最重要的事不會成為新聞。
它們發(fā)生時往往無聲、微小,而新聞不過是“重大事件”經歷了漫長蟄伏后的爆發(fā)時刻。
對全球半導體產業(yè)來說,上世紀70年代,就是一個“悄然無聲”的變革開端。
1973年,第四次中東戰(zhàn)爭打響,石油危機爆發(fā),全球經濟放緩,美國工業(yè)生產下滑了14%。
彼時的歐美,自由市場經濟重獲主導,哈耶克主義開始盛行,美國各半導體公司盈利受損,受市場所限,放緩了對新技術的投資。
而同樣經濟受挫的日本,卻開啟了一場逆勢反超。
如今,日本人總愛把“古き良き時代”(逝去的美好時代)一詞掛在嘴邊。當他們說起這個詞時,腦海中有一幅共同回憶:二戰(zhàn)后至上世紀80年代末泡沫經濟破滅前的昭和后半期。
在那段痛并快樂著的歲月,日本人有強烈的目標感:他們亟需一場戰(zhàn)后廢土中的復興。外部條件也相對有利:1950年朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)后,美國開始扶持日本,日本陸續(xù)以低價引進了美國最新的晶體管和集成電路技術,打下了日后發(fā)起沖刺的基礎。
到70年代,日本已建立了“官、學、研”一體化的產業(yè)發(fā)展制度,采取了悶聲追趕的“舉國模式”。
日本要舉國重點攻克的領域,正是半導體。
1974年,石油危機后的第二年,日本政府就批準了“VLSI(超大規(guī)模集成電路)計劃”,并在1976年聯(lián)合日立、NEC、富士通、三菱、東芝五大公司籌集720億日元(2.36億美元),設立“VLSI技術研究所”,開啟了一場蔚為壯觀的、針對DARM存儲器(動態(tài)隨機存取存儲器,目前最常見的系統(tǒng)內存)的大攻堅。
昭和一代的日本名企展現(xiàn)出了空前的團結,攻堅體系由6大實驗室組成:
日立(第一研究室)負責研制電子束掃描裝置和微縮投影紫外線曝光裝置;
富士通(第二研究室)負責研制可變尺寸矩形電子束掃描裝置;
東芝(第三研究室)負責研制EB掃描裝置與制版復印裝置;
電氣綜合研究所(第四研究室)負責對硅晶體材料進行研究;
三菱電機(第五研究室)負責開發(fā)制程技術與投影曝光裝置;
NEC(第六研究室)負責進行產品封裝設計、測試、評估研究。
對一些關鍵技術難點,日本各公司像《流浪地球》里對地球發(fā)動機的飽和式救援一樣,開啟了“飽和式攻堅”:多個實驗室群起而上,以各單位的競爭保證研發(fā)成功率。
VLSI成果驚人,計劃開啟第4年(1980),在惠普對16K DRAM內存的競標中,日本的NEC、日立和富士通完勝美國的英特爾、德州儀器和莫斯泰克(當時美國存儲器領域最主要的玩家),美國質量最好的DRAM的不合格率比日本最差的公司還高6倍。
VLSI開始的第6年(1982),日本成為全球最大的DRAM生產國;
VLSI開始的第9年(1985),NEC登上全球半導體廠商榜首(按收入),并在之后連續(xù)7年穩(wěn)坐頭把交椅;
同年,被日本廠商壓著打的英特爾關閉了7座工廠,裁員7200人——這家11年前市占率達80%的公司從此關閉了存儲器業(yè)務。
不過,這并不是故事的全部。
1970年,還悄悄發(fā)生了另一件小事:年初,一家日本計算器公司Busicom給了英特爾一個單子——做一款定制芯片的設計和生產。
Busicom最初的方案是一套由12塊集成電路組成的系統(tǒng);而英特爾工程師Ted Hoff看了后覺得太復雜,他創(chuàng)新地提出,可以把計算單元集中到一枚芯片上,以簡化電路和降低生產成本。
正是在這個項目中,英特爾開發(fā)出了于1971年面世的Intel 4004,這是世界第一枚商業(yè)化的微處理器,即CPU——當今半導體產業(yè)的桂冠明珠。
Busicom的訂單起初并不被英特爾重視。
