中国芯不管多难也要搞出来
中国的经济升级,最大的两个领域是汽车制造工业和集成电路工业。而后者年进口额是前者的2-3倍,稳居榜首。因此下面我们主要讲解后者。
首先让我们来了解一下集成电路的概念:集成电路(或称微电路、微芯片、芯片)是电子学中一种把电路小型化的方式,并通常制造在半导体晶圆表面上。芯片的设计制造要经过一个很复杂的过程,可大体分为三个阶段:前端设计(逻辑代码设计)、后端设计(布线过程)、投片生产(制芯、测试与封装)。
一颗高性能芯片在区区数百平方毫米的硅片上蚀刻数十亿晶体管,晶体管间的间隔只有几十纳米,需要经过几百道不同工艺加工,而且全部都是基于精细化操作,制作上凝聚了全人类的智慧,是当今世界上最先进的工艺、生产技术、尖端机械的集中体现。
除开能源和金融行业以外,有大约17家左右,分别是Facebook,通用电气,IBM,思科,英特尔,宝洁,强生,微软,苹果,沃尔玛,迪士尼,通用汽车,甲骨文,Alphabet(谷歌母公司),Verizon,AT&T,Comcast。
再具体一点,零售业1家,日化业2家,娱乐业1家,汽车业1家,其他制造业(通用电气)1家,总共6家。
ICT领域呢,11家! 17家百亿美元净利润公司有11家在ICT领域,因此可以说,ICT产业已经成了美国的立国之本了。
谷歌,亚马逊,脸书,思科,IBM,英特尔,微软,甲骨文,Verizon,AT&T为美国贡献了巨大的利润。可以说这一些企业的存在是美国强大的根本原因之一,反过来说,假如没有这一些企业,美国如今的强大也将不复存在。
我们能够正常的看到,在美帝立国之本的ICT领域,非常显然中国是美国的最大挑战者,中国移动,华为,中兴,阿里,百度,腾讯,网易,小米,浪潮,紫光等不仅在中国本土获得了优势,而且在对外扩张中,同时这一些企业大多数净利润超过10亿美元,要知道全球净利润超过10亿美元的公司全部算在一起也就是三四百家。
集成电路是ICT领域的上游技术,是硬件的基石,如果中国集成电路产业也起来了,受到冲击最大的还是美国,而这是美国的核心领域之一。世界集成电路三强:英特尔,三星,高通。光是高通和英特尔两家,每年就能带给美国八九百亿美元的营收,养活数万美国工程师,还能带来一百多亿美元的净利润。
除了英特尔和高通,美国还有德州仪器,Nvidia,博通,美光等一大票半导体公司。这个产业对美国的重要可想而知。
中国目前每年进口的工业品,只有两个大类超过了500亿美元,一个是汽车和零部件,我们每年进口746.1亿美元,另外一个超过500亿美元的进口工业品,就是大家熟知的集成电路了。令人震惊的是,集成电路进口遥遥领先所有其他工业品,其进口金额2271亿美元,是第二名的汽车及其零部件746亿美元的三倍。
当然其实中国曾经有个工业品每年进口超过了500亿美元,那就是液晶面板,仅仅5年前,进口液晶面板就有大约510亿美元多点。但是随着以京东方为首的国产巨头相继崛起,在中国市场一直增长的情况下,液晶面板进口反而不断下降,2016年已经下降到了318.5亿美元。我们有理由相信,在未来几年,液晶面板进口还会持续下降。战场转移到OLED面板领域,竞争对手只有韩国。
我们要知道的是,集成电路这个产业,全球市场容量有多大?不同的机构有不同的数据,都稍微有误差,我们就以IHS的数据为例子, 2016年全球半导体市场规模达到3389.3亿美元,同比小幅增长1.1%。当然,全球市场规模的数据各家机构不一样,有的是3300多亿美元,有的是3400多亿美元,不过基本是在这个区间。
把这个数字和我国每年进口2271亿美元集成电路的数字对比下,我国一年的进口额是全球市场的67%,这并不奇怪,因为全球90%的笔记本电脑,90%的智能手机,还有别的的大量电子设备,都是在中国制造,中国世界工厂的名称,不是吹出来的,而是实实在在的。
