導讀:每一代半導體新巨頭和新興地區(qū)的出現(xiàn)都伴隨著終端遷移:PC市場成就了英特爾;移動市場成就了ARM、高通、三星、臺積電;而在“AI+物聯(lián)網(wǎng)”(AIoT)的新機會中,中國廠商很可能脫穎而出。
圖片來自“123rf.com.cn”
最重要的事不會成為新聞。
它們發(fā)生時往往無聲、微小,而新聞不過是“重大事件”經(jīng)歷了漫長蟄伏后的爆發(fā)時刻。
對全球半導體產(chǎn)業(yè)來說,上世紀70年代,就是一個“悄然無聲”的變革開端。
1973年,第四次中東戰(zhàn)爭打響,石油危機爆發(fā),全球經(jīng)濟放緩,美國工業(yè)生產(chǎn)下滑了14%。
彼時的歐美,自由市場經(jīng)濟重獲主導,哈耶克主義開始盛行,美國各半導體公司盈利受損,受市場所限,放緩了對新技術(shù)的投資。
而同樣經(jīng)濟受挫的日本,卻開啟了一場逆勢反超。
如今,日本人總愛把“古き良き時代”(逝去的美好時代)一詞掛在嘴邊。當他們說起這個詞時,腦海中有一幅共同回憶:二戰(zhàn)后至上世紀80年代末泡沫經(jīng)濟破滅前的昭和后半期。
在那段痛并快樂著的歲月,日本人有強烈的目標感:他們亟需一場戰(zhàn)后廢土中的復(fù)興。外部條件也相對有利:1950年朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)后,美國開始扶持日本,日本陸續(xù)以低價引進了美國最新的晶體管和集成電路技術(shù),打下了日后發(fā)起沖刺的基礎(chǔ)。
到70年代,日本已建立了“官、學、研”一體化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展制度,采取了悶聲追趕的“舉國模式”。
日本要舉國重點攻克的領(lǐng)域,正是半導體。
1974年,石油危機后的第二年,日本政府就批準了“VLSI(超大規(guī)模集成電路)計劃”,并在1976年聯(lián)合日立、NEC、富士通、三菱、東芝五大公司籌集720億日元(2.36億美元),設(shè)立“VLSI技術(shù)研究所”,開啟了一場蔚為壯觀的、針對DARM存儲器(動態(tài)隨機存取存儲器,目前最常見的系統(tǒng)內(nèi)存)的大攻堅。
昭和一代的日本名企展現(xiàn)出了空前的團結(jié),攻堅體系由6大實驗室組成:
日立(第一研究室)負責研制電子束掃描裝置和微縮投影紫外線曝光裝置;
富士通(第二研究室)負責研制可變尺寸矩形電子束掃描裝置;
東芝(第三研究室)負責研制EB掃描裝置與制版復(fù)印裝置;
電氣綜合研究所(第四研究室)負責對硅晶體材料進行研究;
三菱電機(第五研究室)負責開發(fā)制程技術(shù)與投影曝光裝置;
NEC(第六研究室)負責進行產(chǎn)品封裝設(shè)計、測試、評估研究。
對一些關(guān)鍵技術(shù)難點,日本各公司像《流浪地球》里對地球發(fā)動機的飽和式救援一樣,開啟了“飽和式攻堅”:多個實驗室群起而上,以各單位的競爭保證研發(fā)成功率。
VLSI成果驚人,計劃開啟第4年(1980),在惠普對16K DRAM內(nèi)存的競標中,日本的NEC、日立和富士通完勝美國的英特爾、德州儀器和莫斯泰克(當時美國存儲器領(lǐng)域最主要的玩家),美國質(zhì)量最好的DRAM的不合格率比日本最差的公司還高6倍。
VLSI開始的第6年(1982),日本成為全球最大的DRAM生產(chǎn)國;
VLSI開始的第9年(1985),NEC登上全球半導體廠商榜首(按收入),并在之后連續(xù)7年穩(wěn)坐頭把交椅;
同年,被日本廠商壓著打的英特爾關(guān)閉了7座工廠,裁員7200人——這家11年前市占率達80%的公司從此關(guān)閉了存儲器業(yè)務(wù)。
不過,這并不是故事的全部。
1970年,還悄悄發(fā)生了另一件小事:年初,一家日本計算器公司Busicom給了英特爾一個單子——做一款定制芯片的設(shè)計和生產(chǎn)。
Busicom最初的方案是一套由12塊集成電路組成的系統(tǒng);而英特爾工程師Ted Hoff看了后覺得太復(fù)雜,他創(chuàng)新地提出,可以把計算單元集中到一枚芯片上,以簡化電路和降低生產(chǎn)成本。
正是在這個項目中,英特爾開發(fā)出了于1971年面世的Intel 4004,這是世界第一枚商業(yè)化的微處理器,即CPU——當今半導體產(chǎn)業(yè)的桂冠明珠。
Busicom的訂單起初并不被英特爾重視。
70年代,英特爾和它的競爭對手日本一樣,把主要精力放在存儲器上,英特爾創(chuàng)始人,時任CEO羅伯特·諾伊斯甚至說過:
CPU是一個有趣的想法,英特爾有能力做,但是腦子壞了才會真的去干。賣CPU的話,每臺電腦只能賣一塊,我們現(xiàn)在做內(nèi)存,每臺電腦能賣幾百塊芯片。
可誰能想到,偏偏這個不受待見的新業(yè)務(wù),在之后力挽狂瀾。
新興的CPU業(yè)務(wù)如出籠猛獸,帶領(lǐng)英特爾于1986、1993、2002、2010年創(chuàng)下4次業(yè)績高峰——英特爾不僅起死回生,還發(fā)展成日后的半導體常青樹,成就了如今美國在半導體產(chǎn)業(yè)中的話語權(quán)。
回顧那段歷史,無論是日本的“有心追趕”,還是美國的“無心插柳”,背后有一個共性:它們都是全球商貿(mào)合作、產(chǎn)業(yè)分工的受益者。
如果沒有自由、開放的貿(mào)易全球化和技術(shù)交流,日本難以在最初引進半導體先進技術(shù),也就沒有日后趕超的基礎(chǔ);美國也難以在服務(wù)全球產(chǎn)業(yè)需求的過程中,陰差陽錯地找到大有前景的CPU“邊緣市場”。
半個世紀過去,對今天的中國而言,一個可能導致半導體產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵時期已在眼前。
站在“中國芯”的拐點上,兩種觀點正互相爭鋒:
一種頗有市場的聲音是:另起爐灶,全產(chǎn)業(yè)鏈自己干。
在AMD等廠商被傳停止向中國授權(quán)新一代x86架構(gòu)IP(IP是芯片可復(fù)用的邏輯單元,是芯片設(shè)計最核心的部分)等新聞后,就有大量對中國“承包半導體全產(chǎn)業(yè)鏈”的遐想:
而另一種聲音則認為,以中國現(xiàn)有的技術(shù)實力,不能“狹隘地”自己閉門造車。
如任正非日前接受采訪時所說:
我們永遠需要美國芯片。美國公司現(xiàn)在履行責任去華盛頓申請審批,如果審批通過,我們還是要購買它,或者賣給它(不光買也要賣,使它更先進)。因此,我們不會排斥美國,狹隘地自我成長,還是要共同成長。
是從最底層開始重建一遍,還是繼續(xù)擁抱全球分工?