70年代,英特爾和它的競爭對手日本一樣,把主要精力放在存儲器上,英特爾創(chuàng)始人,時任CEO羅伯特·諾伊斯甚至說過:
CPU是一個有趣的想法,英特爾有能力做,但是腦子壞了才會真的去干。賣CPU的話,每臺電腦只能賣一塊,我們現(xiàn)在做內存,每臺電腦能賣幾百塊芯片。
可誰能想到,偏偏這個不受待見的新業(yè)務,在之后力挽狂瀾。
新興的CPU業(yè)務如出籠猛獸,帶領英特爾于1986、1993、2002、2010年創(chuàng)下4次業(yè)績高峰——英特爾不僅起死回生,還發(fā)展成日后的半導體常青樹,成就了如今美國在半導體產業(yè)中的話語權。
回顧那段歷史,無論是日本的“有心追趕”,還是美國的“無心插柳”,背后有一個共性:它們都是全球商貿合作、產業(yè)分工的受益者。
如果沒有自由、開放的貿易全球化和技術交流,日本難以在最初引進半導體先進技術,也就沒有日后趕超的基礎;美國也難以在服務全球產業(yè)需求的過程中,陰差陽錯地找到大有前景的CPU“邊緣市場”。
半個世紀過去,對今天的中國而言,一個可能導致半導體產業(yè)變革的關鍵時期已在眼前。
站在“中國芯”的拐點上,兩種觀點正互相爭鋒:
一種頗有市場的聲音是:另起爐灶,全產業(yè)鏈自己干。
在AMD等廠商被傳停止向中國授權新一代x86架構IP(IP是芯片可復用的邏輯單元,是芯片設計最核心的部分)等新聞后,就有大量對中國“承包半導體全產業(yè)鏈”的遐想:
而另一種聲音則認為,以中國現(xiàn)有的技術實力,不能“狹隘地”自己閉門造車。
如任正非日前接受采訪時所說:
我們永遠需要美國芯片。美國公司現(xiàn)在履行責任去華盛頓申請審批,如果審批通過,我們還是要購買它,或者賣給它(不光買也要賣,使它更先進)。因此,我們不會排斥美國,狹隘地自我成長,還是要共同成長。
是從最底層開始重建一遍,還是繼續(xù)擁抱全球分工?
抉擇時刻,同樣作為半導體產業(yè)后發(fā)國家和地區(qū)的日、韓、臺“崛起史”,為中國大陸提供了難得的借鑒。
回顧歷代后來居上者,其共性是:遵循科技產業(yè)發(fā)展的自然規(guī)律,順“勢”而為——這個“勢”,就是站在全球分工、技術合作的基礎上,敏銳抓住并卡位新一波周期或新市場機會。
本文將分以下5部分,展開講訴半導體產業(yè)4次拐點中經歷的沉?。?/p>
1. 第1次拐點:抓住產業(yè)轉移機會,日本超美
2. 第2、3次拐點:抓住半導體分工的兩次裂變,韓、臺逆襲
3. 兩派探索:中國大陸半導體的南北殊途
4. 匍匐向前:海思的自研之路
5. 第4次拐點:當下中國半導體產業(yè)面臨的3種“勢”及選擇
它們的故事中,包含著可能的、“趕超先進水平”的最佳姿態(tài)。
第1次拐點:產業(yè)轉移,日本超美
作為在美國之外,最先從半導體市場分得一杯羹的國家,日本順勢而為的方式是:
在外部條件有利時,不斷引進技術,獲得存儲器領域的絕對優(yōu)勢。
乘著戰(zhàn)后美國“援日抗蘇”的有利外部條件,日本從50年代開始以低價獲取了大量美國技術的授權。
1953年,日本“東京通信工程株式會社”在晶體管專利被受理僅5年后,以900萬日元(約2.5萬美元)的低價從西屋電器引進了晶體管技術——要知道肖克利最初研發(fā)晶體管時,貝爾實驗室在其上連續(xù)砸了2.23億美元(用于1948-1957的連續(xù)研發(fā)和優(yōu)化,其中美國軍方承擔了近40%的費用)。
借助晶體管技術,東京通信在1955年發(fā)布了第一款袖珍收音機TR-55,公司也正式更名為索尼?!八髂岽蠓ā庇纱税l(fā)揚光大,成就一代傳奇電子企業(yè)。
當時,去紐約與西屋簽約的索尼聯(lián)合創(chuàng)始人盛田昭夫在逛了帝國大廈、布魯克林大橋后,曾向同行友人感嘆:
“日本和這樣的國家交戰(zhàn),真是魯莽呀!”
