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半导体产业生态分布(图源:SIA) 7 ~8 S- @6 l A9 Y9 f: _* F3 I$ _. n, `* B8 D; j; N4 o6 _
在半导体产业生态里,第一大板块以科研为基础,其中EDA和核心IP方面占价值链的3%,美国拥有其中74%,欧洲20%,中国大陆只有4%,东亚及其他国家和地区2%;逻辑芯片(CPU、DSP等)占价值链的30%,其中美国67%,中国大陆5%,中国台湾7%,韩国3%,日本5%,欧洲8%,其他国家4%;DAO(数-模转换、模拟芯片及其他)占17%,其中美国37%,中国大陆7%,中国台湾3%,韩国6%,日本24%,欧洲19%,其他国家5%;储存芯片占9%,其中美国29%,中国大陆4%,韩国59%,日本8%;半导体制造占12%,其中美国41%,中国大陆2%,中国台湾4%,韩国32%,欧洲18%,其他国家3%。$ @" i+ p. k$ @5 I# j0 \( T7 c m
& s" A9 ~% R3 y) U0 k% k: c) G第一板块是中国大陆最大的短板。 ' C% K6 X3 s _. { ; U, H: l2 F' s有意思的是:以价值链占比计算,美国的份额最高,这是因为美国不仅有英特尔、美光、德州仪器等IDM厂家,直接销售硬件芯片,还有高通、英伟达等纯设计(fabless)厂家,专利和授权是很大的收入来源。加起来依然占世界最大份额。- h( @( U) v S, Q, v: j3 W
8 }8 B' a2 J% D& c但中国台湾还真就是个代工的,芯片穿肠过,唯有感觉留。台积电的代工模式顾名思义:代工。芯片的知识产权和用途都台积电无关。在某种意义上,这是半导体世界的芭比工厂,芭比设计和芭比市场都不在这里。不能轻视,但也要摆正位置。 1 l' u# f2 y- n* ~" Z& X; P5 ]$ D/ S! x& ?. ?% X; M5 R
第二大板块特别吃投资,其中半导体材料占价值链的5%,其中美国11%,中国大陆16%,中国台湾22%,韩国16%,日本19%,欧洲12%,其他国家3%。晶圆制造占19%,其中美国12%,中国大陆16%,中国台湾20%,韩国19%,日本17%,欧洲9%,其他国家6%。5 {) t6 w0 |* B5 Z
, J# g! M4 r1 {6 v& ` K# f中国在工业DCS(还有PLC)方面依然在追赶,已经解决了从无到有的问题,还没有解决从有到好的问题,但问题不在于芯片。自动化系统需要各种控制、数据处理算法和组态的支持,这是领域知识的问题。在可靠性方面,需要多余度冗余、热备份等。更需要保证实时性,不能出现因为某一进程卡住而全系统宕机的现象,危急时如何丢卒保车是一门学问。另一个不同就是注重输入输出流量处理,但对数值计算复杂性要求相对不高。工业DCS(以及PLC)的重点在于软件和系统架构问题,而不是芯片绝对性能的问题。 7 h$ n O4 z8 P ; E$ ~, O. f0 {4 x, [高端仪器仪表也是中国的短板,但问题在于具体的检测和机电技术、信号和数据处理算法,芯片性能同样不是大问题,鲜有需要高端芯片的情况。+ }* e6 c- }1 `* i7 W
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机器人也是一样,“功夫在芯片外”。 ; B3 K# A e+ {" f6 B2 E( _) A) b $ y3 J) _. L! n5 N/ Y与手机芯片“只要没大毛病就用最新的”不同,工业电子芯片“只要性能够用就用最成熟的”。在工业电子方面,中美的差距不在于芯片,美国新建芯片产能并不能从美国的领域领先获益,中国的发展也不会因为芯片瓶颈而受阻。中美可说机会均等。7 [, U& t U( X
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军工和航空航天也是一样,而且需求与其他领域相比,还是较小,不足以成为主要拉动力。2020-21年高达-11.8%的跌落可能是疫期民航市场萎缩的缘故。 0 i! Y" z& c+ X3 \% C* i* e/ i6 f+ T( I, M, _
另一方面,汽车电子虽然还略有萎缩(-0.3%),可能成为新的生长点。 7 h N: T7 W( O9 k8 E0 c 2 z B; M% A% r u与工业电子相似,汽车电子的可靠性要求很高,但对芯片尺寸、发热、耗电不敏感。美国大量进口中国中低端芯片,主要去处就是汽车工业。. T$ A1 r. \. ^. e2 w% G+ [
5 B. X `+ }+ E; T) T传统的发动机、变速器、底盘控制依然是大头,车内娱乐和车联网成为新的刚需,但这些都不需要高端芯片。中美的应用技术水平难分高下,在需求拉动方面没有实质性差别。中国芯片产能还因为适合需要而获益更多。 ) C; S8 J$ W. r% r " o4 j# s; m2 i+ P全电和插电汽车就是另一回事了,电池和电机控制是新的需求。特斯拉或许在技术上依然领先,但挡不住中国军团人多势众。碾压世界的全电和插电产量是最大的沃土,美国芯片根本无缘插足。- l! N P0 T, G6 q, J. X
