创“芯”行动

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创“芯”行动

“缺芯少魂”是中国信息产业发展的一大难题,中兴公司、华为公司接连遭遇美国芯片“断供”事件把“芯痛”难题进一步凸显出来,引起全国和国际社会的广泛关注。在中兴、华为被禁背后,大国博弈下的中国芯片产业,需要尽快走过“芯痛”,迎接新生。

“芯痛”短板

对美国而言,制裁中兴也是伤敌一千、自损八百。去年,美国商务部全面禁止美国厂商向中兴供货消息一出,中兴上游的多家美国供应商股价应声下跌,其中,30%出货量靠中兴通讯的ACIA在当日美股收盘时暴跌35.97%,Oclaro下跌15.18%。不过,美国这些生厂商虽然失去了中兴这个大买家会遭受不小损失,但除了中兴,他们还有爱立信、西门子、诺基亚等买家存在。

有分析指出,中兴通讯电信设备的外来零件占其料件比例至少有六成,而来自美国供应商的料件至少占了这六成的一半,自制比例并不高。关键问题是,中兴需要的高速AD/DA、调制器、高性能锁相环、中频VGA等产品,目前根本没有国产芯片厂商可以提供替代品。

中国在芯片、元器件领域仍然较为弱势,国内半导体产业更多集中在后端工艺,但对上游基础原材料、半导体设备以及核心元器件,如射频、FPGA、高速数模转换、存储等多个核心芯片技术仍掌握在国外厂商手中。

技术瓶颈反映到全球半导体市场的版图中就是中国企业的竞争力不足。目前全球77%的手机是中国制造,但其中不到3%的手机芯片来自中国;全球54%的芯片都出口到中国,但国产芯片的市场份额只占10%。

市场调研机构IC Insights发布的报告显示,目前全球半导体市场规模达到4385亿美元,前十大半导体厂商(三星、英特尔、SK海力士、Micron、博通、高通、德州仪器、东芝、英伟达和恩智浦)占据了整个市场58.5%的份额,这其中并没有出现中国厂商的身影。

以中兴为例,其有多达数十家美国芯片供应商,中金公司分析师称,中兴的手机芯片、基带芯片、射频芯片、存储芯片、手机玻璃、光学元件等核心零部件都来自美国的高通、博通、英特尔、美光、甲骨文、康宁等科技巨头,短期内几乎无法找到能保持相同竞争力的替代产品。

中兴事件将中国的芯片短板暴露无遗。在经济全球化的大潮中,提供了解决问题更廉价的方案,这是一种方便,但也滋生了惰性。当购买芯片比自产芯片更加容易也更便宜时,就会形成一种市场取向,并使得对外部技术的依赖不断固化。中国90%的芯片需求靠进口来解决,其中绝大部分都从美国进口。2016年,中国单单是进口芯片的费用就超过2300亿美元!要知道,2017年中国的军费也不过1517亿美元,单单是一个芯片就让中国每年花费差不多2年的军费去购买。

中国人自己研发芯片行不行?中国每年用于集成电路研发总投入仅45亿美元,仅占全行业销售额的6.7%,不到Intel公司一家年研发投入的一半。一位工作10年的电子工程师用亲身经历讲述了中国缺“芯”的原因。“10年来,做芯片太苦了,赚的钱还不及房产升值的零头,甚至比炒股赚得都辛苦,我现在已经逐步放弃研发方面的工作,转而进行收入更高更好玩的商务领域了。”

他透露,不仅做工程师很辛苦,而且科研经费经常被莫名其妙挪作他用。“如果一个项目下拨1000万元,学校先截留500万元作为管理费;然后学院里截留300万元买车发奖金;数位导师再截留100万元,剩下不到100万元;开发人员添点设备,拿点工资,到最后发现买原料都紧张了。”

有人说,如果中兴因禁用美国芯片而倒闭,万亿楼市竟无法抵抗指甲大小的芯片之压,那么一切都是“皇帝的新装”。对中国科技企业来说,“中兴事件”给我们实实在在地上了一堂课,告诉我们芯片技术和芯片产业的极其重大的价值,这既是一次沉重的打击,同时又是一次难得的机遇,形成了全民自发地关心中国芯片技术发展和芯片产业进步的局面。有了前车之鉴的中国企业会加大对国产芯片的研发力度,争取早日摆脱对国外芯片的依赖。从这个意义上来说,这对我们自主研发芯片有着极其重要的推动作用。

