原创 PC4f5X  2021-05-08 06:58 

原标题:痛点|“芯”求大战①为何芯片重要?“卡脖子”卡在哪?

一“芯”搅动全球。国内芯片投资热潮似有冷却,全球电子企业又深陷“缺芯”危机,全球车载半导体三强日本瑞萨电子的一场火灾,或致全球汽车减产150万辆以上。

芯片危机是否会重塑供应链?中国企业该如何找准定位?如何布局投资?澎湃新闻行业观察与产业调查栏目“痛点”今起推出《“芯”求大战》专题,通过采访专家和业内人士,梳理目前全球芯片现状,拆解投资布局,探求“芯片”供应破解之道。

如今,我们的生活时时刻刻离不开芯片。当我们手拿遥控器打开电视机,当我们拿着手机跟外界打电话,当我们在电脑上工作时,一切的背后都是芯片在工作。

全球第一块集成电路诞生于1958年,至今已经60多年的历史,从此拉开了全球半导体产业的序幕,集成电路、微处理器、电脑、操作系统、互联网、手机等一系列伟大的发明,彻底改变了我们的生活方式,把人类社会从机械工业时代带入到信息时代。芯片是整个信息社会的基石和心脏,也是推动整个信息社会向前发展的发动机。

如今,半导体产业已经成为全球最重要的产业之一。根据WSTS(世界半导体贸易统计组织)统计,2020年全球半导体市场销售额达到4400亿美元,同比增长6.8%。

数据显示,2020年中国集成电路进口数量为5435亿个,同比增长22.1%,进口总额为24207亿元,同比增长14.8%。集成电路出口数量达到2598亿个,同比增长18.8%,出口总额达8056亿元,同比增长15%。

芯片为何难?

1947年美国人发明了晶体管,此后德州仪器的工程师杰克·基尔比产生了天才的想法,把所有的元器件都放在同一种材料上制造,并连接成电路,所以集成电路就这样诞生了。用于承载集成电路的母体是硅片,硅介于导体和绝缘体之间,所以也叫半导体。所以我们经常说的芯片、集成电路和半导体都是一个意思。

杰克·基尔比因为这一发明在2000年被授予了诺贝尔奖,他也被称为“芯片之父”。

芯片为何难以突破?芯片本身就是技术门槛很高的行业。你想一想,一颗手机SoC芯片只有指甲大小,但上面集成了100多亿个晶体管,这是什么样的工艺难度?

芯片有一个非常长的产业链,产业链每个环节都必须环环相扣,要求极高,任何一个环节出现差错可能导致最终这枚芯片都是无法达到标准。

举一个例子,2015年苹果公司的iPhone 6s搭载了A9芯片,苹果其实把A9芯片分别交给了三星和台积电进行代工,三星采用了14纳米技术,台积电采用了16纳米技术,按理说三星14纳米更先进,但实际上很多用户反映采用台积电A9芯片的iPhone 6s更为省电。

芯片业近年的快速进展应该归因于智能手机产业的发展。在电池技术未能取得大突破的前提下,手机续航能力的提升被寄希望于芯片能耗的降低。手机市场激烈的竞争刺激芯片技术不断更新迭代,从16纳米、14纳米、7纳米到如今5纳米,最新的工艺都是先用在手机芯片上。

芯片产业链大致可以分成设计、制造和封装测试等三部分,但还有多个非常重要的旁支,比如制造环节的制造设备、材料,芯片设计端的设计公司EDA。这里面每一家龙头公司都是不可替代的,才最终能够让全球芯片产业链运转起来,缺了谁,对整个行业短期内都是巨大的影响。

目前是芯片中技术难度最大、复杂度最高的是手机芯片。

按照手机芯片的更新频率,旗舰芯片一年迭代一次,这对企业研发和创新能力提出了很高的要求,如果一款芯片最终不给力,会连累手机的销售。

同时,芯片行业又是一个资金密集的行业。研发一款旗舰SoC手机芯片的费用约为数亿美元。之前有消息称华为麒麟980研发投入大约为3亿美元,那么高通和苹果的芯片研发费用应该也不会低于华为,毕竟外企的人力成本更高。

芯片制造更是高投入重资产,以台积电为例,2020年台积电的资本投入上看至200亿美元。如此高的资金投入让很多企业投不起而掉下队来,芯片代工行业越来越集中,订单越来越多交到台积电手中,甚至英特尔都开始把部分订单交给台积电,从而造就了台积电今天的行业地位。

所以芯片技术密集和资金密集这两大特性使得玩家越来越少,最终是赢家通吃。

全球芯片巨头包括英特尔、AMD、高通、三星、台积电、华为等,这些大玩家们无论技术实力还是资金实力都让业界其他企业难以望其项背,而且各家都有所长,缺了他们哪一家,似乎世界就很难运转好。

