人間正道是滄桑,守正方能出奇,集成電路亦然。3月30日,中國半導體行業(yè)協(xié)會IC設計分會理事長,清華大學集成電路學院魏少軍教授在2023中國IC領袖峰會上做了《集成電路發(fā)展中的“正”與“奇”》的演講,并提出了八點思考。
01.標準的統(tǒng)一最終促成了全球經(jīng)濟繁榮
事物的發(fā)展要遵循客觀規(guī)律,移動通信標準的統(tǒng)一就是例子。
移動通訊已經(jīng)走到第五代,三十年前還處在第一代移動通訊。到了第二代移動通訊出現(xiàn)了GSM和CMDA兩個標準。第三代移動通信的時候又出了WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等標準。移動通信在第三代標準以后,就成為全世界都關注的焦點,一直到后續(xù)出現(xiàn)LTE。到第五代移動通訊的時候實現(xiàn)了全面統(tǒng)一,當然第六代移動通訊也是有統(tǒng)一的趨勢。可以看到,標準的統(tǒng)一實際上是一種規(guī)律。移動通信當中的標準不能統(tǒng)一就不能實現(xiàn)全球的通信,正是通信移動標準統(tǒng)一促進了互聯(lián)網(wǎng)走向了移動。在移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程當中出現(xiàn)了像Arm+安卓或者Arm+ios之類產(chǎn)品技術的統(tǒng)一。
而PC上由于英特爾的CPU占有主導地位,加上微軟的操作系統(tǒng),也同樣形成了統(tǒng)一。隨著移動通信的標準統(tǒng)一,互聯(lián)網(wǎng)在全球移動通信上也實現(xiàn)了全球性的產(chǎn)品技術。
而產(chǎn)品技術統(tǒng)一促進了全球供應鏈和產(chǎn)業(yè)的全球化,比如在美國設計的一顆芯片可以在中國臺灣加工,然后到馬來西亞去封裝。韓國、日本、歐洲的一些元器件送到中國,然后中國大陸組裝成iPhone送到全世界。
供應鏈的全球化和產(chǎn)業(yè)的全球化,帶來了全球經(jīng)濟的繁榮。今天拿著一部手機走到全世界的任何一個地方,看到和感受的服務是一致的。
這種規(guī)律從移動通信角和互聯(lián)網(wǎng)角度來看,就是它必須是一個規(guī)律性的東西。
違背這樣的規(guī)律,就是違背世界事物發(fā)展的規(guī)律,是一逆潮流的行為。
02.
摩爾定律幾十年來一直是行業(yè)指引
摩爾先生前幾天去世了,但是遺產(chǎn)永傳。他在1965年提出著名的摩爾定律,后來經(jīng)過登納德進一步細化,形成了今天完整的摩爾定律,也就是等比例縮小。通過等比例縮小,新一代的技術跟上一代技術相比,面積可以縮小到原來的一半,或者密度增加一倍,速度提升百分之四十,功耗下降百分之五十。摩爾定律意味著有了一種方法,能夠持續(xù)不斷地在后來的幾十年當中促進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。過去四十年有很多產(chǎn)品消失了,但消失的并不是功能,這些功能都被集成進手機。手機里的芯片加上運行的軟件,實現(xiàn)了眾多應用。
有一句話叫“芯片能夠參與競爭的任何技術最終都不可避免將成為失敗者”。
在當今的電子信息技術當中,如果不采用芯片恐怕是不行的。電子信息技術一定要采用集成電路,一定要采用芯片,不能違背這樣的規(guī)律。如果違背這種規(guī)律,那么產(chǎn)品就沒有競爭力。
03.