抉擇時刻,同樣作為半導體產(chǎn)業(yè)后發(fā)國家和地區(qū)的日、韓、臺“崛起史”,為中國大陸提供了難得的借鑒。
回顧歷代后來居上者,其共性是:遵循科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自然規(guī)律,順“勢”而為——這個“勢”,就是站在全球分工、技術(shù)合作的基礎(chǔ)上,敏銳抓住并卡位新一波周期或新市場機會。
本文將分以下5部分,展開講訴半導體產(chǎn)業(yè)4次拐點中經(jīng)歷的沉?。?/p>
1. 第1次拐點:抓住產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移機會,日本超美
2. 第2、3次拐點:抓住半導體分工的兩次裂變,韓、臺逆襲
3. 兩派探索:中國大陸半導體的南北殊途
4. 匍匐向前:海思的自研之路
5. 第4次拐點:當下中國半導體產(chǎn)業(yè)面臨的3種“勢”及選擇
它們的故事中,包含著可能的、“趕超先進水平”的最佳姿態(tài)。
第1次拐點:產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,日本超美
作為在美國之外,最先從半導體市場分得一杯羹的國家,日本順勢而為的方式是:
在外部條件有利時,不斷引進技術(shù),獲得存儲器領(lǐng)域的絕對優(yōu)勢。
乘著戰(zhàn)后美國“援日抗蘇”的有利外部條件,日本從50年代開始以低價獲取了大量美國技術(shù)的授權(quán)。
1953年,日本“東京通信工程株式會社”在晶體管專利被受理僅5年后,以900萬日元(約2.5萬美元)的低價從西屋電器引進了晶體管技術(shù)——要知道肖克利最初研發(fā)晶體管時,貝爾實驗室在其上連續(xù)砸了2.23億美元(用于1948-1957的連續(xù)研發(fā)和優(yōu)化,其中美國軍方承擔了近40%的費用)。
借助晶體管技術(shù),東京通信在1955年發(fā)布了第一款袖珍收音機TR-55,公司也正式更名為索尼?!八髂岽蠓ā庇纱税l(fā)揚光大,成就一代傳奇電子企業(yè)。
當時,去紐約與西屋簽約的索尼聯(lián)合創(chuàng)始人盛田昭夫在逛了帝國大廈、布魯克林大橋后,曾向同行友人感嘆:
“日本和這樣的國家交戰(zhàn),真是魯莽呀!”
不過20年后,日本就在半導體存儲器領(lǐng)域和美國打了一場驚人的大戰(zhàn),這得益于日本在60年代引進的另一項技術(shù):集成電路。
日后成為日本半導體霸主的NEC在1962年從美國仙童半導體公司購買了平面光刻生產(chǎn)工藝,解決了集成電路制造生產(chǎn)的問題,效果立竿見影:
1961年,NEC集成電路的產(chǎn)量只有50塊,1962年暴增至1.18萬塊,1965年達到了5萬塊。
同一時期,日立與RCA,通用電氣和東芝紛紛簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議;索尼和德州儀器也在歷經(jīng)4年磋商后,于1968年在日本成立了各自占股50%的合資公司。
日本采取了“以市場換技術(shù)”套路,成立合資公司的條件就是德州儀器必須在3年內(nèi)向日本公布與IC制成相關(guān)的專利。
于是,外有“向先進學習”的敏銳抓手,內(nèi)有舉國體制下的“VLSI計劃”,這一系列舉措,打下了日本在70年代埋頭苦干、80年代一鳴驚人的基礎(chǔ)。
從1980年到1984年,日本半導體對美國的出口額從不到90億日元,增至400多億日元,陡峭的上揚曲線震動世界。
1985年的出口量下降與美國啟動針對日本存儲器的“反傾銷訴訟”有關(guān)
由此,日本成了半導體史上的第一次“產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移”的贏家,奪得了存儲器市場的壟斷地位;而美國頂尖公司如英特爾,則轉(zhuǎn)向了技術(shù)壁壘更高的CPU領(lǐng)域。
不過,日本半導體的輝煌是短暫的。
90年代,日本半導體產(chǎn)業(yè)開始節(jié)節(jié)敗退——韓國成了新一代存儲器霸主:1992年,三星將NEC擠下DRAM世界第一的寶座;2000年前后,富士通和東芝先后宣布從DRAM市場退出。
這背后有諸多原因:
在外,美國像如今對付中國一樣,對日本耍起了“貿(mào)易戰(zhàn)”:通過1985年的反傾銷訴訟、1986年的《美日半導體協(xié)議》、1991年的《日美半導體協(xié)議》,全面打壓日本半導體產(chǎn)業(yè);在內(nèi),日本在80年代末達到泡沫經(jīng)濟頂峰,資本大量流向房地產(chǎn),減少了對技術(shù)領(lǐng)域的投資。
而另一個常被忽略的關(guān)鍵原因是,日本錯失了一個萌芽于上世紀80年代的半導體產(chǎn)業(yè)新趨勢。
這一回合,臺灣和韓國卻抓住了機會。
第2、3次拐點:分工裂變,韓、臺逆襲
臺灣和韓國逆襲的故事,源自一場涉及美、歐、亞多國的半導體行業(yè)“分工裂變”。
一切的開端仍是不起眼的小事:誕生于歐亞大陸兩端的兩家小公司——臺積電和ARM。
成立于1987年的臺積電開創(chuàng)了Foundry模式,即只進行芯片生產(chǎn)制造的晶元代工廠。
而3年后,誕生于英國劍橋一座谷倉里的ARM,又開創(chuàng)了另一種全新的商業(yè)模式:IP授權(quán)。
