宁南山：半导体，一万年也要搞出来——中国的芯片设计 …

美国的强大是什么撑起来的？是这些伟大的公司。反过来说，这些公司没有了，强大的美国也就不存在了。1945年，日本和德国都还有几千万人，日军在战场上不过阵亡了二百多万人，为什么完全无力抵抗了？因为本土的工业公司都被摧毁了，工业生产持续不下去了，强大的力量也就不存在了。我们可以看到，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，同时这些公司大多数净利润超过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。看下图，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。中国每年进口的工业品，集成电路进口遥遥领先所有其他工业品，排在第一位，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。但是随着以京东方为首的国产巨头相继崛起，在中国市场不断增长的情况下，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。随着今年所有国产面板厂家都在疯狂提高份额和利润，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。首先我们要知道集成电路这个产业，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%。各位把这个数字，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，还有其他的大量电子设备，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。所以中国国务院在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，因为这意味着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，就产业结构而言，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%, 这意味着什么呢，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。不过我们也要注意，不管是国务院还是工信部的规划，都是把在华外资企业算到国产里面的，也就是说，即使2025年完成了70%自主化这一目标，我们占到了世界的49%，其中仍然有一部分是在中国的外资企业完成的。那么我们能不能达到这一目标呢？或者说，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，这是非常罕见的现象。在其他几乎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。不过大家也不要灰心，我国半导体产业销售额最大的公司是华为旗下的海思半导体，2016年销售额为303亿人民币，折合美元也是大约44.5亿美元，刚好和第20名的44.55亿美元几乎不相上下。所以不出意外，今年海思半导体将会中国第一家冲进全球20强的半导体公司。这将是历史性的突破。当然，这意味着会有一个倒霉蛋被挤出全球20强，没办法，人生就是这么的残酷。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，成为世界最大的两家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，在十几年前能够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，那个时候mp3播放器非常昂贵，不要说苹果，三星的MP3了，我在2004年购买的北京爱国者公司生产的月光宝盒mp3播放器，价格高达900元人民币，为此省吃俭用了很长一段时间。中国芯片产业却意外的从电信产业发展中受益，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，通信设备制造产业的崛起，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。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。2016年，中国已经有了160家芯片设计企业销售额超过了1亿元人民币，可以说芯片设计正在中国全面开花。中国最大的两家芯片设计公司海思和紫光展锐都已经跻身世界前十，2015年海思是世界第六，紫光展锐是世界第十，而且在前十名里面，海思和紫光展锐增长速度最快。2017年第一季度，中国芯片设计产业整体增长高达23.8%，销售额达到351.6亿元，中国自主设计芯片全球市场占有率已经高达全球8%，中国市场占有率达到13%以上。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公司，未来将随着华为集团的增长而上升。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。当然差距还是非常大。世界纯IC设计公司第一名是高通，2016年营收154亿美元，是海思的3.5倍当然从长期来看，海思超越高通，我认为问题并不大，毕竟苹果，三星，华为这些公司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。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？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。