中国芯片的发展现状及应用情况

根据一项对多位资深业界人士所做的非正式调查，从现在开始到未来几年内，半导体产业都正处于一个转折点。初创的无晶圆厂半导体公司能获得1亿甚至2亿美元的资金，用以开发新一代复杂系统单芯片(SoC)产品的时代已经过去了。创投业者们并未获得与其投资相等的回报，而过去鼓吹大力投资的合伙人也早已离开这个产业。因此，下一步该走向何方？会出现更多的半导体初创公司吗？他们将如何获得资助？在一个受到严重限制的集资环境中，又如何获得突破性的创新？要了解产业的困境，就必须考虑IC开发成本(图1)和初创公司先期投资趋势线(图2)之间的差异。在与业界超过25位利益相关人(stakeholders)──包括创投业者、创立半导体公司的CEO,以及新创公司的CEO──进行访谈后，我们得出的结论是，新兴的趋势可能将半导体产业从一个充满活力的技术经济创新引擎，转变为仅能提供‘Metoo’产品的承销商。 图1:每代制程开发集成电路的成本(单位：百万美元)从这次访谈中，我们确定了三大主要趋势。首先，规模较小的业者整并为更大规模公司正在加速进行。事实上，过去十年间，许多公司历经收购整并而退出了半导体产业；IPO则几乎已不存在。即使是中等规模的上市公司，在过去数年间也经历了大量整合。其次，由创投业者支持、已募集到新资金的公司均专注于特定利基市场。例如一些开发专有模拟和混合讯号IC的业者；这些组件通常采用较大的制程几何尺寸，整合度也相对较低，这将使业者能维持合理的成本。最后，SoC新创业者的活动似乎更加平息了，因为要开发这些高度复杂组件，需要极其庞大的费用。那么，这个产业还剩下些什么呢？相当令人遗憾，对创业者来说，仅存的也许是愈来愈狭窄的空间和更少的创投资本。不过，新创企业仍可能在这个产业占有一席之地，也许是主攻某些成长潜力有限的小型市场；或是让自己成为一家IP供货商，循ARM和MIPS的模式前进。两种情况都提供了相当惊人的财务表现，为创投产业再注入了活力。在访谈中，一位资深CEO指出，芯片产业看起来可能会越来越像汽车产业──成熟、进展缓慢，并且由少数几家大公司所把持。其它业界人士则认为，采取制药业的模式可占上风；一些处于开发阶段的小型公司创造出了极有潜力的智财权，之后再卖给握有大量资源的大型企业，藉此推动产品上市。另外，访谈中也有一位业界人士指出，业界也许会重返大型实验室主导的时代，如贝尔实验室、XerorParc和Sarnoff等。但无论在上述的任何一种情况，都没有让创投业者投下资金的余地，而且也并未看到能容纳真正突破性技术的空间。难道我们的产业将持续成熟到边缘化的地步是无可避免的结果吗？抑或是仍有其它可能？回顾最近一波半导体新创业者的成功范例，博通(Broadcom)和Marvell是两个很好的例子。这两家创立于上世纪90年代的公司在过去十年间取得了重大成就。而促成他们在市场上获得成功的主要因素有两个。首先，两家公司都采取纯粹的无晶圆厂半导体公司运作模式。这个策略让他们免于巨额投资，否则他们将一直致力于建设庞大的生产设备。更有效地利用资本是非常必要的，然而，对这个产业而言，成功往往伴随着破坏性创新而来。具备破坏性创新特质的公司，如Broadcom和Marvell,他们为市场带来了将系统开发者(包括通讯系统工程师及科学家)和IC电路开发者结合起来的做法──这些人才都是开发SoC不可或缺的。几乎每一位与我们访谈的半导体产业专家都强调，他们现在的软件开发人员比例远较IC设计师来得多。这种转变是SoC设计人员为业界直接来带来的创新成果。现在，这些公司即将向市场推出更新颖的SoC思维，不再局限于破坏性创新，这些业者们现在强调持续创新。是的，他们为硅产业带来了崭新的思维和更新的系统技术，且现有的SoC业者们都已具备这样做的能力。当Broadcom和Marvell进入市场后，当时主导市场的半导体业者们还没有雇用能够设计出创新自适应滤波器或复杂调制解调器和里德-所罗门编译码器的工程师。当时，这可是系统OEM业者的工作。但现在，几乎所有的半导体业者都拥有系统工程师和开发人员；由于开发成本不断升高，拥有这些工程人员就显得更具优势。从这个角度观察，试图投资SoC新创公司似乎没有道理。我们不禁要问，在半导体领域中，究竟破坏性创新象征着什么。SoC上一场比赛，而不是下一个。与我们访谈的业界高层们一致认为，半导体产业仍然有创新需求。他们列举了通讯和消费电子产品不断增加的带宽需求；移动装置和汽车对更轻、更高效电源的需求，以及能以更智能的方式，将能源送到消费者和企业客户端的全新能源解决方案。但他们也相信，要确实满足这些需求，现有技术版图仍然缺少了一些关键。那么，他们认为半导体创业潮有可能卷土重来吗？在我们的访谈调查中，部份受访者认为，‘无芯片’(chipless)半导体公司也许会成为未来的产业先锋，如eSilicon和GlobalUnichip等。向‘无芯片’转移，将能显着降低为了将新的半导体产品推向市场所需挹注的前期投资成本。一些CEO表示，将传感器和驱动器整合到半导体组件中的热潮仍在持续，并可望成为推动半导体朝更高整合度发展的一股主要驱动力量。在芯片中添加陀螺仪、加速度计、相机零件、麦克风和磁强度计等零组件的能力将成为关键，特别是如果能采用标准CMOS制程，那么，这些能力将极具开创性。事实上，微机电系统(MEMS)将芯片的整合度拉高到了全新的水准，这也可望为半导体产业带来下一波大规模的破坏性创新技术浪潮。没有人能预测下一波半导体的转变会在何时发生。但根据过去的产业经验，只要有一个人做了正确的事，实现了技术创新和突破，就有可能带动下一波创新浪潮。半导体产业能否重新找回不久以前还曾拥有的热情、活力和能量？答案将取决于企业家们是否针对创新做出正确的决定了。我们正处于芯片产业的转折点。对半导体领域来说，无论是创新，或是持续整并和削减成本，未来这些趋势都可能愈来愈多地出现在美国以外的国家。 图2:第一轮半导体领域创投资金的芯片产业营收百分比。本文由Bruce Kimble、Marty McMahon与Matt Rhodes三位半导体产业专家共同撰写。Kimble是半导体产业专家；McMahon是洁净能源产业专家，并作职于美国加州一家调查公司McDermott&BullRhodes是半导体产业的长期投资者。

