芯片为什么难?为什么重要?“卡脖子”卡在哪里?

痛点“芯”求大战为何芯片重要?“卡脖子”卡在哪?

一个“核心”轰动世界。国内芯片投资热潮似乎已经降温,全球电子企业深陷“核心缺失”的危机。全球三大汽车半导体公司日本瑞萨电子公司的一场火灾可能会使全球汽车产量减少150多万辆。

芯片危机会重塑供应链吗?手机等一系列伟大的发明彻底改变了我们的生活方式,把人类社会从机械工业时代带入了信息时代。

芯片是整个信息社会的基石和心脏,也是推动整个信息社会前进的引擎。

如今,半导体产业已经成为世界上最重要的产业之一。据WSTS(世界半导体贸易统计组织)统计,2020年全球半导体市场销售额将达到4400亿美元,同比增长6.8%。

数据显示,2020年,中国进口集成电路5435亿元,同比增长22.1%,进口总额24207亿元,同比增长14.8%。集成电路出口2598亿元,同比增长18.8%,出口总额8056亿元,同比增长15%。

芯片为何难?

1947年,美国人发明了晶体管,然后德克萨斯仪器公司的工程师杰克基尔比有了一个天才的想法,在同一种材料上制造所有元件,并将它们连接成电路,于是集成电路诞生了。用来承载集成电路的矩阵是硅片,介于导体和绝缘体之间,所以也叫半导体。所以我们常说芯片,集成电路,半导体都是一个意思。

杰克基尔比因其发明获得2000年诺贝尔奖,他也被称为“芯片之父”。

为什么芯片难以突破?芯片本身就是一个技术门槛很高的行业。想想吧。一个手机SoC芯片只有指甲那么大,但是上面集成了100多亿个晶体管。流程难度如何?

芯片有很长的产业链,产业链中的每一个环节都必须相互联锁,要求极高。任何一个环节的任何错误都有可能导致芯片最终达不到标准。

比如2015年,苹果的iPhone 6s搭载了A9芯片,苹果居然把A9芯片交给三星和TSMC代工。三星采用14纳米技术,TSMC采用16纳米技术。说三星的14 nm更先进是有道理的,但实际上很多用户反映,搭载TSMC A9芯片的iPhone 6s更节能。

芯片行业近年来的快速发展,应该归功于智能手机行业的发展。在电池技术未能取得大突破的前提下,手机续航能力的提高有赖于芯片能耗的降低。手机市场的激烈竞争刺激芯片技术不断更新和迭代,从16 nm、14 nm、7 nm到现在的5 nm,最新的技术首先用在手机芯片上。

芯片产业链大致可以分为设计、制造、封装测试三个部分,但也有很多非常重要的侧枝,比如制造过程中的制造设备和材料,芯片设计端的设计公司EDA。每个龙头公司都是不可替代的,最终可以让全球芯片产业链运转起来。无论是谁失踪,短期内都会对整个行业产生巨大影响。

目前技术难度最大、最复杂的芯片是手机芯片。

根据手机芯片的更新频率,旗舰芯片每年迭代一次,这对企业的R&D和创新能力提出了很高的要求。如果一个芯片最后没能给实力,会给手机的销售带来麻烦。

同时,芯片行业是资本密集型行业。开发一款旗舰SoC手机芯片的成本在几个亿美元左右。此前有报道称,华为麒麟980研发投入约3亿美元,因此高通和苹果的芯片研发费用应该不会低于华为。毕竟外企的人工成本更高。

芯片制造是一项高投入、重资产。以TSMC为例。2020年,TSMC的资本投资将达到200亿美元。这么高的资金投入,很多企业出不起团队。芯片代工行业最好

所以芯片技术密集和资金密集这两个特点使得玩家数量越来越少,最后赢家通吃。

全球芯片巨头包括英特尔、AMD、高通、三星、TSMC、华为等。这些大玩家无论是技术实力还是资金实力都很难和业内其他公司相比,各有所长。没有他们中的哪一个,这个世界似乎很难运转好。

本来芯片行业在国际上是高度分化合作的,“你有我我有你”才是最适的行业。但美国对华为的打压,让芯片行业出现最大变数。

芯片格局分化

芯片最早诞生于美国。虽然芯片行业已经形成全球分工合作模式,但美国仍然遥遥领先于世界。

目前芯片行业仍然是美国最重要的行业,一大批实力雄厚的公司正在引领整个行业的发展。美国有苹果、英特尔、英伟达、IBM、高通、德州仪器、博通等7家7亿美元的顶尖科技公司,都是芯片细分领域的龙头企业。

