1中国芯片之路
相比俄罗斯(苏联)的芯片之路,中国的芯片发展同样也是磕磕绊绊。
在一开始的时候,中国的半导体产业虽然规模比不上苏联,但中国第一代半导体的领军人物黄昆、谢希德、王守武、高鼎三、吴锡九、林兰英、黄敞等等,却大都是西方留学回国的天才科学家,他们的研究思路更接近于西方半导体的发展路线。
谢希德(中)
在他们的努力下,中国建立了一南(上海华东计算技术研究所)一北(北京计算技术研究所)两大研究生产基地,并且进步迅速,在某些领域上的技术甚至不弱于苏联。
50年代,“中国半导体之母”谢希德与“中国半导体物理学奠基人”黄昆合著了一本《半导体物理学》,这是一部在当时全世界都可称权威的芯片专著,成了中国芯“破冰”的教科书。
50年代中后期,中国开始研制锗工艺半导体设备。
60年代初期,中国自行制造了第一条1Gz锗半导体三极管单机自动化生产线。
60年代中期,中国研制了35mm圆片、10m线宽水平的硅平面工艺半导体设备。
年,中国研制成功我国第一台65型接触式光刻机,你没看错,60年代的光刻机,说明中国半导体产业在起步阶段,就走在了正确的道路上。
年,国家召开了大规模集成电路工业会议,提出要打一场“全国大规模集成电路及基础材料攻关大会战”,突破超微粒干板、光刻胶、超纯净试剂、高纯度气体,磁场偏转电子束镀膜机等材料、装备。
这场大会战的成果是丰硕的,70年代末至80年代,我国就已研制了电子束曝光机、分步重复光刻机、超纯水处理系统等一批高水平的半导体设备。
这是中国半导体技术的最辉煌年代,虽然比不上美国,但却能傲视苏联。
但是,技术的辉煌,却并不能代表中国芯片产业的辉煌。
中国的这些半导体技术的应用层面,最初和苏联一样是“军用优先”的,在那个时代,这是别无选择的,在那个中国顶着美苏两个超级大国军事压力的年代,只有把半导体技术不惜代价地堆到“两弹一星”上去,才能保证国家安全。
当芯片技术以军用为目标导向的时候,核心目标不是多先进,而是“够用就好”,成本、功耗、良品率甚至先进程度不是要考虑的因素。
比如洲际导弹和防空导弹,压根不需要什么5nm和7nm工艺,反正制导装置有那么大空间,小芯片造不了我可以用大芯片嘛,耗电量大一点我就把电池造大一点嘛,算力不够我多装几块芯片嘛,只要让导弹“能用”,芯片先不先进倒无所谓。
苏联靠堆砌核心搞出的“厄尔布鲁士-2”芯片
事实上,连美国也是如此,F22飞行控制电脑芯片是P-A,运算速度相当于-,已经是20多年前的技术,也没见美国把它拆下来换成骁龙。而年登陆火星的美国毅力号火星车,搭载的处理器型号为PowerPC处理器,与年苹果出品的iMacG3电脑同款。战斧巡航导弹的处理器,还不如年索尼发布的PS游戏机。
但是,这种模式放在军用芯片上没问题,但如果放在民用芯片上就行不通了,不信的话问问自己,如果华为今年新出了一款使用9年自研的K3处理器的手机,你会不会买?
这就是民用芯片市场的残酷性,你哪怕落后一点点,就意味着出局。
民用芯片是技术密集型和资金密集型产业,不能像军用芯片那样靠“系统工程”,突破摩尔定律需要大量的金钱投入,技术突破(包括制程突破、工艺突破、良品率突破、功耗突破等等)后就可以推翻整个市场格局,以技术垄断地位获取超额利润,然后这些利润再投入技术研发,从而实现正向循环。
简单来说,民用芯片走的是一条“投钱-研发-赚钱-再投钱”之路。
可是六七十年代的中国哪来的钱?很多人饭都吃不饱,造个原子弹都要勒紧裤腰带从嘴里省钱,那还有钱去投资民用芯片?相反,国产芯片的每一次“攻关”,都是对国家财政的一次放血。
况且,就算中国真的勒裤腰带把民用半导体技术搞出来了,那个年代的中国民间又有多少应用市场呢?连电视机都没普及的年代,中国压根没有半导体产品消费能力,也没法让半导体利润反哺研发。
这种情况在改革开放之后,直接导致了中国半导体产业的大溃败。原来国门关闭,大家只能从国营厂买半导体,贵点就贵点,好歹能用,可是改革开放后,大家赫然发现,原来国外芯片速度更快、而且更加便宜(生产规模大、良品率高,平均成本就低)!
