国产芯片战场:掣肘、决心和看得见的未来十年

产业家

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· 6月8日

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国产芯片战场:掣肘、决心和看得见的未来十年

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图片来源@视觉中国

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文 | 产业家,作者 | 山丘,编辑 | 皮爷

无论是上游还是下游,造芯之路都很艰难。而我国到底什么时候才能完成自给自足?国产芯片又能不能挑起大梁?还需等待历史的检验。

“咱们要做芯片,芯片会很牛。”

这是20年前,范东睿和几个刚刚二十出头的年轻人初到中科院计算所时,李国杰院士给新生开会说的一句话。

当时,没有人注意到这会成为中国芯片产业发展史的一组特写。

“我们听得热血沸腾,散了会问李老师谁在做,老师说就你们做啊!但我们谁也不知道怎么做。”范东睿回忆道。那时候高端芯片逻辑设计、物理设计,都是大家完全没接触过的新鲜事物。

而现在时任中国科学院计算技术研究所高通量计算机研究中心主任、北京中科睿芯科技创始人的范东睿已经把当初的梦想落实到现实生活中。

在中科睿芯标志性的小白楼一楼,一进门,墙上就展示了几枚镶嵌起来的芯片,从第一代芯片到第二代芯片,再到加速卡、服务器,产品也从产业链上游延伸到了下游。

范东睿谈起研发的过程:“好比登山,我现在还处于艰苦攀登的过程,稍有不慎就可能坠落,技术芯片只有阶段性的成功或者阶段性的进展,在信息领域谁也不能高枕无忧,很多知名的大公司都曾一夕之间倒掉。”

对这个前所未有敏感和重要的行业,范东睿提醒自己“不太可能歇一歇脚”。

回首过去二十年,芯片本身从冷门发展成为如今备受瞩目的焦点。同样,不敢歇一歇的还有华为、小米、汽车制造商等需要芯片的企业们。

01 “缺芯”,进退两难

芯片危机后,之前定价为6元的韩国进口芯片,现在即使花16元也很难拿到货——这是一家小家电企业描述出来的缺芯现状。

今年三月份以来,芯片危机已蔓延至小家电产业,部分小家电企业已因缺芯停产。

同样因缺芯而停产的还有汽车行业,这也是最先被殃及无辜的行业。去年12月份,上汽大众和一汽大众初相继进入停产阶段,如果芯片缺口不能恢复的话,一年将有400万辆产能受到影响。

甚至有消息传出长城汽车遭遇产能瓶颈,在接下来的6月份,其位于重庆永川、徐水的两大生产基地将面临停产,波及的车型包括哈弗H6、长城炮、坦克300等多款热门车型。

针对缺芯的影响,虽然大众和长城汽车都避重就轻的表示:会寻求解决办法,会采取多种措施积极应对。但具体怎么做,问题解决了吗?他们都没有给出具体的答案。

影响最大的是汽车新势力蔚来,从3月29日开始,蔚来在合肥的江淮工厂连续停产5天。根据蔚来的估算,停产将影响3月份产量,预计第一季度交付的2-2.05万辆汽车,将仅有1.95万辆。参照蔚来2020年4.4万辆的交付量,本次停产预计减产600辆汽车,占比去年产量的1.3%。

早在此前,蔚来汽车创始人李斌早就表达过担忧,蔚来已经具备月产1万台电动车的能力,但受限于芯片短缺和电池供应,仅能生产7500辆。李斌预计,到7月份,这些阻力才会消退。

与此走向两极的是,今年上半年几乎同时引发汽车缺芯潮和互联网巨头造车潮。

汽车行业自身都缺芯难自保的情况下,互联网巨头们开始下场造车,例如腾讯、阿里巴巴、华为、百度和小米等,不禁让人怀疑,有着强大资本支持的互联网巨头们会不会让汽车缺芯现状更加雪上加霜,再次发生“抢芯大战”和延长“缺芯荒”周期。

但基于此,互联网巨头们传出的声音是:

一是不涉及造车,只是提供生态服务,继而不会抢芯。其中,腾讯、阿里巴巴、华为主要是提供生态服务而未涉及整车制造。今年3月份,华为2020年财报重申,华为在智能网联汽车领域的定位是增量部件供应商,目标是帮助车企“造好”车,造“好车”。

二是自己造车,但造车周期长,两三年内还用不到芯片,继而也不会抢芯。例如,百度、小米和苹果则是亲自下场造车,并且搭配自家新能源汽车系统与生态服务。

雷军给出的回应是:“芯片短缺对造车有影响,但对我们没有影响。”

小米总裁也在小米2021一季度财报电话会议上谈到芯片短缺对造车的影响时表示:“缺芯对我们没有影响,汽车整个研发周期长,做一部好车也许需要3年时间,不认为芯片短缺会延续三年,现在不考虑这个问题,目前小米造车还处在早期阶段。”

也就是说,互联网巨头下场造车,对芯片短缺的现状影响一时半会很难体现出来。不过芯片仍然是汽车的命门,任何一方都不能忽视。

那为什么,企业们会被“芯片”扼住命运的喉咙?一但缺芯就面临着死亡的局面呢?

