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中国芯片,并没有你想象的那么弱

驱动中国 10-29

文丨壹观察 宿艺

芯片被誉为现代工业的 " 粮食 ",也是现代科技 " 皇冠上的明珠 "。

作为第三次工业革命的引爆点,以芯片为代表的半导体行业催生了电脑、移动互联网、通信技术、工业数字化等一系列重要变革。可以说,芯片技术是现代科技的核心竞争力之一,代表了一个国家的科技水准与创新想象力。

作为高速增长的全球第二大经济体,中国在芯片与集成电路领域进口额已连续多年超过 2000 亿美元,并在 2013 年取代石油成为最大宗进口产品。

" 芯片已成为中国经济增长的命脉之一 ",并不是一句空话。

中国芯片曾错过 " 窗口期 "

在全球贸易与科技竞争中,美国动辄以芯片作为博弈 " 大棒 ",最重要的原因是其在全球芯片行业中的显著领先地位。

根据咨询机构 Gartner 及 IHS 自 1987 年开始统计的全球半导体企业 20 强(营收)中,美国的占比也一直处于高位,进入 21 世纪之后基本在 40-50% 的比率浮动。

全球的 3 大半导体制造设备输出国

中国在以芯片为代表的半导体行业落后,并不是因为国家不重视引导和投入。

早在十几年前,我国就将 " 核高基 "(核心电子器件、高端通用芯片、基础软件产品)和 " 极大规模集成电路制造装备及成套工艺 " 列入国家科技重大专项,有 200 多家单位和 2 万多名科技工作者参与技术攻关,已研发成功并进入海内外市场 30 多种高端装备和上百种关键材料产品。

《壹观察》认为,顶层架构的重视与投入,历经数十年数代人努力,但目前还没有追上美国,甚至在顶级芯片领域受到 " 钳制 ",核心的原因主要有三点;

第一,是摩尔定律导致的加速跑。当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔 18 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。具有先发优势的美国芯片产业占据了行业制高点,在攫取行业主要利润的同时也给追赶者设定了极高的门槛。这就相当于一场长跑,后进入者往往拼劲全力也很难追赶上领跑者。更何况,芯片行业就是巨头集中制,领跑者在 18 个月迭代的摩尔定律面前优势同样在叠加。

第二,整体产业链有待提高。以芯片为代表的半导体产业是一个完整的产业链,比如硅原料、芯片设计、晶圆加工、封测,以及相关的半导体设备,背后需要强大而完整的科技工业体系。以决定芯片制程工艺的光刻机为例,目前世界上 80% 的光刻机市场被荷兰公司占据,尤其是高端光刻机领域。

第三,基础科学领域的尖端人才。芯片设计不光要烧钱,也需要时间沉淀,属于 " 烧钱烧时间烧人才 " 的核心技术。" 烧到底 ",拼的就是基础物理科学能力。而我们的教育长期偏重于应用科学,也就是技术应用。这是 " 科学家 " 与 " 工程师 " 的区别。以芯片为例,7nm 制程之后就是 5nm、3nm,量子效应越来越显著,之后每一次更加接近极限,都需要从基础科学到整个产业链应用体系的不断突破。

不过科学是一场永不停歇的长跑,有加速期必然有上坡期。伴随量子效应带来的摩尔定律走到尽头,全球芯片行业的迭代速度都将减缓,这对于一直苦于追赶的中国芯片企业来说终于迎来了另一个 " 窗口期 "。

行业普遍预计,中国芯片行业将在未来十年,大大缩短与国际顶尖企业的距离,甚至有望全面追平。国务院印发的《集成电路产业发展纲要》也明确提出,2030 年集成电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队,产业实现跨越式发展。

美国芯片公司对中国市场的依赖性

中国芯片产业的三次迭代

从大众消费者的应用和感知层面来看,中国芯片产业在长达数十年的持续投入过程中,主要经历了三个时期。

PC 互联网时代

这个周期主要是从 1984 年个人电脑启动普及开始的,以英特尔、AMD、IBM 等美国企业为主要代表,并且形成了 "Wintel"(微软 + 英特尔)组成的强力联盟,为 X86 架构提供的整个完整 PC 互联网应用生态。

