宁南山谈中国的芯片设计产业：半导体，一万年也要搞出来
日 12:40:49
本文节选自“宁南山”微信公众号，作者为宁南山，原标题为《半导体，一万年也要搞出来--中国的芯片设计产业》。中国的经济升级，最大的两个领域是汽车制造工业和集成电路工业。反过来说，我们要实现最终打垮西方列强，也就是要在这两个超级产业完成逆袭。未来的十年，我们要做好长期战斗的准备, 如果我们成功了，那中国就是真正的超级大国。如果这两个领域我们失败了，中华民族复兴就不能称之为成功。这个地球上最强大的国家美国，它有哪些百亿美元利润级别的公司？除开能源和金融行业以外，有大约17家左右：Facebook，通用电气，IBM，思科，英特尔，宝洁，强生，微软，苹果，沃尔玛，迪士尼，通用汽车，甲骨文，Alphabet（谷歌母公司），Verizon，AT&T，Comcast。再具体一点，零售业1家，日化业2家，娱乐业1家，汽车业1家,其他制造业（通用电气）1家，总共6家。ICT领域呢，11家！17家百亿美元净利润公司有11家在ICT领域，因此可以说，ICT产业已经成了美国的立国之本了。谷歌，亚马逊，脸书，思科，IBM，英特尔，微软，甲骨文，Verizon，AT&T为美国贡献了巨大的利润。我们可以看到，在美帝立国之本的ICT领域，非常显然中国是美国的最大挑战者，中国移动，华为，中兴，阿里，百度，腾讯，网易，小米，浪潮，紫光等不仅在中国本土获得了优势，而且在对外扩张中，同时这些公司大多数净利润超过10亿美元，要知道全球净利润超过10亿美元的公司全部算在一起也就是三四百家。这也是为什么美国对中国集成电路产业如此关注的原因。集成电路是ICT领域的上游技术，是硬件的基石，如果中国集成电路产业也起来了，受到冲击最大的还是美国，而这是美国的核心领域之一。看下图，世界集成电路三强：英特尔，三星，高通。光是高通和英特尔两家，每年就能带给美国八九百亿美元的营收，养活数万美国工程师，还能带来一百多亿美元的净利润。除了英特尔和高通，美国还有德州仪器，Nvidia，博通，美光等一大票半导体公司，这个产业对美国的重要可想而知。中国目前每年进口的工业品，只有两个大类超过了500亿美元，一个是汽车和零部件，我们每年进口746.1亿美元，另外一个超过500亿美元的进口工业品，就是大家熟知的集成电路了。中国每年进口的工业品，集成电路进口遥遥领先所有其他工业品，排在第一位，其进口金额2271亿美元，是第二名的汽车及其零部件746亿美元的三倍。当然其实中国曾经有个工业品每年进口超过了500亿美元，那就是液晶面板，例如仅仅5年前，进口液晶面板就有大约510亿美元多点。但是随着以京东方为首的国产巨头相继崛起，在中国市场不断增长的情况下，液晶面板进口反而不断下降，2016年已经下降到了318.5亿美元。随着今年所有国产面板厂家都在疯狂提高份额和利润，我们有理由相信，在未来几年，液晶面板进口还会持续下降。战场转移到OLED面板领域，竞争对手只有韩国。和其他行业我国制造能力逐渐上升，逆差逐渐减少不同，集成电路的逆差在过去七年处于不断上升的状态。从2010年的1277.4亿美元上升到了2016年的1657亿美元，到2017年，这个趋势仍然没有扭转，1-5月中国集成电路（芯片）进口额为954.8亿美元，同比上涨17.9%，出口256.6亿美元，同比增长11.3%，逆差继续拉大。本文今天探讨的核心是，要看到差距，也要看到进步。首先我们要知道集成电路这个产业，全球市场容量有多大?不同的机构有不同的数据，都稍微有误差，我们就以IHS的数据为例子，
2016年全球半导体市场规模达到3389.3亿美元，同比小幅增长1.1%。当然，全球市场规模的数据各家机构不一样，有的是3300多亿美元，有的是3400多亿美元，不过基本是在这个区间。各位把这个数字，和我国每年进口2271亿美元集成电路的数字对比下，我国一年的进口额是全球市场的67%，这并不奇怪，因为全球90%的笔记本电脑，90%的智能手机，还有其他的大量电子设备，都是在中国制造，中国世界工厂的名称，不是吹出来的，而是实实在在的。我国进口集成电路多，并且还在不断增长，一方面固然是我国集成电路产业比起美国，欧洲，韩国，日本差距巨大，另一方面是因为我们下游的制造业和自主品牌发展太迅猛，世界市场份额不断向中国品牌集中所致。以2017年为例子，中国品牌智能手机已经占到世界份额50%左右，而苹果和三星手机也大多是在中国制造。基于这个现实：中国不仅是世界制造中心，而且在下游的消费电子品牌的份额也在呈现向中国品牌集中的趋势，所以相当长一段时间内，我国还会维持集成电路高进口额的趋势。中国国务院在2015年发布的《中国制造2025》的报告里面说，2020年中国芯片自给率要达到40%，2025年要达到50%，这其实是一个非常高的目标，因为这意味着2025中国集成电路产业规模占到全世界35%，也就是超过美国位列世界第一。当然这个是指总体产值，就产业结构而言，仍然是美国在高端，中国在中低端和部分高端。如果按照工信部的规划更激进，2025年要达到70%芯片自主化，也就是中国集成电路产业规模要占到全球49%,
这意味着什么呢，2025年中国集成电路产业从产值来说将是世界最高的国家，不仅能够供给全中国的需要，而且还要抢占相当一部分的世界市场。不过我们也要注意，不管是国务院还是工信部的规划，都是把在华外资企业算到国产里面的，也就是说，即使2025年完成了70%自主化这一目标，我们占到了世界的49%，其中仍然有一部分是在中国的外资企业完成的。那么我们能不能达到这一目标呢？或者说，现在处于什么什么水平呢？下图是IC
