半导体国产化，中国何为？
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2022-11-28 21:45
文｜陈俊一
编辑｜常亮
题图｜123rf
今年10月，美国商务部工业与安全局（BIS）再次修改出口管制条例后，美国智库“战略暨国际研究中心”（CSIS）科技事务主任James Lewis曾对此表示，“中国虽不会因此放弃芯片制造，但能放慢他们速度”。
从实体清单到出口管制，在美国的步步紧逼下，中国的半导体国产化工作面临困境，行业中悲观者大有人在。但历史的辩证法就是如此有趣：“卡脖子”的力度越狠，劝降者便愈是理屈词穷，动摇者便越是无路可退，进取者就更是如鱼得水。
一心闭门造车不可取，乞求对手怜悯不可能，一切的原点仍是中国能否做好自己的事：政策和资本助推下，是否将再次“一抓就死，一放就乱”？半导体国产化，如何处理独立自主与协作开放的矛盾？这才是重要的问题。
中国何为：“由小见大”
此前亿欧曾撰文分析（《日韩芯片大战，中美谁为“黄雀”》），韩国半导体产业尽管在内存和闪存颗粒领域具有绝对优势，但依然在材料、设备等领域无法自给自足，甚至被日本在材料上打压，为此2019年之后韩国加速了半导体产业链国产化的进程。
而日本在上世纪80年代末90年代初，内存产业被美国打压之后，却在化工领域押注，成功赢得了半导体材料的成功“国产化”。
1995年日本东京应化（TOK）成功突破了高分辨率 KrF正性光刻胶的生产并实现了商业化销售，打破了IBM对于KrF光刻胶的垄断。当时日本的光刻机技术也在快速突破，市场也由此前美国厂商主导，逐步演变为佳能、尼康为光刻机龙头的时代。
不同于1990年代，日本光刻机的高光在进入21世纪之后被ASML逐渐压制；日本半导体材料从1990年代后期开始，竞争力逐步走强。日本被美国打压而“死去”的DRAM产业、半死不活的光刻机产业，其曾经的地位与荣耀被半导体材料、设备等产业继承。
目前，日本正在加大对光刻机新技术研发投入。（《美国出口管制，ASML为什么敢说不？》） 而且不同于阿斯麦全球分工，核心零部件来自美国、德国；日本光刻机企业更多采用垂直一体化的生产模式，主要零部件均是日本自产。
那么，同样也有另一种可能：日韩半导体摩擦之后，日本半导体材料产业将重复光刻机产业20年前的悲剧命运；但光刻机产业却借助美国限制ASML出口中国，得以再次复兴。
也就是说，半导体材料或许失败，但半导体设备尤其光刻机却可能成功。
而中国市场在刺激日本加大光刻机投入的同时，也同样助力国内半导体产业链的国产化程度提高。
据贝恩数据，2019年以来，半导体投资持续升温，2019年、2020年投资分别达到626笔、783笔，2021年猛增至1052笔。但2022年上半年投资较2021年有所放缓，贝恩统计为441笔。
这也与2022年半导体进入下行周期，全球PC、智能手机出货量下降有关。连苹果都在砍单，上游半导体产业自然也不好过。数据显示，2022年1-6月，国产品牌手机出货量累计1.15亿部，同比下降25.9%。进入第三季度，下降趋势虽有所减缓但依然下行：IDC报告显示，三季度中国智能手机市场出货量约7113万台，同比下降11.9%。
但半导体产业本就具有周期性，逆周期投资也是韩国半导体产业崛起的重要因素。况且，市场往往急速变化，2021年全行业还在到处“缺芯”，2022年就全在“砍单”，几乎毫无过渡。谁又能说，2023年市场景气度不会再次上升呢？
据财新报道，芯片领域投资热点已经开始分化，目前国内快速上升的通讯连接芯片、部分存储芯片、AI芯片，相对成熟的显示芯片、功率芯片，终端市场需求大、技术受限相对少，且不过多依赖外部生态，是发展的首选赛道。
国内半导体领域近年来也涌现非常多的创业企业，中国半导体行业协会副理事长魏少军称，2021年，中国大陆芯片设计公司数量达到2810家，较2020年增长26.7%；而2011年，这一数字仅为534家。面对众多国产新创半导体企业，有投资人表示：尽管半导体市场国产占比仍偏低，但细分领域龙头长期有较大空间，能够享有更高估值，但“老二、老三都不可能有高估值了”。