不過20年后,日本就在半導體存儲器領域和美國打了一場驚人的大戰(zhàn),這得益于日本在60年代引進的另一項技術:集成電路。
日后成為日本半導體霸主的NEC在1962年從美國仙童半導體公司購買了平面光刻生產工藝,解決了集成電路制造生產的問題,效果立竿見影:
1961年,NEC集成電路的產量只有50塊,1962年暴增至1.18萬塊,1965年達到了5萬塊。
同一時期,日立與RCA,通用電氣和東芝紛紛簽訂了技術轉讓協(xié)議;索尼和德州儀器也在歷經4年磋商后,于1968年在日本成立了各自占股50%的合資公司。
日本采取了“以市場換技術”套路,成立合資公司的條件就是德州儀器必須在3年內向日本公布與IC制成相關的專利。
于是,外有“向先進學習”的敏銳抓手,內有舉國體制下的“VLSI計劃”,這一系列舉措,打下了日本在70年代埋頭苦干、80年代一鳴驚人的基礎。
從1980年到1984年,日本半導體對美國的出口額從不到90億日元,增至400多億日元,陡峭的上揚曲線震動世界。
1985年的出口量下降與美國啟動針對日本存儲器的“反傾銷訴訟”有關
由此,日本成了半導體史上的第一次“產業(yè)轉移”的贏家,奪得了存儲器市場的壟斷地位;而美國頂尖公司如英特爾,則轉向了技術壁壘更高的CPU領域。
不過,日本半導體的輝煌是短暫的。
90年代,日本半導體產業(yè)開始節(jié)節(jié)敗退——韓國成了新一代存儲器霸主:1992年,三星將NEC擠下DRAM世界第一的寶座;2000年前后,富士通和東芝先后宣布從DRAM市場退出。
這背后有諸多原因:
在外,美國像如今對付中國一樣,對日本耍起了“貿易戰(zhàn)”:通過1985年的反傾銷訴訟、1986年的《美日半導體協(xié)議》、1991年的《日美半導體協(xié)議》,全面打壓日本半導體產業(yè);在內,日本在80年代末達到泡沫經濟頂峰,資本大量流向房地產,減少了對技術領域的投資。
而另一個常被忽略的關鍵原因是,日本錯失了一個萌芽于上世紀80年代的半導體產業(yè)新趨勢。
這一回合,臺灣和韓國卻抓住了機會。
第2、3次拐點:分工裂變,韓、臺逆襲
臺灣和韓國逆襲的故事,源自一場涉及美、歐、亞多國的半導體行業(yè)“分工裂變”。
一切的開端仍是不起眼的小事:誕生于歐亞大陸兩端的兩家小公司——臺積電和ARM。
成立于1987年的臺積電開創(chuàng)了Foundry模式,即只進行芯片生產制造的晶元代工廠。
而3年后,誕生于英國劍橋一座谷倉里的ARM,又開創(chuàng)了另一種全新的商業(yè)模式:IP授權。
Foundry和IP授權的出現(xiàn),是偶然中的必然。
從集成電路商用化的60年代開始,半導體產業(yè)就像細胞生長一樣經歷著“裂變”——從垂直整合到垂直分工,分工越來越細,各環(huán)節(jié)越來越專業(yè)。
第一次重要裂變發(fā)生在70年代:半導體和軟件行業(yè)從計算機中分化出來。
行業(yè)的初始狀態(tài),是“一個公司造所有”的高度垂直整合。
比如IBM藍色巨人,既自己造計算機用的芯片,還做操作系統(tǒng)、軟件,同時生產計算機終端。
在1961年底IBM啟動的“System-360”項目中,憑一己之力,IBM就攻克了指令集、集成電路、可兼容操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等軟硬件多道難關,獲得了300多項專利。
而到70年代,隨著技術進一步普及、市場對軟件需求的增加,軟件開始成為單獨的行業(yè);微軟(1975年成立)、甲骨文(1977年成立)等公司陸續(xù)出現(xiàn)。
這同時催生了半導體從計算機中分化,產生了一批主要做芯片硬件(芯片設計、制造、封裝測試)的公司,英特爾(1968年成立)是其中代表。
在1970年代開始萌發(fā)的PC(個人電腦)市場上,英特爾與微軟的“Wintel聯(lián)盟”悄然生長,前者做計算機CPU,后者做Windows操作系統(tǒng),軟硬配合,逐漸獲得了壟斷地位。
這又帶來半導體產業(yè)的一個重要生態(tài)現(xiàn)象:“指令集壁壘”。