insight发布的2016年全球半导体20强，竟然前20位都没有中国公司，这是非常罕见的现象。在其他几乎任何一个地球上存在的大型产业，世界前20位都没有中国公司的，几乎找不到。有9家公司营收超过100亿美元，前20强的门槛是44.55亿美元。不过，我国半导体产业销售额最大的公司是华为旗下的海思半导体，2016年销售额为303亿人民币，折合美元也是大约44.5亿美元，刚好和第20名的44.55亿美元几乎不相上下。所以不出意外，今年海思半导体将会中国第一家冲进全球20强的半导体公司。这将是历史性的突破。当然，这意味着会有一个倒霉蛋被挤出全球20强。2016年中国集成电路产业销售额达到4335.5亿元，同比增长20.1%，集成电路分成三个部分，设计、制造、封测三个产业销售额分别为1644.3亿、1126.9亿及1564.3亿，增长速度分别为24.1%、25.1%及13%。这里面有一个好消息和一个坏消息，好消息是增速20.1%,这是非常快的，四年翻一倍，8年后就是现在4倍的规模，这是非常惊人的。坏消息是什么呢，我国集成电路产业这个4335.5亿元销售额是包括了在华外资企业的。所以要摸清我国集成电路产业的真正实力，还是要看血统纯正的中国公司。我们从设计，制造，封装三个环节依次谈起。本文先只看设计部分。首先是芯片设计，在PC机的时代，Intel和AMD垄断了电脑CPU市场，中国公司和他们的差距可以说隔着一个银河系。在21世纪初，可以说中国唯一像样的芯片厂家是珠海炬力科技，做出了mp3芯片，成为世界最大的两家mp3 芯片供应商之一，我们看下当年新闻的原文：“2005年炬力的SoC芯片出货量达到了4980万片，比2004年的1220万片增长了308%。该公司的MP3播放器SoC芯片的销售额也从2004年的5410万美元增长到了1.479亿美元。”通信设备制造产业的崛起，却意外的给中国带来了一个没有料到的结局，那就是中国的芯片产业开始伴随着中国通信产业崛起开始萌芽。华为的海思，中兴微电子，大唐都成为中国最大的芯片厂家之一。到了手机和平板电脑时代，由于中国本土手机厂家和平板电脑厂家的崛起，中国的展讯，全志，瑞芯微等公司也获得了发展机会。下图是IC
insight的报告，全球纯芯片设计公司50强，2009年中国只有一家，也是中国第一家闯入世界50强的是华为旗下的海思公司，2016年增长到了11家，包括海思，展讯，中兴，大唐，南瑞，华大，锐迪科，ISSI，瑞芯微（Rockchip），全志（All
winner）,澜起科技（Montage）。可以看到前面九名，海思，中兴，大唐都是电信产业出生，南瑞是为智能电网提供芯片，全志，瑞芯微，展讯等是为手机，平板电脑等提供芯片。可见中国在通信，电网，消费电子产业的发展对上游的带动作用。所以一个国家产业的发展，必然是整体性的，下游发展不起来，上游也一定发展不起来，中国芯片产业不可能脱离中国整体产业升级的大环境而独立发展。2016年，中国已经有了160家芯片设计企业销售额超过了1亿元人民币，可以说芯片设计正在中国全面开花。中国最大的两家芯片设计公司海思和紫光展锐都已经跻身世界前十，2015年海思是世界第六，紫光展锐是世界第十，而且在前十名里面，海思和紫光展锐增长速度最快。2017年第一季度，中国芯片设计产业整体增长高达23.8%，销售额达到351.6亿元，中国自主设计芯片全球市场占有率已经高达全球8%，中国市场占有率达到13%以上。按照中国半导体行业协会的中国芯片前十名，和IC
insight的排名有所不同，下图是2016年中国半导体行业协会公布的中国IC设计公司排名，可以看出，通过紫光集团对展讯和锐迪科的整合，中国已经出现了两家金额超过100亿人民币的本土IC设计巨头，海思和紫光展锐。这10家公司里面真正算有前途的就五家：海思，紫光（包括展讯，锐迪科），汇顶，中兴，士兰微。十强以外，还有一些很有意思的中国IC设计公司。首先是存储芯片领域，中国每年进口的集成电路之中，存储芯片和CPU占了大概75%. 可见存储芯片的地位。在存储芯片领域，有两家中国公司在试图进击，一个是兆易创新，一个是长江存储。目前全球存储芯片主要有三类产品，根据销售额大小依次为：DRAM、NAND Flash以及Nor Flash，其中Nor
Flash尽管排名第三，但与前两者相比，市场规模仍然较小，仅为30亿美元，而前两者大致在400亿美元级别和300亿美元级别。这三个究竟有什么区别呢？DRAM就是我们手机里面的1G，2G…..内存，NAND Flash就是我们手机里面的32G，64G，128G….Nor
Flash虽然也是存储，但是容量比较小，一般是64Mb以下，用于存储一些驱动电路的算法和代码之类，手机，汽车电子，工业控制等领域都会用到，因为很多电路的算法和代码相对复杂，难以全部集成到IC里面，需要用nor
flash来进行存储。在Nor
flash这个仅有三四十亿美元的小市场里面，我国的兆易创新是世界主要玩家之一，当然这个主要玩家，也就是世界第五，世界第一到第四分别是中国台湾旺宏，美国Cypress，美国美光，台湾华邦。兆易创新2016年8月上市后，应该是半导体存储行业唯一的A股上市公司。2015年、2016年度兆易创新分别实现营业收入11.89亿元、14.89亿元、分别实现净利润1.42亿元、1.51亿元。到今年，由于nor
flash多次涨价，兆易创新一季报业绩增长迅猛。主要因为Nor flash行业的大佬在逐渐退出，排名第三的美光退出NOR
Flash业务，有可能被排名世界第四的台湾华邦接手，排名第二的Cypress关闭中小容量的Nor Flash生产线，加上AMOLED面板对nor
flash有需求，因此带来行业景气。另外，兆易创新还做MCU（单片机）产品，用于汽车和物联网，2016年兆易创新的MCU销售收入为1.97亿元，同比增长55.2%。在内存和闪存领域，韩国拥有绝对的优势，而我国的长江存储担负起了打破韩国垄断的使命。存储器领域，DRAM和NAND FLASH，韩国三星和海力士都绝对的霸主，尤其是三星。DRAM是最大的存储器领域，因为目前全球DRAM存储器价格在疯长，2017年第二季度，三星电子、SK海力士、美光科技三家业内巨头DRAM销售额达44.3亿美元，比上季度增长了30.1%。下图是2017年第一季度的全球市场份额，三星+SK海力士份额为73.5%，美国美光为21%，三巨头为94.5%，剩下的台湾三家厂商南亚科，华邦，力晶占了4.6%.
