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中國半導(dǎo)體行業(yè)如何從芯片到生態(tài)整體突圍

2018-05-10
關(guān)鍵詞: 芯片 半導(dǎo)體 晶圓 器件

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最近半導(dǎo)體行業(yè)被推上輿論的風(fēng)口浪尖,各種盤點(diǎn)分析都層出不窮?,F(xiàn)在國內(nèi)芯片行業(yè)一片大干快上的聲音,很多人很可能對這個行業(yè)的兇險沒有深刻的認(rèn)識,一味蠻干后果只可能是血本無歸,但如果認(rèn)清其中的規(guī)律,這么艱難的市場也不是全然沒有逆襲的機(jī)會。

半導(dǎo)體行業(yè)101

半導(dǎo)體行業(yè)好像很神秘,但其實它也符合市場發(fā)展規(guī)律,典型的先垂直后水平發(fā)展。垂直指的是所有事情都自己干,在20 世紀(jì) 50 年代半導(dǎo)體公司從頭干到尾,類似早期的電腦、手機(jī)行業(yè),在剛開始廠家自己寫底層軟件、應(yīng)用軟件、設(shè)計電路板,生產(chǎn)等等,全部是在公司內(nèi)部完成,慢慢發(fā)展就有了專業(yè)ODM(設(shè)計代工廠),專門做生產(chǎn)的EMS(生產(chǎn)制造服務(wù)商),還有品牌商OEM(原始品牌制造商)等。半導(dǎo)體行業(yè)先是工具類業(yè)務(wù)包括 EDA(電子設(shè)計自動化)等逐漸獨(dú)立出來,到80年代IC設(shè)計和晶圓制造(Foundry)分開產(chǎn)生了專業(yè)的生產(chǎn)廠, 90年代開始有公司專門做獨(dú)立的核心 IP供應(yīng)商,21 世紀(jì)初晶圓制造又再細(xì)分,封測廠成為獨(dú)立的一個大產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過半個多世紀(jì)發(fā)展,全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)形成目前環(huán)環(huán)相扣的深度分工模式, EDA 工具、IP(知識產(chǎn)權(quán))供應(yīng)商、IC 設(shè)計、晶圓制造廠、封測廠都形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè),這就是形成水平化的產(chǎn)業(yè)格局了。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一般分為集成電路和分立器件兩大類。集成電路又分為數(shù)字電路和模擬電路??傮w來看,數(shù)字電路中的微處理器為主平臺類芯片,有軟件操作系統(tǒng)在其上運(yùn)行,需要構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng),其他的都可看作元器件類芯片,無需軟件操作系統(tǒng)。主平臺類芯片及其產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟基本決定市場的方向,比如PC時代有Wintel(微軟加英特爾), 手機(jī)時代聯(lián)發(fā)科、高通等加上安卓系統(tǒng)(Android)等。

運(yùn)作半導(dǎo)體行業(yè)的難點(diǎn)

半導(dǎo)體市場是極難掌控的,做出產(chǎn)品就已經(jīng)很難,歷經(jīng)千辛萬苦做出的芯片,但其實直到進(jìn)入市場,真正殘酷的競爭才剛剛開始。以英特爾之強(qiáng),尚且完美錯失手機(jī)市場,這么大的一塊蛋糕一點(diǎn)沒切到,中間還錯過無數(shù)個中小型市場,近期宣布的可穿戴部門解散只是其中一個而已。幾十年累加起來,投入到各種市場,顆粒無收的太多了。從芯片設(shè)計到市場推廣,估計消失的無影無蹤的資金不止幾百億美元。

主平臺類芯片廠商維持一個生態(tài)系統(tǒng)是很昂貴的。從軟件方面看,一個主平臺芯片,在投入市場之前,必須保證要將所有的系統(tǒng)在芯片上能調(diào)試好。以安卓系統(tǒng)為例,典型的架構(gòu)如下:

