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2020年世界芯片消费构成(图源:SIA)/ @9 z. j; D$ ?+ t- l+ G8 D
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2020年,世界芯片销售总额达4404亿美元,其中最大用户是计算机,达1422亿美元,占芯片销售总额的32.3%;其次是通信,达1376亿美元,占芯片销售总额的31.2%;家电为530亿美元,占芯片销售总额的12.0%;工业电子为529亿美元,增长了8.2%,占芯片销售总额的12.0%;汽车501亿美元,占芯片销售总额的11.4%;军工、航空航天只有46亿美元,只占芯片销售总额的1.0%。9 n- L" W( @: T2 a, Z
3 i# a1 O0 i$ }# X美国依然是计算机强国,在服务器、AI计算卡等方面领先,这方面是10nm以下的高端芯片用武之地。随着数据中心、服务器虚拟化、人工智能等方面的发展,这方面还有很大的继续发展空间。发展速度也可观,2021年相比于2020年增长了21.2%。计算机可能成为美国芯片可持续发展的主要驱动力。不过现在这一板块的芯片供需平衡,继续发展也难以吸收美国芯片新增产能。 4 Y) \/ |' d3 c& j/ ? $ D$ U8 a4 ~8 d+ M$ i中国在高端服务器、AI卡方面还欠缺。数据中心和服务器牵涉到信息安全,没有美国拐棍了,自己造拐棍,连滚带爬也要上。AI代表未来,也是一样。这会是中国高端芯片发展动力的一半。+ v7 k0 X/ a6 D; n1 R
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计算机板块是中美技术脱钩的主体。在这里各打各马,各找各妈。 1 m8 H9 G. `8 t" j5 u * J( @. s* m* U9 J. l" V通信板块有5G和手机两大块,集成度要求高,是10nm以下芯片的最大用户。但通信是美国的短板,网络设备还有思科,手机方面苹果、谷歌、摩托罗拉等都是找人代工。所以这方面美国土壤已经贫瘠了,重建艰难。美国新建芯片产能需要这一板块吸收产能,但很难做到。8 d) X0 x0 E+ c1 E [9 B2 P) ~, Z6 w8 O
2 u, [8 [3 u( [现在高端芯片以美国IP为多,要美国芯片工厂代工,还是台积电代工,差别在于经济和政治。与盟友抢生意总是吃相难看,尤其是通过枪指着盟友脑袋帮着建立的产能。美国芯片出口中国、中国制造手机返销美国在技术上可行,在政治上暗礁多多,在经济上未必拼得过台积电。美国霸道到只许美国芯片出口而不许台积电跟风,这也说不过去。! j( w: B7 h* {+ n
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5G美国是不指望了,跳过5G直奔6G在理论上可能,在实际上难以做到。高通等或许有能力推出一些关键技术,但6G不是凭空打造的,很多方面是从5G过渡过来的,就像5G也与4G有渊源一样。美国的4G已经拉胯了,面对的不是跳过5G直奔6G,而是连跳两代。美国科技实力雄厚,但并不能创造神迹。3 C! M+ t- K, D
+ L. X7 E. y8 k中国还是老问题:5G和手机产业都领先世界,但需要高端芯片,现在只能靠进口。2 T2 k0 j" b( \+ P
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芯片的研发成本随节点尺寸的下降而急剧升高,制造成本也同步升高(图源:IBS) 5 h8 F, S8 t2 I# Z% D& D4 S: C5 X( O+ o$ I6 T
芯片的设计、制造开支随着节点尺寸的缩小而迅速升高,5nm、3nm、2nm虽然靓丽,但说到底,销路才是王道,这些高端芯片只有高价才能盈利。但过高的价位对应用是有打压作用的。3 t& }+ g- M1 G1 f" g
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高端芯片大量用于手机。手机对尺寸、耗电敏感,多年来“算力军备竞赛”成为推动芯片技术前沿的主要动力,但手机增长放慢对高端芯片是坏消息。台积电等已经在关停部分EUV,主要涉及7nm以下的产能,以适应高端芯片需求冷却的新现实。这对即将上线的美国产能是巨大的压力。便秘与饥饿是同样痛苦的事情。' o% C- a4 }2 b! [# D7 E6 m+ M
6 D' T8 a; }( o: A; f通信板块也是技术脱钩的领域,但对中美是不同的挑战:不管是5G/6G还是手机,中国优势在于完整的领域知识和供应链,美国优势在于高端芯片和部分关键技术。中国拥有沃土,美国拥有良种。鹿死谁手,也未可知。8 Z l8 g5 x& e& D/ r7 [6 @
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家电和一般的消费电子产品是芯片消耗大户,但对高端芯片的要求很低,需求以中低端芯片为主。在这方面,从芯片到下游产业链,都是美国的短板、中国的长项,美国芯片曲高和寡,中国芯片反而是瞌睡送枕头。 4 D# u$ ]6 P8 p8 A, j* x% [. G z; J) t3 b3 f+ w7 g7 y$ d1 }8 g
消费电子在进入减速增长期,家庭智能化没有如预期的那样增速发展,即将到来的欧美经济萧条带来进一步冷却效应。但长期的正增长还是可以预期的。 ) d' j# x& u3 B1 p) O; ^" A- C% A5 s. ~( w8 a/ w1 a! U7 u! h8 c1 p- J3 }
工业电子的主体为机器人、自动化系统、仪器仪表等。这是与消费电子一样大的板块,而且增长强劲,达到8.2%,反映了工业数字化、互联化的大潮。在这方面,美国领先,中国在追赶。有意思的是,这一块对高端芯片的要求并不高,但对芯片的成熟、可靠的要求很高。 ( ^ r/ j: g6 ?9 w+ q C, [8 C( H$ G: F- i$ l! n