如果这样下去,中国的芯片产业可能会先于俄罗斯芯片产业崩溃。
国家很着急,从80年代到90年代,中国举全国之力打响了、、“三大战役”,但是,这种计划经济时代举国体制的芯片攻关战,违背了摩尔定律,失败是必然的。
根据摩尔定律,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。
可是中国的、、工程,先天就受在西方国家“巴统”的封锁压制,只能引进西方N-2代(落后两代)技术,然后在中国审批、建厂、技术消化、试产、量产,没有个四五年根本搞不定,等生产出来,西方国家的技术又进步了两三代了,所以这三大工程一直处于“引进-建厂-投产-落后-再引进”的怪圈。
日媒关于工程的报道
落后的产品挣不到钱,也就无法支撑芯片产业迭代升级,中国耗费了上百亿元,除了一个勉强合格的华虹、打下了一些芯片产业基础之外,在追赶世界领先制程方面,一事无成。
痛定思痛的中国终于明白,再像以前搞军用芯片攻关已经行不通了,在这个消费电子时代,芯片天生带有强烈的民用和消费属性,制程、工艺、材料、良品率、功耗这些因素缺一不可,任何一个方面有缺憾的芯片,用在手机、电脑等电子消费品领域,不是生产商没人买,就是消费者没人买,只能淘汰出局。
中国芯片业,不仅是要研发成功后就锁在仓库里藏起来的核武器芯片,而且还要研发生产更高水平的民用消费级芯片,让中国手机、电脑、智能电子产品性能更好、卖的更好,乃至成为行业技术标准后躺着赚钱,把巨额利润从亚马逊微软苹果三星特斯拉嘴里抢过来。
所以中国现在施行的是“两条腿走路”战略,一条腿是军用和国家战略领域,中国使用百分百国内标准和国内生产的芯片,来确保政府、航天、能源、金融、相关信息部门的安全。
比如从年开始,北斗卫星上的核心芯片就是纯国产龙芯1E与龙芯1F,这两种芯片有着比普通芯片更为严格的苛刻条件。
而另一条腿,是通过政府扶持+市场反哺的模式来支持芯片行业。
年,国家出台《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,内容中有26个“鼓励”、23个“支持”,涉及财税、投融资、研究开发、进出口、人才、知识产权、市场应用、国际合作等八个方面政策措施,全方位鼓励国产芯片业发展。
这一系列措施,和韩国当年“电子立国”战略有点像,年,韩国通过《电子制造业扶持法》,批准了一项野心勃勃的《电子制造业长期扶持计划》,通过提供优惠贷款、减税、外汇贷款打包以及限制新企业进入等政策保护本土电子制造业的发展。
LG是造雪花膏出身的
在政府的承诺和投资直接刺激下,连LG这个原本生产雪花膏和家用塑料制品的小公司都跳出来生产半导体了,产品涉及彩色电视机、VCR、计算机等电子产品,最后居然混成了电子业巨头。
而整个韩国则成了全球闻名的电子产业聚集区,在半导体、集成电路、显示器、内存、硬盘、摄像机、电脑等电子产业领域占据了全球较大的市场份额。
2大国底气
值得注意的是,中国年的政策虽然晚于韩国,却是以改革开放40多年的市场经济发展为基础,本身的起点也非常高。
事实上,中国半导体产业本身已经在快速增长中。
数据显示,4年至年十五年间,我国集成电路产业产值增长近14倍,年均复合增长率达到19.2%,远高于全球4.5%的年均复合增长率。
另据中国半导体行业协会统计,年中国集成电路产业销售额为亿元,同比增长17%。
很多人好奇,中国发展芯片产业成长迅速,背后原因何在?
答案可能你想不到——人口。
正是由于中国的14亿人口,形成了超大统一市场,天然孕育了丰富的应用场,催生的需求巨大且碎片化,需要技术的不断提升才能满足,使得中国国内的优质厂商愿意投入成本,通过市场化手段攻坚技术。
以俄罗斯为例,1.44亿人,只有中国的十分之一,而且女多男少,负增长,老龄化的问题突出,这种人口结构很难支撑起庞大的芯片消费市场。
我们可以看一下俄罗斯的芯片贸易数据,据美国半导体工业协会(SIA)专家称,俄罗斯民用芯片90%靠进口,而且进口额仅占全球芯片购买量的0.1%。
相比之下,年中国半导体销售额总额为亿美元,同比增长27.1%,而全球销售是亿美元,中国是当之无愧的全球最大的半导体市场。
俄罗斯90年代市场化改革失败后,本来就不强的电子制造业更是跌到谷底,所以如今俄罗斯的民用消费电子产品,都是直接进口成品。
比如俄罗斯电脑市场前五名分别是惠普、联想、宏基、华硕和华为,其中四个是中国品牌;而电视机市场前五名分别是小米、三星、LG、海信和TCL,其中三个是中国品牌;俄罗斯手机市场前五名分别是三星、小米、苹果、realme和荣耀,其中三个都是中国品牌,就连当年被普京以“国礼”身份赠送外国元首的yoga手机,其实也是中国的酷派代工的。