事实上,为了根治中国制造的“芯痛”,中国政府早已行动起来。2014年6月,国务院发布《国家集成电路产业推进纲要》,从政策上完善落实一系列支持集成电路产业发展的措施,并设置了分阶段目标。2014年9月,一期规模为1380亿元人民币的国家集成电路产业投资基金成立,第一次以市场化投资的形式推动该产业,改变了过去税收土地优惠、研发奖励等传统补贴方式。截至2017年11月,基金累计有效决策62个项目,实际出资794亿元。基金在制造、设计、封测、设备材料等产业链各环节进行投资布局全覆盖。在该基金的带动下,多个地方政府成立了子基金,合计总规模超过3000亿元。

为进一步破解“芯痛”难题,今年5月,国务院常务会议指出,集成电路和软件产业是支撑经济社会发展的战略性、基础性和先导性产业。通过对在华设立的各类所有制企业包括外资企业一视同仁、实施普惠性减税降费,吸引各类投资共同参与和促进集成电路和软件产业发展,有利于推进经济结构优化升级,更好满足高质量发展和高品质生活需求。

会议决定,在已对集成电路生产企业或项目按规定的不同条件分别实行企业所得税"两免三减半"或"五免五减半"的基础上,对集成电路设计和软件企业继续实施2011年《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》中明确的所得税"两免三减半"优惠政策。2018年度所得税汇算清缴也按上述规定执行。

专家普遍认为,此次出台的政策,主要还是为了吸引国内外投资更多参与和促进信息产业发展。政策延续后,相应的内外资企业均可以继续享受优惠。这也和当前中国正在推行大规模减税降费的路径一致,可以更好助力供给侧结构性改革,促进产业发展,激活市场活力。

造“芯”潮涌

在内外因素综合助推下,一场如火如荼的“造芯”行动已经全面展开。华为就是其中的先行者之一。以麒麟CPU支撑华为手机在8年间,从无人问津到闪耀全球;在德州仪器(TI)、恩智浦(NXP)等国外厂家的长期垄断下强势突围,彻底改写中国智能电视厂商依赖国外芯片的历史,独占国内一半以上的市场;在视频监控领域,拿下全球70%的占有率,助力海康、大华成为全球安防市场上的双寡头;作为H.265编解码技术的主要贡献者和拥有最多核心专利的业者,重新定义全世界的视频技术标准,为4K/8K超高清视频筑底;创造这一切的,是华为旗下一家极其低调的公司——海思半导体。短短十几年,它便从一家寂寂无名的芯片小厂,悄然跻身中国最大的半导体公司。2018年,它更超越AMD,挤进全球前五大芯片设计公司的阵营。

而这一切的成功源于海思自2004年开始的“十年磨一剑”的不懈努力。2004年,董事长任正非对海思总裁何庭波说:“给你2万人,每年4亿美金的研发经费,一定要站起来!”但当时整个华为只有3万人,研发不到10亿美元,如此高强度的投入,还是把何庭波“吓坏”了。海思就这样,在何庭波“被惊吓”的过程中诞生了。历经10年“卧薪尝胆”般的探索,

2014年初,海思发布麒麟910芯片,第一次将基带芯片和应用处理器集成在一块SOC(系统级芯片)里。工艺上,也升级至28nm,追平了高通。以麒麟910为起点,海思开始了手机芯片史上一段波澜壮阔的逆袭。在此之前,高通几乎独断了高端基带芯片,高傲如苹果,也不得不为此折腰。海思终结了这一格局。从麒麟910到麒麟980,海思气势如虹,一款比一款成功,不但在工艺上领先至7nm,性能和功耗上,更比肩业内最优。曾经被自家人嫌弃的海思芯片,最终蜕变为华为手机跻身全球第二的关键性力量。

多年后,任正非说,华为坚持做系统、做芯片,是为了“别人断我们粮”的时候,有备份系统能用得上。

除了华为,芯片领域我国还有一批领军企业,据统计,2015~2016年,中国芯片设计企业从736家猛增到1362家,2017年,国内芯片设计企业总数达1380家,在全球中占有的比率为14.5%。近年来,国家与企业加大对“中国芯”的投入,在芯片研发上取得了一些成绩,中国自主研发的“芯片”也相继问世。

提起国产芯片,中国科学院计算所不得不提,龙芯中科研制的处理器产品包括龙芯1号、龙芯2号、龙芯3号三大系列,涵盖小、中、大三类CPU产品。龙芯不只是沉醉于实验室的“芯片产品”,它已经于2015年在中国发射的北斗卫星上应用。