举世瞩目的高端芯片之战，再度点燃！

最近在IEEE ISSCC国际固态电路大会上， 三星亮出全球首款采用3nm工艺制造的SRAM存储芯片。

这款芯片容量可达256GB，面积仅56平方毫米，性能比上一代提升30%，功耗最多可降低50%，不出意外的话明年即可量产。

三星首秀3nm芯片精准卡位台积电，这背后意义重大。

在芯片制造领域，台积电向来一家独大，最先进的5nm工艺横扫天下，三星也只是勉强追平，前浪英特尔则完全被甩开。

作为旧时代IDM双杰之一，三星对此一直无法接受，所以在2019年启动“半导体2030计划”，计划10年内投资133万亿韩元（约7900亿元）成为全球最大的半导体公司，先进制程为规划重点，目标就是赶超台积电。

如今3nm芯片一触即发，三星能否超越台积电重登王座，坎坷的中国半导体又将走向何方？

壹

谈及高端芯片之争，必须先理清三星、台积电以及英特尔的关系。

半导体行业经过几十年发展，产业链各环节已非常成熟，上游材料设备，中游设计、制造，下游封测等环节分工明确，强者辈出。

唯独三星、英特尔不同，这两是全球仅存的IDM巨头（集设计、制造、封测三大环节于一体），基本不用依赖别人。

在很长时间里，全球芯片铁王座就是这两来回争，直到台积电异军突起，两极格局彻底被打破。

相比两大巨头，台积电出道晚成名也晚，当年还是靠接英特尔的低端订单成长起来的。其逆袭关键，在于张忠谋给公司定的铁律：作为晶圆代工厂，台积电只干制造，绝不插足上游设计，从而避免和客户竞争。

2010年iPhone 4 发布那会，苹果的A系列处理器还是三星负责代工，后来三星手机不是越做越大嘛，和苹果成对手了，台积电趁机拿下A系列芯片的订单， 从此和苹果深度绑定。

苹果之后，台积电相继拿下高通、华为等一系列大客户，营收连年新高，工艺也越来越先进，直到10nm制程开始全面领先三星，成为全球最强芯片代工厂。

到今天，全球只有台积电、三星掌握了5nm芯片工艺，英特尔则止步7nm退居二线。 而且三星的高端芯片良品率向来被诟病，苹果、华为的5nm订单基本全是台积电代工，实在来不及才考虑三星代工。

