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魏少軍最新演講:集成電路發展中的“正”與“奇”

發布人:芯東西 時間:2023-04-12 來源:工程師 發布文章
人間正道是滄桑,守正方能出奇,集成電路亦然。

3月30日,中國半導體行業協會IC設計分會理事長,清華大學集成電路學院魏少軍教授在2023中國IC領袖峰會上做了《集成電路發展中的“正”與“奇”》的演講,并提出了八點思考。


01.標準的統一最終促成了全球經濟繁榮

事物的發展要遵循客觀規律,移動通信標準的統一就是例子。

移動通訊已經走到第五代,三十年前還處在第一代移動通訊。到了第二代移動通訊出現了GSM和CMDA兩個標準。第三代移動通信的時候又出了WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等標準。移動通信在第三代標準以后,就成為全世界都關注的焦點,一直到后續出現LTE。到第五代移動通訊的時候實現了全面統一,當然第六代移動通訊也是有統一的趨勢。可以看到,標準的統一實際上是一種規律。

移動通信當中的標準不能統一就不能實現全球的通信,正是通信移動標準統一促進了互聯網走向了移動。在移動互聯網發展的過程當中出現了像Arm+安卓或者Arm+ios之類產品技術的統一。

而PC上由于英特爾的CPU占有主導地位,加上微軟的操作系統,也同樣形成了統一。隨著移動通信的標準統一,互聯網在全球移動通信上也實現了全球性的產品技術。

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而產品技術統一促進了全球供應鏈和產業的全球化,比如在美國設計的一顆芯片可以在中國臺灣加工,然后到馬來西亞去封裝。韓國、日本、歐洲的一些元器件送到中國,然后中國大陸組裝成iPhone送到全世界。

供應鏈的全球化和產業的全球化,帶來了全球經濟的繁榮。今天拿著一部手機走到全世界的任何一個地方,看到和感受的服務是一致的。

這種規律從移動通信角和互聯網角度來看,就是它必須是一個規律性的東西。

違背這樣的規律,就是違背世界事物發展的規律,是一逆潮流的行為。


02.

摩爾定律幾十年來一直是行業指引


摩爾先生前幾天去世了,但是遺產永傳。他在1965年提出著名的摩爾定律,后來經過登納德進一步細化,形成了今天完整的摩爾定律,也就是等比例縮小。通過等比例縮小,新一代的技術跟上一代技術相比,面積可以縮小到原來的一半,或者密度增加一倍,速度提升百分之四十,功耗下降百分之五十。

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摩爾定律意味著有了一種方法,能夠持續不斷地在后來的幾十年當中促進產業的發展。過去四十年有很多產品消失了,但消失的并不是功能,這些功能都被集成進手機。手機里的芯片加上運行的軟件,實現了眾多應用。

有一句話叫“芯片能夠參與競爭的任何技術最終都不可避免將成為失敗者”。

在當今的電子信息技術當中,如果不采用芯片恐怕是不行的。電子信息技術一定要采用集成電路,一定要采用芯片,不能違背這樣的規律。如果違背這種規律,那么產品就沒有競爭力。


03.

持續創新是另一種規律


從幾個晶體管到現在巨量晶體管的發展過程中,HKMG、FinFET、EUV這些都是在產業發展當中,特別是集成電路技術發展過程中不斷地涌現出來的創新。芯片技術有三大挑戰,除了大家熟悉的光刻技術外,還有新材料和新工藝的挑戰。

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在過去幾十年當中,圖形縮小性能不變的想法起的作用其實是有限的,真正起作用的是眾多新的材料。

成套工藝研發需要新材料和新工藝,終極挑戰是提升良率,但即便是把良率提升這件事情也需要大量創新才能夠實現。創新在集成電路的發展是一個重要的規律,這個行業不能夠離開創新。

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在中國22家科創板上市的設計企業中,對2021年報數據進行分析來看,企業的平均毛利率大概是47%左右,比美國企業平均62%的毛利低了15個百分點。中國企業平均研發投入為25.5%,比美國半導體企業17%的研發投入高了8.5個百分點,可見中國企業對于研發投入是很重視的。

但問題出在中國企業的產業規模上,科創板的22家企業研發投入全加起來也只有10.8億美元。今天做一顆5納米的芯片大約需要投入2.5億美元,那因此10.8億美元的全部投入加起來也不足幾顆。