我国进口集成电路多,并且还在一直增长,一方面固然是我国集成电路产业比起美国,欧洲,韩国,日本差距巨大,另一方面是因为我们下游的制造业和自主品牌发展太迅猛,世界市场占有率不断向中国品牌集中所致。以2017年为例子,中国品牌智能手机已经占到世界份额50%左右,而苹果和三星手机也大多是在中国制造。
中国国务院在2015年发布的《中国制造2025》的报告里面说,2020年中国芯片自给率要达到40%,2025年要达到50%。这其实是一个非常高的目标,因为这在某种程度上预示着2025中国集成电路产业规模占到全世界35%,也就是超过美国位列世界第一。当然这个是指总体产值,就产业体系而言,仍然是美国在高端,中国在中低端和部分高端。
如果按照工信部的规划更激进,2025年要达到70%芯片自主化,也就是中国集成电路产业规模要占到全球49%, 这在某种程度上预示着什么呢,2025年中国集成电路产业从产值来说将是世界最高的国家,不仅要能够供给全中国的需要,而且还要抢占相当一部分的世界市场。
那么我们能不能够达到这一目标呢?或者说,我们现在处于什么什么水平呢?下图是IC insight发布的2016年全球半导体20强,竟然前20位都没有中国公司。这非常罕见,在其他任何一个地球上存在的大型产业,世界前20位都没有中国公司的,几乎找不到。
集成电路分成三个部分,设计、制造、封测三个产业销售额分别为1644.3亿、1126.9亿及1564.3亿,上涨的速度分别为24.1%、25.1%及13%。
这里面有一个好消息和一个坏消息,好消息是增速20.1%,这是非常快的,四年翻一倍,8年后就是现在4倍的规模,这是非常惊人的。坏消息是什么呢,我国集成电路产业这个4335.5亿元销售额是包括了在华外资企业的。
在21世纪初,可以说中国唯一像样的芯片厂家是珠海炬力科技,做出了mp3芯片,变成全球最大的两家mp3 芯片供应商之一,我们看下当年新闻的原文:
一家中国芯片公司,在十几年前能做到这个水平是相当不容易的,然而炬力科技当然崛起的前提,也是国产MP3品牌在市场上占据了大量份额,当时mp3播放器非常昂贵,不要说苹果,三星的MP3了。
虽然在消费电子领域无法和美国竞争,中国芯片产业却意外的从电信产业高质量发展中受益,由于巨大中华(巨龙,大唐,中兴,华为)在电信产业的崛起,中国逐渐开始实现了通讯设备制造的自主化。通信设施制造产业的崛起,却意外的给中国带来了一个没有料到的结局,那就是中国的芯片产业开始伴随着中国通信产业崛起开始萌芽。华为的海思,中兴微电子,大唐都成为中国最大的芯片厂家之一。到了手机和平板电脑时代,由于中国本土手机厂家和平板电脑厂家的崛起,中国的展讯,全志,瑞芯微等公司也获得了发展机会。
下图是IC insight的报告,全球纯芯片设计企业50强,2009年中国只有一家,也是中国第一家闯入世界50强的是华为旗下的海思公司,2016年增长到了11家,包括海思,展讯,中兴,大唐,南瑞,华大,锐迪科,ISSI,瑞芯微(Rockchip),全志(All winner),澜起科技(Montage)。
可以看到前面九名,海思,中兴,大唐都是电信产业出生,南瑞是为智能电网提供芯片,全志,瑞芯微,展讯等是为手机,平板电脑等提供芯片。可见中国在通信,电网,消费电子产业的发展对上游的带动作用。所以一个国家产业的发展,必然是整体性的,下游发展不起来,上游也一定发展不起来,中国芯片产业不可能脱离中国整体产业升级的大环境而独立发展。