持續(xù)創(chuàng)新是另一種規(guī)律
從幾個晶體管到現(xiàn)在巨量晶體管的發(fā)展過程中,HKMG、FinFET、EUV這些都是在產(chǎn)業(yè)發(fā)展當中,特別是集成電路技術發(fā)展過程中不斷地涌現(xiàn)出來的創(chuàng)新。芯片技術有三大挑戰(zhàn),除了大家熟悉的光刻技術外,還有新材料和新工藝的挑戰(zhàn)。在過去幾十年當中,圖形縮小性能不變的想法起的作用其實是有限的,真正起作用的是眾多新的材料。
成套工藝研發(fā)需要新材料和新工藝,終極挑戰(zhàn)是提升良率,但即便是把良率提升這件事情也需要大量創(chuàng)新才能夠實現(xiàn)。創(chuàng)新在集成電路的發(fā)展是一個重要的規(guī)律,這個行業(yè)不能夠離開創(chuàng)新。
在中國22家科創(chuàng)板上市的設計企業(yè)中,對2021年報數(shù)據(jù)進行分析來看,企業(yè)的平均毛利率大概是47%左右,比美國企業(yè)平均62%的毛利低了15個百分點。中國企業(yè)平均研發(fā)投入為25.5%,比美國半導體企業(yè)17%的研發(fā)投入高了8.5個百分點,可見中國企業(yè)對于研發(fā)投入是很重視的。
但問題出在中國企業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模上,科創(chuàng)板的22家企業(yè)研發(fā)投入全加起來也只有10.8億美元。今天做一顆5納米的芯片大約需要投入2.5億美元,那因此10.8億美元的全部投入加起來也不足幾顆。
由于創(chuàng)新投入不足,所以企業(yè)成長壯大并沒有想象那么好。這個例子證實如果在研發(fā)上不足,創(chuàng)新不夠,想往前發(fā)展也會碰到很多困難。
2018年,美國半導體產(chǎn)業(yè)為2260億美元,平均研發(fā)投入17%,其毛利為62%。由于美國在研發(fā)費用上的高額投入,其有足夠的資金去進行創(chuàng)新,并產(chǎn)生出最好的技術。這些技術可以去占領市場,因此美國能獲取48%的市場。
由于市場容量龐大,并且所占的比例又很高,所以美國可以獲得更高的毛利,反過來又支持研發(fā)的投入,所以美國進入了一種良性循環(huán)。
中國目前由于總體研發(fā)投入不夠,成為一個比較大的問題。從這個規(guī)律上來看,研發(fā)投入是半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的一個影響因素。
04.以產(chǎn)品為中心的規(guī)律已被產(chǎn)業(yè)模式變遷所驗證
美國、日本、歐盟以IDM為主,中國大陸、中國臺灣、新加坡等東亞國家和地區(qū)主要是代工和設計。因此這個產(chǎn)業(yè)模式上,中國大陸、中國臺灣、新加坡等并不是以產(chǎn)品為中心在發(fā)展,而是以加工為中心在發(fā)展。
但以加工為中心做法與真正所追求的目標是有距離的。
在全球的范圍當中,市場是以產(chǎn)品作為基本計算單位,而不是以加工能力。
盡管可以對加工能力做一些相應的調整,但產(chǎn)品所占的比重非常低。以產(chǎn)品為中心,這是半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的非常重要的理念,也是一種規(guī)律。
不排除在發(fā)展的過程當中,在圍繞產(chǎn)品方面出現(xiàn)了系統(tǒng)公司轉向IDM,然后又進行進一步的分化,比如說無晶圓廠+代工進一步的發(fā)展,會出現(xiàn)更為細分的整個產(chǎn)業(yè)模式的變遷,這些變遷都是希望能更好為客戶服務。
但是客戶要的是產(chǎn)品,所以怎么樣能夠將整個產(chǎn)業(yè)調整到以產(chǎn)品為中心,還有很長的路要走。
05.半導體產(chǎn)業(yè)無法跟風發(fā)展
從幾個縱觀集成電路產(chǎn)業(yè),產(chǎn)業(yè)發(fā)展傳統(tǒng)上是從系統(tǒng)公司到IDM到Fabless,再到Chipless + Fabless的一種逐漸的改變,但過去十年很多人也做了新的嘗試,將互聯(lián)網(wǎng)引入到集成電路中,結論令人唏噓,因為沒有一個成功的。這也說明任何一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,它客觀的、內在的發(fā)展規(guī)律是不可以違背的。
前些年有論斷說在風口上豬都可以飛起來,但是半導體其實成不了風口上的豬。最近幾年,資本的力量又想要想把半導體變成風口上的豬,但是下場都比較慘,產(chǎn)業(yè)發(fā)展還是要遵循客觀規(guī)律。
06.全球半導體供應鏈被人為打破是違背客觀規(guī)律的行為
目前,違背客觀規(guī)律的事情正在發(fā)生,那就是全球半導體供應鏈開始被人為打破。
