而今邁步從“芯”越

2018-09-14 10:33:31 | 來源:人民日報海外版 | 編輯:喬文宇 | 責編:陳晨

而今邁步從“芯”越(中首)(聚焦)(財智推薦)

2017年11月6日,寒武紀公司首席執行官陳天石在介紹寒武紀人工智慧晶片。記者 殷 剛攝

而今邁步從“芯”越(中首)(聚焦)(財智推薦)

  積體電路,也就是人們通常所說的晶片,被喻為“現代工業的糧食”,是物聯網、大數據、雲計算等新一代資訊產業的基石。據海關總署數據,2017年中國外貿進口額最大的三項工業製成品為:積體電路、汽車、液晶顯示面板。其中,積體電路2017年進口額達到1.76萬億元人民幣,從2015年起已連續三年超過原油,位列所有進口產品首位。

  這三類中高級工業品,既是中國製造當前的短板軟肋,也是未來產業升級的主攻方向。而積體電路因其技術含量最高,更是產業升級路線圖中的核心。本期《中國品牌》版聚焦積體電路,為讀者介紹晶片產業的世界格局,並探討中國品牌在其中有哪些建樹、前景如何。

  美國獨大 中韓崛起

  世界積體電路產業格局

  積體電路產業鏈分為三個部分:設計、製造、封測。設計位於價值鏈最高端,屬技術密集型產業;製造屬資本和技術密集型產業,除研發支出外,還有大量資本支出,是最砸錢的環節;封測則技術含量最低,屬勞動密集型產業。

  世界上共有200多個國家和地區,但積體電路產業的這三大環節,卻基本上掌握在美、韓、中(含台灣)、歐、日這五大玩家手中。如今的形勢是,美國繼續一家獨大,中國大陸、南韓快速發展,而歐洲、日本、中國台灣則有所衰退。

  今年,知名調研機構IC Insights發佈了《2017年全球十大積體電路設計企業》,在1000億美元的市場中,這十家企業佔到了73.7%。而放眼望去,前十名中只有3個國家的企業。美國6家(括弧內為排名):高通(1)、英偉達(3)、蘋果(5)、超威(6)、賽靈思(8)、美滿(9);中國大陸2家:華為海思(7)、紫光展銳(10);中國台灣1家:聯發科(4);新加坡1家:博通(2)。但如果拋開資本收購的遊戲,博通其實本質上仍是一家美國企業。

  當然,嚴格地說,這份名單僅統計了純設計企業(fabless),而設計、製造、封測都做的垂直整合模式(IDM)企業卻未能涵蓋在內,比如英特爾、三星、東芝等。但鋻於東芝在2017年出售了自己的晶片業務,因此,即便加上英特爾與三星,全球積體電路設計產業的蛋糕,也只是分屬美、韓、中(含台灣)三國而已。

  具體而言,這些企業又都有雄霸一方的“山頭”。比如在個人電腦與伺服器領域,英特爾一枝獨秀,超威緊隨其後;高通、蘋果統治高端手機晶片領域多年,中低端則由聯發科稱雄;而最賺錢的記憶體領域,三星+SK海力士的南韓組合是當之無愧的霸主;英偉達擅長GPU(圖形處理器),賽靈思主攻FPGA(現場可編程門陣列),如今它們雙雙進軍人工智慧……

  當目光轉向產業鏈下游時,會發現來到了中國台灣的天下。

  IC Insights數據顯示,2017年在晶片製造領域,有八家企業佔據了全球623億美元市場的88%。這其中,中國台灣的臺積電更是一騎絕塵,2017年銷售額達322億美元,是排名第二的格羅方德的5倍以上,市場佔有率達到52%,意味著臺積電一家的營收就超過了世界其他晶片製造企業的總和。

  在這八大晶片製造企業中,中國台灣獨佔3家,臺積電、臺聯電、力晶分列第一、三、六位,美國的格羅方德排名第二,南韓的三星排名第四,中國大陸有兩家上榜企業,中芯國際與華虹集團,分別排在第五和第七,第八名是一家以色列企業。

  而在晶片封裝測試領域,依舊由中國台灣領銜。2017年底,全球晶片封測業排名第一的日月光公司對排名第四的矽品公司的並購案得以通過,據業內人士估計,隨著中國台灣兩大封測企業的合併,其全球市場佔有率將達到37%,大大超過了第二位的美國安靠和位居第三的中國大陸企業長電科技。不過在總體市場份額上,中國大陸企業已經超過了美國、日本和歐洲,緊隨中國台灣之後,排在第二位。

  全線迎戰 單兵突破

  晶片產業中的中國方陣

  商場如戰場。在積體電路產業鏈的每一個環節,在國際半導體巨頭稱霸的每一個“山頭”,都有中國大陸企業與之進行著不同程度的交鋒。

  從產業鏈三大環節上看,中國大陸在晶片封測領域發展最好,無論在技術水準還是生產規模上,中國大陸企業已基本抹平了與國際頂尖企業的差距。長電科技的封裝技術專利數量,在中國和美國都是同行業第一位,其中先進封裝技術專利超過了67%。同時,中國大陸封測企業的增速也是業內最快的。2017年全球封測十強營收增長率超過10%的只有4家,而3家上榜的中國大陸企業便盡在其中。照此勢頭髮展下去,中國大陸在晶片封測行業或可率先實現趕超。

  而在晶片製造環節,中國大陸企業的實力則最為弱小,與世界一流水準差距最大。當中芯國際還在苦苦提升28奈米工藝的良率時,臺積電已經掌握了7奈米工藝、並開始研發5奈米工藝了。這意味著中芯國際在技術上與對手至少存在著三代的差距。而在規模體量與市場份額上,中芯國際更是與臺積電存在10倍以上的差距。在這樣的情況下,中國大陸企業想要實現趕超,除了繼續在設備上加大投入,技術人才的培養、經驗上的積累也十分重要,需要更多時間和實踐來磨礪。