Foundry和IP授權(quán)的出現(xiàn),是偶然中的必然。
從集成電路商用化的60年代開始,半導體產(chǎn)業(yè)就像細胞生長一樣經(jīng)歷著“裂變”——從垂直整合到垂直分工,分工越來越細,各環(huán)節(jié)越來越專業(yè)。
第一次重要裂變發(fā)生在70年代:半導體和軟件行業(yè)從計算機中分化出來。
行業(yè)的初始狀態(tài),是“一個公司造所有”的高度垂直整合。
比如IBM藍色巨人,既自己造計算機用的芯片,還做操作系統(tǒng)、軟件,同時生產(chǎn)計算機終端。
在1961年底IBM啟動的“System-360”項目中,憑一己之力,IBM就攻克了指令集、集成電路、可兼容操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等軟硬件多道難關(guān),獲得了300多項專利。
而到70年代,隨著技術(shù)進一步普及、市場對軟件需求的增加,軟件開始成為單獨的行業(yè);微軟(1975年成立)、甲骨文(1977年成立)等公司陸續(xù)出現(xiàn)。
這同時催生了半導體從計算機中分化,產(chǎn)生了一批主要做芯片硬件(芯片設(shè)計、制造、封裝測試)的公司,英特爾(1968年成立)是其中代表。
在1970年代開始萌發(fā)的PC(個人電腦)市場上,英特爾與微軟的“Wintel聯(lián)盟”悄然生長,前者做計算機CPU,后者做Windows操作系統(tǒng),軟硬配合,逐漸獲得了壟斷地位。
這又帶來半導體產(chǎn)業(yè)的一個重要生態(tài)現(xiàn)象:“指令集壁壘”。
有種說法是:三流公司做產(chǎn)品,二流公司做品牌,一流公司做標準。指令集,就是芯片硬件和底層軟件代碼之間溝通的一套“標準”。
就像只有灰姑娘能穿上水晶鞋:相應(yīng)的軟件操作系統(tǒng),通過相應(yīng)的指令集跑在相應(yīng)的芯片上,才能達到最佳效果。因此指令集和操作系統(tǒng)之間能形成其他玩家難以攻破的生態(tài)聯(lián)合。
隨PC浪潮崛起的英特爾,是第一個建立起了“指令集壁壘”的公司。
PC時代之前的小型機主要在數(shù)據(jù)中心處理專業(yè)的計算工作,市場分散,操作系統(tǒng)常常是各做各的(或在開源系統(tǒng)上做優(yōu)化),井水不犯河水;指令集也各自為營,IBM有Power,Sun有SPARC,DEC有Alpha等等。
隨著PC時代到來,大量個體溝通、協(xié)作的需求開始涌現(xiàn),操作系統(tǒng)市場開始向頭部玩家集中,Windows最終突出重圍,坐上了“鐵王座”;與之綁定的英特爾x86指令集也跟著取得“指令集霸權(quán)”。
2000年之后,英特爾又進一步利用自己在PC市場出貨量大、成本低的優(yōu)勢,向更高端的“小型機服務(wù)器市場”進軍,以價格戰(zhàn)打敗了Power、SPARC、Alpha等老牌指令集,改寫了整個服務(wù)器市場的生態(tài)基礎(chǔ)。
對x86指令集這一電子產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)性標準的掌控,也讓英特爾多年來屹立不倒,連續(xù)25年(1991-2017)登頂全球半導體第一廠商的寶座。
這便是行業(yè)第一次裂變時,新一代“軟硬雙打”撂倒老一代垂直型巨人的故事。
但在芯片制造內(nèi)部,英特爾仍是一家“垂直整合”的公司:自己做指令集,自己在指令集上設(shè)計IP核,自己做生產(chǎn)制造。
這就給第二次分工裂變創(chuàng)造了空間:
上世紀90年代之后,臺積電的Foundry模式+ARM的IP授權(quán)模式興起,打碎了英特爾的“垂直整合”。半導體產(chǎn)業(yè)上游的IP研發(fā)、設(shè)計和下游的制造各自分化成了單獨的行業(yè)。
ARM能產(chǎn)生IP授權(quán)的奇思妙想,也得感謝英特爾。
1981年,ARM的前身Acorn計算機公司想生產(chǎn)一款供英國中小學校使用的電腦,向英特爾求助,希望能購買80286處理器的設(shè)計資料和樣品,但英特爾沒搭理它。
Acorn于是基于當時學界提出的RISC精簡指令集概念(英特爾x86使用的是CISC復(fù)雜指令集),研發(fā)了一顆32位、6M Hz,使用自研指令集的處理器,命名為ARM。
到1990年,已更名為ARM的新公司開始專注于半導體業(yè)務(wù)。但英特爾等廠商已占據(jù)了大量市場,直接賣芯片的ARM生意慘淡,被迫踏上一條新路:自己不生產(chǎn)芯片,只將IP核授權(quán)給其他公司。
歐亞大陸的另一端,臺積電的成功則得益于其創(chuàng)始人張忠謀在德州儀器積累了豐富的半導體工廠建造與管理經(jīng)驗。
與開頭提到的日本通過引進技術(shù)發(fā)展存儲器;英特爾因為完成日本客戶訂單陰差陽錯開啟CPU市場一樣,全球技術(shù)、人才的自由流動,再次促進了整個產(chǎn)業(yè)的進化。
進化是不可逆的。
Foundry和IP授權(quán)模式的誕生,永久地改變了世界半導體產(chǎn)業(yè)的版圖——它大大降低了半導體產(chǎn)業(yè)的準入門檻。