某些國家對中國企業(yè)打壓,部分是由于他們去工業(yè)化造成的內部空心化狀態(tài)現(xiàn)在要調整。這部分國家想把中國排除在全球半導體供應鏈之外,無論是四方聯(lián)盟還是三國達成的某些協(xié)議,都是在違背全球供應鏈發(fā)展的規(guī)律。
影響全球供應鏈的因素包括成本、交貨期、能力、技術、標準、市場、經(jīng)濟、文化、社會、政治等。但是其中最重要的是利潤,也就是能夠給企業(yè)帶來收益。追求利潤的最大化是企業(yè)的天性,如果全球的供應鏈不能夠給企業(yè)、給產(chǎn)業(yè)帶來利潤,或者不能使它的利潤最大化,那這樣的一種全球供應鏈將沒有人參與,也不會引起重視。今天之所以能夠形成全球供應鏈,就是它實現(xiàn)了這個產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)利潤的最大化,這是在過去幾十年當中發(fā)展的必然性。當然,其中影響因素很多,比如成本上,材料成本、物流成本、倉儲的成本等會影響服務質量和市場機遇。隨著發(fā)展,生產(chǎn)周期、批量供應、產(chǎn)品質量、市場機遇都在提升,技術也不可避免發(fā)生轉移。全球化的生產(chǎn)模式中,標準統(tǒng)一、工藝的統(tǒng)一、工具統(tǒng)一成為一種必然,那么就影響到了市場的規(guī)模、消費能力、物價水平、稅收稅費等。一個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平、繁榮程度、增長潛力、發(fā)展質量等也需要考慮在全球供應鏈當中。一些國家可能還有些宗教,是否開放、包容,是否能夠積極進取,都影響到是不是能夠把產(chǎn)業(yè)鏈的一個部分放在這個國家。而所在地區(qū)的治理水平、開放包容的程度、生活質量和教育水平等,都是一些非常重要的因素。現(xiàn)在,地緣政治、意識形態(tài)、外交關系、國家安全也會對產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展造成很多的影響。從單一國家去看,它的發(fā)展階段往往也是通過學習起步、成長、規(guī)?;?/span>全球供應鏈從美國轉到歐洲,歐洲轉到日本,日本轉到中國,都有客觀規(guī)律,沒有一個地方能夠一直持續(xù)下去。將人力資本、生產(chǎn)、質量、生產(chǎn)能力、技術水平、標準化、勞動者、市場等做分析,當一個地方成為供應鏈的一個轉移地,它的人力成本往往都有競爭力,但它的勞動力的成本在上升,所以優(yōu)勢在下降。而從生產(chǎn)質量來說,剛開始一定不好,但隨著生產(chǎn)、管理的轉移、生產(chǎn)能力的提升,質量會慢慢變好。技術水平也是一樣,勞動力素質從剛開始不高,經(jīng)過訓練以后會變好。 但是這樣的轉變需要很長時間。從單個國家和地區(qū)看,供應鏈全球化必然帶來這些變化,這些變化也是不可避免的,要客觀的去看待發(fā)展。而從全球的角度來看,追求利潤的最大化是能夠形成供應鏈全球化的最重要的因素之一。那這里面很重要的就是各個環(huán)節(jié)的利益都得到滿足。政府的支持和市場的驅動是非常重要的兩個因素。但是根本上是產(chǎn)業(yè)的一種自發(fā)行為,需要漫長和艱難的過程。半導體產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)過幾十年的發(fā)展,必然推動產(chǎn)業(yè)從成本高的地方和國家向成本低的國家和地區(qū)遷移,必會帶來技術。向目的地國家和地區(qū)的轉移,必然促進目的地國家和地區(qū)的知識和能力的提升,也必然促進目的地國家、地區(qū)產(chǎn)業(yè)升級和競爭力的提升。反過來還會對原來發(fā)起國家和地區(qū)產(chǎn)生一些反制影響,不可避免。這看起來有點不近人情,但是早在幾百年前這個亞當斯密的國富論當中其實就已經(jīng)解釋,分工其實是社會生產(chǎn)力發(fā)展的一個必然趨勢,分工通過提高勞動,能促進技術的進步,能夠提高勞動生產(chǎn)率并實現(xiàn)經(jīng)濟的快速增長,這是市場經(jīng)濟不同于自自然經(jīng)濟的重要特征。因此半導體全球供應鏈的誕生和成長,其實是人類社會遵循經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律具體體現(xiàn)。如果違背,必然帶來市場的碎片化、技術的分裂、標準的多樣化。產(chǎn)品的碎片化和成本的上升最終結果是全產(chǎn)業(yè)鏈利潤的下降,因此這樣的發(fā)展方法是一種惡招。至少目前來看,全球供應鏈被人為打破,是枉顧了半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律。正如王陽元先生所說“循規(guī)者興,罔規(guī)者怠,違規(guī)者誡,逆規(guī)者亡”。
07.中國集成電路如何發(fā)展?守正才能出奇!