全球其他公司占了0.9%。全球六强之外，在这个仅仅0.9%的市场份额里面，有一家中国小公司，北京矽成控股的ISSI，这是一家设计公司，在全球DRAM市场排在第八位，不过这个第八位，几乎可以忽略不计。兆易创新曾经试图收购ISSI，进入DRAM领域，毕竟Nor
flash市场还是太小，不过根据2017年8月的消息，收购没有成功。不过在DRAM领域，ISSI太小了，即使兆易创新收购ISSI成功，也不可能对抗韩系厂家和美光。而在NAND
Flash市场，DRAMeXchange的数据显示，三星、东芝、闪迪、海力士、美光和英特尔几乎垄断了全球100%的市场。尤其是三星和海力士，合计占了全球几乎一半的份额。我们可以明显的看出，在DRAM和NAND
FLASH领域，中国几乎没有存在感，在这个领域要突破，还是需要靠国家队。2015年7月，中国紫光集团曾经向全球第三大DRAM厂商美国美光科技，提出230亿美元的收购要约。结果被拒绝，背后就是美国政府的阻挠。为什么要收购美光呢？不管是DRAM领域还是NAND
FLASH，美光相对于韩系的三星和海力士，都处于弱势地位，尤其是在DRAM领域，美光的市场份额在韩国竞争下呈现不断下跌的态势，从2016年的28%下降到2017年上半年的18%左右。从营业利润率来看，三星DRAM的营业利润率高达40%这个水平，美光只有20%这个水平，三星只要一降价，美光就是生死存亡，可以说三星完全掌握了美光的生死。目前存储器自主研发的国家队是紫光集团控股的长江存储。长江存储成立之后，由于大量资金注入，在坚持自主研发的同时，开始大量从中国台湾和韩国挖人。紫光从台湾挖了多少重量级人才过来呢？除了全球执行副总裁高启全，，紫光集团还挖来了晨星创办人杨伟毅出任紫光旗下长江存储公司CTO，又延揽晶圆代工厂联电前CEO孙世伟，担任全球执行副总裁一职。这两位都是台湾半导体业界鼎鼎有名的大佬级人物，像晨星，当年就是和联发科并列的台湾两大芯片研发企业之一，后来晨星被联发科吞并。目前长江存储在同时进行NAND
FLASH和DRAM的研发，根据2017年4月高启全接受记者采访时透露，“长江存储的研发团队里面，美国人、日本人、南韩人都有，绝不是只有挖台湾工程师，长江存储内部是规定要用英文沟通，因为外籍主管很多，以国际化的规格在打造企业。”长江存储成立至今也招募将近700人，共计1900人左右，目前研发人员总共约500人，其中台湾人约50名。根据2017年9月的消息，长江存储将会在美国设立研发中心，并且趁着日本东芝在处于出售状态的机遇，挖角日本的存储器研发人才，日本很多年轻的工程师，受制于日本职场论资排辈文化的压制，薪资和发展通道上本有很多不满，加上东芝已经风雨飘摇自顾不暇，在中国高薪诱惑下，必然会有人加盟。目前长江存储的重心放在3D NAND flash的开发上面，同时也在推进20/18nm的DRAM开发。NAND Flash肯定是长江存储最先量产的产品，因为传统2D转3D
NAND技术后，半导体机台设备几乎都要换新，所以这时候投入是对的，每一个存储器阵营都站在同一个出发点。而DRAM技术，每转进新一代制程技术仅增加20%的半导体机台设备，意思是，既存的半导体大厂的多数机台设备都已经折旧光了，新加入DRAM技术的人去买新设备来生产，成本非常贵，竞争力会很差。从这个角度而言，中国要做好在存储器领域长期烧钱的准备。长江存储现在研发进度如何？根据长江存储CEO杨士宁介绍，其32层3D NAND芯片顺利实现了工艺器件和电路设计的整套技术验证，通过电学特性等各项指标测试，达到预期要求，2017年底将提供样片，继续向64层3D NAND发展，乐观估计2019年量产。目前韩国三星已经在2017年量产64层NAND，可以看出中国和韩国的技术差距在2年，2年看似很短，其实在竞争激烈瞬息万变的市场，已经是极大的差距了。抗韩将是长期的进程。事实上，韩国人在半导体领域表现强势的也就是NAND
FLASH和DARM存储器领域，以三星为首的韩国公司早在上个世纪九十年代就开始了存储器的研发，早了我们二十年。另外，韩国虽然存储器强大，但在存储器以外的其他领域，除了三星手机自产处理器和基带芯片外。由于都不是大集团研发，韩国的芯片设计产业在中国的冲击下衰退非常严重。以2017年上半年为例，根据韩国媒体Business
Korea的报道，在韩国上市的韩国前15大IC设计公司中，有10家上半年营业利润出现下降，50%的企业出现亏损，营收和利润都增长的只有两家。我在上一篇文章写过，全球显示面板向OLED转移的趋势已经不可逆，我国有一家做OLED驱动芯片的公司就在高速增长，那就是中颖电子，2017年上半年，中颖电子公司实现营业收入3.12亿元，同比增长30.65%；净利润为6208.01万元，同比增长61.8212%；每股收益为0.30元。因此，全球目前只有中国的疯狂的投入存储器的研发和制造，韩国人在存储器领域未来被颠覆，只有可能是被中国，确切的说的是长江存储公司。未来的希望：寒武纪为什么要特别提一下寒武纪，人工智能是人类所有产业发展的大势所趋，在这个领域，专用芯片将会成为未来的主流。几乎所有的ICT科技公司，不管是国内的百度，阿里，腾讯，华为，还是美国的谷歌，facebook，亚马逊，微软，都在朝人工智能方向发展2017年8月，由中国科学院计算技术研究所(中科院计算所)陈云霁、陈天石两兄弟创立的寒武纪科技(CambriconTechnologies)宣布完成阿里巴巴领投的1亿美元A轮融资，此轮融资令寒武纪估值达到10亿美元。这也是中国第一家集成电路产业的独角兽公司（估值超过10亿美元），这可以算作一个里程碑。值得一提的是，寒武纪团队成员的平均年龄只有25岁，很多骨干成员在校期间已开始从事相关领域的工作。创始人陈云霁25岁时就已经成为8核龙芯3号的主架构师。寒武纪推出的人工智能芯片型号名字叫DianNao，也即是中文电脑的拼音，目前DianNao已衍生出1A、1H等多个型号。DianNao这个型号名字来自寒武纪研发团队里一位法国人，这个法国人叫OlivierTemam，来自法国国家信息与自动化研究所（Inria）。最值得一提的是，DianNao芯片不仅是寒武纪的自主架构，而且是寒武纪自主开发的指令集，名字也很有意思，叫DianNaoYu（电脑语），
