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全球芯片业已进入大变局时代

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全球芯片业已进入大变局时代


近日,美国商务部对中兴通讯的产品出口进行限制。一时间,关于国产电子产业讨论热烈。

  诚然,这些年来中国电子整机行业水平突飞猛进。华为超越爱立信成为世界第一大通信设备公司。逼的其他几家公司只能不断合并,最后中兴得以挤进世界前四。联影、迈瑞等国产大型医疗器械的产品水平直逼GE、飞利浦等巨头。国产雷达完成主动相控阵的跨越式超越,052C/052D、歼16等高性能武器服役,其雷达制式和性能已经直逼美国,超越欧洲和俄罗斯。就在军迷们弹冠相庆,裤衩红的不能再红的时候,不能掩盖的事实是缺“芯”的命门其实一直掌握在美国人手中。

  集成电路被誉为电子工业的粮食,除了对国家和行业安全有着巨大的意义,利润率也随着技术 含量水涨船高。芯片本身的材料是二氧化硅,成本极低,上面凝聚的技术就决定了利润。消费类芯片产品一般毛利率在30%~40%,工业用产品一般能在 50%~60%以上,更有甚者,以高性能模拟芯片为主的美国Linear公司,平均毛利率能达到90%!很多我们无法设计的芯片,例如高端交换芯片,毛利 率都在99%以上。一旦中美开战,即便没有禁运,美国政府利用行政手段把自己电子武器的批量成本压到我们的1/10是分分钟的事情,细思极恐。

  

  一、高校方面

  有些高性能关键器件芯片规模不大,看起来挺适合高校来作为突破的主力军。但多年下来,业内公认是高校的水平不如工业界。这不是中国特有的,美国 也这样。这和前述集成电路产业的特点密切相关。高校的优势是出新idea,对于算法这类领域挺合适,仿真实验看到结果快且准,仿出来有效果基本实际就会有 效,顶多实现复杂度太高。芯片试错成本高,流程长,参与协作的工种多,任何一个环节出问题,就看不到好结果。能把一个芯片做成业界普遍水平,不掉坑里,就 已经不容易,需要多年积累。学生们积累少,纵有好的idea,往往躲不过路上无数的暗坑,还没看到idea的效果,就死在半路了。学校的特长是做更前沿的 研究,适合弯道超车。而集成电路恰恰不好弯道超车,尤其是模拟芯片,你不解决100MHz的问题,到200MHz的时候那些问题还在。

  二、仿制、抄袭

  军迷们引以为自豪的山寨能力,就是看美军有什么,我们就抄一个。集成电路也可以抄,学名反向设计。虽然芯片很小,电路密度极大,但仍然可以通过 显微、照相等方式获得他的全部版图信息,然后复制一份,送到工厂生产,似乎看起来就可以得到一模一样的产品了。其实不然,版图相当于软件编译后的机器代码,可读性很差,无法了解其原理和架构。而版图提取本身存在物理误差和人为错误,尤其对于高性能的模拟混合信号芯片,对工艺又非常敏感,稍有不一致都可能导致芯片性能和良率的巨大差异。而此时设计人员无法了解原理,定位错误犹如一个盲人在大海里捞针。军工研究所普遍采用这种方法,每次反向犹如一场赌博,有时候做出来 OK最好,一旦出现问题,基本束手无策。所以多年下来,除了电路比较简单的射频和功放芯片,上述高性能PLL,ADC等关键器件反向成功,能量产装备的例子寥寥无几。

  三、科研项目

  国家近十几年来,一直通过863/973/核高基等国家级科研计划对关键器件进行支持,投入巨大。后期也要求工业界和整机厂加入,以解决应用脱 节的问题。但这些年下来,真正能量产并转化为实际产品的成果寥寥。究其原因,一个是目标脱节。IC界有个说法,实验室测试通过只是迈出了一小步,到量产还 有巨大的工作量。科研项目只需要在评审的时候能够提供几颗样片,演示出所需性能即可拿到尾款。而工业级应用需要在各种温度和环境变化条件下保持性能稳定, 以及解决批量生产的良率问题。如何保证量产是需要从设计一开始就考虑的,有些科研单位选择的架构本身就决定了成果只能交差,而不能量产。二是指标脱节。科 研项目的立项单位不考虑国内实际水平,盲目追赶世界领先水平。不管上一周期的项目是否完成,今年的指标一定要更近一步。申请单位恶意竞争,不考虑自身实 力,申请时竞指标,谁提的指标高谁拿到项目,才不管2年以后如何交差。这样的制度下,本来按照已有技术积累,做100MHz还能量产,指标竞价完成后目标变成500MHz,最后谁都搞不定。

  四、人才引进

  2000年前后,国家利用人才政策吸引海外留学人员归国创业。这期间有陈大同、武平回来创立了展讯,魏述然回来创立了锐迪科等一批国产IC设计 公司。这批公司一开始也许有想做工业级产品、关键器件的雄心,但很快发现产业环境不合适,中国整机还没有强大到今天华为中兴的地位,市场容量小,技术可靠 性要求高,design-in周期长,所以这批中成功活下来的这批企业都是靠消费类市场和08年附近一波中国山寨手机热潮完成了原始积累,进入良性循环。然而对于引入工业级、关键器件的人才就没有那么一帆风顺。