SOC芯片上集成了多個IP Core, 雖然這些IP的提供者如ARM會提供相應(yīng)的庫、驅(qū)動,但SOC廠商要負(fù)責(zé)集成、調(diào)試驅(qū)動,進(jìn)行HAL(Hardware abstraction layer 硬件抽象層)的開發(fā),設(shè)計測試用例,驗證芯片。如果Android 有框架的升級和變動,必須由芯片廠家進(jìn)行適配。涉及到圖像單元、安全、網(wǎng)絡(luò)等重要模塊,開發(fā)工作量就很大。指令集,編譯器、所有的軟件都圍繞主平臺來開發(fā),即使有一些跨平臺的中間件,將上層軟件隔離,中間件本身也要與平臺對接、適配。一個主芯片平臺還要同時適配不同的操作系統(tǒng),如在PC市場,每個平臺都要支持Windows, Linux, Mac OS, 涉及到的軟件如驅(qū)動開發(fā),操作系統(tǒng)移植,編譯器優(yōu)化等耗資巨大。在基礎(chǔ)的底層軟件、操作系統(tǒng)之上還有大量的應(yīng)用軟件,依賴于特定的指令集生態(tài)環(huán)境,例如x86架構(gòu)兼容老舊應(yīng)用程序的能力是出了名的。8086把8位的8080升級為16位的時候,80386升級到32位的時候,都完全兼容舊有的程序。直到今天,Intel的處理器依然支持虛擬8086模式,在此模式下,可以運(yùn)行30多年前的8086程序。多年積累下來,形成了很高的行業(yè)壁壘,這是另一個大話題,此處不展開討論。

圍繞消費(fèi)周期,主平臺廠家必須每一個環(huán)節(jié)都牢牢掌握。如PC市場每年一個銷售季節(jié)巡回,從Spring refresh(春季), back to school(開學(xué)季)到holiday season(圣誕新年假日), 按照消費(fèi)者購買周期倒推出各環(huán)節(jié)必須完成的時間點(diǎn)。比如如果要趕在美國的黑色星期五(black Friday) 市場上市,那么9月初就要做出產(chǎn)品,送上貨船,為了9月份大規(guī)模出貨,從產(chǎn)品的PVT(小批量過程驗證測試), DVT(設(shè)計驗證測試), 到EVT(工程驗證測試), 每個環(huán)節(jié)倒推,一般1、2月份開始設(shè)計主板。芯片的設(shè)計、流片、測試、圍繞芯片的軟件開發(fā)、參考設(shè)計都要在ODM開始設(shè)計之前準(zhǔn)備好。在客戶開始設(shè)計主板時,芯片已經(jīng)至少要到ES(研發(fā)樣品)狀態(tài)。大概兩年左右環(huán)環(huán)相扣的工作,才能保證使每年一代一代的電腦產(chǎn)品趕上消費(fèi)季節(jié)。每一代產(chǎn)品如果在規(guī)劃時沒有把握好市場的方向,在執(zhí)行時把握好節(jié)奏,那么在上市時可能會錯過市場熱點(diǎn)而使業(yè)績大打折扣甚至全盤失敗。

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對元器件類半導(dǎo)體行業(yè)的把控相對簡單,但元器件類半導(dǎo)體很考驗基本功,涉及到材料、工藝、制造及各種專利技術(shù),基本上都是硬骨頭。最近這段時間大量的報道都在強(qiáng)調(diào)做芯片很難這個觀點(diǎn),確實很難。中國在各環(huán)節(jié)掌握的關(guān)鍵技術(shù)和市場份額都比較少,有的更是尚需零的突破。雖然國內(nèi)號稱芯片設(shè)計盈利企業(yè)已達(dá)500家以上,但是這些企業(yè)在整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局中的分量如何呢?媒體剛剛報道了中國資本成功收購了安世半導(dǎo)體Nexperia是全球領(lǐng)先的分立元件、邏輯元件與 MOSFET(金氧半場效晶體管)元件的專業(yè)制造商,其前身為恩智浦的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部門,于2017年初開始獨(dú)立運(yùn)營。Nexperia注重效率,生產(chǎn)穩(wěn)定可靠的半導(dǎo)體元件,年產(chǎn)量超過900億顆,在數(shù)個細(xì)分市場排名世界前三,其很多產(chǎn)品系列符合汽車產(chǎn)業(yè)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。Nexperia工廠生產(chǎn)的小型封裝也是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先,不僅具有較高的功率與熱效率,還是同類品質(zhì)之最。買到了國際一流公司的核心技術(shù)及其優(yōu)質(zhì)資產(chǎn),填補(bǔ)了我國在該領(lǐng)域高端芯片及器件的技術(shù)空白,非常期待這類收購能對中國整個半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生良好的影響。