原本芯片产业是全球高度分工协作,“你中有我、我中有你”最为充分的产业,但美国对华为的打压使得芯片行业出现了最大的变数。

芯片格局分化

芯片先诞生在美国,尽管芯片行业发展至今已经形成了全球分工合作模式,但美国依然遥遥领先全球。

目前芯片业依然是美国最重要的产业,有一大批实力雄厚的大公司在主导整个产业的发展。美国一共有苹果、英特尔、英伟达、IBM、高通、德州仪器、博通七家七亿美元级别的顶尖科技公司,这些公司都是芯片细分领域的龙头企业。

前锐迪科创始人、现翱捷科技CEO戴保家早前接受澎湃新闻记者采访时认为,美国之所以领先主要是美国积累早,人才多,研发的效率也比较高,另外美国大学和产业界配合相当紧密,为产业界培养人才和输出技术。

”美国很多大学的技术很厉害,加上有比较好的变现渠道,利润分配比较合理;美国大学与企业配合相当不错,实力比我们雄厚很多。”戴保家认为美国大学是美国芯片维持领先的重要力量。

华为被美国制裁后,华为创始人任正非最近走访了国内多所大学,目的也是推动华为和大学的技术和人才合作。

美国以外的地区,虽然也有顶尖的芯片公司,但数量和覆盖的广度远不如美国。

欧洲在芯片设备领域的光刻机公司ASML可谓鼎鼎大名,占据了80%的光刻机市场。当然,欧洲的模拟芯片三大家恩智浦(荷兰飞利浦分拆)、英飞凌(德国西门子分拆)、意法半导体(法国汤姆逊分拆)也占据了很高的市场份额。

日本拥有众多材料和上游元器件公司。日本模拟芯片瑞萨电子;设备领域有佳能、东京电子;材料领域:信越化学(硅晶圆材料)、JSR(光刻胶)、JX(靶材)、日立化成、旭化成、住友化学等数十家公司,占据了50%的全球半导体材料市场。

韩国拥有三星、SK海力士两大存储大厂,占据了80%的存储芯片市场。

中国台湾的代工和封测都有优势。台积电是全球最大的集成电路代工厂;日月光则是全球最大的封测厂。联发科是全球第二大独立手机芯片公司。

中国大陆这两年布局范围很广但实力不强,芯片设计领域华为的海思应该是全球第一阵营,最新芯片采用5纳米工艺,与全球同步。代工厂中芯国际最新的工艺是14纳米,与台积电相比落后2代。手机芯片领域的紫光展锐则是全球第三大独立手机芯片公司。

“卡脖子”卡在哪里

随着美国对中兴通讯、华为以及众多中国高科技公司的打压,有些技术和产品未获得美国许可是无法给中国企业提供,而中国短期内还没有办法找到非美替代品,这就是出现了所谓的“卡脖子”技术。

有观点说中国芯片先天不足,这个也有一定道理。中国作为追赶者,上世纪80年代后才开始发展芯片,起步比人家要晚很多年,那时海外技术已经很成熟,很多技术就直接拿过来用了,所谓站在巨人的肩膀上,觉得没有必要再起炉灶自己做一套。

另外,半导体全球分工合作,当时的潮流也是找到比较优势,中国把自己擅长的事情先做好。

中国的消费电子芯片做的还是相当不错的,诞生了华为、展讯等两家手机SoC芯片公司,还有一大批芯片设计公司。此外,中国的封测在全球也占据很高的市场份额。

但如今的状况下,美国有些技术和产品不再对中国企业提供,这导致了“卡脖子”现象。

“卡脖子”主要指的是高端芯片,比如手机SoC芯片,芯片一些高端零部件必须用到美国产品或技术。一些低端的芯片比如家电芯片、空调芯片则没有卡脖子问题。另外一些国防安全使用芯片,对体积、运算速度等要求不高,不需要用最新的芯片制程,也不会被卡脖子。

以华为为例,在美国打压下,华为的消费者业务部受到的压力最大,麒麟芯片暂时已经无法继续生产。原因是为华为麒麟芯片代工的台积电产线有来自美国的技术,必须获得美方的授权才能为华为生产芯片。

戴保家也认为中国之前的比较优势策略并没有什么问题,纵观全球很难全部芯片都自己做的,还是需要分工,“你做有意义的就你做,从经济上来说美国做效率更高就应该美国做,跟国家安全有关的例外,全部自己做不是最好的方式。他们要替代中国的产品也痛苦的。中国从基站到手机都做很不错的。比如如果华为不出货,全球运营商受到很大影响。 ”

但谁又能预料到产业界基于“你中有我,我中有你”的互相离不开的相对平衡被政治因素打破了。

仅台积电无法为华为制造芯片这一限制,使得华为的高端芯片就被卡了脖子。当然,中国自家的中芯国际较台积电制程要落后一些,但已经可以量产14纳米的芯片了,14纳米技术可以用在基站、高性能计算等绝大部分芯片上,解决了卡脖子问题。

不仅仅是制造这一端,芯片设计工具EDA也都是美国公司,如果没有这种工具,是设计不出芯片的。中国也有设计工具公司,但还无法完全替代美国EDA,尤其一些高端芯片设计依然需要美国的EDA工具。

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