中国芯片企业曾在 21 世纪初开始集中向 PC 核心处理器努力突破,2001 年拿出了 " 方舟 1 号 "、2002 年推出了 " 龙芯 1 号 ",威盛推出 VIA C3 处理器等。

但在同一时段,英特尔开始量产非常成熟的奔腾 4 系列处理器(英特尔的第 7 代处理器产品),无论是技术规格、资金投入、量产预期,还是应用生态,差距都是全方位的。

不过中国芯片产业这次艰苦的努力并非完全没有回报,比如为中国芯片行业之后的发展锻炼了团队,也留下了深刻教训与宝贵经验。

移动互联网时代

通信技术和手机产业的快速升级,让中国芯片企业找到了从 PC 互联网到移动互联网的切入契机,并最终成为美国企业最重要的竞争对手。

MediaTek 是其中最重要的代表企业之一。

MediaTek 之前,德州仪器、高通、英飞凌等国际芯片厂商都只提供核心芯片给手机企业,而从芯片到手机生产的这个完整过程,都需要手机企业自己来解决。这对手机企业整体研发与供应链实力的要求极高,同时也拉长了手机研发周期,提升了企业经营的风险。一些手机企业开始尝试将系统方案、UI 设计、应用软件集成等外包给第三方企业,但对于整个产业链来说依旧不能解决门槛、效率和成本三大问题。

MediaTek 实时推出了 " 交钥匙 " 的完整解决方案,将技术服务直接到位,大大降低了进入手机制造的门槛,并极大激发了中国手机企业的创新。

在功能机和 3G 中后期,MediaTek 的移动芯片出货量都遥遥领先于高通等美国主流芯片厂商,这在中国芯片领域还是第一次。2016 上半年数据显示,MediaTek 4G 芯片出货量依旧超过了美国高通公司。在其背后是以 OPPO、vivo 和小米为代表的国产手机品牌,获得了与高通的充分议价权,以及通过 MediaTek 方案低成本、快节奏地推出 3G、4G 智能手机。

可以说,中国智能手机企业在数年间快速崛起,并攀升至全球主要 TOP 品牌,已至引发了中国智能手机普及化浪潮和移动互联网产业全面爆发,与 MediaTek 在移动芯片领域的技术进步和 " 交钥匙 " 创新方案密不可分。

在这个过程中,另外两家中国芯片企业的作用同样重要。

用户消费市场最早对海思的认知,大都是从 2012 年 K3V2 芯片规模应用在华为手机开始的。尽管面临能耗、发热量、GPU 性能等一系列问题,但华为咬牙坚持在旗舰机上一直采用海思麒麟系列,并最终在麒麟 960 芯片上取得了与高通 " 半步迭代 " 的优势节奏。华为手机在规模和旗舰机型上的快速崛起,与对海思的长期坚定投入,以及由此获得的技术 " 反哺 " 密不可分。

相比 MediaTek 和海思,紫光展锐品牌从大众用户的感知层面相对较弱,但展锐其实是全球智能手机入门机型与普及的重要推动者。目前中国移动在多款自主品牌手机都使用了紫光展锐芯片,而后者更是快速出海拓展到印度、非洲等市场。

进入 5G 时代,MediaTek 和海思都成了与高通对决的关键力量,在 5G 基带 SoC 集成等领域具备了领跑优势。

MediaTek 的 5G 多模整合基带芯片

MediaTek 在今年 5 月宣布推出全球第一代 5G 系统单芯片(SoC),使用了 7nm 工艺与 ARM 刚发布的 Cortex-A77 核心,并且集成了 5G 基带 Helio M70,兼容非独立组网 NSA 和独立组网 SA 形式,实现 2G/3G/4G/5G 全网通,能够满足国内 5G 网络长期的使用需求,下行速度能达到了 4.2Gbps。计划 2019 年第三季度向手机企业送样,预计首批搭载 MediaTek 5G SoC 的智能手机将于 2020 年第一季度上市,将极大推动了中国 5G 手机的普及速度。