中國集成電路應該怎么辦?簡單,就是守正。守正才能出奇,人間正道是滄桑,要遵循產(chǎn)業(yè)的規(guī)律,出奇就要出奇兵,要有創(chuàng)新。 守正才能出奇,不能為了出奇而不守正,不守正早晚會被淘汰掉。光刻機就是例子,浸沒式光刻是一個奇招,但也是在技術發(fā)展的客觀規(guī)律上實施的。另外一個奇招,就是軟件定義芯片。然后是異質堆疊集成技術,把邏輯電路的晶圓和存儲器的晶圓面對面鍵合在一起,通過三維的混合鍵合形成一體。長江存儲的3D NAND就是一個好的例子,采用了兩片堆積的方式,得到了比較好的效果。這在之前三星的報告中也有所印證。在追求超級計算的過程中,人類已經(jīng)突破了十的十八次方的計算,下一個目標就十的二十一次方的計算。計算需要更好的芯片,國內現(xiàn)在最先進的制造工藝可能也就是十四納米,十四納米和先進的三納米之間的可能距離還很大。中國又受到制約的背景下,把軟件定義芯片的技術和進程計算的這兩個技術結合起來也許會有新的奇效,實現(xiàn)所謂叫軟件定義的進程計算芯片技術,也許會有令人非常驚喜的結果。
08.中國正走在自立自強的正確道路上
中國一直在做產(chǎn)業(yè)的升級,技術從低到高、從勞動密集型轉向智力密集型轉變,生產(chǎn)力和產(chǎn)業(yè)鏈都往高端走,而西方國家在做產(chǎn)業(yè)重建,與中國完全相反。用中國的GDP來做美國GDP要做的事情,確實難度很大。但是,中國有龐大的市場,加上中國有基礎。中國作為世界工廠的現(xiàn)狀不太會改變。新中國成立以后,中國以最大的力度,在最短的時間內在工業(yè)里大手筆的投入造就了最早的基礎。中國從工業(yè)門類來說是世界上最全的。李克強總理曾說過,中國既是世界工廠,也是世界市場。之前的家電下鄉(xiāng)就是例子,中國正是利用龐大的內需市場,在外需市場出現(xiàn)問題的時候,來使得在中國工廠保持平穩(wěn),這也是在中國建廠的特點。
就全球來說,歐美目前產(chǎn)品都是空心化的狀態(tài)。印度有潛力,但印度的發(fā)展還沒有達到實現(xiàn)目標的水平。因此在短期內,也許十年、二十年、五十年,世界還是要看中國怎怎么發(fā)展。中國現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)從沿海地區(qū)向中部地區(qū)、西部地區(qū)逐漸遷移,留下了廣大的戰(zhàn)略空間。所以違背世界發(fā)展的規(guī)律、經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律,不斷地來打壓中國,是不合適的。當然對中國來講,受到打壓也是客觀現(xiàn)象,所以中國半導體需要做的,就是守正,然后出奇。
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