晶元到底如何國產化？

來自專欄 國產半導體

撰文：Startbird，編輯：花姐，排版：Raven

微信公眾號：芯世相（ID：xinpianlaosiji）

集成電路產業已經成為現代經濟的支柱產業，重要性不亞於能源，糧食，和鋼鐵，甚至有（IC is the New Steel）「晶元是新鋼鐵」 的說法。2012年，國家開始鼓勵「雙創」，2014年，工信部宣布國家集成電路產業基金，這標誌著加強集成電路產業發展成為國家戰略的重要內容。2015年，「軍民融合」也上升為國家戰略以後， 我國的許多底層基礎技術在「軍轉民，民參軍」的影響下已經獲得了根本性的提升。

面對「雙創」，「集成電路國產化」和 「軍民融合」 三浪疊加， 作為一名半導體從業者和創業者，我想從半導體行業（也可以延展到電子行業）的指數規律和其背後的行業細化分工入手，用半導體產業從業者的視角，審視一下我所看到的「雙創」和「軍轉民，民參軍」現象，希望為大家找到潛在的問題和發現解決思路提出一些個人的觀察和思考。

國產晶元要成功，從戰略和戰術可以概括為：

戰略思考：升維思考，降維攻擊

戰術落地：垂直切入，指數發展，水平拓展

核心觀點摘要如下：

1. 工業革命的標準化，流程分工，以及信息和互聯網技術的發展都在電子行業發揮了巨大作用，也引發了在半導體和電子行業都普遍適用的「摩爾定律」和指數級的發展速度。

指數速度發展的產業具有以下4個普遍規律：

--天生的「贏家通吃」壟斷特性；

--「壟斷的贏家」為了獲取額外增長和更大的話語權，相互水平整合成為更大的平台，同時也會向上下游，垂直延伸從而構建生態。

--後來者只有在A）新技術，B）新應用 C）新渠道和商業模式創新三者中尋找機會；

--作為基礎工業的電子產業和信息技術，進入指數速度發展後，往往會帶來對其他行業的顛覆性衝擊，而顛覆性衝擊中的新應用往往需要全套的解決方案，此時提供整套方案（垂直體系）就成為必要的，衝擊過後的平穩期則又轉入分工的細化。

1. 國防軍工中的最終需求場景，往往一方面需要創新應用和創新技術，另一方面也需要極致的可靠和穩定，同時，使用量和頻度與民口應用相比也小很多，這三種特性往往看起來是矛盾的。

從小用量和創新來說，垂直整合的方案往往比較適合，傳統的軍工體系也是這樣構建的。但是傳統的頂層設計，逐層分包，總體集成的方式隨著現代信息技術發展已經落伍，新型的集成體系是基於頂層的快速迭代，頂層和流程的數字化，底層核心技術和模塊的通用化和標準化，底層和頂層並行發展，利用實時實驗，基於整體效果，持續反饋和優化。

1. 對於電磁環境日益複雜，需求應用多變的現代國防電子體系來說，帶來一些趨勢性變化：

--在硬體層面：半導體底層晶元（比如射頻/微波前端晶元MMIC，數模轉換晶元ADC，DAC，DSP/FPGA/ASIC/MCU 等核心功能晶元）在保證功能的情況下，逐步趨向標準化，從而能夠規模化生產，實現更高效率，更高可靠性和更低成本（本文末提出的綜合射頻前端晶元就是面向這一個目標的努力）；

--在軟體方面：各種創新應用和技術的差異性盡量通過軟體層面的個性化設計實現，最終在總體系統方面，頂層設計有可能實現遠超以往的迭代速度，同時又能保證可靠和創新的統一。

1. 對於一個公司來說，無論是上下游垂直整合，還是專註某個產業環節進行細化，專註於成為平台，這些都是戰法，是手段，關鍵問題是你的目的地在哪裡，當下的環境和大趨勢合適那種思路。垂直抑或平台，核心還是效率、質量和性價比。在指數浪潮驅動下，運營的重要性已經超過製造本身的重要性（柔性+效率的重要性超過製造產能的重要性），資本策略和產業環境的狀態也已經超過技術的重要性。

指數規律背後的分工細化大趨勢

說起半導體行業的規律，首先就是大家比較熟悉的「摩爾定律」（可容納的晶體管數目，每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍），其本質是闡述了電子行業一個比較本質的特點 – 指數化增長。其實不只是晶體管密度，還有算力（圖1），無線通訊速率（圖2）這些都是沿著指數量級增長的。