华为海思也在今年 9 月德国 IFA 展会期间发布了其首款 5G SoC 芯片 - 麒麟 990 5G,集成了巴龙 5000 基带芯片,支持 NSA/SA 双架构、支持 TDD/FDD 全频段。首款搭载这颗 5G SoC 芯片的手机华为 Mate 30 5G 版预计将于 11 月初上市,相比高通领先了约半年时间。

被誉为人类最复杂的 5G 通信技术,MediaTek 与华为海思的双双领跑,背后是中国芯片企业过去长达数十年的持续投入,依靠的是整个中国强大的供应链支持,以及强大市场和用户规模的驱动力量。这让中国芯片企业面对确定的关键技术变革趋势敢于投入,并且可以在关键节奏上踏的更准。

以 MediaTek 为例,早在十年前的 2009 年,也就是 3G 在国内刚刚开启之时,就已投入到 3GPP 的 5G 标准化工作,根据第三方公布的数据,MediaTek 5G 文稿占比要比 4G 时期提升四倍,5G 文稿接受率高达 43%,位列全球前三。在今年 8 月刚刚结束的 3GPP RAN2 选举中,MediaTek 技术专家 Johan Johansson 成功获选为主席,成为 5G SA Rel-16 的完成及后续版本,尤其是 5G 另外两大场景 mMTC (海量机器类通信)及 URLLC (极可靠低时延通信)标准化工作的关键推动者。

这足以证明了中国芯片行业的能力、毅力和爆发力,对此我们应该有足够的信心和耐心。

万物互联时代

5G、IoT、AI 三大变革技术的聚合,意味着人类社会将真正进入万物互联时代,业界普遍预计由此将产生第四次工业革命。

中国芯片行业,也将从 PC 互联网时代的拼命跟跑、移动互联网时代的差距逐渐缩小到并肩,进入万物互联的真正领跑阶段。

实际上,中国芯片企业面向万物互联时代的布局,早在 3G/4G 时代已经全面开启,并在诸多领域都进入了量产应用布局,确立了领先优势。

比如在现今科技巨头角逐的智能音箱、智能穿戴,以及新一代智能大屏设备上,中国芯片领域同样优势明显。早在 2016 年智能音箱类产品在美国市场爆发之初,MediaTek 就成为 Amazon Echo 智能语音助理的主要供应商。如今全球排名前五的智能音箱企业:亚马逊、谷歌、百度、阿里巴巴和小米,也都青睐 MediaTek 的芯片方案。业界预计 2019 年全球智能音箱出货量接近 1 亿台,MediaTek 一家就能拿到 50% 以上的市场份额,是绝对的市场霸主。

华为、TCL、创维等都在今年推出了 " 智屏 "、" 智慧屏 " 等取代电视的新一代大屏设备。MediaTek 与海思则是这一重要市场的 " 双巨头 " 企业。

数据显示,2017 上半年,MediaTek 与旗下 Mstar 在中国智能电视市场的芯片份额,达到 50%。小米互联网电视在激烈的市场竞争中不断攻城略地背后,少不了 MediaTek 与旗下 Mstar 的最新技术方案支持。全球高端电视巨头索尼,更是宣布成为 MediaTek 的稳定战略合作伙伴。原因在于 MediaTek 在影像技术研发方面积累了近 20 年经验,是世界上唯一能支持全球电视规格(欧规 DVB-T2/HBBTV、美规 ATSC3、日规 ISDB-S3、中国 DTMB)的技术引领者。

华为海思同样是 TCL、创维、海信的电视芯片供应商,其刚刚发布的智慧屏设备,采用了其新一代芯片平台。MediaTek 与海思两家企业用了十年时间,不仅取代国际芯片企业赢得了主流电视市场,并且成为了如今 8K+AI+IoT 综合技术创新的引领者。