  至於晶片設計環節,中國大陸企業則可用“全線迎戰,單兵突破”來形容。在個人電腦CPU領域,有胡偉武教授帶領的龍芯中科,在伺服器和超算CPU領域,則有申威、飛騰等。GPU的開發上,國內有景嘉微、兆芯,還有在2017年9月由中資背景基金收購來的英國GPU公司Imagination作為“外援”。FPGA有紫光同創,記憶體有長江存儲。

  但平心而論,這些中國大陸企業的技術實力、市場份額都與國際對手相差較遠,目前還難以憑藉產品與對手在市場上進行正面交鋒,只能先耕耘中低端晶片市場,或工控、軍工、航太等小眾特殊領域。比如,北斗衛星中搭載著龍芯自主研發的宇航級晶片,曾位居世界算力第一的中國超級電腦“神威·太湖之光”,也使用了申威自研處理器。可以說,在晶片設計的各個重要領域,中國大陸都有企業在進行自主研發,儘管性能差一些,但通過這種“全線迎戰”的方式,中國大陸先解決了“有沒有”的問題,避免了極端狀況下的受制於人。

  而至於“好不好”的問題,則採用“單兵突破”的戰法來解決。手機晶片行業中,華為海思與紫光展銳的異軍突起就是例子。儘管高通2017年的營業額仍然是華為海思的3倍多,聯發科是紫光展銳的近4倍,但比現狀更重要的是趨勢。

  今年8月底,華為海思發佈了最新款手機晶片麒麟980,性能已基本與高通、蘋果最先進產品持平,許多人將其視為高通、蘋果、三星等高端手機晶片的挑戰者。而紫光展銳則走中低端路線,廣拓非洲、印度市場,如今紫光展銳在印度的市場份額已達到40%,依靠物美價廉的特點頻頻重挫聯發科。未來,中國大陸手機晶片設計行業前途光明。

  練好內功 等待時機

  時間會證明一切

  對於晶片企業來說,有時發展的最大阻礙不在技術,而在專利。先入局的玩家會不斷用專利加高後來者的門檻。就像解一道數學題,先做出來的人會把自己的解法註冊為專利,其他人要麼再鑽研出別的解法,要麼就乖乖向先做出來的人交專利費,而且這個專利還有期限,到了期限必須續費更新。日子久了,就算某個同學鑽研出了別的解法,但大家已經習慣了用同一種解法解題,一想到換個解法後許多定理推論還得重新學習、重新驗證,也就懶得再去費心琢磨了。這就是國際晶片產業的“生態”。有時技術易追趕,但生態難撼動,中國大陸自主晶片開發面臨的最大挑戰就是生態體系問題。

  這種困境如何打破?有一種情況就是“換題”,即行業技術軌道發生變遷,使之前解法積累的優勢蕩然無存。例如消費電子行業從個人電腦時代走向智慧手機時代,就是一次影響深遠的“換題”。ARM指令集是ARM公司的“解題方法”,特點是低性能、功耗小,在個人電腦時代根本不敵英特爾高性能、大功耗的x86指令集開發出的晶片。但對於智慧手機這道題來說,ARM卻反超英特爾成為更優解法,最終幾乎壟斷移動晶片產業,與安卓系統構成“AA體系”,同微軟、英特爾的“Wintel體系”劃江而治。

  如今,中國大陸晶片企業要想實現趕超,首先要能抓住“換題”的機遇。瞄準人工智慧浪潮的寒武紀就是一個榜樣。早在2016年,寒武紀就已推出自主研發的人工智慧晶片,型號名叫DianNao,即中文“電腦”的拼音。2017年,寒武紀完成阿里巴巴領投的1億美元A輪融資,同時華為宣佈與寒武紀合作,在華為的麒麟晶片之中使用寒武紀開發的人工智慧晶片。在人工智慧晶片群雄並起的戰國時代,有阿堜M華為這兩艘大船的護航,寒武紀的前景愈加可期。

  更關鍵的是,寒武紀的晶片開發全部建立在自研指令集之上,他們自主研發的指令集名叫DianNaoYu(電腦語), 這是世界首個深度學習指令集。指令集是電腦軟硬體生態體系的核心。英特爾和ARM正是通過其指令集控制了個人電腦與移動端的生態體系。寒武紀也極有可能成為深度學習領域的英特爾和ARM。

  然而,“換題”只是提供變化的機遇,卻並不必然帶來行業洗牌的結果。歷史上完全依賴國外技術,陷入“引進-落後-再引進-再落後”惡性迴圈的失敗案例比比皆是。要想通過“換題”實現趕超,根本還在於自己練好“內功”,有進行自主正向開發的意願和能力。惟其如此,方能有準確判斷技術軌道變化的敏感度,在看見換道的機會時,也能踩得下去最後一腳超車的油門。

  所有的努力都不會完全白費,付出的所有時間和精力,都是對未來的積累。這句話放在中國晶片產業上尤為合適。作為中國晶片未來的希望,寒武紀創始人陳雲霽、陳天石兩兄弟都是由中科院計算所培養出來的,陳雲霽更是直接師從胡偉武,長期從事龍芯的研製開發工作。可以說,光芒四射的寒武紀,背後站著的正是砥礪前行的龍芯。

  或許正應了那副對聯:有志者,事竟成,百二秦關終屬楚;苦心人,天不負,三千越甲可吞吳。

  雄關漫道真如鐵,而今邁步從“芯”越。時間會證明一切。(記者 韓維正)

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