Rideco前创始人、澳杰科技CEO戴嘉宝早前接受本报采访时表示,美国领先的原因是美国积累得早,人才多,R&D效率更高。此外,美国大学和行业密切合作,为行业培养人才和出口技术。

“美国很多大学技术很棒,实现利润的渠道更好,所以利润分配合理;美国大学和企业的合作挺好的,实力比我们强多了。戴嘉宝认为,美国大学是美国芯片保持领先的重要力量。

华为被美国制裁后,华为创始人任最近访问了中国多所大学,目的是推广华为的技术和人才合作。

美国以外的地区,虽然也有顶尖的芯片公司,但数量和覆盖的广度远不如美国。

欧洲在芯片设备领域的光刻机公司ASML可谓鼎鼎大名,占据了80%的光刻机市场。当然,欧洲的模拟芯片三大家恩智浦(荷兰飞利浦分拆)、英飞凌(德国西门子分拆)、意法半导体(法国汤姆逊分拆)也占据了很高的市场份额。

日本拥有众多材料和上游元器件公司。日本模拟芯片瑞萨电子;设备领域有佳能、东京电子;材料领域:信越化学(硅晶圆材料)、JSR(光刻胶)、JX(靶材)、日立化成、旭化成、住友化学等数十家公司,占据了50%的全球半导体材料市场。

韩国拥有三星、SK海力士两大存储大厂,占据了80%的存储芯片市场。

中国台湾的代工和封测都有优势。台积电是全球最大的集成电路代工厂;日月光则是全球最大的封测厂。联发科是全球第二大独立手机芯片公司。

中国大陆这两年布局范围很广但实力不强,芯片设计领域华为的海思应该是全球第一阵营,最新芯片采用5纳米工艺,与全球同步。代工厂中芯国际最新的工艺是14纳米,与台积电相比落后2代。手机芯片领域的紫光展锐则是全球第三大独立手机芯片公司。

“卡脖子”卡在哪里

随着美国对中兴通讯、华为以及众多中国高科技公司的打压,有些技术和产品未获得美国许可是无法给中国企业提供,而中国短期内还没有办法找到非美替代品,这就是出现了所谓的“卡脖子”技术。

有观点说中国芯片先天不足,这个也有一定道理。中国作为追赶者,上世纪80年代后才开始发展芯片,起步比人家要晚很多年,那时海外技术已经很成熟,很多技术就直接拿过来用了,所谓站在巨人的肩膀上,觉得没有必要再起炉灶自己做一套。

另外,半导体全球分工合作,当时的潮流也是找到比较优势,中国把自己擅长的事情先做好。

中国的消费电子芯片做的还是相当不错的,诞生了华为、展讯等两家手机SoC芯片公司,还有一大批芯片设计公司。此外,中国的封测在全球也占据很高的市场份额。

但如今的状况下,美国有些技术和产品不再对中国企业提供,这导致了“卡脖子”现象。

“卡脖子”主要指的是高端芯片,比如手机SoC芯片,芯片一些高端零部件必须用到美国产品或技术。一些低端的芯片比如家电芯片、空调芯片则没有卡脖子问题。另外一些国防安全使用芯片,对体积、运算速度等要求不高,不需要用最新的芯片制程,也不会被卡脖子。

以华为为例,在美国打压下,华为的消费者业务部受到的压力最大,麒麟芯片暂时已经无法继续生产。原因是为华为麒麟芯片代工的台积电产线有来自美国的技术,必须获得美方的授权才能为华为生产芯片。

戴保家也认为中国之前的比较优势策略并没有什么问题,纵观全球很难全部芯片都自己做的,还是需要分工,“你做有意义的就你做,从经济上来说美国做效率更高就应该美国做,跟国家安全有关的例外,全部自己做不是最好的方式。他们要替代中国的产品也痛苦的。中国从基站到手机都做很不错的。比如如果华为不出货,全球运营商受到很大影响。 ”

但谁又能预料到产业界基于“你中有我,我中有你”的互相离不开的相对平衡被政治因素打破了。

仅台积电无法为华为制造芯片这一限制,使得华为的高端芯片就被卡了脖子。当然,中国自家的中芯国际较台积电制程要落后一些,但已经可以量产14纳米的芯片了,14纳米技术可以用在基站、高性能计算等绝大部分芯片上,解决了卡脖子问题。

不仅仅是制造这一端,芯片设计工具EDA也都是美国公司,如果没有这种工具,是设计不出芯片的。中国也有设计工具公司,但还无法完全替代美国EDA,尤其一些高端芯片设计依然需要美国的EDA工具。

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