由于創新投入不足,所以企業成長壯大并沒有想象那么好。這個例子證實如果在研發上不足,創新不夠,想往前發展也會碰到很多困難。

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2018年,美國半導體產業為2260億美元,平均研發投入17%,其毛利為62%。由于美國在研發費用上的高額投入,其有足夠的資金去進行創新,并產生出最好的技術。這些技術可以去占領市場,因此美國能獲取48%的市場。

由于市場容量龐大,并且所占的比例又很高,所以美國可以獲得更高的毛利,反過來又支持研發的投入,所以美國進入了一種良性循環。

中國目前由于總體研發投入不夠,成為一個比較大的問題。從這個規律上來看,研發投入是半導體產業發展重要的一個影響因素。


04.以產品為中心的規律已被產業模式變遷所驗證


美國、日本、歐盟以IDM為主,中國大陸、中國臺灣、新加坡等東亞國家和地區主要是代工和設計。因此這個產業模式上,中國大陸、中國臺灣、新加坡等并不是以產品為中心在發展,而是以加工為中心在發展。

但以加工為中心做法與真正所追求的目標是有距離的。

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在全球的范圍當中,市場是以產品作為基本計算單位,而不是以加工能力。

盡管可以對加工能力做一些相應的調整,但產品所占的比重非常低。以產品為中心,這是半導體產業發展的非常重要的理念,也是一種規律。

不排除在發展的過程當中,在圍繞產品方面出現了系統公司轉向IDM,然后又進行進一步的分化,比如說無晶圓廠+代工進一步的發展,會出現更為細分的整個產業模式的變遷,這些變遷都是希望能更好為客戶服務。

但是客戶要的是產品,所以怎么樣能夠將整個產業調整到以產品為中心,還有很長的路要走。


05.半導體產業無法跟風發展


從幾個縱觀集成電路產業,產業發展傳統上是從系統公司到IDM到Fabless,再到Chipless + Fabless的一種逐漸的改變,但過去十年很多人也做了新的嘗試,將互聯網引入到集成電路中,結論令人唏噓,因為沒有一個成功的。

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這也說明任何一個產業的發展,它客觀的、內在的發展規律是不可以違背的。

前些年有論斷說在風口上豬都可以飛起來,但是半導體其實成不了風口上的豬。最近幾年,資本的力量又想要想把半導體變成風口上的豬,但是下場都比較慘,產業發展還是要遵循客觀規律。


06.全球半導體供應鏈被人為打破是違背客觀規律的行為


目前,違背客觀規律的事情正在發生,那就是全球半導體供應鏈開始被人為打破。

某些國家對中國企業打壓,部分是由于他們去工業化造成的內部空心化狀態現在要調整。這部分國家想把中國排除在全球半導體供應鏈之外,無論是四方聯盟還是三國達成的某些協議,都是在違背全球供應鏈發展的規律。

影響全球供應鏈的因素包括成本、交貨期、能力、技術、標準、市場、經濟、文化、社會、政治等。但是其中最重要的是利潤,也就是能夠給企業帶來收益。追求利潤的最大化是企業的天性,如果全球的供應鏈不能夠給企業、給產業帶來利潤,或者不能使它的利潤最大化,那這樣的一種全球供應鏈將沒有人參與,也不會引起重視。今天之所以能夠形成全球供應鏈,就是它實現了這個產業鏈各環節利潤的最大化,這是在過去幾十年當中發展的必然性。當然,其中影響因素很多,比如成本上,材料成本、物流成本、倉儲的成本等會影響服務質量和市場機遇。隨著發展,生產周期、批量供應、產品質量、市場機遇都在提升,技術也不可避免發生轉移。全球化的生產模式中,標準統一、工藝的統一、工具統一成為一種必然,那么就影響到了市場的規模、消費能力、物價水平、稅收稅費等。一個地區的經濟發展水平、繁榮程度、增長潛力、發展質量等也需要考慮在全球供應鏈當中。一些國家可能還有些宗教,是否開放、包容,是否能夠積極進取,都影響到是不是能夠把產業鏈的一個部分放在這個國家。而所在地區的治理水平、開放包容的程度、生活質量和教育水平等,都是一些非常重要的因素。現在,地緣政治、意識形態、外交關系、國家安全也會對產業鏈的發展造成很多的影響。從單一國家去看,它的發展階段往往也是通過學習起步、成長、規?;?。全球供應鏈從美國轉到歐洲,歐洲轉到日本,日本轉到中國,都有客觀規律,沒有一個地方能夠一直持續下去。將人力資本、生產、質量、生產能力、技術水平、標準化、勞動者、市場等做分析,當一個地方成為供應鏈的一個轉移地,它的人力成本往往都有競爭力,但它的勞動力的成本在上升,所以優勢在下降。而從生產質量來說,剛開始一定不好,但隨著生產、管理的轉移、生產能力的提升,質量會慢慢變好。技術水平也是一樣,勞動力素質從剛開始不高,經過訓練以后會變好。 圖片但是這樣的轉變需要很長時間。從單個國家和地區看,供應鏈全球化必然帶來這些變化,這些變化也是不可避免的,要客觀的去看待發展。而從全球的角度來看,追求利潤的最大化是能夠形成供應鏈全球化的最重要的因素之一。那這里面很重要的就是各個環節的利益都得到滿足。政府的支持和市場的驅動是非常重要的兩個因素。但是根本上是產業的一種自發行為,需要漫長和艱難的過程。半導體產業鏈經過幾十年的發展,必然推動產業從成本高的地方和國家向成本低的國家和地區遷移,必會帶來技術。向目的地國家和地區的轉移,必然促進目的地國家和地區的知識和能力的提升,也必然促進目的地國家、地區產業升級和競爭力的提升。反過來還會對原來發起國家和地區產生一些反制影響,不可避免。這看起來有點不近人情,但是早在幾百年前這個亞當斯密的國富論當中其實就已經解釋,分工其實是社會生產力發展的一個必然趨勢,分工通過提高勞動,能促進技術的進步,能夠提高勞動生產率并實現經濟的快速增長,這是市場經濟不同于自自然經濟的重要特征。因此半導體全球供應鏈的誕生和成長,其實是人類社會遵循經濟發展規律具體體現。如果違背,必然帶來市場的碎片化、技術的分裂、標準的多樣化。產品的碎片化和成本的上升最終結果是全產業鏈利潤的下降,因此這樣的發展方法是一種惡招。至少目前來看,全球供應鏈被人為打破,是枉顧了半導體產業發展規律。正如王陽元先生所說“循規者興,罔規者怠,違規者誡,逆規者亡”。


