根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2017年中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)（包括芯片）銷(xiāo)售額達(dá)到5411.3億元，同比增長(zhǎng)24.8%。其中，集成電路制造業(yè)增速快，2017年同比增長(zhǎng)28.5%，銷(xiāo)售額達(dá)到1448.1億元。設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)，增速分別為26.1%和20.8%，銷(xiāo)售額分別為2073.5億元和1889.7億元。
來(lái)自海關(guān)總署的數(shù)據(jù)顯示，2017年中國(guó)出口集成電路2043.5億塊，同比增長(zhǎng)13.1%；出口金額為668.8億美元，同比增長(zhǎng)9.8%。由此可見(jiàn)，中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，尤其是代表芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的設(shè)計(jì)、制造等方面，但其中也不乏短板和挑戰(zhàn)。
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芯片設(shè)計(jì)進(jìn)展迅速亟待向高端突破
IC設(shè)計(jì)涉及硬件、軟件兩方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。硬件包括數(shù)字邏輯電路的原理和應(yīng)用、模擬電路、高頻電路等。軟件包括基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯描述語(yǔ)言，如VHDL、微機(jī)匯編語(yǔ)言及C語(yǔ)言。說(shuō)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，它不但要設(shè)計(jì)芯片的身體，還要初步賦予其靈魂。由此可見(jiàn)，在整個(gè)芯片制造領(lǐng)域，IC設(shè)計(jì)無(wú)疑站在制高點(diǎn)的位置，由此產(chǎn)生世界級(jí)巨頭，如英特爾、高通、三星、德州儀器、西門(mén)子等。
大家都知道，在PC機(jī)的時(shí)代，英特爾和AMD壟斷了PC的芯片市場(chǎng)。在PC領(lǐng)域無(wú)法和美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)卻意外從電信產(chǎn)業(yè)發(fā)展中受益，由于中國(guó)（巨龍、大唐、中興、華為）在電信產(chǎn)業(yè)的崛起，中國(guó)逐漸開(kāi)始實(shí)現(xiàn)了通信設(shè)備制造的自主化，通信設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)的崛起，卻意外地給中國(guó)帶來(lái)了一個(gè)沒(méi)有料到的結(jié)局，那就是中國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)開(kāi)始伴隨著中國(guó)通信產(chǎn)業(yè)崛起而萌芽。
華為的海思、中興微電子、大唐都成為中國(guó)較大的芯片廠家之一。到了手機(jī)和平板電腦時(shí)代，由于中國(guó)本土手機(jī)廠家和平板電腦廠家的崛起，中國(guó)的展訊、全志、瑞芯微等公司也獲得了發(fā)展機(jī)會(huì)。
據(jù)ICinsight的報(bào)告，全球純芯片設(shè)計(jì)公司50強(qiáng)，2009年中國(guó)只有一家，也是中國(guó)較早闖入世界50強(qiáng)的是華為旗下的海思公司，2016年增長(zhǎng)到了11家，包括海思、紫光展銳、中興、大唐、南瑞、華大、銳迪科、ISSI、瑞芯微（Rockchip）、全志（Allwinner）、瀾起科技（Montage）。可以看到前面九名，海思，中興，大唐都是電信產(chǎn)業(yè)出生，南瑞是為智能電網(wǎng)提供芯片，全志、瑞芯微、展銳等為手機(jī)，平板電腦等提供芯片。
2016年，中國(guó)已經(jīng)有了160家芯片設(shè)計(jì)企業(yè)銷(xiāo)售額超過(guò)了1億元人民幣，可以說(shuō)芯片設(shè)計(jì)正在中國(guó)全面開(kāi)花。中國(guó)兩家芯片設(shè)計(jì)公司海思和紫光展銳都已經(jīng)躋身世界前十，2015年海思是世界第六，紫光展銳是世界第十，而且在前十名里面，海思和紫光展銳增長(zhǎng)速度較快。
2017年，一份由半導(dǎo)體協(xié)會(huì)和工信部中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院公布的2017年國(guó)內(nèi)十大集成電路設(shè)計(jì)/制造行業(yè)的最新排名報(bào)告顯示，在國(guó)內(nèi)前十大集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)當(dāng)中，華為海思半導(dǎo)體以361億元銷(xiāo)售額排名靠前，紫光展銳以110億元排名第二，中興微電子以76億元排名第三。隨后的還有華大半導(dǎo)體、智芯微電子、匯頂科技、士蘭微電子、敦泰科技（深圳）有限公司、格科微電子和中星微電子。