据魏少军测算，2021年员工数量超过1000人的芯片设计公司仅32家，规模小于100人的小微企业则达到2351家，占比高达83.7%。因此，有人认为，过多的小企业，分散了半导体行业资源，不利于整体发展。
这种说法，当然也有其道理。但大企业从来不是天生的，除非半导体制造这种特殊领域，大部分领域的企业，都需要无数小企业之间的内卷竞争、无数兼并重组之后，才能形成。
而且看起来，芯片设计似乎不如芯片制造、材料、设备那么重要。但“设计与制造解耦”已经成为趋势，英特尔那种垂直整合的IDM模式，在半导体制造领域反而失去了技术领先性。AMD也是通过做减法，才用Fabless模式在近几年对IDM模式的英特尔形成部分反超。
规模较小的芯片设计企业不断冒出，虽然不如中芯国际这种巨头规模大投资多，但也是产业链发展壮大成熟所必经的阶段。
中国何为：“兼收并蓄”
长鑫存储董事长兼首席执行官朱一明在最近的2022世界集成电路大会上曾表示，新冠疫情以及地缘政治等问题频出，全球集成电路供应链安全一再受到挑战。多国推出的补贴政策也让集成电路产业链面临“孤岛化”风险。逆全球化的趋势已经让产业链的创新能力和创新速度受到伤害，集成电路产业链还是需要发挥市场优势，产业链全球化是历史潮流，合作才能共赢。
中国通过吸引人才、并购公司等多种方式吸取全球的技术力量；并将自己的市场开放给世界，允许各类先进半导体设备、材料、产品的进口。
当然，这一过程并非一帆风顺。11月17日闻泰科技旗下的Nexperia（安世半导体）就收到英国政府通知，必须将其在 Newport Wafer Fab（NWF）的股份减少 86%，回到 2021 年接管该公司时仅持有的 14%。出尔反尔，不遵守规则，他们其实一直如此，企图把中国半导体业打回“原始时代”，甚至自身企业已经陷入周期寒冬也在所不惜。
中国作为全球最大的需求端，少数国家的这种强盗行径只能压缩自身的供给，并不能减少中国的需求。此外，企业和员工自身也有着利益需求。安世半导体就发布公告称：“我们拯救了一个资金不足、濒临破产的公司，偿还了纳税人的贷款，提供就业机会、工资、奖金和养老金，并决定自2021年起投资8000余万英镑进行设备升级。被收购方均认为这是唯一可行的解决方案，而且该交易也得到了威尔士政府的公开支持。”
当地威尔士政府，甚至都反对英格兰伦敦政府的决定。波折不可避免，但国外众多利益主体之间的矛盾，也给了我们一定的腾挪空间。中国兼收并蓄的开放政策与更多企业在海外的主动出击，也一定会在曲折中继续前进。
有趣的是，美国在美日半导体冲突中，是逼迫日本购买更多的国外先进半导体产品；但现在对中国则完全相反，是不让我们购买那些先进的产品，如英伟达的显卡等。
不让我们买，才逼迫我们自己造。实际上，在GPU领域，中国已经小有突破。
比如，收购曾经的移动GPU王者Imagination公司。
在2015年到2017年间，Imagination授权苹果的PowerVR系列、ARM的Mali系列以及高通的Adreno三大IP中，Imagination性能远超后两者。苹果A9、A10两代处理器都采用了PowerVR的7系GPU，彼时也是Imagination在GPU市场上的巅峰时刻。
2015年9月首发搭载于苹果A9处理器Imagination PowerVR GT7600拥有六个核心(SIMD)，理论浮点性能可达115.2GFlops，比A8处理器提升将近50％。2016年9月发布的A10 Fusion处理器，依然是定制版PowerVR GT7600六核心。A10处理器的GPU架构与A9一样，性能相比A9约50%的提升主要是靠超频才实现，可见苹果之漫不经心。
2017年6月发布的苹果A10X处理器，则是最后一款用上PowerVR GT7600 核心GPU的苹果处理器，从A10的六核心增加到十二核心，从而实现性能翻倍。此后苹果就自研GPU，抛弃了Imagination。