7 s$ J/ b, M0 m4 B6 a美国也在大力发展全电和插电,但受制于电池。彼得森国际经济研究所的同一报告指出,中国锂电池占美国市场的一半,其中大头是汽车工业,美国制造的使用锂电池的小家电产能可以忽略不计。锂电池本身就需要芯片管理,这一半中国锂电池用的当然是中国芯片。美国芯片再次无缘插足。 $ u; I3 R1 y. R; w! [ ! F x! v& s4 k不过汽车电子的另一个动力来自自主驾驶,这需要人工智能和堆算力,有可能成为高端芯片的切入点。但也可能走工业电子的路:算力上瞄准现实,算法上“量入为出”,可靠性第一。那样高端芯片又只能在场外观望了。 % O* J9 B1 i' n. l/ m' K6 W6 p5 P. O4 n2 a i B5 E1 H
自主驾驶的最大难点不在于技术,而是法律和信任。事故责任是老问题了,用户信任也是大问题。人工智能很强大,但有时做出的决断人类很难理解。在复盘“阿尔法狗”大战人类棋手的时候就有这个问题,有些看似莫名其妙的棋路最后可能对胜局有用,但就当时的棋势,人类实在无法理解怎么会走出那样的棋。3 p' W1 n4 s5 v" R4 y
# S3 M1 f. A9 X/ Z& E, z Q8 W( F1 H这样的事情发生在自主驾驶时就危险了。比如说,在碰撞不可避免的时候,自主驾驶选择正面撞上去,用防护更好的正面硬刚。但从车上人来看,这就是完全违反常理的决策,在任何情况下都应该尽全力避开,只有避不开的时候才硬刚。在技术上,“不可避免”也不是非黑即白的,中间有很大的灰色区域,但门槛必须是清晰的。如何划定门槛也是个问题。) M3 s- P' K% x/ o6 f* r
& l8 y7 o b2 X: G+ g不能放心使用的全自主人工智能是没法使用的。在很长时间里,辅助驾驶会继续发展,但自主驾驶还是局限在有限应用,比如用在封闭段高速公路的大卡车,而不是买菜通勤的日用车上。作为主要需求拉动,可能还有距离。 8 x4 A4 s" f" X2 H' }: b2 v8 w+ M! a/ n# B, D& Y/ c3 V3 q1 a
美国重建芯片产能的起点很高,直奔最先进的5nm甚至2nm工艺,但发展的可持续性其实很不确定。综合下来,只有计算机这一块是沃土,但这只占市场的32.3%。通信板块占31.2%,但中美半导体工业由于不同的原因都不能获益。剩下的36.5%里,反而是中国的中低端成熟芯片在多数情况下更有利于获益。6 D+ X. U; T6 t- ~) A5 Y, [5 b
. y& L0 N7 U; o+ |# q: K看起来,中美大体平手,还是美国芯片在山上,中国芯片在山下。但问题在通信这一块。中国芯片在日拱一卒,逐步推进到高端芯片是时间问题。坊间对全国产高端芯片的时间表不乏悲观,但美国军政界并不这么看。针对美国战略界预测中国要在2027年才能做好解放台湾的准备,美国海军作战部长吉尔代公开指出,中国从来都在承诺(尽管中国从来没有承诺过要在2027年前解放台湾)的时间点之前提前交卷,所以美国海军需要在2022、23年就做好准备。美国要是没有看到中国对高端芯片突破在即,也未必会现在加强技术封锁,力图打乱中国的步伐。 2 t' z, Q/ D# V7 [$ M6 h; X 7 u! h& T5 c& J7 F' }在中国打通高端芯片瓶颈和美国打通通信板块供应链之间,中国可能会先拔头筹。这可能激发中国芯片与需求之间的正反馈。相反,缺乏下游产业链对美国新建芯片产能可能是负反馈。在芯片战中,中国弹药充足,美国武器精良。这是一场硬仗。 " R* _, u" D- d4 R6 U/ T; P# E4 O( O% p2 b' B* i% I
中低端芯片依然有利可图,但中国不会满足,而是依托中低端芯片,“养大”高端芯片。这是可持续的发展。中国碾压世界的钢铁工业就是这样养大的。不管是革命战争时代,还是在世界经济上坐二望一,农村包围城市本来就是中国最大的成功经验。钢铁工业不能盯着圆珠笔钢和潜艇钢,芯片工业也一样。1 P- s3 ]- I" ~8 L; [) m/ [
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反过来,美国依托高端芯片,死守孟良崮,可能是越走越窄的路。但又是不得不走的路。美国重建芯片产业,投资大、回报周期长也就算了,要是回报率还低,那就是彻底不可能的任务了。美国只能从高端(实际上是顶级)芯片入手,这也决定了只能上孟良崮。 ' F: M* f6 W" p4 o* p , s [, K" p, {6 {* |谁都知道孟良崮最后的结局。 ! m- p: B3 u: ~/ u5 y8 [! q3 z: f# N9 b
半导体是先进制造业的一部份,提供高质量的就业和GDP,也是数字和信息时代的基础工业,不是锦上添花,本身既是锦又是花。 : o w* z: M0 i$ u8 w, l: V. H, Q0 u1 M1 {! |$ S