作者:米乐

 

革命就意味着新生,这次的领头羊能是谁?

 

对于半导体产业来说,行业层面的技术密集和强独占性体制限制了知识的溢出效应,后发者难以通过吸收能力完成对于已有技术知识的纳入并进行二次创新;在技术层面,半导体技术包含了大量的缄默性知识,提升了知识转移难度,限制了后发者对于先发者的知识侵蚀效应;产业、产品与技术3个层面的特征导致了半导体产业中的后发者劣势明显,在这种情境下,后发者难以通过技术创新完成对先发者的追赶。

 

上述3个层面的后发者劣势导致我国芯片产业呈现出供给侧严重不足,需求侧对“外源性”芯片依赖性强的市场特征。在这样的市场结构下,贸易保护主义进一步降低了我国半导体产业在全球市场中的竞争力,2019年以来,美国政府频频出手制裁中国高新技术企业,破坏了基于全球产业大循环的中国半导体产业链,以期从战略上削弱中国制造在高科技领域中的竞争力。

 

然而,在全球半导体产业的发展历史中,三星与台积电却通过商业模式创新成功突破瓶颈,克服了后发劣势。半导体产业的“突围”之路,中国能怎么走呢?其实不只三星台积电突围成功, IDM模式崛起了英特尔, Fabless模式成功了AMD和英伟达,IP模式又成就了ARM、高通,接下来是什么模式?

 

革命,能给中国带来什么?

 

重要的产业生态革命

 

1958年,半导体产业诞生于美国,IBM公司成为首个量产晶体管的公司,产业链上下游大多都遵循IBM的研发节奏,后续发明影响行业的革命性芯片与商业应用,例如英特尔4004、英特尔8088、IBM个人计算机等。自此,美国独家掌握全球最先进的半导体工艺及知识产权多年。

 

 

第一次产业生态革命发生在20世纪70年代,出于经济与政治因素考虑,美国向日本提供半导体产业的技术与设备支持,80年左右日本半导体产业一度跃至世界第一。

 

1955年,日本索尼通过通产省特别外汇指标购买专利,设计出了世界首款晶体管收音机开始,日本正式踏入全球半导体产业。至此,晶体管从美国一个偶然的发现,变成了一个日本新兴产业。

 

便携式的半导体收音机,很快收获了市场的正面回馈,而这也带动了日本晶体管产业链的极大发展。东芝、日本电气公司 (NEC)等公司纷纷加入了晶体管产业,为此后半导体产业链打下了基础。1959年,日本晶体管销量达成世界第一,产量追平美国。

 

60年代末,日本政府大力限制美国IC产业涌入日本市场。因为在 1967年, 夏普公司开发出首台全部使用晶体管的台式机。此后家用台式机的风口快速被打开,众多原本致力于军用订单的美国IC产业涌入民用,一时间导致原本根植于民用的日本半导体产业举步维艰。

 

面对美国气势汹汹的“半导体大兵“,日本产业面临必须快速挖掘新民用市场的任务,以产品优势抵消美国的技术优势。这时,卡西欧敏锐发觉到,基于LSI的台式机对于家庭用户来说并没有什么价值,但更简单便宜的计算器,却可能给生活带来巨大改变。于是卡西欧与日立合作,在1972年推出了全球首款电子计算器,随即一炮打响。与美国企业判断未来家庭需要昂贵的LSI计算机不同,日本企业观察到日本家庭主妇每天需要大量计算家庭收支。而简单好用的计算器才是真正的刚需。凭借主妇们撑起的这场计算器风暴,日本IC产业迎来了市场上的巨大胜利,而这也为日本半导体的黄金十年,埋下了最后一根引线。

 

而在在日本半导体进入快车道之后,真正充斥于美日间的是大量专利纠纷,以及十分露骨的贸易保护政策。这在日本半导体崛起阶段,最具代表性的就是IC产业之争。愈演愈烈,第二次产业生态革命悄然到来。

 

第二次产业生态革命发生在90年代,美国为了遏制日本发展并夺回半导体行业话语权,开始向韩国与中国台湾提供半导体技术支持。2010年后,为了降低设备成本、人力成本等,许多半导体企业纷纷选择在中国大陆建厂生产。

 

韩国半导体产业发端于1965-1974年,最早作为美日半导体厂商投资为主的组装基地开始起步。利用韩国廉价劳动力的来料加工模式。产品主要为存储芯片、二极管三极管。

 