如果仅从营收规模来看，目前全球芯片双雄还是英特尔三星。根据Gartner发布的2020年半导体厂商营收预测，受益于疫情催化，去年服务器、PC等需求强劲，导致CPU、NAND闪存和DRAM市场表现亮眼。

整体来看，2020年全球半导体收入预计反d到4498亿美元，同比增长7.3%。

在其预测的全球半导体十大厂商中，英特尔和三星继续称霸。 其中，英特尔去年营收可突破700亿美元，同比增长3.7%；三星为560亿美元，同比增长7.7%。

台积电2020年报显示，公司全年营收为1.34万亿台币（约474亿美元），同比增长25%，净利润为5178亿台币（约183.3亿美元），同比增长50%。

从数据可以看出，双雄规模依旧，但营收增速比起台积电差的不是一点，这意味着未来很快被超越。 正是因为台积电未来预期更好，所以全球机构已提前站队：

目前英特尔市值为2556亿美元，台积电为6135亿美元，约为2.4个英特尔，问鼎全球市值最大半导体公司，新旧交替早已开始。

贰

高端芯片之战中，台积电技术、规模全面领先三星，但三星也不是完全没机会。

去年苹果将自研A14和M1芯片全给台积电代工，仅它一家就吃掉台积电25%的5nm产能，搞得台积电满负荷运转。

如果台积电产能短期内无法快速提升，那苹果将部分高端芯片订单交给三星再正常不过，而且高通的5nm就是三星代工的。

所以台积电再强产能也有极限，这就是三星潜在的赶超机会。

2020年5nm芯片落败于台积电后，三星曾设想在2年内量产3nm工艺，提前超越台积电。如今3nm来了，但提前超越可能言之尚早。

首先从产品来看，三星这次3nm首秀是用的SRAM存储芯片 ，也就是大家手机里的存储空间，这和台积电擅长的中央处理器无法相提并论。一个只负责手机里的存储，一个负责全方位的性能输出，哪个技术含量更高不言而喻。

从时间来看，三星其实也没真正超越，因为明年台积电的3nm也安排上了。

据报道，台积电3nm芯片预计2022年开始量产，其中苹果继续首批订货，3nm也会最先使用在iPhone、iPad和Mac芯片上。

去年5nm量产后，台积电和三星代工的高端芯片均有翻车迹象，比如发热、功耗高等，其中三星代工的问题更明显。

3nm大战时，三星也没法保证不再翻车，一切还是未知数。

结语：

我曾提过，芯片生产各大环节中，中国最薄弱的就是制造领域。

当台积电、三星已迈入3nm时代，我们的“全村希望”中芯国际连7nm都悬而未决，这意味着大陆在芯片制造领域的差距再次被拉大。

如果非要说中国半导体差在哪，应该是时间和决心。

过去10年，中国处于“茅房时代”，茅台股价和房价一飞冲天，大家习惯了赚快钱。

所幸一切在纠正：去年7月，国务院出台一个鼓励芯片行业发展的重磅政策，大意是：未来1—2年，国家鼓励的芯片设计、制造、封装等各个环节企业均可减免所得税。最高的，直接免税10年....

政策里还有两点很重要，一是新型“举国体制”，二是明确推进集成电路一级学科。就是要举国之力搞芯片，彻底突破封锁。

这次举国之力攻关，若能像日韩当年一样坚持5年、10年，未来高端芯片之争终将有中国一席！

目前英特尔公司和AMD公司尚未公布下一代CPU的型号和具体信息。

目前CPU厂商主要的CPU系列及性能如下。

英特尔公司。

奔腾双核，赛扬双核：是比较低端的处理器，只能满足上网、办公、看电影使用；

酷睿i3：是中端的处理器，可以理解为精简版的酷睿i5，满足上网、办公、看电影外，可以玩网络游戏或大型单机游戏；

酷睿i5：是高端的处理器，满足上网、办公、看电影外，可以玩大型网络游戏，大型单机游戏，并且可以开较高的游戏效果；

酷睿i7：是发烧级处理器，常用的网络应用都可以，还能最高效果运行发烧级大型游戏。

AMD公司。

闪龙系列：单核心、双核心（低端），只能满足上网、办公、看电影使用；

速龙系列：双核心、三核心、四核心、多核心（中端），满足上网、办公、看电影外，可以玩网络游戏或大型单机游戏；

羿龙系列：双核心、三核心、四核心、六核心（高端），发烧级处理器，常用的网络应用都可以，还能最高效果运行发烧级大型游戏。

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