这是世界首个深度学习指令集，DianNaoYu指令集的论文在2016年的计算机体系结构领域顶级国际会议ISCA2016（International
Symposium on Computer
Architecture）所接收，其评分排名所有近300篇投稿的第一名。具有突破性的意义。之前中国自主研发的龙芯芯片，也是使用的MIPS指令集免费授权的形式，虽然可以自主修改，也不会被限制，但是使用指令集还是来自国外。用中科院计算所的话来说意义是这样的“指令集是计算机软硬件生态体系的核心。Intel和ARM正是通过其指令集控制了PC和嵌入式生态体系。寒武纪在深度学习处理器指令集上的开创性进展，为我国占据智能产业生态的领导性地位提供了技术支撑。”寒武纪人工智能芯片和传统的通用处理器如何比较？寒武纪是人工智能的专用芯片，因此寒武纪的芯片和通用处理器并非替代关系。由于CPU和GPU基本框架结构都不是为人工智能设计，如果要用通用处理器搭建一个人脑规模突触的神经网络，可能需要建一个电站来给它供电。AlphaGo下一盘棋动用了1000个CPU和200个GPU，每分钟的电费就高达300美元，而网络规模只有人脑的千分之一。”寒武纪AI芯片恰恰解决了这一问题——它能在计算机中模拟神经元和突触的计算，对信息进行智能处理，还通过设计专门存储结构和指令集，每秒可以处理160亿个神经元和超过2万亿个突触，功耗却只有原来的十分之一，未来甚至有希望把整个AlphaGo的系统都装进手机。寒武纪的AI芯片在两个大型产业都可以有广泛的应用，一个是云端，一个是终端。在目前云计算蓬勃发展的情况下，云端服务器面临更大的大数据计算压力，AI芯片逐渐必不可少。另外终端的智能化程度和计算要求不断提升，也需要使用AI芯片。日，华为在德国IFA展上发布麒麟970处理器，首先用于华为Mate
10智能手机上，虽然没有公开宣布，但其背后的AI芯片就是来自寒武纪，麒麟970整合的人工智能芯片，华为称之为NPU（NeuralProcessingUnit，神经处理单元）预计寒武纪的销售额将会迅速增加，目前猜测，华为和寒武纪采取的是IP授权的形式，寒武纪作为全球第一家人工智能芯片独角兽公司，也是全球第一家大规模量产人工智能芯片的公司，同时芯片架构和指令集完全自主，在未来大有可为。半导体行业，美国超级强势，韩国在存储领域优势大。欧洲有三家一流的半导体公司：XP、英飞凌和意法半导体，其中NXP在和高通谈并购，如果高通并购NXP并购成功，那么欧洲只剩下两家了。日本有三家一流半导体公司，瑞萨电子，索尼的CMOS图像芯片和东芝半导体。这其中索尼的CMOS图像处理芯片是近年来日本公司几乎仅有的实现大逆转的产业，索尼凭借图像处理芯片大大提升了市场份额，获得了大量利润。东芝在寻求出售，等东芝出售成功，那么日本也只剩2家半导体公司。我们可以看到，美国超级强势，中国，韩国都在上升，欧洲和日本在小幅衰退。中国半导体产业的进步有目共睹。2017年上半年，中国大陆芯片设计业同比增长21.1%，销售额为830.1亿元，继续保持世界最快增长速度。未来海思，紫光，寒武纪三大势力将成为中国芯片产业的主力军，寒武纪也必将崛起成为一方诸侯。在三巨头以外，很多专业领域的中国芯片供应商也会崛起，例如提供显示面板驱动芯片的中颖电子，提供指纹识别芯片的汇顶科技等等。另外，在国有企业大军里面，也会有很多像大唐微电子，华大这样的芯片公司来保证国家安全，比如下面这则日的新闻，华大发布的北斗导航定位芯片，再比如应用于超级计算机的申威芯片等等。还有像中国电子科技集团下面的中科芯公司，这家公司2008年在无锡成立，我们最近天上在对接的天舟一号飞船的电子控制防辐射芯片，就是来自中科芯公司，这也是为了保证自主化和国家安全，但是航天飞行器在产业规模上注定不会像海思，紫光，寒武纪的市场那么大。另外网友比较关注的我国超级计算机上用的国产芯片，例如全球速度最快的神威太湖之光超级计算机，芯片就是国产化的申威，指令集和架构都是在美国DEC公司的Alpha架构下扩展而来，但是这款芯片只适用于超算领域，在民用市场由于生态问题和性能问题，不会有竞争力。因此也是小众芯片。另外就是龙芯了，龙芯在一些专业领域，例如北斗卫星上用的防辐射芯片，或者一些专用领域比如服务器，工控，嵌入式控制等等，都占据较大市场份额。中国芯片产业的未来必须要走商业化可盈利的路，从这条路来看，只有以海思，紫光，寒武纪为首的国产芯片公司，以及华大，大唐，士兰微，汇顶科技等第二梯队，以及未来可能成长起来的第三梯队才是中国芯片设计产业的未来。而芯片设计这个产业，中国保持现状20%的发展速度，每四年翻一倍，到2025年将是现在的4倍，是未来美国最大的挑战者，韩国依靠对存储芯片的高强度投资，将保持世界列强地位。中国紫光的存储芯片2019年才能够量产64层的NAND
Flash，那个时候距离三星和海力士还是有技术差距，所以短期内韩国存储芯片产业是打不垮的。DRAM目前还不知道什么时候能量产。而欧洲，日本，中国台湾，由于其下游消费电子品牌的衰落，不可避免会影响到上游芯片的产值。(编辑：张鹏艳)
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伽利略懂的发现有什么现实意义
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伽利略的科学发现,不仅在物理学史上而且在整个科学中上都占有极其重要的地位.他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点,更创立了研究自然科学的新方法.伽利略在总结自己的科学研究方法时说过,“这是第一次为新的方法打开了大门,这种将带来大量奇妙成果的新方法,在未来的年代里,会博得许多人的重视.”后来,惠更斯继续了伽利略的研究工作,他导出了单摆的周期公式和向心加速度的数学表达式.牛顿在系统地总结了伽利略、惠更斯等人的工作后,得到了万有引力定律和牛顿运动三定律.伽利略留给后人的精神财富是宝贵的.爱因斯坦曾这样评价：“伽利略的发现,以及他所用的科学推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正的开端!”.