雖然中國(guó)內(nèi)地在設(shè)計(jì)端部分芯片產(chǎn)品有明顯突破，但目前IP核仍依賴(lài)ARM等，設(shè)計(jì)端使用的EDA工具完全靠Synopsys、Cadence、Mentor等廠商提供授權(quán)。
此外，我國(guó)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的主流產(chǎn)品仍集中在中低端，尚未全面進(jìn)入國(guó)際主戰(zhàn)場(chǎng)。除了在通信領(lǐng)域有了比較重要的突破外，在CPU、存儲(chǔ)器、可編程邏輯陣列(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等大宗戰(zhàn)略產(chǎn)品領(lǐng)域的建樹(shù)不多。雖然在“核高基”等國(guó)家科技計(jì)劃大力支持下，上海兆芯研發(fā)的桌面CPU和“龍芯”系列CPU在特定領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量應(yīng)用，但受制于知識(shí)產(chǎn)權(quán)、加工能力和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能力的不足，我國(guó)企業(yè)還未能在上述領(lǐng)域進(jìn)入規(guī)?；慨a(chǎn)，更談不上全面參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
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制造是最大短板機(jī)會(huì)猶存
幾十年來(lái)，全球的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直癡迷于晶體管的小型化。上一次提出新的方法是在2009年，也就是我們所熟知的FinFET。2012年，F(xiàn)inFET工藝的第一次量產(chǎn)，在之后的數(shù)年之內(nèi)推動(dòng)了22納米、14納米和10納米工藝的出現(xiàn)。
技術(shù)的進(jìn)步直接改變著各大集成電路制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局。半導(dǎo)體芯片龍頭英特爾技術(shù)上還在堅(jiān)守14納米工藝，英特爾在其上半年召開(kāi)的“技術(shù)與制造日”上表示，其14納米技術(shù)具有高功能密度，要優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，制造成本要比對(duì)手低30%，且將采取措施確保在性能和成本方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于三星等。公開(kāi)資料顯示，半導(dǎo)體芯片英特爾占據(jù)PC市場(chǎng)處理器約八成的市場(chǎng)份額，在服務(wù)器芯片市場(chǎng)占據(jù)超過(guò)九成的市場(chǎng)份額，其在PC和服務(wù)器芯片市場(chǎng)依然擁有不可撼動(dòng)的市場(chǎng)地位。
而作為后起之秀的三星，在閃存市場(chǎng)、手機(jī)芯片等戰(zhàn)場(chǎng)上不斷尋求突破。三星研發(fā)的第一代10納米芯片已應(yīng)用于其今年發(fā)布的GalaxyS8中，高通驍龍835芯片也由三星現(xiàn)有的10納米工廠制造。近幾年P(guān)C市場(chǎng)的發(fā)展出現(xiàn)了停滯跡象，這種停滯給英特爾帶來(lái)了打擊，與此同時(shí)受到市場(chǎng)不斷增加的對(duì)手機(jī)芯片和閃存需求的提振，三星在2017年一季度的芯片銷(xiāo)量超過(guò)英特爾。
中國(guó)芯片制造工藝落后國(guó)際同行兩代，預(yù)計(jì)于2019年1月，中國(guó)可完成14納米級(jí)產(chǎn)品制造，同期國(guó)外可完成7納米級(jí)產(chǎn)品制造；產(chǎn)能?chē)?yán)重不足，50%的芯片依賴(lài)進(jìn)口；同時(shí)中國(guó)的產(chǎn)能和需求之間結(jié)構(gòu)失配，實(shí)際能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品，與市場(chǎng)需求不匹配；長(zhǎng)期的代工模式導(dǎo)致設(shè)計(jì)能力和制造能力失配、核心技術(shù)缺失；投資混亂、研發(fā)投入和人才不足等問(wèn)題，導(dǎo)致中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)目前總體還處于“核心技術(shù)受制于人、產(chǎn)品處于中低端”的狀態(tài)，并且在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法根本改變。
中芯國(guó)際是中國(guó)內(nèi)地規(guī)模大、技術(shù)先進(jìn)的芯片晶圓代工企業(yè)。中芯國(guó)際無(wú)疑代表了中國(guó)半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)的高水平，但是其先進(jìn)工藝僅為28納米，面對(duì)英特爾成熟的14納米工藝和三星、GlobalFoundries已經(jīng)投產(chǎn)的10納米工藝存在明顯的技術(shù)差距，即使與臺(tái)積電的16納米工藝比較也有不小的差距。在5納米新技術(shù)發(fā)布的今天，技術(shù)水平差距依然在拉大，中國(guó)芯片制造水平亟待提高。
