根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2017年中國集成電路產(chǎn)業(yè)（包括芯片）銷售額達到5411.3億元，同比增長24.8%。其中，集成電路制造業(yè)增速快，2017年同比增長28.5%，銷售額達到1448.1億元。設(shè)計業(yè)和制造業(yè)繼續(xù)保持快速增長，增速分別為26.1%和20.8%，銷售額分別為2073.5億元和1889.7億元。
來自海關(guān)總署的數(shù)據(jù)顯示，2017年中國出口集成電路2043.5億塊，同比增長13.1%；出口金額為668.8億美元，同比增長9.8%。由此可見，中國芯片產(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、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)計進展迅速亟待向高端突破
IC設(shè)計涉及硬件、軟件兩方面的專業(yè)知識。硬件包括數(shù)字邏輯電路的原理和應用、模擬電路、高頻電路等。軟件包括基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯描述語言，如VHDL、微機匯編語言及C語言。說簡單一點，它不但要設(shè)計芯片的身體，還要初步賦予其靈魂。由此可見，在整個芯片制造領(lǐng)域，IC設(shè)計無疑站在制高點的位置，由此產(chǎn)生世界級巨頭，如英特爾、高通、三星、德州儀器、西門子等。
大家都知道，在PC機的時代，英特爾和AMD壟斷了PC的芯片市場。在PC領(lǐng)域無法和美國競爭，中國芯片產(chǎn)業(yè)卻意外從電信產(chǎn)業(yè)發(fā)展中受益，由于中國（巨龍、大唐、中興、華為）在電信產(chǎn)業(yè)的崛起，中國逐漸開始實現(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，卻意外地給中國帶來了一個沒有料到的結(jié)局，那就是中國的芯片產(chǎn)業(yè)開始伴隨著中國通信產(chǎn)業(yè)崛起而萌芽。
華為的海思、中興微電子、大唐都成為中國較大的芯片廠家之一。到了手機和平板電腦時代，由于中國本土手機廠家和平板電腦廠家的崛起，中國的展訊、全志、瑞芯微等公司也獲得了發(fā)展機會。
據(jù)ICinsight的報告，全球純芯片設(shè)計公司50強，2009年中國只有一家，也是中國較早闖入世界50強的是華為旗下的海思公司，2016年增長到了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）?？梢钥吹角懊婢琶Ｋ?，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，平板電腦等提供芯片。
2016年，中國已經(jīng)有了160家芯片設(shè)計企業(yè)銷售額超過了1億元人民幣，可以說芯片設(shè)計正在中國全面開花。中國兩家芯片設(shè)計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速度較快。
2017年，一份由半導體協(xié)會和工信部中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院公布的2017年國內(nèi)十大集成電路設(shè)計/制造行業(yè)的最新排名報告顯示，在國內(nèi)前十大集成電路設(shè)計企業(yè)當中，華為海思半導體以361億元銷售額排名靠前，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。
雖然中國內(nèi)地在設(shè)計端部分芯片產(chǎn)品有明顯突破，但目前IP核仍依賴ARM等，設(shè)計端使用的EDA工具完全靠Synopsys、Cadence、Mentor等廠商提供授權(quán)。
此外，我國芯片設(shè)計企業(yè)的主流產(chǎn)品仍集中在中低端，尚未全面進入國際主戰(zhàn)場。除了在通信領(lǐng)域有了比較重要的突破外，在CPU、存儲器、可編程邏輯陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)等大宗戰(zhàn)略產(chǎn)品領(lǐng)域的建樹不多。雖然在“核高基”等國家科技計劃大力支持下，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)批量應用，但受制于知識產(chǎn)權(quán)、加工能力和基礎(chǔ)設(shè)計能力的不足，我國企業(yè)還未能在上述領(lǐng)域進入規(guī)模化量產(chǎn)，更談不上全面參與市場競爭。
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制造是最大短板機會猶存
幾十年來，全球的半導體產(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)推動了22納米、14納米和10納米工藝的出現(xiàn)。
技術(shù)的進步直接改變著各大集成電路制造企業(yè)的競爭格局。半導體芯片龍頭英特爾技術(shù)上還在堅守14納米工藝，英特爾在其上半年召開的“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)于競爭對手，制造成本要比對手低30%，且將采取措施確保在性能和成本方面遠遠領(lǐng)先于三星等。公開資料顯示，半導體芯片英特爾占據(jù)PC市場處理器約八成的市場份額，在服務器芯片市場占據(jù)超過九成的市場份額，其在PC和服務器芯片市場依然擁有不可撼動的市場地位。
而作為后起之秀的三星，在閃存市場、手機芯片等戰(zhàn)場上不斷尋求突破。三星研發(fā)的第一代10納米芯片已應用于其今年發(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市場的發(fā)展出現(xiàn)了停滯跡象，這種停滯給英特爾帶來了打擊，與此同時受到市場不斷增加的對手機芯片和閃存需求的提振，三星在2017年一季度的芯片銷量超過英特爾。