20世纪70年代,由于韩国电子企业严重缺乏自主技术,政府制定施政纲领,强调获取半导体技术能力的重要性。韩国陆续从美国和日本获得半导体工业所需技术。

 

20世纪80年代,政府强力干预,韩国半导体产业飞速发展。选择DRAM作为发展重点。三星、现代、LG参与DRAM为主的大规模芯片生产。1986年进入存储器自主研发。

 

1999年后三星成为韩国第一大集团,韩国DRAM市占率超过日本。韩国政府持续大量投入,促成产业实现超越。20世纪80年代末,韩国政府推出扶持半导体产业的十年规划,以每年递增25%的速率对半导体开发进行持续投入。1994年,韩国三家公司跻身世界半导体公司投资top10:三星电子设备投资15.44亿美元,居世界第二位,仅次于英特尔公司。

 

与此同时中国台湾的代工模式工厂开始崛起。

 

两次革命,美国仍在当今的全球半导体产业中具有主导作用。过去 10 年,美国半导体行业在研发方面的投资总额为 3120 亿美元,且美国半导体大公司研发占收入比常年维持在 17%~20%,高于其他地区的 7%~14%。同时美国政府在基础研究层面做了大量投资。半导体的发展不是一朝一夕,革命的发生也不以国家见长而是以能力,以技术。美国没有错失每一个让自己国家半导体成长的机会,比如压制日本,比如扶持韩国,再比如今天颁发芯片法案,当然也包括制裁中国企业。

 

那中国要抓住机会是什么?革命从哪里开始?那可能就是从模式切入。

 

全球半导体产业的商业分工模式

 

IDM模式:集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个生产制造环节于一体。早期的集成电路企业多采用这种模式,由于成本高目前仅有少数企业选择该模式,如三星、德州仪器(TI)。

 

Fabless模式:只负责芯片的电路设计与销售,将芯片的生产、封装、测试等环节外包给其他公司,海思、联发科、博通等采用该模式。无工厂芯片供应商模式的优势是轻资产运行,初始投资规模较小,企业运行费用较低,转型相对灵活。

 

Foundry模式:代工厂模式不负责芯片设计,只负责制造、封装或测试其中的一个环节,可同时为多家设计公司提供服务,但会受制于客户间的竞争关系,代表企业有中芯国际、台积电。

 

 

由图2可以看出全球半导体产业的商业分工模式演变基本和产业生态革命的时间很吻合,这是因为革命的发生是产业的变革,每次变革都会出现新的模式和新的模式下的领军企业。2010 年以后,通信技术进入流量剧增的移动互联网时代,我国的芯片产业已经开始逐步从台湾向大陆转移。

 

现在的国际形势并不明朗,中国半导体逆水行舟,摩尔定律濒临极限,第三代第四代半导体材料跃跃欲试,阴云密布,大雨能是什么?

 

新的模式?

 

2019年10月《经济学人》发布观点:开源将会成为处理器芯片发展的一个新趋势。RISC-V架构,目标是打造一个对标X86和ARM的开源替代方案。

 

在新技术范式、全球化市场的情境下,提升芯片处理能力的最佳解决方案是“云计算”背景下的“芯片开源”,即由“通用计算”变为“异构计算”,人工智能芯片就是典型的“异构计算”芯片,阿里巴巴、华为、百度等企业已提前布局云计算和AI芯片。

 

 

诞生于2010年的RISC-V历史很短,但作为开源项目,RISC-V遵从BSD协议,意味着任何组织机构和商业组织都可以基于RISC-V指令集架构开发内核、相关芯片以及开发工具。真正因为完全开源的特征,RISC-V在发展短短数十年中,已经成为了中国科技公司攻破国外垄断的主要方向,并且采用RISC-V架构的中国企业也做出了令人瞩目的成绩,我们还开发了特色的“香山模式”。

 

 

香山模式无疑可以孕育新的领军企业。因为每一次这种变革都会孕育出一些新的世界级的创新企业。就像IDM模式崛起了英特尔,fabless模式成功了AMD和英伟达,IP模式又成就了ARM、高通。香山这种根本上是一种越来越开放的模式,英特尔的X86只卖芯片,它的内部的源代码是不会开放,包括ARM。香山的模式不仅仅是源代码开放,底层的整个一套工具链和流程也都是开放的,所以现在也是有一批企业已经在基于香山来去做相应的一些开发,这就是香山模式的重要优势。

 

开源不仅可以更好的推进科技的进步,也是中国加速融入世界创新的有效方式,下一次革命,会不会是开源取胜呢?