究其原因，堵在中國(guó)芯片制造業(yè)前面較大的攔路虎不是材料，也不是技術(shù)，而是光刻機(jī)成套設(shè)備，而世界上只有日本的尼康、佳能及荷蘭的ASML公司能掌握高端光刻機(jī)制造，而出色的是荷蘭的ASML公司，其一臺(tái)光刻機(jī)的售價(jià)高達(dá)1億美元。相比之下，國(guó)內(nèi)較好的光刻機(jī)只能做到90納米制程，而日本的可以做到28納米以下，荷蘭的精度高達(dá)可以做到14納米以下制程。那你也許會(huì)問(wèn)中國(guó)為什么不向他們購(gòu)買(mǎi)，問(wèn)題來(lái)了，因?yàn)樾酒叨酥圃炖卫握莆赵诿?、日、歐的幾個(gè)國(guó)家手里，它們對(duì)中國(guó)進(jìn)行技術(shù)和設(shè)備的封鎖，導(dǎo)致中國(guó)至今芯片產(chǎn)業(yè)遲遲得不到突破。
首先，中國(guó)政府開(kāi)始關(guān)注并積極支持中國(guó)集成電路制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已發(fā)布了多項(xiàng)相關(guān)政策和指引，《中國(guó)制造2025》政策文件明確了中國(guó)目標(biāo)將集成電路自給自足率在2020年提高到40%，并在2025年提升至70%。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)直接需要半導(dǎo)體制造企業(yè)的技術(shù)水平的提升。
其次，技術(shù)發(fā)展速度放緩，為中國(guó)企業(yè)提供了追趕時(shí)間。無(wú)疑IBM與三星、GlobalFoundries聯(lián)盟所發(fā)布的全新硅納米片晶體管新技術(shù)為研發(fā)5納米芯片奠定了基礎(chǔ)，但隨著晶體管尺寸的縮小，源極和柵極間的溝道也在不斷縮短，當(dāng)溝道縮短到一定程度的時(shí)候，量子隧穿效應(yīng)就會(huì)變得極為容易，換言之，就算是沒(méi)有加電壓，源極和漏極都可以認(rèn)為是互通的，那么晶體管就失去了本身開(kāi)關(guān)的作用，因此也沒(méi)法實(shí)現(xiàn)邏輯電路。從現(xiàn)在來(lái)看，10納米工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，5納米也是能夠?qū)崿F(xiàn)，而5納米以下則接近現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝的物理極限，如不能發(fā)展出新的材料體系，技術(shù)發(fā)展必然放緩。技術(shù)發(fā)展的放緩將給中國(guó)企業(yè)提供一定的追趕時(shí)間。
最后，世界集成電路產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢(shì)為中國(guó)企業(yè)提供了機(jī)會(huì)。20世紀(jì)70年代末第一次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，從美國(guó)轉(zhuǎn)移到了日本，造就了富士通、日立、東芝、NEC等世界靠前的集成電路制造商；第二次在1980年代末，韓國(guó)與中國(guó)臺(tái)灣成為這一次轉(zhuǎn)移過(guò)程中的受益者，崛起了三星和臺(tái)積電這樣的制造業(yè)巨頭。目前，憑借巨大的市場(chǎng)需求、較低的人工成本，中國(guó)有可能接力韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣，成為未來(lái)5年產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的重點(diǎn)區(qū)域。
由此看，雖然中國(guó)集成電路制造業(yè)整體落后，但在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上有優(yōu)勢(shì)，政府重視相關(guān)產(chǎn)業(yè)的扶持，新技術(shù)發(fā)展將放緩，中國(guó)的集成電路制造產(chǎn)業(yè)依然有機(jī)會(huì)改變不利與落后的局面。
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AI中國(guó)芯片彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)
如果說(shuō)上述是中國(guó)傳統(tǒng)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的較大短板和挑戰(zhàn)，超越尚需時(shí)日的話，那么這兩年興起的AI芯片則為中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的彎道超車(chē)提供了很好的契機(jī)。
眾所周知，目前英偉達(dá)和谷歌幾乎占據(jù)了人工智能處理領(lǐng)域80%的市場(chǎng)份額，蘋(píng)果、亞馬遜、微軟、Facebook、特斯拉此前也都已物色相關(guān)領(lǐng)域的人才并研發(fā)自己的芯片，AI芯片“大戰(zhàn)”一觸即發(fā)。而幸運(yùn)的是，在這一輪浪潮之中，中國(guó)芯片前所未有地靠近世界前沿。中國(guó)的初創(chuàng)公司不僅與歐美初創(chuàng)公司幾乎處在同一起跑線上，甚至渴望與英偉達(dá)、英特爾這些巨頭直接拼殺。