在高度垂直整合的60年代,IBM為開發(fā)System-360,在3年多時間里投入了52.5億美元,開支甚至超過造出原子彈的曼哈頓計劃。實力雄厚如IBM也差點被這個項目搞得資金鏈差點斷裂,其他小廠家更是被完全擋在了電子產(chǎn)業(yè)的門外。
隨著垂直分工的開始,ARM和臺積電承擔了產(chǎn)業(yè)鏈一頭一尾的工作,中間的“芯片設(shè)計”環(huán)節(jié)便逐漸發(fā)展成一個獨立賽道——不做生產(chǎn),無需重資建廠或做底層研發(fā)的Fabless廠商(Fabless的字面意思就是“無工廠”)。
目前全球排名Top 20的半導體廠商中,近一半是1990年后成立的Fabless新貴:
1985年成立的高通(美國)(高通是無線電通信技術(shù)研發(fā)商,1994年開始銷售芯片);
1991年成立的博通(美國);
1993年成立的英偉達(美國);
1995年成立的美滿(美國);
1995年成立的聯(lián)發(fā)科(臺灣);
1999年獨立的英飛凌(德國)(前身是西門子半導體部門);
2002年成立的瑞薩電子(日本)(NEC和瑞薩科技的合資公司)
這進一步給行業(yè)帶來兩個變化:
一方面,更多輕資產(chǎn)玩家的涌入,使市場競爭更充分,促進了全球半導體產(chǎn)業(yè)的進化;
另一方面,這些新公司多是ARM和臺積電的客戶。ARM以開放的IP授權(quán)模式已在移動端CPU市場占比超95%,與服務(wù)器端CPU的霸主英特爾屹立兩頭,構(gòu)成了當下全球半導體產(chǎn)最底層的兩大標準。
這場新的分工裂變,終于讓高端的CPU領(lǐng)域不再是“美國人自己的游戲”,臺灣和韓國順應(yīng)新的分工趨勢,成了全球半導體產(chǎn)業(yè)的新高地。
在制造環(huán)節(jié),臺灣依靠臺積電牢牢把握了話語權(quán)。
自從在1989年搞定了英特爾的背書和訂單后,這家最初連募資都很艱難的臺灣“小公司”快速成長,每年營收增長率都保持在50%至100%之間。
近年來,臺積電的工藝水平已趕超了傳統(tǒng)垂直廠商英特爾、IBM,占據(jù)了超過50%的市場份額,在最新的5nm制程上領(lǐng)先全球。
在CPU、MCU等主控芯片設(shè)計環(huán)節(jié),另一家臺灣企業(yè)聯(lián)發(fā)科從2003年開始購買ARM IP,進入手機和平板芯片市場,并在2000年之后成為亞洲最大的Fabless廠商。
韓國也抓住了分工裂變的機會。
其半導體標桿企業(yè)三星,從2000年開始就通過購買成熟IP,在原本的強項存儲器之外,開辟了CPU的新增長點。
2007年,第一代iPhone的芯片就是三星和ARM分工合作的產(chǎn)物——三星在ARM 11 IP上開發(fā)的S5L8900芯片。
誰能想到,iPhone這個不被看好的“邊緣產(chǎn)品”,一手撐起了智能手機時代,在推出后第二年,創(chuàng)下了超過700%的銷量增長。
乘此東風,三星鞏固了其在智能手機芯片市場的地位;隨后又在2010年推出蜂鳥系列CPU(后改名Exynos),奠定了其在Android設(shè)備陣營的龍頭芯片提供商地位。
其實,中國大陸的許多公司也在不知不覺中趕上了行業(yè)分工裂變的大勢。
由于“IP授權(quán)+Fabless+Foundry”模式降低了手機芯片整體成本,國產(chǎn)手機廠商,如華為、小米、vivo、OPPO在2010后崛起,成了這場綿延近30年的新分工潮流的受益者。
這就是全球產(chǎn)業(yè)鏈的神奇所在:牽一發(fā)而動全身——一些起初看來微小的變化,經(jīng)時間陳釀,可能孕育巨大的機會。
但是,“勢”能助人也能傷人:如果你要和它對著干的話。
在韓國、臺灣崛起的90年代,日本半導體產(chǎn)業(yè)迅速敗落,原因之一就是錯過了垂直分工裂變的趨勢。
當時,日本的優(yōu)勢項存儲器遭美國狙擊,并被韓國趁虛而入;但在CPU領(lǐng)域,日本本可與IP授權(quán)商、晶圓代工廠合作,發(fā)展Fabless業(yè)務(wù),再一次“后發(fā)制人”。
但日本公司在90年代還瞧不起技術(shù)相對落后的臺灣代工廠;另一方面,正如日劇《半澤直樹》所展示的,日本的實業(yè)融資依賴于銀行貸款,銀行在評定資產(chǎn)時,傾向于工廠、生產(chǎn)線這些看得見、摸得著的東西,單獨的芯片設(shè)計公司不好找錢。
于是,保持著垂直整合形態(tài)的日本半導體企業(yè)既要研發(fā),又要生產(chǎn),還要維護、更新設(shè)備,投資大,周期長,技術(shù)更迭落于Fabless之后。
在發(fā)現(xiàn)市場新機會上,自由、靈活的小公司往往更有潛力,團結(jié)大公司一起攻堅的日本模式此刻反而成了短板。
在美國的打擊和Fabless模式的雙重擠壓下,日本半導體丟掉了舊優(yōu)勢,錯失了新的增長機遇,只留下“失去30年”的嘆惋。
回看這段歷史,沖擊垂直整合的兩大角色——臺積電和ARM都誕生在腹地狹小的島嶼,這有其必然性:
正因內(nèi)部市場有限、地理位置邊緣,臺積電和ARM才“光腳不怕穿鞋”,各自發(fā)明了全新商業(yè)模式。借承擔新的分工角色之機,它們既實現(xiàn)了自身的商業(yè)成功,也共同促成了一個更開放的全球半導體產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
萬一,2019年的半導體仍是一個被美國少數(shù)巨頭把持的產(chǎn)業(yè),那中國會面臨什么局面?