此外,景嘉微电子成功研制出国内首款具有完全自主知识产权的图形处理芯片——JM5400,在多项性能上达到或优于常用国外产品。

2018年5月3日,中科院在上海发布了我国首款云端人工智能芯片——寒武纪MLU100。这是一款向人工智能领域的大规模的数据中心和服务器提供的核心芯片,它可支持各类深度学习和经典机器学习算法,充分满足视觉、语音、自然语言处理、经典数据挖掘等领域复杂场景下的云端智能处理需求。与传统的终端芯片相比,云端智能芯片规模更大,结构更复杂,运算能力更强。目前寒武纪 MLU100芯片已经应用在相关产品之中,联想集团推出搭载MLU100智能处理卡的云端智能服务器SR650,它打破了37项服务器基准测试的世界纪录。

近年来,随着5G时代的日益临近,我国集成电路企业相继展示其研发成果。不仅华为发布国内首款5G芯片,紫光展锐自主研发成功我国第二款5G芯片。在汽车自动驾驶领域,获得B轮6亿美元投资的地平线立志成为"边缘计算领域的英特尔",芯仑科技开发的动态视觉传感器芯片像素是国外先进水平的三倍。

无独有偶,家电企业也开始将芯片研发作为转型的重点,目前包括创维、康佳以及格力等家电企业纷纷发力芯片产业。作为国内集成电路产业链最完善、产业集中度最高、综合技术能力最强的地区,上海正在集成电路领域取得收获。数据显示,2017年是上海集成电路产业投资增长最大的一年,全年净增投资总额68.22亿美元,净增注册金额68.35亿美元,两者均超过了此前7年(2010年-2016年)的投资总和。包括华虹、中芯等在内的集成电路产业龙头企业,相继在上海优化布局。

在6月闭幕的2019全国双创周北京会场中,多款拥有自主知识产权的芯片集中亮相,吸引了众多目光。这些芯片大多孵化于高校或者科研院所,比如,已经很有名气的龙芯是中科院计算所从2001年开始研发的,如今已经累积了几十年;设计出可重构芯片的清微智能团队,就是脱胎于清华大学微电子所;现场展示的存算一体芯片,则获得了北京航空航天大学的支持。这些芯片的设计、封装测试、生产加工全部是在国内完成。

虽然芯片国产化进程注定是一场艰难的“马拉松”赛跑,想实现弯道超车,没那么容易。但只要我们给企业一些时间,让它们沉下心做研发,“中国芯”未来必定可期。

练好内功

汹涌澎湃的造芯潮,彰显出“中国芯”前景光明,但深入挖掘芯片行业现状,“中国芯”仍需练好内功,逾越诸多“雄关漫道”。集成电路产业链分为三个部分:设计、制造、封测。设计位于价值链最高端,属技术密集型产业;制造属资本和技术密集型产业,除研发支出外,还有大量资本支出,是最砸钱的环节;封测则技术含量最低,属劳动密集型产业。

世界上共有200多个国家和地区,但集成电路产业的这三大环节,却基本上掌握在美、韩、中(含台湾)、欧、日这五大玩家手中。如今的形势是,美国继续一家独大,中国大陆、韩国快速发展,而欧洲、日本、中国台湾则有所衰退。

从产业链三大环节上看,中国大陆在芯片封测领域发展最好,无论在技术水平还是生产规模上,中国大陆企业已基本抹平了与国际顶尖企业的差距。长电科技的封装技术专利数量,在中国和美国都是同行业第一位,其中先进封装技术专利超过了67%。同时,中国大陆封测企业的增速也是业内最快的。2017年全球封测十强营收增长率超过10%的只有4家,而3家上榜的中国大陆企业便尽在其中。照此势头发展下去,中国大陆在芯片封测行业或可率先实现赶超。

而在芯片制造环节,中国大陆企业的实力则最为弱小,与世界一流水平差距最大。例如,当中芯国际还在苦苦提升28纳米工艺的良率时,台积电已经掌握了7纳米工艺、并开始研发5纳米工艺了。这意味着中芯国际在技术上与对手至少存在着三代的差距。而在规模体量与市场份额上,中芯国际更是与台积电存在10倍以上的差距。在这样的情况下,中国大陆企业想要实现赶超,除了继续在设备上加大投入,技术人才的培养、经验上的积累也十分重要,需要更多时间和实践来磨砺。