在日前舉行的華為的分析師大會(huì)上，華為首次發(fā)布全球產(chǎn)業(yè)展望GIV2025(GlobalIndustryVision2025)預(yù)測(cè)：到2025年，全球聯(lián)接總數(shù)達(dá)到1000億，視頻流量占比達(dá)89%，86%的企業(yè)將采用AI，并創(chuàng)造23萬(wàn)億美元的數(shù)字經(jīng)濟(jì)。
Networks+AI、Phones+AI、HuaweiCloud是華為構(gòu)建智能世界提出的三大解決方案。未來(lái)，人、家庭和組織都將實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)，而要真正去實(shí)現(xiàn)人工智能的應(yīng)用落地問(wèn)題，就必須從軟件到硬件，軟硬一體。
除了華為之外，2017年8月，寒武紀(jì)科技完成1億美元A輪融資，成為全球AI芯片領(lǐng)域的獨(dú)角獸。寒武紀(jì)擁有終端AI處理器IP和云端高性能AI芯片兩條產(chǎn)品線，2016年發(fā)布的寒武紀(jì)1A處理器（Cambricon-1A）是世界商用深度學(xué)習(xí)專(zhuān)用處理器，面向智能手機(jī)、安防監(jiān)控、無(wú)人機(jī)、可穿戴設(shè)備以及智能駕駛等各類(lèi)終端設(shè)備，在運(yùn)行主流智能算法時(shí)性能功耗比全面超越傳統(tǒng)處理器，與阿里飛天技術(shù)平臺(tái)、神威太湖之光、華為麒麟960芯片、特斯拉、微軟HoloLens、IBMWatson等國(guó)內(nèi)外新興信息技術(shù)的杰出代表同時(shí)入選第三屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)（烏鎮(zhèn)）評(píng)選的十五項(xiàng)“世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果”。
相較于寒武紀(jì)，成立于2015年的地平線機(jī)器人則致力于打造面向未來(lái)的人工智能芯片BPU（BrainProcessingUnit），并提供高性能、低功耗、低成本、完整開(kāi)放的嵌入式人工智能解決方案。憑借地平線提供的服務(wù)，電子類(lèi)產(chǎn)品能夠具備一些AI功能，包括感知、交互、理解，甚至是決策。目前已成功推出了第一代嵌入式人工智能處理器IP——高斯架構(gòu)，成功應(yīng)用于基于FPGA的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，實(shí)現(xiàn)低功耗高性能的視覺(jué)感知。未來(lái)隨著性能的提升和功耗的降低，地平線將陸續(xù)推出BPU（BrainProcessingUnit）的第二代伯努利架構(gòu)和第三代貝葉斯架構(gòu)，地平線也將進(jìn)一步推進(jìn)支撐從感知到?jīng)Q策算法的系統(tǒng)軟件和硬件IP設(shè)計(jì)，從而支持更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛乃至無(wú)人駕駛功能。
源于清華的深鑒科技，專(zhuān)注于深度學(xué)習(xí)處理器與編譯器技術(shù)，研發(fā)了一種名為“深度壓縮”的技術(shù)，它不僅可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓縮數(shù)十倍而不影響準(zhǔn)確度，還可以使用“片上存儲(chǔ)”來(lái)存儲(chǔ)深度學(xué)習(xí)算法模型，減少內(nèi)存讀取，大幅度減少功耗。目前，深鑒科技著眼于智慧城市與智能數(shù)據(jù)中心兩大市場(chǎng)，通過(guò)包括板卡模組、FPGA、編譯器、深度壓縮等在內(nèi)的完整解決方案。
另外，阿里也發(fā)布了Ali-NPU，主要用途是圖像視頻分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等AI推理計(jì)算。同時(shí)給出的還有一個(gè)很有震撼力的參考數(shù)字——按照設(shè)計(jì)，該芯片的性?xún)r(jià)比將是目前同類(lèi)產(chǎn)品的40倍。阿里官方還表示，此款芯片未來(lái)將會(huì)更好地實(shí)現(xiàn)AI智能在商業(yè)場(chǎng)景中的運(yùn)用，提升運(yùn)算效率、降低成本。
需要說(shuō)明的是，去年12月，工信部印發(fā)了《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020年)》，其中對(duì)于AI芯片是這樣規(guī)劃的：人工智能整體核心基礎(chǔ)能力顯著增強(qiáng)，智能傳感器技術(shù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)突破，設(shè)計(jì)、代工、封測(cè)技術(shù)達(dá)到國(guó)際水平，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并在重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，開(kāi)源開(kāi)發(fā)平臺(tái)初步具備支撐產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的能力。
盡管中國(guó)集成電路制造企業(yè)與國(guó)外乃至中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)的差距確實(shí)存在，然而也有一些有利因素。