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色情、暴力
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中国芯片产业发展调查
&&&&遍地开花的投资热潮，将引导中国芯片业这一“襁褓”中的“稚嫩产业”走向何方？
&&&&对于中国的芯片产业来说，刚刚过去的两年可谓“已入佳境”。
&&&&“现在国外的芯片商有一种说法：如果你在本国看到的是一片萧条、感觉沉闷压抑的话，一定要去中国走一走，你的心情马上就不一样了。”
&&&&中国科学院院士、北大微电子研究所所长王阳元教授接受本报专访时说的这句话虽半是笑谈，但自从国家“909工程”建成投产以来，我国的芯片业无论“人气”还是“钱气”均直线升温，却是不争的事实。即使在被美国《时代》周刊称为“历史上最悲壮的一年”的2001年(这一年全球芯片制造业的销售收入锐减30%多)，中国集成电路依然增长了8%。
&&&&身兼中芯国际董事长的王阳元乐观地预测:“2000年以前中国芯片属于准备阶段，现在开始崛起了。”
&&&&“洗牌”半导体
&&&&2001年被很多专家认为是半导体行业的分水岭――世界半导体产业30%的下滑幅度意味着这个产业开始终结高增长高利润时代。按通常的国际分工规律，此时便到了向发展中国家转移的时候了。而中国大陆无疑是最适合这一转移的目标地。
&&&&去年11月美国《商业周刊》援引AMD董事会主席山得斯(W.J. Sanders)的一次谈话称，持续了近40年的摩尔法则在小型芯片制造企业那里将成为一道不可逾越的门槛，芯片制造业16.5%的年增长率将成为历史，今后8%～10%的年增长率已经是乐观的估计了。为此芯片公司必须改变战略，一个可行的办法是干脆剥离加工业务，把它转包给专门的芯片加工厂，自己只负责芯片的设计工作。另据介绍，美国早在1997年就已经把芯片制造这一块划归传统产业，生产基地大规模离开美国本土向境外转移。
&&&&这一大势对中国发展芯片产业无疑是个天大的利好。随着包括台积电、NEC、英特尔、欧洲第二大晶片制造商亿恒等在内的一大批芯片厂商的进入，境外舆论普遍认为在芯片制造方面中国大陆能比中国的台湾拾做得更好”，而目前台湾的晶片制造业占到了全球产量的20%。德意志银行驻香港的亚太地区技术部门负责人基肖尔?苏拉考断言，在DRAM晶片制造方面，大陆将超过台湾。
&&&&“洗牌”的利好还波及到芯片设计。目前除了英特尔、AMD这些芯片巨头仍然采用设计、制造一体化(IDM)模式外，全球半导体行业已普遍走向设计与制造分立运行的F&F模式，即Foundry(代工)+Fabless(无生产线芯片设计)。Foundry不搞设计，也没有自己的IC产品，为Fabless提供完全意义上的代工，这使Fabless可以放心地把产品交给Foundry而无须担心知识产权外流。东南大学射频与光电集成电路研究所所长、教育部“长江学者”特聘教授王志功博士分析说，靠规模与管理取胜的Foundry目前还不适合中国的中小企业，相比之下，Fabless省却了工艺设备更新方面的巨额投入，风险相对小些，“100万元就可以建立一个中等设计公司，甚至两万元就可以建立一个‘设计之家’”。
&&&&除了丰富的人力资源和低廉的劳动力成本外，巨大的市场需求被认为是世界芯片产业“转潮中国大陆的另一座动力机。
&&&&国家863集成电路设计专家组组长严晓浪认为，随着“中国大制造”的迅猛发展以及国内外消费结构的升级，中国对集成电路的需求将持续增长。出口方面，贴着中国制造标签的供应全球的PC、彩电、DVD、手机等数码产品都需要安装芯片；内需方面，信息家电、移动计算设备、网络设备、工控、仿真、医疗仪器等数字化产品的普及也会极大地刺激嵌入式系统的市常他出示了一份IDC的预测：未来4～5年，仅中国大陆信息家电的市场就会增长5～10倍，年需嵌入式芯片超过100亿元。
&&&&德国慕尼黑国际博览集团的调查称：到2010年，中国将成为仅次于美国的世界第二大半导体市常在全球集成电路市场一路下滑的情况下，中国集成电路产值2001年实现了8%的增长，2002年初步统计是增长20%。中国半导体协会秘书长徐小田预测：在未来10～20年时间里，中国芯片市场的增长率将高于全球市场的两倍。2001年中国大陆集成电路的需求量接近300亿块，170多亿美元，占当年全球集成电路市场(约1400亿美元)的10%强。到2005年，我国集成电路的需求量将在365亿块左右。投资的密度也将逐年上升，到2010年将有2000亿元的投入。
&&&&江苏意源科技有限公司董事长郑茳博士就此认为：世界半导体业每一次危机都是一次“洗牌”，都会造成一次新的机会――20世纪70～80年代的危机造就了日本IC产业，80～90年代的危机又造就了韩国的芯片产业，最近的一次危机，我们希望造就中国的IC产业。他说：“丝绸之路最早是从中国到欧美，未来的丝绸之路将从欧美再回到中国。”
&&&&终结“缺芯少魂”
&&&&中国半导体协会秘书长徐小田看好中国芯片业的未来却不满意它的现状。他甚至称现有的芯片制造业是“一年级水平”。徐的另外一个身份是信息产业部信息产品管理司司长助理。
&&&&徐提供的一组材料和数据显示，我国半导体产业的材料和设备完全依靠进口，国内所需芯片的80%依靠进口，芯片代工企业80%的单子来自国外。
&&&&换句话说，目前国产芯片自给率不足20%。技术方面，现有的国产集成电路多为低端产品,且产品趋同化严重。众多企业急功近利、同质竞争，市场上“你有什么我就有什么，你没有的我也没有”。以长三角为例，涉足芯片的企业很多，但产品多集中于玩具、手表、遥控器等低层次的消费类产品。中国是最大的手机生产国，但在中国生产的手机(2002年手机产量为400万部)尚没有一台是中国芯。这是何等之大的差距，又是何等之大的商机！难怪徐感叹“我们有这么大的市场，却是这么落后的产业”。