從全球半導(dǎo)體銷售額同比增速上看,全球半導(dǎo)體行業(yè)大致以4-6年為一個周期,景氣周期與宏觀經(jīng)濟(jì)、下游應(yīng)用需求以及自身產(chǎn)能庫存等因素密切相關(guān)。巨頭們?yōu)榱四芨玫陌芽厥袌?,在下游的設(shè)計公司、代工廠、品牌商、渠道、零售、消費(fèi)者各個環(huán)節(jié)層層布局,有專門的團(tuán)隊負(fù)責(zé)和相應(yīng)的政策支持。在產(chǎn)業(yè)鏈整體管理上,市場預(yù)測,原材料購買,生產(chǎn)排期等等都有精兵強(qiáng)將把持,稍有差錯就供應(yīng)不足或缺貨斷貨。這樣的派兵布陣,才能在保證公司的運(yùn)營穩(wěn)定,減輕半導(dǎo)體行業(yè)周期的影響,業(yè)績持續(xù)增長。

這種超長周期的產(chǎn)品操作,不僅對于研發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)提出極高要求,更是需要公司決策層能夠準(zhǔn)確預(yù)見幾年后市場的方方面面變化,這基本上已經(jīng)大大超過絕大部分中國公司管理決策水平的極限了。

突圍之路

從1982年到現(xiàn)在,中國半導(dǎo)體經(jīng)歷了搭框架階段、商業(yè)化初步階段,目前正處于關(guān)鍵的發(fā)展階段。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的各環(huán)節(jié),從材料、設(shè)備,到設(shè)計、制造都有一些領(lǐng)頭企業(yè)出現(xiàn),發(fā)展程度不一。在芯片設(shè)計環(huán)節(jié),根據(jù)ICInsights2017年全球前十大Fabless排名,國內(nèi)有兩家廠商殺進(jìn)前十名,分別是海思和紫光集團(tuán)(展訊+RDA),這兩者分別以47.15億美元和20.50億美元的收入分居第七位和第10位。海思在手機(jī)方面,主要以自家的華為為最重要客戶,而紫光(展訊+RDA)都是從低端切入。芯片制造行業(yè)差距較大,國內(nèi)28nm工藝僅在2015年實現(xiàn)量產(chǎn),且仍以28nm以上為主,而國際上有多家已宣布10nm量產(chǎn)。

在中國靠國家扶持,做一些龍頭項目可以先很快樹立一些標(biāo)桿,但芯片行業(yè)的生存與成功還是必須要靠出貨量,否則根本無法承受在研發(fā)、生產(chǎn)、推廣方面的巨大投入。芯片的鏈條之長,從沙子到能被使用的產(chǎn)品,中間的環(huán)節(jié)太多了。中國半導(dǎo)體突圍之路可以先從微笑曲線的兩端開始,從對應(yīng)某個市場的IC芯片的研發(fā)與設(shè)計開始,如海思和紫光的例子。

找新市場,采用新技術(shù)、新模式,用風(fēng)投資金支持大量公司做嘗試,在市場早期占據(jù)市場份額,保持技術(shù)領(lǐng)先的同時用各種市場銷售的手段牢牢占據(jù)這個領(lǐng)域。如果湊巧抓住了一個魔鬼市場,100個公司中可以跑出來幾個也算成功了。比如現(xiàn)在熱火朝天搞的人工智能芯片,國內(nèi)外大中小公司都在賽跑,從國外的英偉達(dá)、谷歌到國內(nèi)的寒武紀(jì)、地平線、阿里達(dá)摩院等等,中國公司已成為場內(nèi)競爭的主力隊員。