根据全球市场研究机构TrendForce最新「中国半导体产业深度分析报告」指出,2018年大陆IC设计产业产值达人民币2,515亿元,年增近23%,以营收排名来看,海思、紫光展锐与北京豪威为大陆IC设计前三大企业,营收规模超10亿美元。展望2019年,尽管进口替代空间依旧巨大,但受到消费性电子科技类产品需求下滑、全球经济提高速度放缓与中美贸易战等外部因素衝击,预估大陆IC设计产业2019年产值约来到2965亿元人民币,成长速度放缓至17.9%。
我们看下这个榜单,相信第一名的海思大家都很熟悉,各位用的华为手机里面就有大量的海思处理器和海思基带芯片,另外买的智能电视,安防系统也有海思的芯片,海思在长时间内将是中国最大的芯片设计企业,未来将随着华为集团的增长而上升。
全世界做手机处理器的厂家,苹果,三星,华为,小米,高通,联发科,展讯七家而已。
海思目前是中国企业里面最有希望登顶世界第一的,其目标应该是瞄准三星,英特尔,高通世界三强,挑战他们的地位,当然差距依旧很大,世界纯IC设计公司第一名是高通。
当然从长久来看,海思超越高通,我认为问题并不大,毕竟苹果,三星,华为这一些企业都在实现芯片自主化,小米也在自己搞处理器,高通的空间是在不断缩小的。
第二名的紫光展锐是展讯,锐迪科合并之后成立,目前是三星手机处理器和基带芯片除自家产品之外的最大供应商,展锐的任务是战胜联发科。
请注意,你买的三星手机,主要是中低端系列,里面的芯片是紫光展锐的,我们还是芯片出口国,紫光展锐的芯片伴随三星手机销售到了全世界,是不是觉得有点小激动呢?
另外,紫光展锐在印度是份额最大的手机芯片厂家,因为中低端手机大量使用展讯的芯片,在非洲同样是这种情况。
第五名的华大半导体就有点意思了,公众平时很少听到这一个名字,居然是中国芯片设计公司的第五名,华大半导体是中国IC设计的国家队,隶属于CEC(中国电子信息集团产业集团),CEC是世界五百强,是中国电子产业的国家队,是中国大陆唯一涵盖设计、制造、封装、测试、EDA工具等积体电路完整产业链的企业。当然还是要说,CEC看起来每样都做,但是每一样都做的不怎么样,规模不大,不过CEC的存在是从国家层面保障国家的集成电路能力。
华大半导体的产品有哪些呢,既然是国家队,那么跟国家安全相关的基本都承包了,包括我国的第二代居民身分证、中石化加油卡、社保卡、税控IC卡内都有该公司设计的芯片。另外就是一个卫星导航芯片,包括北斗系统在内。
另外非常值得一提,华大旗下有全球排名第四的EDA设计软件提供商——华大九天,目前国内主流还是用国外的EDA来进行芯片设计,但是华大九天的EDA至少也有一席之地,这是保留中国的自主能力。
第六名是汇顶科技,该公司在指纹识别芯片领域已经做到了世界第二。中国芯片公司在细致划分领域做到世界第二,这是非常了不起的成就,我们手机上的指纹识别模组想必很多人已经在用了。
汇顶科技2016年其营收是30.79亿元,同比上涨175.04%,归属上市公司股东的净利润是8.56亿元,同比上涨126.46%。其指纹识别芯片营收是23.12亿元,同比上涨788.66%,占其总营收比例高达75%。汇顶科技在2017年第一季度已经彻底超越了老对手瑞典FPC公司,在全世界内仅次于给苹果提供指纹识别芯片的AuthenTec。
存储芯片领域,中国每年进口的集成电路之中,存储芯片和CPU占了大概75%. 可见存储芯片的地位。在存储芯片领域,有两家中国公司在试图进击,一个是上图中第十名兆易创新,一个是长江存储。
目前全球存储芯片主要有三类产品,根据销售额大小依次为:DRAM、NAND Flash以及Nor Flash,其中Nor Flash尽管排名第三,但与前两者相比,市场规模仍然较小,仅为30亿美元,而前两者大致在400亿美元级别和300亿美元级别。
这三个究竟有啥不一样的区别呢?DRAM就是我们手机里面的1G,2G…..内存,NAND Flash就是我们手机里面的32G,64G,128G….