至于芯片设计环节,中国大陆企业则可用“全线迎战,单兵突破”来形容。在个人电脑CPU领域,有胡伟武教授带领的龙芯中科,在服务器和超算CPU领域,则有申威、飞腾等。GPU的开发上,国内有景嘉微、兆芯,还有在2017年9月由中资背景基金收购来的英国GPU公司Imagination作为“外援”。FPGA有紫光同创,存储器有长江存储。

但平心而论,这些中国大陆企业的技术实力、市场份额都与国际对手相差较远,目前还难以凭借产品与对手在市场上进行正面交锋,只能先耕耘中低端芯片市场,或工控、军工、航天等小众特殊领域。

对于芯片企业来说,中国大陆自主芯片开发面临的最大挑战就是生态体系问题。这种困境如何打破?有一种情况就是“换题”,即行业技术轨道发生变迁,使之前解法积累的优势荡然无存。例如消费电子行业从个人电脑时代走向智能手机时代,就是一次影响深远的“换题”。ARM指令集是ARM公司的“解题方法”,特点是低性能、功耗小,在个人电脑时代根本不敌英特尔高性能、大功耗的x86指令集开发出的芯片。但对于智能手机这道题来说,ARM却反超英特尔成为更优解法,最终几乎垄断移动芯片产业,与安卓系统构成“AA体系”,同微软、英特尔的“Wintel体系”划江而治。

如今,中国大陆芯片企业要想实现赶超,首先要能抓住“换题”的机遇。瞄准人工智能浪潮的寒武纪就是一个榜样。早在2016年,寒武纪就已推出自主研发的人工智能芯片,型号名叫DianNao,即中文“电脑”的拼音。2017年,寒武纪完成阿里巴巴领投的1亿美元A轮融资,同时华为宣布与寒武纪合作,在华为的麒麟芯片之中使用寒武纪开发的人工智能芯片。在人工智能芯片群雄并起的战国时代,有阿里和华为这两艘大船的护航,寒武纪的前景愈加可期。

要想通过“换题”实现“造芯”赶超,根本还在于自己练好“内功”,企业必须有进行自主正向开发的意愿和能力。惟其如此,方能有准确判断技术轨道变化的敏感度,在看见换道的机会时,也能踩得下去最后一脚超车的油门。

“韩国芯”启示

产业逆袭的路,一定充满血和泪,根治“芯痛”更是如此。我们想要打破这种难以言说的“芯痛”,中国核心技术必须崛起,企业只有通过自力更生掌握核心技术,才算掌握住自己的命运,否则将时刻面临生死存亡的威胁。我们的近邻韩国根治“芯痛”的做法,或许值得我国企业借鉴。

三星是韩国芯片企业的突出代表,其市值相当于韩国GDP的1/5,其产品和服务涉及韩国人生活的方方面面,每个韩国人在一生中几乎都没有办法不和三星打交道。

在1985年,国际芯片行业还看不见三星的影子;到1990年代,三星的芯片业务已经挤进世界前十,2000年后更是一步一个脚印,在重围中杀出一条血路,最终取代制霸芯片行业20多年的英特尔,成为芯片行业老大。

三星创始人李秉哲很早就敏锐地做出判断:不想受制于人,必须要有自己的芯片。

1974年12月,李秉哲不顾管理层的劝告,自掏腰包入股当时已经濒临破产的美国Hankook半导体公司。将近15年后,1983年,三星终于成功开发出64位芯片,但却落后日本技术4年。当时,三星每卖一片芯片,不光不赚钱,还要倒贴至少1美元。在整个1980年代,受芯片研发的拖累,三星电子财报几乎年年报亏,股权资本全部亏空。最终在苦苦坚守了26年后,三星终于在芯片领域迎来逆袭。

在这漫长的追赶逆袭途中,三星在芯片、制造、封装、检测等关键环节也建立起自己的技术,完全摆脱外部依赖。由此可见,对芯片研发而言,尤其需要长远的眼光,不急功近利,不追求眼前的回报。当然,三星的成功离不开政府的强力扶持,韩国政府一直注重吸引到欧美国家留学的韩国学生回国,在第一轮回国潮里,三星就招聘了近140人,也为三星电子产业打下了人才基础。此外,韩国政府还为三星等大企业提供资金支持芯片研发,甚至不惜动用日本的战争赔款。1999年,韩国政府耗费3.6万亿韩元,支持三星电子和成均馆大学合作,创办半导体工学系,韩国教育部将其列为“创新型专业”,专门为韩国企业培养芯片产业人才。