&&&&国家863集成电路设计专家组组长、中国半导体行业协会副理事长严晓浪则提醒记者注意，1元集成电路的产值将带动10元左右电子产品产值和100元国民经济的增长，半导体产品已成为信息产业乃至整个国民经济名副其实的“心脏”、“大脑”和“粮食”，其战略意义不容置疑。
&&&&而在刚刚过去的2002年，中国大陆芯片产量仅占全球销售额的1.39%，平均的工艺技术与世界先进水平相差2～3代。
&&&&严由此形容中国制造业的现状是“缺芯少魂”，强调“发展‘中国芯’应该成为我们一个坚定不移的选择”。
&&&&值得庆幸的是，中国内地“缺芯少魂”的历史有望在近期画上句号。
&&&&徐小田向笔者出示的一张图表显示，“九五”期间中国集成电路市场的容量从68亿块增加到232亿块，翻了两番，“十五”期间这一势头将继续保持，2005年预计达到770亿块。目前中国大陆芯片需求量已经占到了全球市场的10%强。
&&&&最有说服力的当然还是投资热。信息产业部电子信息产品管理司发布的报告显示，“十五”期间，全国集成电路芯片制造业的投资可达100亿美元，这个数字相当于前30年投资总额的3倍。此前，即使在“909工程”投产的“九五”期间，国内IC的总投入也不过140亿元人民币，其中外资占了近一半。
&&&&另一个事实是，近两年跨国芯片公司在因为不景气而缩小投资规模的同时，却纷纷增加了对中国的投资，中国台湾省以及日本、欧美芯片制造厂商的十多条芯片生产线相继移师中国大陆。麦肯锡的一份研究报告甚至预期，中国芯片的生产在未来会以42%的速度增长。
&&&&到2002年底，中国已经形成了上海、北京、深圳三个较大规模的IC制造基地，其他已建或正在洽谈建造IC生产线的城市和地区超过了十几个。
&&&&IC设计更是遍地开花，经科技部批准的“国家级集成电路设计产业化基地”就有7家之多，分布在上海、西安、无锡、北京、成都、杭州和深圳。2002年，中国内地集成电路设计公司从2001年的81家增长到389家。根据中国半导体协会的统计，从业人员也从几千人发展到1.5万人，增长速度很快。
&&&&与此同时，“方舟”、“龙芯”、“星光”等一批嵌入式CPU和军用CPU芯片的投产，熊猫IC CAD设计系统的开发成功，“半导体功率器件耐压层结构”的提出等等，标志着我国在IC领域自主知识产权方面也取得了突破性进展。北京市经委科技处处长梁胜介绍，目前国内自主设计的芯片产品涉及CPU、IC卡、高清晰数字电视、数码相机、3G手机芯和信息安全六大领域。而“最先进的美国也是集中在这六大领域里面”。
&&&&为芯片配套的企业也发展起来了。目前主要的集成电路封装企业有20多家，其中年封装电路量超过1亿块的有10余家。2001年国内集成电路芯片的封装量为50亿块，销售额约160亿元，目前全行业年封装能力已超过60亿块，产品面向海内外两个市常传统的封装形式，如扁形封装、双列直插封装、无引线封装等已形成规模生产，随着跨国公司来华投资设厂和现有封装企业的改造升级，PGA、BGA、MCM等新型封装形式已具备了生产能力。
&&&&种种迹象表明，“中国大制造”在横扫了玩具、服装、家电几个领域后，正在把触角伸向作为电子产业链高端的集成电路。
&&&&此前中国大制造已成功运作了两个大的波次，第一个波是服装和玩具，第二个波是消费类电子产品。这两个波次前后绵延了近20年时间。芯片业会成为第三个波？
&&&&专家之忧
&&&&但一片“利好”促动下的芯片战也遭到了质疑，主要是重复建设问题和投资过热问题。前者指向芯片产业布局及相关的政策思路，后者则表达了对“烧钱”前景的忧虑和“芯片泡沫”的预警。
&&&&专家们担忧，国内产业界“跟风”的喜好会波及芯片产业。20世纪80年代中期我们曾创下了几年间建起110条彩电生产线的纪录，2002年又一下子冒出了30多个手机品牌。
&&&&难怪王阳元一再呼吁，要人们警惕我国在芯片生产线引进和建设方面的盲目性、分散化和“一窝蜂”现象，避免高科技领域的低水平重复建设和低层次恶性竞争。
&&&&忧虑之一：制造
&&&&对芯片制造厂来说，生产的是“工艺”，是“产能”。一个芯片制造厂的投入如果是10的9次方美元的话，一个芯片最多卖1～100美元，也就是产量必须达到10的8次方或者10的9次，方企业才有赢利的可能。换而言之，如果工厂的产量达不到或者开工不足的话，就意味着亏损。
&&&&专家的忧虑还在于，一条芯片生产线投资一般在10亿美元左右，一旦“跟风”失败企业就会骑虎难下，学费较之彩电手机要昂贵得多。国家重点扶持的华虹NEC在2001年出现的高达8亿元的亏损，已经给国人上了生动的一课。
&&&&据说华虹NEC的亏损主要是国际市场DRAM的价格波动所致，1996年DRAM卖到16～29美元，2001年竟然降到了2～3美元！
&&&&“热闹并不代表一个产业的繁荣，各地只是在盖房子，离产能还很远。”徐小田说。目前上海、北京等地的芯片工厂，除了少数几个能够量产以外，其余的都处于“打桩”和“盖房子”阶段，要达到赢利还需要一段时间。
&&&&审视中国几十年的芯片发展史，不能不提以市场换技术的方针。“合资工厂引进的都不是下一代技术，比如建厂的时候是6英寸生产线，等过了两年后量产的时候，国际上流行的已经是8英寸的了。”
&&&&上海集成电路行业协会常务副秘书长赵建忠据此忠告：涉足芯片制造就是踏上了“不归路”――一代产品一代工艺，一代工艺一代设备。摩尔定律在推动着芯片技术不断更新的同时，也逼着你不断追加投资，“进去就回不来了”。他形容，芯片产业既是“印钞机”也是“吞金兽”，可以让你一夜发财，也可以让你一夜破产。