想都不敢想。
南北殊途:大陸半導體探索
在IP授權(quán)+Fabless+Foundry分工誕生10年后的2000年前后,中國大陸成了加入半導體產(chǎn)業(yè)商業(yè)競爭的最新玩家,續(xù)寫著這部全球分工大戲。
與如今一樣,那也是一個多事之秋:
1996年的臺海危機,1999年的南斯拉夫大使館被炸事件,2001年的中美南海撞機事件,讓中美關(guān)系跌至冰點。
傳導到半導體產(chǎn)業(yè),出現(xiàn)了對全球分工態(tài)度迥異的兩派實踐。
一邊是“全部自己來”的北派。
它們多脫胎于學術(shù)機構(gòu),在2000年前后集中出現(xiàn):
1999年,方舟成立(倪光南院士與市場化公司方舟科技的合作);
2002年,北大眾志成立(2001年北大眾志對應(yīng)的實驗室MPRC成立);
2008年,龍芯成立(課題組成立于2001年,2008年公司成立)。
另一派是接地氣的南派,由完全以市場為導向的民營企業(yè)組成,其成立高峰期同樣在2000年之后:
2001年,展訊成立(2013年紫光收購展訊,2014年又收購銳迪科,2016年整合為紫光展銳);
2001年,炬力成立;
2001年,瑞芯微成立;
2004年,瀾起科技成立;
2004年,海思成立(華為子公司);
2004年,兆易創(chuàng)新成立;
2007年,全志成立。
在發(fā)展路徑上,北派多是一套人馬,兩塊牌子,雙重目標:既要完成國家重點任務(wù)——在當時中美不睦的大環(huán)境下,攻克自主可控的CPU,擺脫對美國的依賴;也要通過成立公司,探索市場化。
這就不難理解,龍芯、眾志都選擇了一條最兇險的路:從最上游的指令集開始,一層層往下游做,構(gòu)建自有體系,挑戰(zhàn)CPU高地,試圖捅破Wintel聯(lián)盟,不做底層技術(shù)有求于人的“買辦芯片公司”。
如北大眾志,先后在1999年做了完全自主研發(fā)的指令集及架構(gòu)UniCore,又在2003年做出了包含UniCore核的PKUNITY-863 CPU;龍芯趁2008年金融危機,低價獲得了MIPS指令集授權(quán),并對其進行了大量擴展,發(fā)展出了自己的指令集LoongISA;方舟則通過做嵌入式的RISC類型指令集,繞開x86的壟斷,在2001年推出了中國第一款自主設(shè)計研發(fā)的嵌入式芯片,方舟1號。
南派的共通點則是完全融入全球分工,從最沒技術(shù)門檻、最下游的買現(xiàn)成芯片做起,一層層往上游和底層“洄游”。
20年彈指一揮間,暫且不表培養(yǎng)人才、支持軍工等特殊領(lǐng)域的進展,僅在產(chǎn)業(yè)化上,兩種相向而行的路徑,產(chǎn)生了截然不同的結(jié)果:
架構(gòu)決定生態(tài),無論是完全自主研發(fā)還是基于MIPS指令集擴展,繞開了x86的北派——龍芯、方舟、北大眾志,成功做出了自己的芯片,卻補不齊生態(tài)短板。
正如梁寧在去年中興事件后廣為流傳的《一段關(guān)于國產(chǎn)芯片和操作系統(tǒng)的往事》中所寫:
對話永遠是這樣:
我:“我們有自主知識產(chǎn)權(quán)的CPU,我們還有SoC的能力,這樣,我們可以極大地把你要的功能集成,貴司可以更靈活地定義你產(chǎn)品的性能和體積?!?/p>
對方:“哎呀,對不起。我們沒有能力基于一塊CPU開發(fā)產(chǎn)品原型。都是Intel或者他的Design house做好公板,我們選一個,然后基于他們的公板我們再開發(fā)?!?/p>
我們這才發(fā)現(xiàn),Intel不是做出了CPU,而是培育了一個基于CPU的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。
敵不過Wintel聯(lián)盟,北派深陷于市場化泥潭。
它們曾通過自己做辦公軟件、甚至配套硬件來闖出一條路:
如眾志推出了與PKUNITY-863 CPU適配的操作系統(tǒng)(基于開源的Linux),并進一步推出了使用PKUNITY-863的“網(wǎng)絡(luò)計算機”(要連網(wǎng)才能使用各種應(yīng)用的電腦,起初具有成本優(yōu)勢,但很快在價格上被更強大的產(chǎn)品碾壓);方舟也做了可更好適配自有芯片的永中Office套件和NC瘦客戶機(一種網(wǎng)絡(luò)計算機)。
這幾乎回到了60年代,IBM的“高度垂直整合模式”。
但IBM這么干時,微軟、英特爾還不知道在哪兒;中國半導體北派這么干時,計算機軟硬件領(lǐng)域已是巨頭林立。
結(jié)果不難想象:這些一體化的產(chǎn)品在好用、便宜的Wintel聯(lián)盟面前并無戰(zhàn)力。
最終,方舟CPU停止開發(fā),永中破產(chǎn)清算;龍芯和眾志則主要在軍工等領(lǐng)域獲得政府訂單,但僅從收入上,在大陸范圍內(nèi)也難以躋身頭部廠商。