有種說法是:三流公司做產品,二流公司做品牌,一流公司做標準。指令集,就是芯片硬件和底層軟件代碼之間溝通的一套“標準”。
就像只有灰姑娘能穿上水晶鞋:相應的軟件操作系統(tǒng),通過相應的指令集跑在相應的芯片上,才能達到最佳效果。因此指令集和操作系統(tǒng)之間能形成其他玩家難以攻破的生態(tài)聯(lián)合。
隨PC浪潮崛起的英特爾,是第一個建立起了“指令集壁壘”的公司。
PC時代之前的小型機主要在數(shù)據(jù)中心處理專業(yè)的計算工作,市場分散,操作系統(tǒng)常常是各做各的(或在開源系統(tǒng)上做優(yōu)化),井水不犯河水;指令集也各自為營,IBM有Power,Sun有SPARC,DEC有Alpha等等。
隨著PC時代到來,大量個體溝通、協(xié)作的需求開始涌現(xiàn),操作系統(tǒng)市場開始向頭部玩家集中,Windows最終突出重圍,坐上了“鐵王座”;與之綁定的英特爾x86指令集也跟著取得“指令集霸權”。
2000年之后,英特爾又進一步利用自己在PC市場出貨量大、成本低的優(yōu)勢,向更高端的“小型機服務器市場”進軍,以價格戰(zhàn)打敗了Power、SPARC、Alpha等老牌指令集,改寫了整個服務器市場的生態(tài)基礎。
對x86指令集這一電子產業(yè)基礎性標準的掌控,也讓英特爾多年來屹立不倒,連續(xù)25年(1991-2017)登頂全球半導體第一廠商的寶座。
這便是行業(yè)第一次裂變時,新一代“軟硬雙打”撂倒老一代垂直型巨人的故事。
但在芯片制造內部,英特爾仍是一家“垂直整合”的公司:自己做指令集,自己在指令集上設計IP核,自己做生產制造。
這就給第二次分工裂變創(chuàng)造了空間:
上世紀90年代之后,臺積電的Foundry模式+ARM的IP授權模式興起,打碎了英特爾的“垂直整合”。半導體產業(yè)上游的IP研發(fā)、設計和下游的制造各自分化成了單獨的行業(yè)。
ARM能產生IP授權的奇思妙想,也得感謝英特爾。
1981年,ARM的前身Acorn計算機公司想生產一款供英國中小學校使用的電腦,向英特爾求助,希望能購買80286處理器的設計資料和樣品,但英特爾沒搭理它。
Acorn于是基于當時學界提出的RISC精簡指令集概念(英特爾x86使用的是CISC復雜指令集),研發(fā)了一顆32位、6M Hz,使用自研指令集的處理器,命名為ARM。
到1990年,已更名為ARM的新公司開始專注于半導體業(yè)務。但英特爾等廠商已占據(jù)了大量市場,直接賣芯片的ARM生意慘淡,被迫踏上一條新路:自己不生產芯片,只將IP核授權給其他公司。
歐亞大陸的另一端,臺積電的成功則得益于其創(chuàng)始人張忠謀在德州儀器積累了豐富的半導體工廠建造與管理經驗。
與開頭提到的日本通過引進技術發(fā)展存儲器;英特爾因為完成日本客戶訂單陰差陽錯開啟CPU市場一樣,全球技術、人才的自由流動,再次促進了整個產業(yè)的進化。
進化是不可逆的。
Foundry和IP授權模式的誕生,永久地改變了世界半導體產業(yè)的版圖——它大大降低了半導體產業(yè)的準入門檻。
在高度垂直整合的60年代,IBM為開發(fā)System-360,在3年多時間里投入了52.5億美元,開支甚至超過造出原子彈的曼哈頓計劃。實力雄厚如IBM也差點被這個項目搞得資金鏈差點斷裂,其他小廠家更是被完全擋在了電子產業(yè)的門外。
隨著垂直分工的開始,ARM和臺積電承擔了產業(yè)鏈一頭一尾的工作,中間的“芯片設計”環(huán)節(jié)便逐漸發(fā)展成一個獨立賽道——不做生產,無需重資建廠或做底層研發(fā)的Fabless廠商(Fabless的字面意思就是“無工廠”)。
目前全球排名Top 20的半導體廠商中,近一半是1990年后成立的Fabless新貴:
1985年成立的高通(美國)(高通是無線電通信技術研發(fā)商,1994年開始銷售芯片);
1991年成立的博通(美國);
1993年成立的英偉達(美國);
1995年成立的美滿(美國);
1995年成立的聯(lián)發(fā)科(臺灣);