Nor Flash虽然也是存储,但是容量比较小,一般是64Mb以下,用于存储一些驱动电路的算法和代码之类,手机,汽车电子,工业控制等领域都会用到,因为很多电路的算法和代码相对复杂,难以全部集成到IC里面,需要用nor flash来进行存储。
在Nor flash这个仅有三四十亿美元的小市场里面,我国的兆易创新是世界主要玩家之一,当然这个主要玩家,也就是世界第五,世界第一到第四分别是台湾旺宏,美国Cypress,美国美光,台湾华邦。另外,兆易创新还做MCU(单片机)产品,用于汽车和物联网,2016年兆易创新的MCU出售的收益为1.97亿元,同比增长55.2%。
存储器领域,DRAM和NAND FLASH,韩国三星和海力士都绝对的霸主,尤其是三星。
在DRAM和NAND FLASH领域,中国就没有存在感,在这样的领域要突破,还是需要靠国家队。2015年7月,中国紫光集团曾经向全球第三大DRAM厂商,美国美光科技,提出230亿美元的收购要约。结果被拒绝,背后就是美国政府的阻挠。
为什么要收购美光呢?韩国太强大了,不管是DRAM领域还是NAND FLASH,美光相对于韩系的三星和海力士,都处于弱势地位,尤其是在DRAM领域,美光的市场占有率在韩国竞争下呈现不断下跌的态势,从2016年的28%下降到2017年上半年的18%左右。
从营业利润率来看,三星DRAM的营业利润率高达40%这个水平,美光只有20%这个水平,三星只要一降价,美光就是生死存亡,可以说三星完全掌握了美光的生死。
其实紫光和美光联手研发,一边有钱,一边有技术,是中美双赢的局面,奈何遏制中国的技术进步是美国更高层面的战略,注定双方联合困难重重。虽然紫光到今天都没有放弃和美光合作,但是目前已经被逼迫走上自主研发制造的道路,没有别的路可以走,目前存储器自主研发的国家队是紫光集团控股的长江存储。
因此,全球目前只有中国的疯狂的投入存储器的研发和制造,韩国人在存储器领域未来被颠覆,只有可能是被中国,确切的说的是长江存储公司。
2017年8月,由中国科学院计算技术研究所(中科院计算所)陈云霁、陈天石两兄弟创立的寒武纪科技(CambriconTechnologies)宣布完成阿里巴巴领投的1亿美元A轮融资,此轮融资令寒武纪估值达到10亿美元。这也是中国第一家集成电路产业的独角兽公司(估值超过10亿美元),这可以算作一个里程碑。2018年,寒武纪连续两年入榜「Silicon 60」(美国著名半导体杂志《EE Times》从2004年4月开始做的年度评选,每隔1-2年更新出全球60家最需要我们来关注的半导体公司)。
值得一提的是,寒武纪小组成员的平均岁数只有25岁,很多骨干成员在校期间已开始从事相关领域的工作。创始人陈云霁和陈天石是兄弟俩,都是学霸。陈云霁14岁进入中科大少年班,在创立寒武纪前,陈云霁在大学的最后一年,就参与了中国第一块通用CPU芯片龙芯1号的研制项目,2002年,陈云霁来到了中科院计算所,跟随现在的龙芯公司董事长胡伟武研究员硕博连读,成为当时龙芯研发团队中最年轻的成员。博士毕业后,他留在了计算所。25岁时,陈云霁就慢慢的变成了8核龙芯3号的主架构师。
他在2015年入选《麻省理工科技评论》35岁以下的全球最佳35名创新人士。
非常有意思,寒武纪推出的人工智能芯片型号名字叫DianNao,即中文“电脑”的拼音,目前DianNao已衍生出1A、1H等多个型号。DianNao这个型号名字来自寒武纪研发团队里一位法国人,这个法国人叫OlivierTemam,来自法国国家信息与自动化研究所(Inria),他建议说,与其取一个平淡的英文名字,还不如反其道而行用中文的拼音来命名,这样对外国人来说是“外语”,他们反而会觉得十分“洋气”。最值得一提的是,DianNao芯片不仅是寒武纪的自主架构,而且是寒武纪自主开发的指令集,名字也很有意思,叫DianNaoYu(电脑语), 这是世界首个深度学习指令集,DianNaoYu指令集的论文在2016年的计算机体系结构领域顶级国际会议ISCA2016(International Symposium on Computer Architecture)所接收,其评分排名所有近300篇投稿的第一名。具有突破性的意义。之前中国自主研发的龙芯芯片,也是使用的MIPS指令集免费授权的形式,虽能自主修改,也不会被限制,但是使用的指令集还是来自国外。