内置 MediaTek MT2811 的索尼 WF-1000XM3 耳机

在智能穿戴领域,MediaTek 与海思同样都在重点布局。比如华为新发布的 FreeBuds 3 无线耳机就采用了麒麟 A1 处理器。而如今在京东等各大平台热销的爆款无线蓝牙降噪耳机:索尼 WF-1000XM3,则采用了 MediaTek MT2811 芯片平台方案,支持蓝牙 5.0 技术,实现了超低功耗,充电约 10 分钟即可播放 90 分钟,很好地解决了目前 TWS 真蓝牙耳机产品的用户使用痛点。

To B 业务应用与落地,决定了诸多行业和国家层面面向新技术变革的重要创新能力,如今也是科技与互联网巨头都在角逐的另一个重要的赛道。

目前,包括阿里巴巴、腾讯、百度、MediaTek、华为、联想等诸多科技企业,都已经杀入了这一竞争与合作并存的巨大市场技术变革之中。今年 7 月,MediaTek、阿里巴巴、百度、小米、旷视、TCL、创维等合作伙伴宣布共同组建 AIoT 生态圈,进一步推动 AIoT 的落地,MediaTek 由此成为众多大品牌重要的合作伙伴。

让业界重点关注的是,在微软 2019 年度云端开发者大会上,星巴克公布了和微软联手带来的智慧咖啡店转型方案:基于微软公有云服务 Azure 以及 MediaTek MT3620 芯片,可实现对全球近 3 万家门店的咖啡机品质的实时监管,这一过程不仅可以有效降低设备报修的维护成本,而且能通过咖啡冲泡、用户习惯进行大数据分析。让后端原料部署更加精准与智能化,而在前端则可以根据每一个用户的口味和日常消费习惯,打造最适合用户喜好的定制化咖啡,并且可以有针对性的推荐新品,从而打通从咖啡原料、物流、门店、零售、服务以及周边等一系列智能化方案。

这是星巴克未来的智能化方向,有望帮助所有连锁企业转型 AIoT 智能化管理,同时也是以微软、MediaTek 为代表的上游产业方正逐步锁定以万物互联为核心的商业策略。

中国科技创新历史上的长征

过去几十年,中国芯片一直长期落后于国际主流技术。但历经数十年努力和三次迭代,已经初步改变了中国科技产业 " 缺芯 " 的历史。

在更多专用领域,还有更多的科技企业和互联网企业纷纷加入这一战场。

在今年 9 月的云栖大会上,阿里巴巴发布了含光 800 芯片,推理性能达到 78563 IPS。阿里宣称,在杭州城市大脑的业务测试中,1 颗含光 800 的算力相当于 10 颗 GPU。在今年百度 AI 开发者大会 2019 上,百度正式公布了鸿鹄芯片,这是一款全新的远场语音交互芯片,目标应用在车载语音交互、智能家居等场景中。

芯片行业的科技能力和创新水平,决定了一个国家的科技水准与创新想象力,并且会在关键时期成为国家间科技、经济、贸易角力的重要砝码。这点在过去 30 年间,日 - 美、日 - 韩,以及如今新一轮的日 - 韩、中 - 美半导体大战中都已看的非常清晰。

对于中国芯片行业来说,过去数十年从拼命跟跑、到逐渐并肩,再到诸多领域开始领跑的过程,背后是数代芯片从业者用青春和理想支撑起的科技强国之路,是中国核心科技创新历史上一次壮丽的长征。

在这一过程中,我们拥有了以 MediaTek、华为海思、紫光展锐为代表的芯片企业,他们不仅帮助更多中国企业在这场全球科技与制造竞争中取得了重要的支撑能力,也获得了全球顶级合作伙伴和规模用户的认可,从而打造出健康与持续奔跑的商业模式。

时至今日,中国芯片已经没有我们想象中的那么弱。

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