网上有人散布谣言说中国二代身份证技术来自日本，笑笑就好，二代身份证的芯片都是中国自主设计，制造和封装。由国家队主导第五名的北京智芯微电子国人也很少听说名字，这家公司隶属于国家电网，我们智能电网里面设备用的各种芯片，包括以后电动汽车接入电网，充电桩的芯片等，智芯微电子都有涉及，当然这家公司也不愁没有订单，毕竟电网是自家的产业。第八名的大唐微电子是国家队，现在的主要产品方向是身份证卡和金融社保卡芯片和解决方案，大唐的金融社保卡的市场份额占据第二位，大唐微电子的金融IC安全芯片出货量大约有2亿只。”除此外，大唐微电子也提供行业证卡，如居民健康卡、交通卡、市民卡、教育等方面的安全芯片和解决方案。其他五家：华大，大唐，智芯就是吃国家的饭。敦泰是台企，中星微主要做监控安防摄像头之类的图像芯片，技术水平一般，发展前景不明。2015年、2016年度兆易创新分别实现营业收入11.89亿元、14.89亿元、分别实现净利润1.42亿元、1.51亿元。到今年，由于nor flash多次涨价，兆易创新一季报业绩增长迅猛。公司一季度营收为4.52亿元，同比增长46.61%；净利润为0.69亿元，同比增长94.20%。韩国人在2017年的存储器涨价中大赚特赚，三星电子2017年第一季度净利润高达67.8亿美元，增长竟然高达46%，接近50%的疯狂增长。到2017年第二季度，三星营收猛增19.8%，净利润增长89%，高达99亿美元，不仅打破了自己的最高单季度净利润记录，还首次超过了苹果公司。其中三星电子销售19.8亿美元，比上季度增长36.5%，SK海力士销售13.7亿美元，增长28.2%，两家企业市场份额合计占到全球的75.9%。美国美光销售10.6亿美元，增长22.0%，下图是2017年第一季度的全球市场份额，三星+SK海力士份额为73.5%，美国美光为21%，三巨头为94.5%，剩下的台湾三家厂商南亚科，华邦，力晶占了4.6%. 全球其他公司占了0.9%。全球六强之外，在这个仅仅0.9%的市场份额里面，有一家中国小公司，北京矽成控股的ISSI，这是一家设计公司，在全球DRAM市场排在第八位，不过这个第八位，几乎可以忽略不计。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。虽然紫光至今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。2016年7月26日，长江存储公司成立，紫光集团拥有51%的股份，另外的股份由国家大基金持有25%，湖北省地方政府的基金持有24%，武汉新芯公司为长江存储的全资子公司。长江存储成立之后，由于大量资金注入，在坚持自主研发的同时，开始大量从台湾和韩国挖人，如果留意最近的台湾和韩国的科技新闻，会发现他们的媒体经常抱怨半导体人才被中国以高薪诱惑流失。很多台湾媒体把高启全和梁孟松相比，梁孟松从台积电跳槽去了三星后，三星的代工制造业务突飞猛进，对台积电造成了很大威胁，制程竟然反超了台积电，优先量产14nm，一度还分食了台积电的苹果芯片订单。事实是，高启全此人有无大中华情节不得而知，但是从他担任紫光副总裁只有接受记者采访的言论来看，他更多的是不满在台湾发展空间狭小，根本不可能对抗一生的敌人韩国三星。他强调，“现在唯一有机会成为全球抗衡三星势力的只有大陆，紫光会把这梦化为具体的实践！”一定要有人扮演在全球平衡三星的势力，目前只有大陆有能力有资金投入进来，长江存储就是基于这个出发点而诞生，也是大基金唯一真正投资的存储器企业。”从高启全的话可以反应出他内心的想法，就是要在产业里面做出一番事业，所以，只要我们提供的平台够大够好，不管他是什么政治立场，一样可以为我所用，台湾的舞台太小了。除了高启全，紫光集团还挖来了晨星创办人杨伟毅出任紫光旗下长江存储公司CTO，又延揽晶圆代工厂联电前CEO孙世伟，担任全球执行副总裁一职。这两位都是台湾半导体业界鼎鼎有名的大佬级人物，像晨星，当年就是和联发科并列的台湾两大芯片研发企业之一，后来晨星被联发科吞并。根据2017年9月的消息，长江存储将会在美国设立研发中心，并且趁着日本东芝在处于出售状态的机遇，挖角日本的存储器研发人才，日本很多年轻的工程师，受制于日本职场论资排辈文化的压制，薪资和发展通道上本有很多不满，加上东芝已经风雨飘摇自顾不暇，在中国高薪诱惑下，必然会有人加盟。而DRAM技术，每转进新一代制程技术仅增加20%的半导体机台设备，意思是，既存的半导体大厂的多数机台设备都已经折旧光了，新加入DRAM技术的人去买新设备来生产，成本非常贵，竞争力会很差。从这个角度而言，中国要做好在存储器领域长期烧钱的准备。NAND 芯片顺利实现了工艺器件和电路设计的整套技术验证，通过电学特性等各项指标测试，达到预期要求，2017年底将提供样片，继续向64 层 3D目前韩国三星已经在2017年量产64层 NAND，可以看出中国和韩国的技术差距在2年，2年看似很短，其实在竞争激烈瞬息万变的市场，已经是极大的差距了。抗韩将是长期的进程。FLASH和DARM存储器领域，以三星为首的韩国公司早在上个世纪九十年代就开始了存储器的研发，早了我们二十年，我们要想超过他们，当然必须付出时间的代价，这个时间不是三五年，能够十年追上就已经非常了不起。另外，韩国虽然存储器强大，但在存储器以外的其他领域，除了三星手机自产处理器和基带芯片外。由于都不是大集团研发，韩国的芯片设计产业在中国的冲击下衰退非常严重。我在上一篇文章写过，全球显示面板向OLED转移的趋势已经不可逆，我国有一家做OLED驱动芯片的公司就在高速增长，那就是中颖电子，2017年上半年，中颖电子公司实现营业收入3.12亿元，同比增长30.65%；净利润为6208.01万元，同比增长61.8212%；每股收益为0.30元。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。