这是因为我国芯片自给不足,还在过度依赖进口芯片。

由图可见,我国半导体自给率从2013年的8.20%到2020年的15.90%,涨幅虽然上升,但速度很慢。

根据IC Insights的数据显示,中国原本期望在2025年实现半导体芯片自给率达到70%,但按照目前发展情况来看,到2025年可能最多只能达到20%,远远落后于目标。

广汽集团党委书记、董事长曾庆洪在十四五会议上谈道:“2020年全球汽车芯片市场规模约3000亿元,而我国自主汽车芯片产业规模仅约为70亿元,占比小于2.5%,且主要分散在低附加值和低可靠性领域。在新能源三电系统、底盘电控、自动驾驶等领域的关键零部件开发及主要芯片生产被国外企业垄断。”

另外从进口芯片规模来看,我国对进口芯片的需求仍然很大。从2013年以来,我国进口芯片数量持续增长,尽管2018年受中美贸易的影响有所下降,但不能摆脱的是,我国对进口芯片的依赖程度依然很高,从2019年开始,进口芯片依然保持持续上升。

2020年中国进口芯片3500亿美元,同比增长了15%左右;进口芯片块数为5435亿块,同比增长22%。

同年中国出口芯片1166亿美元,同比增长也在15%左右;出口芯片快数为出口芯片总数量为2598亿块,同比增长18.8%。

值得注意的是,进口金额约是出口金额的3倍左右,进口数据是出口数量的2倍多,也就是说进口芯片的均价远高于出口均价,意味着大量进口高端芯片,少量出口低端芯片。

芯片进口增长比出口增长要快,或许也就意味着对国外芯片的依赖在加重,而不是在减轻。

种种迹象表明,国内芯片生产增长满足不了国内增长的市场需求,企业们依旧被进口芯片掣肘。面对这种卡脖子的窘境,不服输的态度是,一些企业也在寻求摆脱被控制命运的方法。其中,和范东睿一样,热血沸腾要做芯片的人陆续出现。

02 上亿元“堆”芯片

两年前,面对美国商务部工业与安全局(BIS)将华为列入所谓“实体清单”,禁止华为在未经美国政府批准的情况下从美国企业获得元器件和相关技术等事件。

华为创始人、CEO任正非回应,“这不是很重要,我们做好了准备。”原因是早在20年前,任正非被美国围剿的时候,他就发誓要做中国人自己的芯片。

当时他把海思的女掌门何庭波叫到面前说:“我给你每年4亿美元的研发费用,再给你2万人,一定要站起来,适当减少对美国的依赖。芯片暂时没有用,也还是要继续做下去,这是公司的战略旗帜,不能动摇的”。

华为P6整整试制了100万片,最终才敢量产,到现在也没有人知道华为造芯到底花了多少钱。

功夫不负有心人,华为经过多年的努力还是有结果的。2019年1月,华为在北京发布用于5G手机的巴龙5000手机基带芯片。同年9月份,华为发布集成CPU和基带的SOC芯片麒麟990,这是全球第一款SOC集成5G手机芯片,已用于华为中高端5G手机。

马化腾对华为做芯片的评价是:“也许华为做芯片是想有一个备胎,但是没备胎就可能被别人扼住喉咙。”

同样不想被扼住喉咙的还有小米。整整比华为晚十年做芯片的小米,在2014年10月,成立了全资子公司北京松果电子,冲进了造芯的漩涡。

当时雷军拿出的诚意是:“10 亿人民币起步,花 10 亿美元,10 年出成果”。

对于当时的情景,雷军也有过这样的描述:“绝大部分人心里都会七上八下,因为不知道冲出去是死是活。而我心里稍微平静一些,因为我已经做好了干十年的准备。”