&&&&“引进的生产线技术应该是最高的，至少也是可以升级的。现在不可能一步到位地引进12英寸，但至少也有升级的能力。”一直在芯片一线研究的北京市经委科技处处长梁胜说，“以前合资公司引进的都是别人的技术，脱不掉一代又一代的引进。假如下一代主流技术别人不给你，怎么办？”
&&&&忧虑之二：设计
&&&&与制造相比，设计这一块更为脆弱。目前国内设计需求的缺口高达80%，芯片制造工厂80%的活是为国外的设计公司加工成品。个中缘由包括中国的设计公司太小，没有能力向下游厂商下单。徐小田甚至称国内目前的芯片设计是“幼儿园水平”。
&&&&“制造和设计就像是哑铃的两头。”王阳元如此定义芯片中制造业和设计业的关系。
&&&&没有设计公司，制造工厂无单可下，反过来说，设计公司必须根据制造厂的特性规划自己的设计，否则你就是设计出来也不能量产。
&&&&据对上海36家芯片设计企业的统计，这些公司2002年的总资产不到两亿元，其中产值超过500万元的只有15家，能独立下单的不足10家。
&&&&“中国很多企业设计的IC很可怜，是玩具用的、遥控器用的。”南京斯威特集团董事长严晓群说。江苏意源郑茳分析说：“我们企业比较急功近利，仿制行为多，大部分企业是跟着国外跑――你有什么我就有什么，你没有什么，我也没有什么。长三角芯片企业很多，遥控器芯片，几乎哪家都生产。我国90%芯片是消费类，与国外形成鲜明对比――国外通信类占75%，0.25微米以下的占75%。中国是手机最大的生产国，但在中国生产的手机全是外国芯。”
&&&&专家们认为设计的羸弱来自高级设计人才的缺乏和IP核的缺乏。
&&&&IP核是具有知识产权(Intellectual Property)的集成电路芯核的简称，其作用是把一组拥有知识产权的电路设计集合在一起，构成芯片的基本单位，以供设计时搭积木之用。集成电路发展到超大规模阶段后，芯片中凝聚的知识已经高度浓缩。以奔腾微处理器为例，其所承载的晶体管已多达960万个，如果芯片设计依旧基于单个的晶体管而不是基于IP的物理级设计，永远也不会有奔腾问世。而我们的设计基于IP核的却不多，许多企业甚至根本就没有自己的IP。
&&&&上海集成电路行业协会常务副秘书长赵建忠说，世界范围内有个解决知识产权交易、保护和协议的VISA集团，就是IP核联盟，拥有170家成员，迄今都没有中国大陆企业的身影，“因为中国太弱”。这一来，别人的设计是基于系统级芯片的(即SoC――System on Chip)，囊括了知识产权、技术标准、核心技术乃至外围技术，而我们不少企业停留在芯片仿制、系统组装阶段，自然谈不上竞争力。专家称之为“系统牵引乏力”。
&&&&“半导体制造行业对设计的需求已经到了等米下锅和找米下锅的程度。”王志功说：40年来晶圆(芯片制造的片基)尺寸的扩大与芯片尺寸的缩小，使得芯片的制造能力连上了多级台阶，例如晶圆尺寸从2英寸增加到12英寸，即使芯片尺寸不变，产量也会激增36倍。这使任何一种新设计出来的芯片都可以在不长的时间里被制造出来。而设计能力的增长就没有这么快，“目前制造工艺每年增长58%，设计能力每年只提高21%。这样下去落差会越来越大”。
&&&&在整个产业链中，设计是龙头。“喂饱”一条投资10亿美元的芯片生产线，需要20家左右的芯片设计公司向其下单。设计公司的羸弱，使内地的芯片厂将长期处于“等米下锅”的状态。有关专家预测，在设计公司成熟起来之前，这个过程大约需要3～5年。
&&&&忧虑之三：配套
&&&&就生产流程而言，半导体产业主要分为设计、制造、封装3个环节，再细分还包括支撑产业的材料和设备。
&&&&2002年10月，第八届世界电子论坛，美国半导体设备和材料协会的代表质问坐在台上的信息部官员：“政府优惠政策中为什么对设备和材料没有涉及？什么时候出台18号文件的实施细则？”国家18号文件规定进口材料和设备免税，这固然让制造工厂的成本下降，但对国内的设备和材料产业来说，无疑是迎头一棒。
&&&&设备、仪器和材料是集成电路发展的支撑条件，美国半导体设备和材料协会进入中国已经4年了，但一直没什么事情可做。“中国材料和设备方面没有产值，连像样的工厂都没有。”徐小田说。
&&&&据介绍，目前，6英寸生产线所需的单晶硅、化学试剂、光刻胶、特种气体、键合金丝、引线框架、塑封料等主要配套材料和清洗机、切片机、磨片机、塑封机、匀胶显影机、单晶炉、扩散炉、热处理设备、离子注入机等生产设备国内已能够提供。8英寸生产线所需的设备、仪器和材料也已有一定的基础，但设备和材料几乎100%靠进口。
&&&&北京市经委科技处处长梁胜说，材料和设备的缺位已经成了我国半导体发展的一个瓶颈。
&&&&配套还包括产业环境。境外芯片设计企业到境内来下制造订单，发现成本居然比境外贵。一找原因，原来问题出在外汇管理体制上：由于中国内地目前尚不准用外汇结算，于是芯片代工企业只好绕一个圈子――先出口再进口，导致了成本上升。国家关于发展集成电路与软件产业的18号文件，由于缺少配套政策，也让置身其间的企业有望梅止渴的感觉。
&&&&“没有完善的产业链和配套环境，国外会借机卡你，最终会受制于人。”王阳元说。
&&&&让市场做主
&&&&不过，在芯片投资是否“过热”的争议中，有一种声音似乎越来越强，这就是“让市场做主”。
&&&&具有政府背景的徐小田对人们普遍担心的“重复建设”问题看得就很开，认为提这种问题本身就是用计划经济的词说市场经济的事。“现在的建设是商人的行为，而赚钱是商人的本性，他们认为不重复就不重复，他自己能找到市场赚到钱就不重复。谁跟谁重复了？举不出例子来。”