而南派的打法卻很“接地氣”——從低端到高端,從簡單到復(fù)雜逐漸演進,形成了多層次的商業(yè)進展。
南派中的第一種是,緊跟市場需求,什么賺錢做什么。
比如在MP3產(chǎn)品大行其道的2005年前后,珠海炬力憑借MP3芯片(多媒體影音主控芯片)獲得了快速發(fā)展,在2005年出貨7000多萬顆,銷售收入突破1.5億美元,并在第二年成為全球銷量最大的MP3芯片廠商。
2010年前后,瑞芯微和全志又后來居上,進軍平板市場,早早開始購買ARM IP研發(fā)平板CPU,成了當時南派中的新一代佼佼者,客戶也從國內(nèi)廠商逐漸變?yōu)榛萜蘸凸雀?chromebook)。
海思則屬于另一類:主要服務(wù)于華為的戰(zhàn)略目標,做與通信緊密相關(guān)的交換機芯片、基帶芯片;并在近年隨華為手機業(yè)務(wù)的發(fā)展,開始挑戰(zhàn)高門檻的移動端CPU,成了近7年中國芯片設(shè)計公司的收入冠軍。
最近10年來,排在中國Fabless廠商前10的多為南派廠商。
南北殊途、結(jié)果迥異,是因為對全球分工的不同態(tài)度;態(tài)度差異源于,是否清醒地承認行業(yè)發(fā)展的規(guī)律和現(xiàn)狀:
經(jīng)過50多年的積累、發(fā)展,這么多公司的生死起伏,半導體產(chǎn)業(yè)已形成了專業(yè)、細致的分工,一環(huán)扣一環(huán)的合作體系,和短期內(nèi)難以打破的生態(tài)配合。
PC時代是Wintel聯(lián)盟橫掃天下;移動時代則形成了ARM+iOS、Android對下游芯片和終端廠商的強大話語權(quán)。
中國作為半導體技術(shù)和商業(yè)化上的后發(fā)選手,尤其是在技術(shù)門檻最高的CPU領(lǐng)域,即使國內(nèi)市場龐大,也很難自成一派,去與物美價廉、生態(tài)成熟的國際芯片產(chǎn)品硬碰硬。
中國半導體“不融入全球分工”的一種可能性:讓國家給一片“小市場”。
這種觀點認為,政府應(yīng)在黑暗森林里圍個籬笆墻,構(gòu)建一個小森林,“把國外芯片擋一擋”;讓真正自主可控的中國CPU在小森林里按市場規(guī)則競爭,再讓勝出者去和黑暗森林里的國外產(chǎn)品競爭。
但即使是在國家看起來可以控制的政府辦公、國企辦公、教育領(lǐng)域,當市面上的CPU比國產(chǎn)CPU性能更高、價格更低時,讓部門犧牲利益支持國產(chǎn),仍有巨大阻力。
如2014年云計算興起后,眾志曾拓展“桌面云”業(yè)務(wù),并拿到了國家電網(wǎng)的一張大單,背景是當時國家電網(wǎng)認為用個人電腦辦公不安全,下令不再采購電腦,而改用桌面云,由服務(wù)器端統(tǒng)一管理。
上有政策,下有對策。由于桌面云對娛樂軟件和部分外設(shè)硬件支持不好,基層辦公人員還是不愿意變——不讓買新電腦了,有的分公司就去租電腦,這次合作也不了了之。
靠劃出一片“溫室市場”的做法,不一定能扶起產(chǎn)業(yè)。這就像人類模仿生物圈建造的“生物圈2號”——它是一個壯麗的實驗,卻終究是一場慘烈的失敗。
匍匐向前:海思的自研之路
在自成一體的“生物圈2號”之外,從2005年到2018年,浸泡在市場化競爭里的南派芯片公司,經(jīng)歷了激烈的排位重洗,各公司被逼迫著向更高端、更有門檻的產(chǎn)品、更新的細分市場或更深程度的自主研發(fā)演進。
其中,近年來表現(xiàn)最亮眼的華為海思提供了一種“三步走,依次上臺階”的路徑示范。
這種依靠國際分工的已有成果,“站在巨人肩膀”上緩慢“匍匐”的戰(zhàn)略,再次證明了一個產(chǎn)業(yè)發(fā)展心法:慢即是快。
第一階段是1991-2004年海思成立前。華為有兩手做法:
在不需要IP和通用指令集的專用芯片,如交換機用的ASIC(專用集成電路)上,華為采取了冒險的自研。
當時,華為創(chuàng)立不到5年,這家甚至倒賣過減肥藥的公司最后把業(yè)務(wù)穩(wěn)定到了代理PBX交換機上。
在看到了中國市場對交換機的旺盛需求和當時的混亂標準后,任正非開始組織自研團隊,其中一個環(huán)節(jié)就是研發(fā)交換機用的ASIC。
任正非說動了自動控制系研究生徐文偉從隔壁的港資企業(yè)跳槽到了當時前途未卜的華為。徐隨后帶領(lǐng)團隊在1991年和1993年研發(fā)了SD502和SD509;這些芯片使華為自研的交換機比其他使用通用芯片的廠商更便宜,華為也由此從商貿(mào)公司轉(zhuǎn)型科技公司。
為了芯片研發(fā)的資金,任正非當時甚至借了高利貸。
他曾站在六樓辦公室窗前,對研發(fā)團隊說:“新產(chǎn)品研發(fā)不成功,你們可以換個工作,我只能從這里跳下去了!”