07.中國集成電路如何發展?守正才能出奇!


中國集成電路應該怎么辦?簡單,就是守正。守正才能出奇,人間正道是滄桑,要遵循產業的規律,出奇就要出奇兵,要有創新。 圖片守正才能出奇,不能為了出奇而不守正,不守正早晚會被淘汰掉。光刻機就是例子,浸沒式光刻是一個奇招,但也是在技術發展的客觀規律上實施的。另外一個奇招,就是軟件定義芯片。然后是異質堆疊集成技術,把邏輯電路的晶圓和存儲器的晶圓面對面鍵合在一起,通過三維的混合鍵合形成一體。長江存儲的3D NAND就是一個好的例子,采用了兩片堆積的方式,得到了比較好的效果。這在之前三星的報告中也有所印證。圖片在追求超級計算的過程中,人類已經突破了十的十八次方的計算,下一個目標就十的二十一次方的計算。計算需要更好的芯片,國內現在最先進的制造工藝可能也就是十四納米,十四納米和先進的三納米之間的可能距離還很大。中國又受到制約的背景下,把軟件定義芯片的技術和進程計算的這兩個技術結合起來也許會有新的奇效,實現所謂叫軟件定義的進程計算芯片技術,也許會有令人非常驚喜的結果。


08.中國正走在自立自強的正確道路上


中國一直在做產業的升級,技術從低到高、從勞動密集型轉向智力密集型轉變,生產力和產業鏈都往高端走,而西方國家在做產業重建,與中國完全相反。用中國的GDP來做美國GDP要做的事情,確實難度很大。但是,中國有龐大的市場,加上中國有基礎。中國作為世界工廠的現狀不太會改變。新中國成立以后,中國以最大的力度,在最短的時間內在工業里大手筆的投入造就了最早的基礎。中國從工業門類來說是世界上最全的。李克強總理曾說過,中國既是世界工廠,也是世界市場。之前的家電下鄉就是例子,中國正是利用龐大的內需市場,在外需市場出現問題的時候,來使得在中國工廠保持平穩,這也是在中國建廠的特點。
圖片就全球來說,歐美目前產品都是空心化的狀態。印度有潛力,但印度的發展還沒有達到實現目標的水平。因此在短期內,也許十年、二十年、五十年,世界還是要看中國怎怎么發展。中國現在的產業從沿海地區向中部地區、西部地區逐漸遷移,留下了廣大的戰略空間。所以違背世界發展的規律、經濟發展規律,不斷地來打壓中國,是不合適的。當然對中國來講,受到打壓也是客觀現象,所以中國半導體需要做的,就是守正,然后出奇。 


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關鍵詞: 魏少軍

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