  首先合适的人选就非常少。例如在美国,由于瓦森纳协议的限制,华人无法进入ADI.TI等公司最核心的ADC产品研发部门,即使在他们设立在中 国的研发中心,大陆工程师可以通过网络看到绝大部分母公司的设计,但高性能的ADC产品除外。这简直是90年代气象局被玻璃房子锁住超级计算机的另一个翻 版。

  2009年从美国ADI公司回来了一位李博士,通过非法手段带回了高性能DAC产品的版图,一下子提高了国产DAC 产品的性能指标。但2013年事件被曝光,遭到ADI和美国政府的抗议。李事件导致美国政府对华人参与关键器件研发的控制更加严格,并对往来中国的留学生 进行更严格的审查,相继查出 Vanchip剽窃RFMD事件和天大教授张浩被FBI诱捕事件,不论是真是假,对海外留学生归国从事关键器件研发造成了心里阴影,很多人为了保住往来美 国的人身自由,放弃参与国内高性能的关键器件研发工作的机会。

  于此同时,在国际市场上,华为中兴需要遵守国际知识产权的游戏规则,李的方法和产品无法被正规整机厂采用,实际上并没有解决工业界的问题。相反 华为中兴对引入国产供应商在知识产权上更加担心,要求国产厂家自证清白,有的甚至到了要求国产供应商的创始人不能有ADI/TI履历的夸张地步,进一步导 致国产替代进度的严重落后。最后,在没有知识产权问题的军用领域,由于受2013 年被曝光的影响,到目前还没有看到李博士的产品被装备使用,甚是可惜。

  五、整机厂自己努力

  国内真正算在高性能关键器件领域有所突破的应该只有华为旗下的海思了。海思因为有华为不计成本的投入,麒麟的成就众所周知, 在高速光通信及交换芯片上也有突破,已经在慢慢从低端蚕食broadcom等多年来构筑的技术壁垒。但之前任总的一篇讲话中,给海思的定位是备胎,任总要 求华为一定要用最好的器件给客户提供最好的性能,海思做不到性能最优就不采用。实际上这个思路,笔者觉得是有问题的。芯片行业有个特点,很多问题在实验室 是测不出来的,必须在大规模应用的时候才能发现、改进和提高。如果一看指标不好就不用,那永远没有机会发现问题,那这个备胎永远是个纸糊的,一上路就碎。 实际上,正是华为终端部门被要求捏着鼻子也要用K3V2,才成就了今天的麒麟。

  国家层面也看到了上述问题,2013年9月国务院副总理马凯调研集成电路产业,随后国家出台了新的集成电路产业振兴规划。改为成立产业基金,通 过股权投资的方式对集成电路企业进行帮助。同时以紫光为首的国内民营资本结合政府基金,开始了国际市场上的疯狂扫货。展讯、RDA、OmniVision 等企业纷纷被收归旗下。但时光转到2015年,紫光和大基金系的扫货开始遇到障碍,收购美光,西数,试图以此突破nand flash产业遇挫,华润报价Farchild被拒。连飞利浦照明业务的收购也因为美国政府担心功率半导体技术外泄而终止。回过头来看,除了展讯这类本来 就是国内公司、OmniVision本来就是华人公司,国家通过收购的方式并未采购到货真价实的核心技术,更不要说可以有军事用途的射频、ADC等关键器 件技术,可以断定美国人是不可能卖的。

  对于突破集成电路高性能关键器件,笔者认为有三个因素:有足够的资金支持,有整机厂的通力合作和有耐心的团队。资金怎么解决,“十八大”要求让 市场在资源配置中起决定性作用。芯片研发是高投入高风险,最后运气好才有高产出。现在政府通过大基金的方式来决定资源分配,并不一定总能选中最后的胜利 者,而且有国有资产保值增值的压力,道德风险,都会让其投资行为走形。另外,国资的大规模投入还会造成挤出效应,减少民营资本在产业中的投入量。

  笔者认为最好的方式还是吸引民间资本。民间资本只要有足够大的市场,足够大的利润,他就会心动。而一开始团队技术水平跟先进水平有差距,无法参 与全球竞争,可以攫取的市场规模必然没有那么大。这个时候应该是国家出马,通过补贴和奖励整机厂商的方式,在不损害整机厂家成本竞争力的前提下,在初期允 许国产芯片商卖一个高价,获得超额利润,弥补巨额研发的投入,吸引民间资本进入。后期,根据芯片累计装备的数量,逐步减少补贴,最后达到市场定价,进入国 际市场参与竞争。这种政策好处是钱肯定都花到有竞争力的市场主体中,谁最后装备,谁做的东西能用,就补贴谁。当然要注意防范骗补的问题。

  至于研发风险和选择错误风险,让民间资本来去承担。民资花自己的钱,自然会慎重选择团队,即使研发失败,也能坦然接受。这样一份国家补贴,可以吸引多份民间投资,只要其中一份儿成功量产,国家就赚到了。

  当然所有的前提是我们还有一个强大的,有国际竞争力的整机产业。只有他们,才有动力去试用还在襁褓中的国产IC。笔者在推广国产IC的过程中, 最感动的就是这群整机厂家的技术人员,不需要任何的利益驱动,他们是发自内心的愿意去帮助国产IC,有时上司都允许放弃了,他们还加班加点帮助国产供应商 查找问题。