而對于需要依托于指令集的CPU、MCU等芯片,華為采取了直接購買現(xiàn)成芯片的方式,如在數(shù)據(jù)中心中使用了大量的英特爾 CPU。
第二階段是2004年-2018年,華為海思成立,仍然分兩手:
一邊繼續(xù)優(yōu)先研發(fā)與華為的通信業(yè)務(wù)密切相關(guān)的專用芯片ASIC;
一邊從直接購買現(xiàn)成芯片,進化到了購買IP,進軍移動端CPU市場。
最初的嘗試是2006年開始研發(fā)的K3V1嵌入式CPU,該CPU基于ARM-11 IP,被集成于海思公司的首款手機主芯片Hi3611上,但由于性能問題,K3V1最終沒有市場化;此后,海思閉關(guān)兩年,推出了K3V2處理器,并且第一次在自家旗艦機型D2、P2、Mate 1、P6等手機上使用。
到2014年,華為又推出了麒麟920芯片,并在華為榮耀6上使用。這款芯片集成了8個ARM核和華為自研的基帶芯片巴龍,獲得了當時的“跑分王”之稱。
這是海思成立的第8年,華為開始自研芯片的第23年,華為海思終于在移動終端CPU芯片上有了看齊高通、三星等一線廠商的實力。
第三階段是2018年至今,海思從購買現(xiàn)成的IP又進化到購買ARM指令集架構(gòu),開始基于架構(gòu)進行更深度的自研:
這款深度自研的產(chǎn)品是今年1月發(fā)布的服務(wù)器端CPU泰山芯片,它將部分替代英特爾的服務(wù)器芯片,大大降低華為運營數(shù)據(jù)中心的成本。
至此,海思成了中國第一家成功基于ARM架構(gòu)自研并量產(chǎn)了CPU核的廠家。
其實,這三步走就是老老實實順應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律,走日、韓、臺的后發(fā)者們都走過的路:
積極利用全球分工體系,引進已有技術(shù)成果,穩(wěn)扎穩(wěn)打,逐步從下游切入上游,從淺層自研走向深度自研。
這種順勢發(fā)展的關(guān)鍵是承認以下現(xiàn)狀:
以中國半導體產(chǎn)業(yè)目前的技術(shù)實力,無法完全拋開全球分工體系;即使大陸最先進的廠商海思,在移動端CPU上還是沒有自己做到最底層的指令集;同時,還得依賴美國的EDA工具(EDA是芯片設(shè)計中的后端實現(xiàn)工具,它能把芯片設(shè)計翻譯成工廠能看懂的制造流程)。
這就是為什么,在BBC爆出ARM內(nèi)部受美國影響,可能不再與華為進行新一代ARM架構(gòu)合作時,中國半導體產(chǎn)業(yè)一時輿論沸騰。
但實際上,悲觀情緒背后有兩個少為人道的有利信息:
首先,華為已購買了ARMv8架構(gòu)的永久授權(quán),繼續(xù)用著沒問題。
其次,「甲子光年」從接近ARM的人士得到的消息是,美國的禁令只對在美研發(fā)占比超25%的ARM技術(shù)和產(chǎn)品有實質(zhì)約束;而ARM所有的指令集核心IP和大部分內(nèi)核IP都屬于“英國或歐洲原產(chǎn)技術(shù)”,受美國禁令影響較小。
ARM創(chuàng)始人Hermann Hauser近期接受英國媒體采訪時也說:封殺華為最終會對ARM、谷歌甚至美國工業(yè)帶來嚴重傷害;一些歐洲公司已在考慮將美國IP產(chǎn)權(quán)排除在外,或與美國子公司、辦公室做一定程度的切割,以免日后自己的生意受美國禁令波及。
如果這種態(tài)勢進一步發(fā)展,特朗普就真的是在搬起石頭砸自己的腳——美國可能會失去部分的歐洲技術(shù)資源,這對幾百年來以匯聚人才和技術(shù)為傲的美國來說,是動搖根基的打擊。
作為這一輪摩擦的挑起方,美國給中國,也給自己和全球造了一個新的“勢”,它也不得不受新“勢”的反噬。
第4次拐點:順勢而為
明勢、取道、優(yōu)術(shù),事可成。從近幾十年的沉浮故事來看,“勢”便是行業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律。
如今的半導體產(chǎn)業(yè),面臨第四次拐點。三個“勢”擺在歷史的分叉口面前:
長期的勢是:全球分工和技術(shù)交流趨勢難以阻擋。
到今天,全球也沒有任何一個國家可以實現(xiàn)半導體全產(chǎn)業(yè)鏈的自給自足。
面對半導體這種日益復(fù)雜、精密的行業(yè),匯聚全球人才、資本和技術(shù)的垂直分工更有利于行業(yè)的整體發(fā)展。
另一方面,參與半導體棋局的各國和地區(qū)已在大分工體系中找到了各自的立身所長:
美國半導體產(chǎn)業(yè)強在整體實力:
有英特爾、高通、英偉達、AMD等頂尖芯片設(shè)計、制造廠商,英特爾、AMD還掌握x86指令集
有微軟、蘋果、谷歌等操作系統(tǒng)生態(tài)伙伴
有Cadence、Synopsys、Mentor 3大主流EDA工具廠商
英國強于架構(gòu):
有除x86之外,占據(jù)另外半壁江山的ARM架構(gòu)
臺灣強于代工:
臺積電在先進工藝上已領(lǐng)先世界
韓國強于存儲和顯示:
三星和LG在90年代之后迅速崛起
日本強于材料:
信越、SUMCO、住友電木等日企壟斷全球52%的半導體材料市場
歐洲強于設(shè)備:
荷蘭ASML公司壟斷全球光刻機設(shè)備
而中國大陸是世界最大的芯片進口地,在產(chǎn)業(yè)鏈上是最大的芯片組裝地;近年來,中國大陸Fabless行業(yè)也有快速發(fā)展,2018年的Fabless廣商總量已是2010年的3倍。
所有參與產(chǎn)業(yè)鏈的國家和地區(qū)都不希望看到分工合作由開放轉(zhuǎn)為封閉。
因此在這個“勢”上,中國和大多數(shù)國家立場接近,站在有利位置,有一定周旋空間。
短期的勢是:美國可能升級對中國的技術(shù)封鎖。