俄罗斯的芯片应用场景端就更惨了。举个简单例子,中国大部分城市的电表已经智能化,直接通过银行,甚至支付宝就可以付费,而俄罗斯则还是养了一群抄表员,挨家挨户去抄电表;俄罗斯大街小巷的安防系统密度远远低于中国,所以经常能看到俄罗斯醉鬼醉倒在室外冻死的新闻。
在这三个方面,中国就完全不一样了,中国有14亿人,改革开放政策释放了国家经济活力,年的市场化改革又闯关成功,1年加入WTO之后更是让中国经济直接开始飞跃,一口气冲到了世界第二的体量。
在这种体量下,靠着雄厚的工业底蕴、全链条的产业链、高知识人群、国家的扶持政策,规模优势就显现了出来。
特别是在高科技领域,人口基数和经济实力是影响科技创新的两个基础性因素。
人口基数越大,经济发展水平越高,从事科技创新的人数就越多,创新成果出现的概率就越高,这就是为什么5G革命、互联网经济和物联网应用首先爆发在中国的原因。
市场方面就更不用说了,中国经济腾飞制造出的4亿多中等收入群体爆发出的消费能力是惊人的,年,我国社会消费品零售总额为44万亿元,已经超过美国5.46万亿美元的零售总额,成为世界第一大消费市场,而超大市场规模意味着更加庞大的芯片消费需求和更高的新技术涌现概率。
华为为什么要做海思芯片?固然这背后的企业战略远见令人钦佩,但是还有个现实原因,中国移动互联网市场爆发,带动智能手机需求爆发,高通、联发科这些芯片厂商根本不愁销路,没有动力专门为了华为的需求去调整和优化,甚至反而开始拿捏华为的份额。
芯片,成为制约华为发展的阿克琉斯之踵,所以华为干脆自己做起了海思。
事实上,还有另一个例子也值得复盘,就是阿里造芯。
大家熟悉的阿里是淘宝,天猫,是双11购物节,很多人不知道,正是由于中国天猫双11是全球最大的购物场景,其背后每一秒钟就有几十万个订单创建,几十万笔支付,一天写进数据库的数据量有十几TB,由此也催生一系列技术变革,其中最著名的是去IOE。
据说7年前后,阿里巴巴突然发现,国际通用IBM小型机,Oracle数据和EMC存储构架,已经无法支撑中国市场如此巨大,且还在高速成长的负荷,阿里不得不决定开启“去IOE”进程。
“每年给阿里云投10亿,连续投资十年”来实现国产替代,最终自主研发出了云计算操作系统“飞天”和自研数据库,代替了在世界占据统治地位的IBM小型机、Oracle数据库和EMC存储设备,如今阿里云已经成为世界第三的云计算公司。
阿里造芯,实质上是去IOE的2.0版。
在服务全球两百多万家企业后,阿里发现,现有的芯片难以完全适配需求,特别是一些高性能、高并发、高性能的云计算场景。
只有深入到硬件最底层,也就是最核心的芯片,在这个上面打通应用层的需求、软硬件系统的融合,才能真正提高整个计算体系的效率。
因此,在去IOE之后,阿里决定翻越芯片自研这座大山,阿里巴巴成立了自己的平头哥半导体公司,相继发布了AI芯片含光、RISC-V核玄铁等让行业为之侧目的成果。
年10月,平头哥发布首颗通用云芯片倚天,震动行业,它是业界性能最强的ARM服务器芯片,5nm制程,内含亿晶体管,性能超过业界标杆20%,能效比提升50%以上。
更重要的,这是一块为云而生的芯片,更好解决云计算高并发条件下的带宽瓶颈,也就能更好满足市场需求,因而也拥有了长远的生命力,能够持续进化。
这款芯片发布后在半导体圈引起现象级震动,但由于不是使用在手机这样的消费品中,似乎大众对此感受不深。但这款高性能芯片某种程度上就是中国芯片的天花板,它的诞生,也证明了互联网公司造芯这条路走得通。
中国芯片已经能傲视世界绝大部分国家,这离不开中国老一辈半导体人打下的基础,也离不开新一代中国企业付出的艰辛努力。
3大国隐忧
年,俄罗斯生产了2.2亿片芯片,而中国生产了亿片。中国无疑已是芯片大国,但远没有到高枕无忧。
不过值得我们警惕的是,中国已经是芯片大国,但距离美国、韩国的差距依然巨大。
很多人都注意到了,正是由于我们的市场发展快,市场份额大,一旦遭遇无理的制裁,面临损失也将是空前的。
我们都知道,芯片产业链分上中下游,上游是原材料和生产设备(晶圆制造材料、晶圆制造设备、包装材料和包装设备等),中游是集成电路(设计、制造和封装测试),下游是工业应用(大数据、通信设备、导航设备、物联网等等应用端)。
在如今的全球化时代,基本每个国家都各有自己的所长,也有各自的技术优势,只有形成供应链,才能达到降低生产成本的效果。
中国芯片产业越大、涉及的领域越多,对外依赖性就越强,这就导致一旦中国受到“俄式制裁”,被卡脖子的领域也越多。
目前绝大多数中国人都只