连续三年不更换GPU内核，并不是Imagination的IP没有更新换代。只是奈何苹果不想用别人的IP，彼时已经决定自研，也就不愿意再换新打磨，索性把GT7600缝缝补补用三年了事。
苹果在2017年宣布不再使用Imagination的授权后，Imagination的8系、9系GPU就很少有人问津。非性能之罪，而是失去了苹果，便失去了一切。ARM和高通更不会使用Imagination的IP。
Imagination空有技术而找不到市场，最后被中资机构股权收购。从移动GPU行业巅峰到一落千丈，Imagination与苹果的关系，非常类似寒武纪与华为。
不过数字系列命名的方式的2019年终结之后，Imagination的GPU IP产品命名方式也发生了改变：2019年至2021年，A系列、B系列、C系列均在年末相继发布。恐怕D系列2022年底也即将按时发布。这也能看出，被中资收购之后，Imagination还是在不断研发的。紫光展锐的虎贲T7510处理器就采用了Imagination的GPU内核。
而2021年发布的Imagination C系列的 CXT 则号称“首次在移动IP上实现了桌面级质量的光线追踪视觉效果”，而且“已经在多个市场上进行了授权”，这其中很可能就包括芯动科技。
据报道，2020年10月Imagination与芯动科技（Innosilicon）达成新的授权合作协议，芯动科技获得了Imagination当时最新推出的IMG B系列BXT高性能图形处理器（GPU）IP。2021年11月，在C系列内核发布之时，集成B系列内核的风华1号显卡也终于发布。
通常，从IP授权到集成到SoC，到流片、进入平台、推向市场，整个周期需要18-24个月。从获取授权到发布，芯动科技仅耗时13个月，开发节奏已经非常快。
国内GPU厂商还有更多，如天数智芯、壁仞科技、瀚博半导体、燧原科技、爱芯元智、摩尔线程等，此外还有龙芯等公司的CPU。国产处理器、显卡，再配上国产操作系统，可谓万事俱备只欠“生态”了。而上游半导体制造、材料、设备同样也在发展：一方面自力更生，另一方面并不排斥进口国外先进产品。
正如知名半导体专家莫大康所言：从局部看，国产化成功很有希望，但是要实现全方位的突破，几乎是不可能的，也没有必要。国产化的过程，可能比结果更为重要——那就是通过国产化展现体制优势，一点点撕开西方禁运“缺口”。
中国何为：“夫唯不争”
前几日，延宕数月的美国国家航空航天局新一代登月火箭“太空发射系统”(SLS)从肯尼迪航天中心成功发射升空，展开代号“阿耳忒弥斯1号”的无人绕月飞行测试。
按照计划，2024年“阿耳忒弥斯2号”将进行载人绕月飞行任务，2025年“阿尔忒弥斯3号”任务将再次载人前往月球，实现自1972年NASA阿波罗17号任务以来人类再次踏上月球。
SLS火箭及配套的猎户座飞船耗费了NASA和美国政府的大量预算，且跳票数年，预算严重超支。据最新估计，到2025年，NASA将在该项目上花费930亿美元——可能依然不够。
由于中国更加完整的工业体系，成本更低的航天系统，进步速度更快的空间站、探月、探火等项目，尽管现在美国航天特别是民营航天依然领先中国，但强弱之势也许在国际空间站退役之后就会转变。
中国航天进步速度之快，就以11月12日发射升空的天舟五号货运飞船为例，仅用时2小时就与空间站核心舱顺利完成后向对接。而此前快速交会对接最短用时纪录，是2020年10月14日由俄罗斯联盟号飞船MS-17创造的，其耗费3小时3分钟实现与国际空间站的对接。
谈及半导体国产化，为什么要讲述最近的几个航天发射案例？
因为对于美国来说，实现21世纪第一个重返月球，其实和我们一定要实现半导体产业自主可控一样，都是政府和人民非常看重的议题。而且，都是要耗费巨资投入的议题。
在半导体产业上，中美的差距很大，尽管我们不会排斥收购国外优秀IP企业、吸引海外半导体人才来华就业等，但在美国划定的赛道上进行追赶，不如同时我们也划几个赛道，让美国也紧张起来。
从嫦娥一号到嫦娥五号，实现全人类首次实现月球背面软着陆等众多任务，再到已经公布的2030年前后实现载人登月目标，再加上2021全年航天发射次数达到55次位居全球第一，美国有关部门也越来越紧张。