繼ARM之后,AMD也在這幾天登上科技頭條,AMD官方已確認,不再向其中國合資公司天津海光授權(quán)基于新一代x86指令集的IP。
而在中國北派芯片公司挑戰(zhàn)未遂、南派公司尚未涉足的指令集層面,目前全球市場的主流玩家不多:
美國英特爾、AMD的x86指令集——服務(wù)器、PC端的主流指令集;
美國IBM的Power指令集——服務(wù)器、PC端的指令集;
英國ARM的ARM指令集——手機、平板等移動端的主流指令集;
美國RISC-V基金會開源指令集RISC-V——目前主要用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
英特爾向來不對外授權(quán)x86架構(gòu),而主要用于自有芯片;AMD已因合規(guī)問題主動規(guī)避了與中國的合作;中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長、上海芯原微電子董事長戴偉民在5月底也對外表示,美國RISC-V廠商已不能向華為出售IP。
還好,在移動CPU和服務(wù)器CPU市場,英國ARM是“碩果僅存”的“非美國貨”,且2018年5月,ARM和中國資本合資,成立了中資占股51%的ARM中國,這有利于推動國內(nèi)芯片企業(yè)掌握ARM核心技術(shù)。
同時,ARM中國對自研的產(chǎn)品(如去年推出的AI IP周易等)有完整的知識產(chǎn)權(quán),不受任何其他地區(qū)的影響;這將為中國芯片研發(fā)進一步國產(chǎn)化、底層化帶來機遇。
此外,基于開源指令集RISC-V的IP雖已被禁售,但RISC-V本身作為一套開源標準尚未受到禁令的明確影響;雖然RISC-V目前主要用于物聯(lián)網(wǎng)芯片,5-10年內(nèi)都無力支撐移動端CPU和服務(wù)器端CPU市場,但它可能給物聯(lián)網(wǎng)廠家?guī)頇C會。
在美國內(nèi)部,谷歌、英特爾等公司被報道正在游說美國政府,爭取獲得當前禁令的豁免權(quán),這些大型跨國企業(yè),是維護全球供應(yīng)鏈合作的另一種力量。
因此,對中國不利的第二個“勢”——即美國的嚴厲技術(shù)封鎖,以更長的歷史周期看,可能是相對短期的擾動。
就像上周「甲子光年」發(fā)布的《甲小姐對話吳軍:人的歸人,機器的歸機器》中,吳軍博士提到的:
世界上有四種力量是自由流動的,一是技術(shù),二是資本,三是人才智力,四是信息——你在一個地方攔住它,它在另外一個地方就會過去,所以很多時候危機就是機會。
全新的勢是:AIoT新機會。
歷史上,每一代半導體新巨頭和新興地區(qū)的出現(xiàn)都伴隨著終端遷移:PC市場成就了英特爾;移動市場成就了ARM、高通、三星、臺積電;而在“AI+物聯(lián)網(wǎng)”(AIoT)的新機會中,中國廠商很可能脫穎而出。
有利條件包括:中國的通信廠商如華為掌握了與AIoT密切相關(guān)的5G技術(shù)標準和領(lǐng)先的工程交付能力;中國也在近年誕生了一大批AI公司、芯片公司,有泡沫,也有真金沉淀;中國還有大量的智能化市場需求。
一些有資金、技術(shù)、經(jīng)驗積累的中國廠家,甚至已開始了對最底層的攻堅。
如華為海思已成為繼蘋果、高通、三星之后,開始基于ARM架構(gòu)深度自研芯片的廠商。
接近阿里平頭哥的人士也向「甲子光年」透露,平頭哥正在自主研發(fā)針對IoT領(lǐng)域的新的指令集。
這一次,已經(jīng)在市場化大潮中摸爬滾打十幾年的中國公司,真的有機會像NEC抓住存儲器,高通、三星抓住智能手機芯片一樣,后發(fā)制人,真正切入高端和上游。
綜合看目前的形勢和過去數(shù)年全球半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展:
全球化分工是“民心所向”;貿(mào)易封鎖是短期擾動;新的硬件遷移機會是產(chǎn)業(yè)機遇。
1956年,中蘇出現(xiàn)裂痕,毛澤東曾在當年會見拉美國家黨代表時說:“總而言之,要團結(jié)一切可以團結(jié)的人,這樣,我們就可以把敵人縮小到最少。”
在趨勢和外部環(huán)境有利有弊,攪入如今局面的各國并非鐵板一塊的情況下,明智的抉擇尤為重要。
一切自己來,實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的自給自足,說起來豪氣干云,但并不利于“團結(jié)一切可以團結(jié)的人”。
更尊重事實的認知是,ASML、ARM、臺積電等尚可做朋友的非美國公司短期內(nèi)無法被取代,特別是在移動端和服務(wù)器CPU領(lǐng)域,中國仍需要全球合作伙伴的支持。
退一步講,即使出于戰(zhàn)略考慮,中國在不計性價比地“重復(fù)造輪子”后,真做到了不怕“斷供”,我們也應(yīng)該和多數(shù)國家站在一起,推動全球化,而不是相反。
因為一個相互羈絆、緊密依存的全球貿(mào)易體系既能促進全球科技產(chǎn)業(yè)以更高效率進化;也讓世界更彼此需要、彼此依存,讓各國在“一時上頭”時會更有掛礙。
相反,一種鼓吹中國已實力強大,可以接受封閉體系的言論則有危險性。
如中微半導體設(shè)備董事長尹志堯就曾痛斥有關(guān)他的報道《此人突然回國,美國慌了,日本傻了,世界都驚呆了》是“科技義和團”:
“對我和中微的夸大宣傳,搞得我們很被動。
……
如此墮落的文風誤國誤民,給真正埋頭苦干的科學家和工程師添堵、添亂、添麻煩。你們的義和團式博眼球行為,只能阻礙甚至害死發(fā)展中的中國高科技,這么點道理都不能懂嗎?
真正的趕超姿勢可能十分樸素:沿著全球分工和硬件遷移的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑,不會的要承認,該學的要學,該抓住的要抓住。
時間會站在順勢者的一邊。