1999年獨立的英飛凌(德國)(前身是西門子半導體部門);
2002年成立的瑞薩電子(日本)(NEC和瑞薩科技的合資公司)
這進一步給行業(yè)帶來兩個變化:
一方面,更多輕資產玩家的涌入,使市場競爭更充分,促進了全球半導體產業(yè)的進化;
另一方面,這些新公司多是ARM和臺積電的客戶。ARM以開放的IP授權模式已在移動端CPU市場占比超95%,與服務器端CPU的霸主英特爾屹立兩頭,構成了當下全球半導體產最底層的兩大標準。
這場新的分工裂變,終于讓高端的CPU領域不再是“美國人自己的游戲”,臺灣和韓國順應新的分工趨勢,成了全球半導體產業(yè)的新高地。
在制造環(huán)節(jié),臺灣依靠臺積電牢牢把握了話語權。
自從在1989年搞定了英特爾的背書和訂單后,這家最初連募資都很艱難的臺灣“小公司”快速成長,每年營收增長率都保持在50%至100%之間。
近年來,臺積電的工藝水平已趕超了傳統(tǒng)垂直廠商英特爾、IBM,占據(jù)了超過50%的市場份額,在最新的5nm制程上領先全球。
在CPU、MCU等主控芯片設計環(huán)節(jié),另一家臺灣企業(yè)聯(lián)發(fā)科從2003年開始購買ARM IP,進入手機和平板芯片市場,并在2000年之后成為亞洲最大的Fabless廠商。
韓國也抓住了分工裂變的機會。
其半導體標桿企業(yè)三星,從2000年開始就通過購買成熟IP,在原本的強項存儲器之外,開辟了CPU的新增長點。
2007年,第一代iPhone的芯片就是三星和ARM分工合作的產物——三星在ARM 11 IP上開發(fā)的S5L8900芯片。
誰能想到,iPhone這個不被看好的“邊緣產品”,一手撐起了智能手機時代,在推出后第二年,創(chuàng)下了超過700%的銷量增長。
乘此東風,三星鞏固了其在智能手機芯片市場的地位;隨后又在2010年推出蜂鳥系列CPU(后改名Exynos),奠定了其在Android設備陣營的龍頭芯片提供商地位。
其實,中國大陸的許多公司也在不知不覺中趕上了行業(yè)分工裂變的大勢。
由于“IP授權+Fabless+Foundry”模式降低了手機芯片整體成本,國產手機廠商,如華為、小米、vivo、OPPO在2010后崛起,成了這場綿延近30年的新分工潮流的受益者。
這就是全球產業(yè)鏈的神奇所在:牽一發(fā)而動全身——一些起初看來微小的變化,經時間陳釀,可能孕育巨大的機會。
但是,“勢”能助人也能傷人:如果你要和它對著干的話。
在韓國、臺灣崛起的90年代,日本半導體產業(yè)迅速敗落,原因之一就是錯過了垂直分工裂變的趨勢。
當時,日本的優(yōu)勢項存儲器遭美國狙擊,并被韓國趁虛而入;但在CPU領域,日本本可與IP授權商、晶圓代工廠合作,發(fā)展Fabless業(yè)務,再一次“后發(fā)制人”。
但日本公司在90年代還瞧不起技術相對落后的臺灣代工廠;另一方面,正如日劇《半澤直樹》所展示的,日本的實業(yè)融資依賴于銀行貸款,銀行在評定資產時,傾向于工廠、生產線這些看得見、摸得著的東西,單獨的芯片設計公司不好找錢。
于是,保持著垂直整合形態(tài)的日本半導體企業(yè)既要研發(fā),又要生產,還要維護、更新設備,投資大,周期長,技術更迭落于Fabless之后。
在發(fā)現(xiàn)市場新機會上,自由、靈活的小公司往往更有潛力,團結大公司一起攻堅的日本模式此刻反而成了短板。
在美國的打擊和Fabless模式的雙重擠壓下,日本半導體丟掉了舊優(yōu)勢,錯失了新的增長機遇,只留下“失去30年”的嘆惋。
回看這段歷史,沖擊垂直整合的兩大角色——臺積電和ARM都誕生在腹地狹小的島嶼,這有其必然性:
正因內部市場有限、地理位置邊緣,臺積電和ARM才“光腳不怕穿鞋”,各自發(fā)明了全新商業(yè)模式。借承擔新的分工角色之機,它們既實現(xiàn)了自身的商業(yè)成功,也共同促成了一個更開放的全球半導體產業(yè)生態(tài)。
萬一,2019年的半導體仍是一個被美國少數(shù)巨頭把持的產業(yè),那中國會面臨什么局面?
想都不敢想。