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，陈云霁就已经成为8核龙芯3号的主架构师。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，每秒可以处理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。其他的FPGA方案虽然迭代快，但从计算速度和能耗比来说，和专用的人工智能芯片相比仍然有差距。因此除了寒武纪以外，其他国外公司也在跟踪寒武纪的研究成果，比如谷歌的TPU寒武纪的AI芯片在两个大型产业都可以有广泛的应用，一个是云端，一个是终端。在目前云计算蓬勃发展的情况下，云端服务器面临更大的大数据计算压力，AI芯片逐渐必不可少。另外终端的智能化程度和计算要求不断提升，也需要使用AI芯片。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。欧洲有三家一流的半导体公司，NXP,英飞凌和意法半导体，其中NXP在和高通谈并购，如果高通并购NXP并购成功，那么欧洲只剩下两家了。日本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大大提升了市场份额，获得了大量利润。东芝在寻求出售，等东芝出售成功，那么日本也只剩2家半导体公司。除此之外，另外一个衰退比较严重的是台湾了，台湾半导体协会预估2017年台湾半导体产业整体产值较2016年小幅成长1%，而2017年全球半导体市场规模将较2016年成长9.8%，也就是台湾“生命线”半导体产业世界份额在不断下降。以整个半导体产业的产值比较，2017年上半年台湾为新台币11440亿元，大陆约新台币9900亿元，台湾半导体产业险胜，但大陆在整个半导体产业发展速度明显超过台湾，半导体的设计，制造，封测三大部分，设计和封测大陆均已经超越台湾，台湾在IC产业唯一有优势的还是制造业，台湾GDP 2016年大约为5600亿美元左右，而台积电的半导体制造一年贡献100亿美元净利润，另外提供数万个年薪40万人民币的岗位，以及大量税收，以台积电为首的半导体制造业不愧是台湾经济的基石。台湾有三家半导体公司进入全球20强，和日本，欧洲并列都是3家。其中2家是制造（台积电，台联电），1家是设计（联发科）从以前的仰望，到现在超过台湾，并且在追赶日本，韩国和欧洲的路上，中国半导体产业的进步有目共睹。2017年上半年，中国大陆芯片设计业同比增长21.1%，销售额为830.1亿元，继续保持世界最快增长速度。对中国的芯片发展要抱有信心，未来海思，紫光，寒武纪三大势力将成为中国芯片产业的主力军，寒武纪虽然现在销售额不多，也还没有开始盈利，但是这家公司必将崛起成为一方诸侯。寒武纪需要解决的是商业经验问题，创始人是中科院搞技术出身，在商业市场搏杀，需要有商业经验积累和助阵，这是寒武纪需要解决的问题。另外呢，在国有企业大军里面（不要鄙视国企，紫光也是国企），也会有很多像大唐微电子，华大这样的芯片公司来保证国家安全，比如下面这则2017年9月16日的新闻，华大发布的北斗导航定位芯片。北斗产业以后会是一个大型产业。再比如应用于超级计算机的申威芯片等等。实事求是的说，这里面大多数企业商业上不会很成功，例如像大唐这样的国企，主要做各种金融和社保的芯片，虽然公司一直亏损，国家也得养着。当然北斗芯片可能是个例外，因为北斗未来会成为一个大产业。还有像中国电子科技集团下面的中科芯公司，这家公司2008年在无锡成立，我们最近天上在对接的天舟一号飞船的电子控制防辐射芯片，就是来自中科芯公司，这也是为了保证自主化和国家安全，但是航天飞行器在产业规模上注定不会像海思，紫光，寒武纪的市场那么大。另外网友比较关注的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，在民用市场由于生态问题和性能问题，不会有竞争力。因此也是小众芯片。另外就是龙芯了，胡伟武博士是个坚持自主研发的人，他也培养出了寒武纪创始人陈云霁，培养出了一批自主研发芯片的人才，我觉得这才是龙芯的最大贡献。至于在商业化上面，龙芯几乎没有什么希望，建立生态必须要有强大的商业实力和地位，目前龙芯芯片只能在一些专业领域，例如北斗卫星上用的防辐射芯片，或者一些专用领域比如服务器，工控，嵌入式控制等等。龙芯能在这些领域占据较大市场份额，就是一种成功了。龙芯2015年销售首次过亿元人民币，是一家非常弱小的公司，2016年相信销售额也是1亿元多点的规模，而2016年中国销售额过1亿人民币的芯片设计公司有160家，龙芯在里面毫不起眼。 胡伟武是个技术人才，龙芯现在的待遇，以及类似科研院所和国企的运行体制，也暂时无法获得优秀的高端商业人才。龙芯在未来十年能够做到10亿人民币，20亿人民币就很不错了。即使到2027年能做到100亿人民币的规模，10年增长100倍，到那个时候龙芯也进不了中国芯片的第一集团。中国芯片产业的未来必须要走商业化可盈利的路，从这条路来看，只有以海思，紫光，寒武纪为首的国产芯片公司，以及华大，大唐，士兰微，汇顶科技等第二梯队，以及未来可能成长起来的第三梯队才是中国芯片设计产业的未来。而欧洲，日本，中国台湾，由于其下游消费电子品牌的衰落，不可避免会影响到上游芯片的产值，这其中最危险的是台湾，因为欧洲和日本还有蓬勃发展的汽车电子产业，消费电子这边衰落了，还可以从汽车那边来弥补。例如日本，虽然东芝在衰落，但是瑞萨电子的汽车业务发展就挺好。台湾就比较危险了，芯片设计业不断下滑是大趋势，因为消费电子品牌不断往中国大陆集中，而大陆的自产芯片占有率在不断提高，而台湾又没有汽车品牌产业来弥补损失，设计业下去了，保住台积电的制造业是台湾面临的首要问题，从这个意义上来讲，发展中芯国际抵消台积电的发展，就是促进两岸统一