圖-1：人類的算力早在1900 就進入加速的指數增長

圖-2人類的無線通訊速率從 1995年普及開始就進入每五年增長10倍的指數發展通道。

過去20年無線傳輸速率增長了1萬倍。Intel 預測在第七代移動通信中，人類大腦的所有神經元鏈接組合（~18,000Tbps）可以在3分鐘內上傳到網路。

一般人可能會比較熟悉互聯網行業的「贏家通吃「的特點，互聯網行業具有類似的指數發展規律，其核心原因是網路的價值（也可以說公司的估值）和網路的擴大相互之間有相互的正反饋效應的。 然而，在傳統製造業，很少有看到，比如能源的效率，或者鋼材的價格能夠按照指數速度發展，偏偏電子行業，就實現了這樣發展速度。

電子行業尤其是半導體能有這樣的指數級發展速度，核心原因我認為有3個：

1. 半導體產業的主要原材料硅，是極其豐富的，基本不受上游材料的限制；
2. 半導體產業和相關的配套行業的分工受益於信息技術（及現在的AI技術）可以持續進行細化，各個環節的公司可以持續專註。
3. 半導體產業的核心需求方是人類的虛擬和信息世界，半導體是計算，連接，和感知的底層，這三大類需求是沒有止境的，雖然具體的應用在持續變化。所以行業內總是說，每次軟體更新總能吃掉硬體新增的資源。大家想想電腦和手機的存儲需求就明白了。

總結上面三個方面，在原材料和需求方面沒有限制，在自身的演進中又能不斷進行分工，同時直接從信息技術的進步收益，這就導致了半導體產業也遵循著指數發展和贏家通吃的特點。

在指數規律下的行業，有非常特別的幾個特點：

1. 「贏家通吃」，在現有技術節點、現有應用場景和商務環境下，先發的或者掌握領先技術的公司往往可以利用超越其他人一個量級的性價比或者規模效率就可以實現壟斷。
2. 原有的頭部/領導者，一定會持續進行大規模的投入，維持指數速度發展，從而保持壟斷；
3. 如果希望實現超越或者顛覆，必須找到以下三種中至少一個機會：

• 下一個新技術的突破；
• 突然爆發的，或者全新的應用場景，能夠及時提供定製化的方案（比如比特幣）
• 供應鏈，商務模式或者市場渠道的大變化

關於分工，半導體從上下游可以粗略的分為圖3（以通訊用的前端晶元為例）：

圖-3 半導體產業分工

其實半導體行業甚至電子行業，底層工藝製造最初是和設備廠家甚至運營都合併在一起，最經典的案例就是 IBM的大型機時代，IBM當時為企業提供的不只是計算機，還有服務軟體和運營管理，就製造計算機來說，IBM也擁有最早一批的半導體工藝廠。從1950年到1990年，整個行業經歷了製造和設計的分離，還有很重要的軟體和硬體分離，只有這樣，行業才能完成從服務幾百家企業/軍工客戶到服務數十億海量個人用戶的演進。

圖-4 半導體產業總趨勢是專業分工的逐步細化

每個環節都有頭部企業服務整個行業

在電子行業的早期，指數化和細分的趨勢剛剛起步的時候，國防軍工應用往往是早期的牽引者。比如IBM早期的工藝線和大型機就是為國防服務的，美國矽谷的發源核心-斯坦福大學和仙童公司也是從事服務軍工開始的。到了後期，民用的半導體器件性能，尺寸和成本大幅下降後，反而可以服務軍工的應用，成為國防的重要底層支柱。

當然，專業化也並不總是單向的細分發展，對於很多新興的應用需求，往往晶元廠家還要擔負起一定的垂直整合的工作，比如提供包含整體硬體和軟體的完整方案。這在新興的市場應用非常多，比如這幾年興起的區塊鏈和數字貨幣，其中關鍵的「挖礦機」 的核心晶元已經被比特大陸壟斷，公司700人中，晶元設計核心團隊不到50人，其他人提供了非常重要的礦機硬體方案，軟體構架和配套。

再比如，聯發科的興起核心是為中國的眾多中小手機廠商提供了完整的前端解決方案，雖然沒有足夠的技術和性能差異化，但是有利於佔領當時剛剛興起的中國移動通訊市場。當市場進入品牌機，80%的市場被幾個廠家佔領後，聯發科的標準完整方案就沒有高通的深度差異化有價值了。

華為海思和比特大陸可能僅僅是兩個極端的例子，基於2017年的報道（葉甜春-「2017北京微電子國際研討會暨中國新能源汽車電子高峰論壇」）我國半導體產業核心問題還是上下游關鍵環節的缺失，比如我國代工廠建了很多（2015年-有9座12寸工藝廠在建，3座在規劃中）但是工藝廠裡面的關鍵設備要靠日本和歐洲進口，關鍵數字電路的IP要購買，關鍵的晶圓外延片（材料）要購買。

蓋工廠只能解決製造的一個環節（Foundry）。是否建廠其實是次要的，我們缺少的是能夠像Intel和三星那樣的強大垂直整合的IDM，同時缺少面向全球在一個大品類中佔領主導地位的產品和公司。