對成熟市場,從低端入手,做便宜,也是一條路。已成熟的市場,技術(shù)發(fā)展已經(jīng)緩慢下來,深入研究市場需求,將芯片上多余的功能砍掉,將成本做下來,可以算作一條捷徑。降低成本有很多種方法,舉個例子。通常在芯片剛投入市場時,會將很多功能集成,因為需求不確定,做一款芯片要盡量滿足所有可能用到的功能。經(jīng)過一段時間,會發(fā)現(xiàn)很多功能沒有被使用或者只在較少的情況下才被用到。這時候砍掉這些功能,降低成本是很好的選擇。剛開始品質(zhì)差些,只要功能夠用,價格低是殺手锏。國內(nèi)很多芯片都走得是這條路,想盡辦法減成本,爭搶市場份額。近年中國MCU企業(yè)的增長提速,尤其是在32位MCU市場上涌現(xiàn)出像兆易創(chuàng)新這樣的企業(yè),基于ARM Cortex M技術(shù)的MCU芯片以更低的價格、更好的性能、本地周到的服務(wù)、與國外產(chǎn)品 pin-pin兼容的優(yōu)勢,取得了豐碩的成果。據(jù)媒體報道,2016年,兆易創(chuàng)新實現(xiàn)營收14.89億元,凈利1.76億元,營收同比增長25%、利潤增長了12%;MCU芯片實現(xiàn)營收1.97億元,同比增長55.2%,銷量4578萬顆,雖然整體體量尚小,但勢頭良好。

在當(dāng)前階段,找到一些垂直領(lǐng)域,有應(yīng)用場景,對生態(tài)系統(tǒng)要求不高,做一些適合這種小眾市場的芯片,工藝差一點(diǎn),價格貴一點(diǎn),放到系統(tǒng)層面去消化,可以帶動芯片行業(yè)積累設(shè)計經(jīng)驗,驗證產(chǎn)品,單點(diǎn)突破后再橫向擴(kuò)展,逐步將量做起來。比如現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè),有很多這種市場,智慧城市、樓宇、農(nóng)業(yè)、水務(wù)等等。這諸多細(xì)分市場在系統(tǒng)的基礎(chǔ)層是高度復(fù)用的,傳感器、物聯(lián)網(wǎng)終端內(nèi)置的MCU(微處理器)、傳輸層的多種低功耗廣域網(wǎng)芯片及未來的5G、網(wǎng)關(guān)等邊緣計算設(shè)備用到的中央處理器等等。在對系統(tǒng)級架構(gòu)有深入了解,能調(diào)動產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)力量的基礎(chǔ)上扶植一些底層芯片的發(fā)展是很好的方式。例如在MCU市場,雖然中國企業(yè)與全球領(lǐng)先的MCU企業(yè)的產(chǎn)品線先比還是差距很大,如意法半導(dǎo)體有750余款MCU,但面向未來5-10年百億級,高度細(xì)分的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場,針對垂直領(lǐng)域的MCU有很大機(jī)遇。在很多領(lǐng)域存在剛需但尚無性價比合理的解決方案,例如帶室內(nèi)自定位功能、能聯(lián)網(wǎng)的智能煙霧探測器等,都有巨大的機(jī)會。

無論新市場還是成熟市場,需要構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng),大量合作伙伴支持的主芯片平臺是最難突破的。這種市場的操盤手極其重要,要深刻理解市場、洞悉市場變化,熟悉從芯片定義到產(chǎn)品上市的各個環(huán)節(jié),調(diào)動大量資源,才能最終玩轉(zhuǎn)這個鏈條。海思與紫光雖然在IC出貨量上已有很大突破,但還是在安卓這個大生態(tài)中生存,這類市場中國要想從芯片到生態(tài)整體突圍恐怕還要走很長的路…….