&&&&“再者说集成电路也没有地界和国界，你不能说这条生产线在上海建就是上海的，那条线在北京建就是北京的。集成电路的投资是国际的，市场是国际的，竞争也是国际的，在这个产业立足的关键是争上游――只有做到全球前几名才能活。你一片(芯片)的加工费是1元钱，人家是0.9元，你就没法活，这不是一个重复不重复的问题，而是一个进步快慢的问题。”徐小田说。过去计划经济分南北区域，避免重复。市场经济条件下，商人考虑的主要因素是市场在哪儿，配套工厂就在哪儿，人才就在哪儿，一切聚焦于降低成本，提高竞争力。
&&&&同理，他认为投资过热不过热也应当让市场做判断。何况这两年我国集成电路的生产线基本是外商投的资。他说：“花的是人家的钱，主意是人家自己拿，不需要你来评判。这么多外商来中国建芯片生产线，并不是因为政府的命令和计划，你也命令不了，起作用的是商人的嗅觉。我们过去几十年才建了5条生产线，而这几年一下子建成了20条线。如果还是按照过去一个五年计划建一条线，无论如何也不会有今天这种局面的。”徐认为现在的投资还不够，“这算什么，建国几十年我们投了250亿元，产出了200亿元，这是基本符合规律的”。照这个投入产出比，近几年吸引的800亿元的芯片投资全部投产后，我们每年的产能也不过100亿美元，才占全球2001年销售份额的十几分之一，连中国市场的一半都满足不了，更不要谈出口了。
&&&&早在“908”工程中就担任IC设计工程师的赵建忠也特别谈到了芯片产业发展的思路问题：“908”最大的功劳是引进了产业链观念，最大的问题则是沿袭了计划经济下传统的投资体制的思路――面对集成电路这样一个市场性最强、技术更新最快的产业，从立项到投产竟然用了8年时间！立项时引进的是6英寸晶圆/1微米芯片的生产线，等项目竣工时，国际集成电路已经发展到8英寸/0.25微米了。
&&&&“空运”人才
&&&&上海张江――中芯国际的工厂里，许多高级的技术和管理人员都操着台湾口音的国语。“不少人都是从台湾空运过来的。内地这方面的人才还是奇缺。”一位知情人告诉记者。
&&&&明基集团总经理、友达光电董事长李耀坦承友达光电这次在内地设厂：“不敢把前道工序搬到内地来，内地半导体人才还太少。”
&&&&“目前半导体企业缺乏白领以上的高级管理人才，不仅是设计，还是资金的运作、组织管理、市场营销、基础设计，都缺乏高级人才。”王阳元说。当然最缺的还是设计方面的高级人才。据统计，台湾省拥有的集成电路专业人员多达2万，中国大陆到2002年却只有1.5万人，1999年只有2000人，且大多集中于半导体领域，占75%，高层次的系统设计人才只有2000多人。而发达国家与地区的人才结构正好倒了过来――半导体占25%，其余75%是高层次的系统设计人才。根据我国集成电路产业的发展规划，“十五”期间我国需要IC设计人才15万，巨大的人才缺口已经成为制约国内芯片产业的瓶颈。现在一个刚毕业的本科生去当设计师，年薪可达到8万元。“国外回来的高水准IC设计人员，年薪120万元我也要。”南京斯威特集团董事长严晓群说。
&&&&王阳元介绍，目前我国高级设计人才培养途径有三个：一是高校，像北大、清华、浙大、上海交大等。但高校的教师少又缺乏实践经验。一个学校一年也就培养七八十人，培养出来的学生还不能马上用，得经过一段时间的培训。二是设计公司自己培养，成本很高。三是国外留学归来的人才。
&&&&赵建忠认为，除了多途径培养人才外，还应该做好人才的转型。通信行业的不景气造成了通信人才被大量裁员。这些人经过IC知识培训后，能充实到IC设计岗位上。真正的IC设计人才，应该是系统级(SOG)的，具有计算机、通信等综合知识。“高级的设计人才是最大的障碍，需要一个过程，急都急不来。中国的设计在5年后才会起来。”王阳元说。
&&&&谁是“硅谷”？
&&&&2002年中，北京、上海、深圳、成都、西安都雄心勃勃地宣称自己要做中国的“硅谷”。半年后，其他城市的声音已经渐渐低去，成都和西安以封装和低端为主，深圳的心思已经不在IC上了。“能争的也只有北京和上海了。”王阳元教授提醒大家警惕重复建设，“我并不赞成IC制造业遍地开花，今天能做制造业的就三个地区：一是以上海为中心的长江三角洲地区，包括苏州、无锡、淞江、昆山、宁波等这些地区，二是以深圳、广州为中心的珠江地区，三是京津塘地区。因为这个产业需要很多条件，一是产业链要完善，客户要壮大，设计公司要壮大;二是要有丰富的人才资源；三是产业环境要比较好。”
&&&&一个地区能否建成半导体基地，条件是综合的，人才、资金、距离供货商的远近、水、空气污染程度等。当然最多的是群聚效应。
&&&&友达光电(苏州)有限公司总经理彭双浪说:“半导体的设备贵。一台机器上亿元，如果机器停下来，成本按分秒算的。这就要求配套的企业或者合作伙伴几分钟内能赶到。一定要有群聚的支持、很强的配套，机器一停，严格意义上说，从苏州到上海都远了。”
&&&&同时，芯片制造工厂造成的副作用也不可忽视。制造厂要消耗大量的自然资源，比如说水、能源等等。
&&&&统计表明，2000年以来国内新建集成电路项目已达27个，主要分布于上海、北京、深圳、苏州、浙江等地，其中还有西部两个项目。从产能和吸引力看，包括苏州在内的“大上海”区拥有15个，暂居领先地位，但北京等地显然不甘人后。有消息称北京市政府为实现其2010年建成20条大规模IC生产线及200家高水平IC专业设计公司的目标，特地出台了“S＋1”政策：S代表上海，“S＋1”即“上海给企业多少贷款补贴利息，我们就再多贴1个百分点”。深圳、广州、青岛、天津、成都等地亦均纷纷出台优惠政策吸引芯片厂商投资，其中最饶有趣味的当属深圳的“B＋1”政策，这里的“B”当然是指北京了。
&&&&鉴于此，有些专家建议北京侧重于搞设计业，上海搞制造业。但这种观点在实际的采访中遭到了很多企业人士的反对。实际上，北京也在积极地吸引外资投资制造业，而上海的设计实力也并不弱。
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