最终历时三年,小米首款自主研发的手机 SoC 芯片澎湃 S1诞生,小米成为继苹果、三星、华为之后第四家具有芯片自研能力的手机厂商。

让人意外的是,此后关于澎湃S2芯片没有了一点消息,甚至一度传闻芯片项目已经流产。

有人猜测原因,小米澎湃S2芯片五次流片全部失败,而流片试产一次费用就高达几千万,小米或许是烧不起钱了。直到2021年3月30日,小米推出澎湃C1芯片,用实际行动表明“澎湃系列芯片没有流产”。

就像雷军在当天发布会上反复提及的一句话:“做芯片,九死一生。” 

造芯片不是一般的企业能烧得起的。其中,芯片制造工序多,包含了芯片设计、硅片制造、晶圆制造、电子封装、基板互联、仪器设备组装等制造工序,每一道工序又会涉及很多小的步骤,整个流程必须全部完成,才能生产出可以使用的芯片。

每研发一片新的芯片,都要至少投入上亿的资金,花费至少一两年的时间来研发。不仅如此,制造集成电路的“开销”也让人瞠目结舌,仅一条 20nm工艺生产线就高达 100 亿美元。

而且,即便投入如此巨大,芯片研发仍然要面临着承担流片失败的技术风险和不满足市场需要的商业风险。对于产品线尚不丰富的初创设计企业来说,一颗芯片流片失败就可能导致企业破产。

当前芯片行业下游市场大致分为通讯(含手机)、计算机、消费电子、汽车、工业、军事等领域,其中最主要的市场是通讯和PC/平板领域,二者占比达到 61%,其次是工业、消费电子和汽车领域。在中国缺芯影响最大的汽车领域,小鹏汽车、比亚迪、吉利、东风等都投入自研芯片的大军,但截止到芯片成型,恐怕还需要巨量的资本输入。

03 “卡脖子”,和看得到的未来十年

中投顾问报告指出,芯片是半导体元件产品的统称,是集成电路的载体,由晶圆分割而成。

其中,根据产业链划分,芯片从设计到出厂的核心环节主要包括6个部分:芯片设计软件、指令集体系、芯片设计、芯片制造设备、圆晶代工、封装测试。

中国在大部分环节均远远落后于其他国家,而且在技术上主要以低端为主,高端还需要继续努力。

在指令集、设计等产业环节中绝大多数技术壁垒比较高的环节,中国芯片产业地位非常薄弱。而在圆晶代工、封装测试等技术要求相对不高的环节,中国则有望有所发展。具体来看,在指令集架构方面,排名靠前的都是美国公司主导的,国内除了龙芯在 MIPS基础上有所扩展,在一定程度上属于自主设计,绝大多数国内公司都是花费巨额资金来购买授权获得指令集。

从芯片设计软件来看,美国、澳大利亚、日本的公司几乎实现了市场的垄断,仅美国就占70%以上的市场。而我国的华为、紫光展锐虽然拥有设计软件,但主要是内部使用,并没有进入市场和大范围推广。

芯片设计环节,已出现英特尔、三星电子、高通、联发科、海力士等全球芯片设计巨头,而华为海思、紫光展锐等公司虽总体市场份额增长最快,但占比仍然较小。而且芯片设计能力主要集中在中低端,高端芯片的设计能力仍然落后。

在芯片制造设备领域,国外公司的销售额几乎占全球市场的80%以上。相较之下,国内只能提供低端的制造设备。

但国内也有成型环节。如在在晶圆代工环节,现在扛起国产芯片制造大梁的企业是中芯国际,14纳米的工艺制程,其已经可以满足我们绝大多数的芯片制造需求。

在封测环节,中国的长电科技已成为世界领先的芯片封测企业,可以满足大部分企业的需求。

同时,为了应对芯片危机,国家层面顶层设计正在加速国产芯片产业升级,维护稳定、健康的供应链生态。并且通过设立专项基金,以促进国内芯片生产。

2018年,国家大基金承诺将积极投入,特别是芯片制造领域将高达65%。

此外,上海和北京也成立了自己的基金,以加强芯片制造业。其中受益的企业有中芯国际,其成功上市后,有望与台积电进行竞争。

截止2020 年,中国大陆芯片制造商已收到包括承付款项在内人民币 1,440 亿元的投资,这远远超过2019年约640亿元的总额。

但从实事求是的说,我国在芯片的制造上还需要走很远的路。无论是上游还是下游,造芯之路都很艰难。而我国到底什么时候才能完成自给自足?国产芯片又能不能挑起大梁?还需等待历史的检验。

庆幸的是,未来十年国产芯片的路非常清晰。在加速奔跑的当下,未来可期。

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