競爭之本與變

半導(dǎo)體行業(yè)的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)靠得是真功夫,又涉及到材料,生產(chǎn)設(shè)備等基礎(chǔ)性行業(yè)的支持,需要認(rèn)認(rèn)真真、踏踏實實的苦干才行。在生產(chǎn)制造過程中任何一個微小失誤,就可能造成芯片良率不達(dá)標(biāo),甚至不能使用。在英特爾前CEO安迪·格魯夫《給經(jīng)理人的第一課》一書中討論“生產(chǎn)”包含什么一段,寫的話是業(yè)內(nèi)經(jīng)典:“你必須按預(yù)訂的時間、可接收的品質(zhì)以及可能的最低成本,依據(jù)顧客的需求制造及運(yùn)送產(chǎn)品。”這句話細(xì)品起來極其深刻,做產(chǎn)品難,做市場接受的產(chǎn)品更難,做市場接受且價格有優(yōu)勢的產(chǎn)品難上加難,還要和時間賽跑,及時把產(chǎn)品送到客戶手上,同時還要保證產(chǎn)品質(zhì)量。這涉及到指揮產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計、研發(fā),供應(yīng)鏈、生產(chǎn)管理,成本、品質(zhì)管控等諸多部門共同配合,以有限的資源在將產(chǎn)品按時做好。。。

又回到市場銷售的角度看,這個行業(yè)也還是有些事情可以做得聰明一點(diǎn)的。20 世紀(jì) 80 年代末,PC 需求開始爆發(fā),韓國半導(dǎo)體發(fā)展迎來春天。 日本稱霸全球 DRAM 市場時,下游需求主要為大型機(jī),日本DRAM以高質(zhì)量和超長壽命周期而牢牢占據(jù)這個市場。 而隨后 PC 的普及,面向個人計算機(jī)的 DRAM 和面向大型機(jī)的 DRAM 壽命不同,韓國企業(yè)積極調(diào)整產(chǎn)品方向,強(qiáng)調(diào)性價比,產(chǎn)品價格有競爭力,壽命夠用就好,搶占了先機(jī)。市場變化帶動產(chǎn)品變化,研發(fā)及個方面投入要調(diào)整,滿足客戶的最根本需求是制勝之道,競爭之本。

在生態(tài)系統(tǒng)層面,早在80年代CPU的指令集架構(gòu)ISA (Instruction Set Architecture)是軟件生態(tài)系統(tǒng)的根基已成業(yè)內(nèi)共識。當(dāng)年英特爾攻打服務(wù)器市場時,大量服務(wù)器生態(tài)是建立在UNIX和C語言基礎(chǔ)上,為了確保在Unix 生態(tài)下兼容,程序都確保同一套代碼可以很方便地在不同廠家的RISC架構(gòu)CPU之間移植。大家都圍繞POSIX標(biāo)準(zhǔn)來編程,避免過分依賴于某個操作系統(tǒng)獨(dú)有的功能。Intel芯片攜Linux(一種開源的UNIX變體)來和RISC架構(gòu)的工作站競爭,軟件應(yīng)用就紛紛以很小的移植難度,離開了昂貴的專有UNIX工作站,贏得生態(tài)系統(tǒng)是英特爾今天在服務(wù)器市場有絕對優(yōu)勢的重要一步。

從長遠(yuǎn)看,半導(dǎo)體廠商對建立于ISA之上的生態(tài)系統(tǒng)的掌控力會變?nèi)酰鳬SA本身,會變得越來越不重要。這是軟件技術(shù)發(fā)展的趨勢決定的。Web技術(shù),編譯技術(shù)尤其是虛擬機(jī),Emulation技術(shù)的發(fā)展等減少了對指令集架構(gòu)生態(tài)的依賴。微信、支付寶等超級應(yīng)用建立了強(qiáng)大的生態(tài)且與底層隔離,這些技術(shù)的發(fā)展都有可能改變芯片行業(yè)競爭格局,戰(zhàn)場在變化,顛覆芯片行業(yè)的未必是行業(yè)內(nèi)的人,降維打擊也可能正在某處發(fā)生。(鈦媒體)


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