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美國智庫對中國發展半導體的看法

摘要:日前,美國兩大智庫之一的CSIS(戰略與國際研究中心)發表了一篇名為《Learning the Superior Techniques of the Barbarians:China’s Pursuit of Semiconductor Independence》的報告,從美國角度說了他們對中國發展半導體的看法。半導體行業觀察摘譯在此 ,希望大家對此有基本的了解。

在現代社會里,半導體是一個很重要的產業,研發投入是半導體企業保持領先的關鍵所在。這也是中國近年來那么重視投入半導體發展的原因。如果中國在未來幾十年持續投入到科學、技術、工程和材料(Science, Technology, Engineering, and Mathematics ,簡稱STEM),這在將來也有可能成為中國的優勢所在。但現在,中國在上面還是沒有太多的表現。

據統計顯示,目前研發投入前十的廠商中,沒有一家廠商是來自中國大陸的,當中有兩家來自中國臺灣,過半是來自美國,其中英特爾更是占領了當中三分之一以上的開支。來自政府對私營企業的支持,也許是中國半導體發展的機會,但我們也必須承認,美國也有同樣的計劃。例如DARPA,就是在美國政府的支持下推進各種計劃的,但不同之處在于DARPA支持的是研究,而不是公司。

半導體的成本和復雜性根據其功能的變化而變化。按類別看,芯片可以分為邏輯器件、存儲器件、傳感器、信號和模擬,其中邏輯芯片是現代計算設備的“大腦”,且是一個設計和制造比較困難的一個種類,在高端的邏輯芯片方面,中國無法接觸。但在最近的這些年里,他們把相對簡單的內存芯片當做其切入點。尤其是在中興事件發生之后,他們有意發展自身芯片的,但這超出了他們的能力范圍。

芯片市場競爭激烈,且生產芯片需要先進和昂貴的設備,且只是一個復雜的過程。據了解,現在建造一個領先的半導體晶圓廠的華為在70億美元到140億美元之間,且這個工廠有可能在五六年后就過期,因為這對企業來說,是一個很大的挑戰。

半導體制造設備(SME,用于制造半導體的機器)是技術最先進的工業設備之一,它與物理學的進步密切相關,因為它涉及分子和原子層面的操作。日本、德國、荷蘭和美國的公司是SME的主要生產商。中國在制造和測試設備方面依賴外國供應商,如果中國不能直接收購外國生產商,那么這一點在多年內不太可能改變。

半導體制造需要經驗、擁有(或獲得)大量IP、管理技能、高技能的勞動力以及與科學研究的密切聯系。它還需要對市場和芯片最終將用于的產品有密切的了解,這是中國一直落后的“專有技術”領域。目前,美國在芯片設計方面處于領先地位,臺灣緊隨其后。中國集成電路設計業仍然是中國半導體產業中增長最快的部分。2015年,中國的收入首次超過200億美元,占全球無晶圓廠行業的25%。據報道,在2017年,中國有1380家IC設計公司(其中近90%的公司員工不到100人)。

這個行業是分散的,很少有公司是垂直生產者(這意味著硅砂從一端進去,芯片從另一端出來)。越來越多的公司專門從事某一階段的生產。微處理器的生產周期從芯片設計開始。這是微處理器生產中一個復雜而有價值的部分,隨著芯片變得越來越復雜,微處理器生產的自動化程度也越來越高。現在,專業公司授權圖形、網絡和傳感器芯片開發人員使用電路設計工具和相應的軟件庫。最終的設計被送到代工廠(半導體制造公司,使用其他人的設計制造芯片)。這種無晶圓廠的生產方式重塑了半導體制造業。管理這個復雜的供應鏈本身就是一項基本技能(也是許多中國企業的另一個弱點)。

無晶圓制造涉及到客戶設計組件,然后將實際制造承包給另一個實體,而不是擁有自己的制造能力。

無晶圓廠芯片制造商設計芯片,但不制造芯片。制造外包給一家根據其他公司的設計生產芯片的公司。許多這樣的公司都在臺灣和中國大陸,那里有大量的熟練勞動力。考慮到建立新工廠的高成本,無晶圓廠模式頗具吸引力,而且它允許公司在享受高產量的同時進行研發投資。兩家中國公司,HiSilicon(由華為擁有)和Unigroup(由清華大學擁有的51%股權,作為政府半導體投資的一部分)都是領先的無晶圓廠制造商(美國高通公司仍然是最大的),但大多數中國“代工廠”在產量上落后了幾代。2無晶圓芯片的生產還繞過了一個潛在的巨大障礙——中國的SME完全依賴外國來源。

這種無晶圓廠模式最著名的例子之一是ARM,ARM是一家英國公司(現為軟銀所有),其移動電話和其他功能的設計被廣泛使用。ARM不生產芯片,但其可定制的設計是許多其他公司產品的基礎。ARM有300多家合作伙伴,包括HiSilicon和領先的西方公司,它們的處理器都是基于ARM的設計。中國互聯網巨頭阿里巴巴是另一個例子,阿里巴巴已經收購了一些芯片設計公司,并正在使用無晶圓廠的方法設計自己的專用芯片,用于人工智能和物聯網設備。