總結一下，半導體行業的指數規律是行業分工細化大趨勢的一個必然結果，在行業每個細分的環節都會有「頭部」公司出現，依託技術專長，資本和市場方面的優勢以及指數現象背後的正反饋機制，成為了服務整個行業的平台性企業，也形成了贏家通吃的局面，最近幾年半導體行業的巨頭收購和合併又加劇了這種「壟斷」情況，比如高通+恩智浦+飛思卡爾。但是，細化並不總是單向的，因為不斷有新興市場和新的應用出現，這些情況下，一定程度的垂直整合反而更符合市場需求。

做水平 vs 垂直，半導體創業公司的選擇

我國民用半導體起步就面臨國際大廠的技術壟斷和「贏家通吃」的指數級領先優勢，在核心技術和高端晶元方面，國家扶持或者產業投入是必不可少的部分，而且要做好短期內不掙錢的準備。

華為海思就是一個非常成功的案例，雖然它從財務投資回報來看，未必是正向的。但是華為海思真正的產生了巨大的產業影響（2016年海思已經接近全球前20名半導體公司的產值排名）。像海思有華為的後盾，或者人工智慧這種新興技術還是能夠而且也必須對標國際一流水平的。

大部分民企發力於技術門檻較低的晶元或者與市場需求強結合度的產品。2016年全球晶元設計公司50強中有11家中國公司，海思，中興，大唐都是聚焦電信產業，南瑞是為智能電網提供晶元，全志，瑞芯微，展訊等是為手機，平板電腦等提供晶元。

「一個國家產業的發展，必然是整體性的，下游發展不起來，上游也一定發展不起來，中國晶元產業不可能脫離中國整體產業升級的大環境而獨立發展。」這是「寧南山」寧老師的去年的一個總結，我個人解讀是，國內的晶元設計公司（尤其是小團隊）應當先從國內本土應用入手，和國際大廠PK要有自己獨有的優勢。

這就意味著國內晶元公司應該考慮做一定程度的垂直整合，實現在聚焦的點上提供完整的解決方案，只有在單點實現突破，才能考慮進一步用垂直的方法向其他應用延伸（垂直發展），還是做好某個環節的平台（水平發展）。

半導體創業團隊，不能指望一步實現成為「下一個高通」或者 「恩智浦」，只能從小處入手。在持續迭代的過程中，要保持與需求方的正向反饋（最直接的就是獲得客戶認可，並掙到錢，同時客戶也因為你而飛速做大），可能的話，邊掙錢邊研發，從下而上做大產業。

垂直案例

電子行業既有觸及每個人生活的主流晶元（比如CPU），也有繁多而小眾的特種功能晶元，比如在射頻前端領域，因為當前的電磁環境日益複雜，無論是現代國防還是通信和民用感測體系，頻譜劃分本身就非常複雜，在同一類需求下，可供選擇的頻段往往是碎片化的。比如主流民用衛星通訊就有C，Ku 和 Ka 等多個頻段，這裡就有可能有上百種不同型號和指標的需求。

圖-6 常用頻譜資源的劃分和應用

對於這種小眾的但是技術門檻高的晶元，創業團隊應當盡量追求底層技術的標準化，交付產品的通用化，從而能夠實現聚焦有效資源，在某個特定技術品類（單一維度第一名或者遠超同類對手，其他2-3個維度第2-3名）同時盡量構建能夠幫助客戶實現價值的方案（一定程度的垂直）。

總結

在半導體創業的國內團隊，無論是做平台還是做垂直整合的方案提供方，應當仔細考慮以下半導體行業的規律：

1. 半導體行業（電子產業）本身是變化迅速，快速演進，按照指數規律發展。 不能指望一步實現預定的目標，只能從小處入手，持續迭代的過程中，要保持自身成長與需求方的正向反饋（最直接的就是獲得客戶認可，並掙到錢），可能的話，邊掙錢邊研發，從下而上做大產業；

1. 當底層技術的不確定性被驗證和解決後， 團隊需要面對市場需求進行靈活而且高效的調整，比製造成本的降低更加重要，也就是柔性的運營體系比重資產的投入更重要，資本策略和產業環境的狀態也已經超過技術的重要性。

1. 電子行業一致處於分工不斷細化，各個環節都有專註的大小公司，而大小公司之間不斷建立和發展相互依存的大趨勢，但是又常常在某些新興的，或者小眾的應用，需要垂直的整合能力。但是自身的底層技術需要在不同方向和應用選擇中，被持續打磨，因此不能什麼賺錢就做什麼，而是尋找能夠支持底層/核心技術能夠被提升的，本質方向聚焦的客戶和需求。

1. 技術創業團隊，一定要意識到所謂的核心技術其實包含實驗室技術和工廠技術（規模化生產技術），前者證明產品概念和樣機，後者才是真正產生產業價值的技術, 而後者只有在市場和大量的真實客戶需求中，才能積累和成長。

微信公眾號：芯世相（ID：xinpianlaosiji）