“中国芯”未来

“得芯片者得天下”。虽然我国芯片产业与国际相比,仍有很大差距,但必须承认的一点是,在全球范围竞争日趋激化的AI研究领域,中国的存在感正在加强。根据国际知名专利检索公司QUESTEL发布的《芯片行业专利分析及专利组合质量评估》报告指出:中国近10年芯片专利增长惊人,已成为芯片专利申请第一大国,中国企业在芯片专利数量上已逐步赶上国外老牌企业。

一方面,我们可以看到,中国芯,正从多维度出发,缩小与国际的差距。但另一方面,必须看清的现实是——“自给自足”的创新科技短板,即中国是芯片需求第一大国,芯片自给率却不足三成。数据显示,中国一年制造11.8亿部手机,3.5亿台计算机,1.3亿台彩电,占据全球1/3的芯片市场需求,对应的却是国产芯片市场份额不到10%,集成电路产值不足全球7%的尴尬局面。中国连续四年花在进口芯片上的钱高达2000亿美元,不可否认,90%的“依赖度”,令芯片成为与原油并列的最大进口产品。

短期来看,国产中高端手机商的制造成本抬高,产量主导权受制于人,长远将影响企业竞争力。芯片作为信息科技的强大推动力,事关国家核心利益与信息安全,更关乎未来创新技术的发展,随着物联网、人工智能、云计算等新兴技术的发展,从源头上掌控核心自主产权芯片架构有利于取得先发优势。

芯片除了设计、制造、封装、测试等环节的竞争优势提升,集成电路作为芯片的基层,注重电路的设计和布局,决定着芯片性能、成本及寿命的关键一环。尽管我国装备自给率达85%,但主要集中在中低端领域;在高端装备领域,80%的集成电路芯片制造装备仍依赖进口,“大而不强”的矛盾依然存在。

以实现器件结构创新和工艺创新为目标,为产业技术升级、未来大生产线建设提供人才、技术支撑和知识产权保护,支持国产高端芯片在国内制造企业实现生产。“我们在引进高新技术上不能抱任何幻想,核心技术、关键技术、国之重器必须立足于自己,大国重器一定要掌握在自己手里。”中国工程院院士倪光南说,只有打破国际壁垒,未来中国科技才有出路。

当然,倪光南也提醒大家,“切勿因中兴事件,而断定自己哪里不行,而是要实事求是,稳步前进,厚积薄发。”如果突破城市的地理范围,以上海为龙头的长三角在芯片领域的优势更加突出,除了上海在全产业链的强势布局、资金及科研优势之外,还有苏州的制造业优势、合肥的中科大产业研发优势、杭州阿里巴巴加码芯片行业等都为中国的芯片行业寻求破局。

创“芯”研发,国家相关职能部门要费心。要发挥相关职能部门的专业性、导向性和主观能动性。网信科技等相关职能部门,要有敏锐的嗅觉,专业的视角,发挥主观能动性,合理引导,建设一个有激励,有保障的健康的电子高新科技生态系统,给浮躁的只会“拿来主义”的电子供应商降降温,给有能力有条件有热情的科技研发团体加加油,把引进“血液”,逐渐变成自己“造血”。如此才能保障在科技领域的自主权,保障社会秩序和国家安全。

创“芯”研发,相关领域的企业要有责任心。很多企业为了更快取得眼前利益,逐渐缩减甚至放弃研发投入,直接复制别人的技术和芯片。企业逐利无可厚非,可这样的行为长久来看,不利于电子高新行业竞争力和创造力的提高,对社会的稳定和国家安全带来隐患。高新科技企业需要明确自己的位置,找准发展方向,有更高的社会责任感,行业使命感和危机感,才能真正做大做强,冲出国门,享誉世界。

创“芯”研发,留住高科技领域人才是重心。留住人才,重视人才,是目前科技创新的重中之重。很多身怀技术的专业人士,由于研发工资低,转行做了其他工作。很多愿意做研发的年轻人,迫于生活压力,不得不放弃自己的科研梦想。只有国家在重视人才培养的基础上,有导向性的留住人才,出台长效管理机制,合理的激励机制,持续的工作平台支持和继续教育培养机制,则“中国芯”将良性茁壮发展,人才兴国的目标指日可待。

在这场“芯片马拉松”的比赛中,以“提供精准服务的全新交互方式”为终极目标,抓住各自红利,寻求良性竞争,强强联合。未来,中国芯片行业破局,赢取世界“一席之地”,或将不远。