寒武纪是人工智能的专用芯片,寒武纪的芯片和通用处理器并非替代关系。由于CPU和GPU基本框架结构都不是为人工智能设计,如果要用通用处理器搭建一个人脑规模突触的神经网络,在大多数情况下要建一个电站来给它供电。AlphaGo下一盘棋动用了1000个CPU和200个GPU,每分钟的电费就高达300美元,而网络规模只有人脑的千分之一。”
寒武纪AI芯片恰恰解决了这一问题——它能在计算机中模拟神经元和突触的计算,对信息进行智能处理,还通过设计专门存储结构和指令集,每秒能处理160亿个神经元和超过2万亿个突触,功耗却只有原来的十分之一,未来甚至有希望把整个AlphaGo的系统都装进手机。
2017年9月2日,华为在德国IFA展上发布麒麟970处理器,首先用于华为Mate10智能手机上,虽然没有公开宣布,但其背后的AI芯片就是来自寒武纪,麒麟970整合的人工智能芯片,华为称之为NPU(NeuralProcessingUnit,神经处理单元)
搭上了华为这条大船,寒武纪的销售额将会迅速增加,目前猜测,华为和寒武纪采取的是IP授权的形式,寒武纪作为全球第一家人工智能芯片独角兽公司,也是全球第一家大规模量产人工智能芯片的公司,同时芯片架构和指令集完全自主,在未来大有可为。
半导体行业,美国超级强势,韩国在存储领域优势大,欧洲有三家一流的半导体公司,NXP,英飞凌和意法半导体。日本曾有三家一流半导体公司,瑞萨电子,索尼的CMOS图像芯片和东芝半导体。这其中索尼的CMOS图像处理芯片是近年来日本公司几乎仅有的实现大逆转的产业,索尼凭借图像处理芯片极大的提升了市场占有率,获得了大量利润。而东芝也已出售,日本也只剩2家半导体公司。我们大家可以看到,美国超级强势,中国,韩国都在上升,欧洲和日本在小幅衰退。
“人工智能作为新一轮产业变革的核心驱动力, 将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量, 并创造新的强大引擎,重构生产、分配、交换、消费等 经济活动各环节,形成从宏观到微观各领域的智能化新 需求,催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式, 引发经济结构重大变革,深刻改变人类生产生活方式和 思维模式,实现社会生产力的整体跃升。”
算力成本是AI行业的一大痛点。现在的AI企业的硬件投入非常大。AI对计算的需求非常大,因此一方面对高性能计算定制深度学习芯片要求很高(如上文提到的寒武纪),另一方面,提升算力也成为了迫切需求,这里就体现了超级计算机的重要性。
未来人工智能依旧会是冯·诺依曼的计算机架构,在超级计算机、超大规模存储、超速联接这三个重要的领域中,5G对应着超速联接,云服务对应着超大规模存储,芯片和架构则是超级计算机的重中之重。
我国超级计算机上用的国产芯片,例如全球速度最快的神威太湖之光超级计算机,芯片就是国产化的申威,指令集和架构都是在美国DEC公司的Alpha架构下扩展而来,但是这款芯片只适用于超算领域,不适合进入民用市场。
中国芯片产业的未来必须要走商业化可盈利的路,但与此同时,唯有把核心技术和自主知识产权牢牢掌握在自己手里,坚持芯片设计、流片、生产全过程国产化,才能做到信息安全不受制于人,产业发展不受制于人,也才会有真正意义上的自主可控。返回搜狐,查看更加多