比如说,霍尼韦尔是DCS的领头羊,但基本控制单元的CPU还是摩托罗拉68040。这是华强北都难淘的骨灰级芯片了,芯片工艺在今天链中端都算不上,但是成熟可靠稳定,性子摸透了,在任何时候都不出意外,而且性能够用,所以到现在还在用。霍尼韦尔只是因为芯片来源枯竭,并有硬件虚拟化的驱动,才转向软件仿真替代。 " T( ?& m |5 b; w& D0 i: G4 H& F7 l! g8 B
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。9 [5 d# ?- ?" \( y3 _
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高端仪器仪表也是中国的短板,但问题在于具体的检测和机电技术、信号和数据处理算法,芯片性能同样不是大问题,鲜有需要高端芯片的情况。3 W S' p- _- P( P' e/ d
3 k$ N/ |6 H. `1 w机器人也是一样,“功夫在芯片外”。 3 |( }2 w! R1 f& c8 b/ \/ N& G+ u8 g& F. V+ V5 e7 \) A
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。! J6 `& N6 o% Q. k3 H; m! k
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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。# B/ D2 ]* u! }
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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 S7 d5 f+ V* Q: V; K; k* J6 T0 f; A: V6 ^
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。1 j" X. s4 B6 F" H' V
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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。 " x# K- { a \ n8 t2 W# Q) s4 A* B6 q6 E/ V2 o( s/ h+ P# W
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。8 \: C i% z' D$ r# c
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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。* A) a3 y L* N# @& n
! b4 v! F1 N0 C! _, m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。: }7 j! p* @6 s1 X0 f4 m9 Z& A9 s
5 c; `/ @# N1 M5 p2 Y0 G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。0 s T6 h" a2 }" V \6 g% e1 V
! E% k: a" ]) d& [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。 # F( K, ?+ J/ g6 w A$ H! a$ Q - O4 @7 C4 V6 ?+ [; [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。 : C: y: B1 Q+ f/ f4 L( A# V - ~0 n9 }; Z5 O ?; H" e+ Y% \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。 1 r/ X! F. v x" I( P % x% g+ Q2 L3 {7 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。. }7 A8 m! W& f# n
& a/ V& F' Q2 Q1 u. b, P2 S( t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。6 |, q! R J G Y: I) c; P1 J8 m
( u1 b! w5 N/ x* Y* _: ?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。' G; G, r- @, z0 e) r8 `5 T I
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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。 9 D. ^" s! v5 Z& z9 N' H6 E ' o* z4 \7 u( c; ~1 P k谁都知道孟良崮最后的结局。 / F3 x* A0 z/ t! l8 J1 u, P/ ?/ [" H; P# C$ M5 C! \8 L# A, y I/ c
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。 % A- s/ a4 t. b4 M( ^) q1 A . V9 V; S0 L0 ]; o4 E; t0 E, Q7 B9 j