实际上，就在“阿耳忒弥斯1号”发射的当天，航天科技集团六院101所公布了成功完成25吨级闭式膨胀循环氢氧发动机全系统试验的消息。该发动机是目前世界上推力最大的闭式膨胀循环氢氧发动机，性能显著提升，正是为中国的登月火箭而研发。而据中国航天报报道，SLS火箭却使用的RL-10B-2膨胀循环氢氧发动机，其原始型号RL-10是美国第一款氢氧发动机，自1963年首飞以来已服役近60年。也就是说，SLS火箭依然是“新瓶装旧酒”。
不过，美国的登月火箭好歹都发射了，中国的重型登月火箭还处于发动机研发阶段，我们在航天领域又哪里有资格给美国“划道”了？
正如刘慈欣小说设定的世界观：哪怕你技术落后，只要你展现了技术爆炸的潜力，那么技术领先你数百年的“三体人”都会怕得要命。中国航天近几年正展现了如此的潜力，中国空间站仅用一年半时间就实现了从“一字”形、“L”形最终到“T”形构型的在轨组装，随着空间站系统工程技术进一步成熟，如果中国愿意，甚至可以在一年内再造一个T形三舱构型的完整空间站。
而美国这款SLS火箭一直与“超支拖延、挤占经费、问题不断、就业工程”等负面词汇为伴，SLS火箭已经成为近年来的“鸽王”火箭。原定于2016年末首飞的SLS火箭，晚了6年才于今年11月16日首飞成功。那么美国现在预计的2025年载人登月，大概率延期数年之后恰好与中国的2030年前后目标十分接近，这将是一场几乎并驾齐驱的载人登月比拼。
中国的载人登月项目，其目的当然不是为了配合半导体的国产化。但在效果上，有更多其他大型项目牵扯美国政府的精力，分散其可投入的资源，那么对于半导体产业链国产化来说，就能够减缓如同泰山压顶一般的巨大压力。
类似曾经美国为苏联设置的军备竞赛一样，在半导体产业链国产化之外，稳扎稳打的国家大型科技项目攻关，如电磁弹射、载人登月等，也会让美国自我加赛，并分散更多资源应对。
而这些“圈套”，都是堂堂正正的阳谋，但美国又不可能不跟。21世纪谁第一个载人重返月球？我们并不与美国争，而是按照中国的既定节奏来——但美国却迫切要争第一。
正所谓“夫唯不争，故莫能与之争”。
半导体国产化这件中美正激烈争锋的大事，美国又是建厂又是补贴，苹果也透露从2024年起将从美国一家工厂（大概率是台积电美国亚利桑那州晶圆厂）采购芯片，分散台积电台湾厂的订单；近日更是传出台积电将包机送超1000名工程师赴美。据台媒《商业周刊》报道，台积电送往美国的工程师不仅是该公司亚利桑那州晶圆厂的主力部队，更是美国振兴半导体产业的关键人才。
巴菲特“爆买”台积电，后者正帮着美国“数钱”，但CHIP4（美日韩及台湾地区计划组建的半导体技术联盟）的其他两个成员并不想自掘坟墓。
当逆全球化思潮甚嚣尘上，只有中国依然在坚持全球化理念，并将中国市场分享给具有先进技术优势的半导体企业。中国半导体产业国产化这件事，并不意味着注意力只在半导体领域。美国越是“吃独食”，中国越要用市场优势开放。据统计，2021年，除了ASML，全球前五大设备厂商的另外四家（KLA,Lam Research,TEL,应用材料）在中国大陆的营收占比都是最高的，中国半导体国产化的过程，不会是排斥五大设备厂的过程，而是会有更多合作的机会。
正如上文所说，中国的开放对全球“兼收并蓄”。而在国内半导体创业大潮中，借助资本市场为更有潜力的创业企业提供帮扶，让初创小企业有机会发展壮大；借助其他能对美国形成战略刺激的大型科技项目，分散美国原本可以施加压力到中国半导体产业的资源，中国半导体产业的发展，也一定会是一个“夫唯不争，故莫能与之争”的过程。
参考文献
1、The South Korea-Japan Trade Dispute in Context – USITC
2、Takashi Yunogami ：The Impact of the Japan-Korea Trade War；EE Times Asia
3、SLS首飞成功，重返月球的“阿尔忒弥斯”计划拉开帷幕；中国航天报2021-11-16
4、顾文军：下行周期与长期主义：中国半导体的逆周期投资