中國芯片制造工藝落后國際同行兩代，預計于2019年1月，中國可完成14納米級產(chǎn)品制造，同期國外可完成7納米級產(chǎn)品制造；產(chǎn)能嚴重不足，50%的芯片依賴進口；同時中國的產(chǎn)能和需求之間結(jié)構(gòu)失配，實際能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品，與市場需求不匹配；長期的代工模式導致設(shè)計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題，導致中國集成電路產(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)，并且在很長的一段時間內(nèi)無法根本改變。
中芯國際是中國內(nèi)地規(guī)模大、技術(shù)先進的芯片晶圓代工企業(yè)。中芯國際無疑代表了中國半導體芯片制造技術(shù)的高水平，但是其先進工藝僅為28納米，面對英特爾成熟的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，中國芯片制造水平亟待提高。
究其原因，堵在中國芯片制造業(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制造，而出色的是荷蘭的ASML公司，其一臺光刻機的售價高達1億美元。相比之下，國內(nèi)較好的光刻機只能做到90納米制程，而日本的可以做到28納米以下，荷蘭的精度高達可以做到14納米以下制程。那你也許會問中國為什么不向他們購買，問題來了，因為芯片高端制造牢牢掌握在美、日、歐的幾個國家手里，它們對中國進行技術(shù)和設(shè)備的封鎖，導致中國至今芯片產(chǎn)業(yè)遲遲得不到突破。
首先，中國政府開始關(guān)注并積極支持中國集成電路制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已發(fā)布了多項相關(guān)政策和指引，《中國制造2025》政策文件明確了中國目標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%。這一目標的實現(xiàn)直接需要半導體制造企業(yè)的技術(shù)水平的提升。
其次，技術(shù)發(fā)展速度放緩，為中國企業(yè)提供了追趕時間。無疑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，當溝道縮短到一定程度的時候，量子隧穿效應就會變得極為容易，換言之，就算是沒有加電壓，源極和漏極都可以認為是互通的，那么晶體管就失去了本身開關(guān)的作用，因此也沒法實現(xiàn)邏輯電路。從現(xiàn)在來看，10納米工藝已經(jīng)實現(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)展的放緩將給中國企業(yè)提供一定的追趕時間。
最后，世界集成電路產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢為中國企業(yè)提供了機會。20世紀70年代末第一次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，從美國轉(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，韓國與中國臺灣成為這一次轉(zhuǎn)移過程中的受益者，崛起了三星和臺積電這樣的制造業(yè)巨頭。目前，憑借巨大的市場需求、較低的人工成本，中國有可能接力韓國、中國臺灣，成為未來5年產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的重點區(qū)域。
由此看，雖然中國集成電路制造業(yè)整體落后，但在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上有優(yōu)勢，政府重視相關(guān)產(chǎn)業(yè)的扶持，新技術(shù)發(fā)展將放緩，中國的集成電路制造產(chǎn)業(yè)依然有機會改變不利與落后的局面。
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AI中國芯片彎道超車的機會
如果說上述是中國傳統(tǒng)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的較大短板和挑戰(zhàn)，超越尚需時日的話，那么這兩年興起的AI芯片則為中國芯片產(chǎn)業(yè)的彎道超車提供了很好的契機。
眾所周知，目前英偉達和谷歌幾乎占據(jù)了人工智能處理領(lǐng)域80%的市場份額，蘋果、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)。而幸運的是，在這一輪浪潮之中，中國芯片前所未有地靠近世界前沿。中國的初創(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、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上，華為首次發(fā)布全球產(chǎn)業(yè)展望GIV2025(GlobalIndustryVision2025)預測：到2025年，全球聯(lián)接總數(shù)達到1000億，視頻流量占比達89%，86%的企業(yè)將采用AI，并創(chuàng)造23萬億美元的數(shù)字經(jīng)濟。
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，人、家庭和組織都將實現(xiàn)智能互聯(lián)，而要真正去實現(xiàn)人工智能的應用落地問題，就必須從軟件到硬件，軟硬一體。
除了華為之外，2017年8月，寒武紀科技完成1億美元A輪融資，成為全球AI芯片領(lǐng)域的獨角獸。寒武紀擁有終端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1A處理器（Cambricon-1A）是世界商用深度學習專用處理器，面向智能手機、安防監(jiān)控、無人機、可穿戴設(shè)備以及智能駕駛等各類終端設(shè)備，在運行主流智能算法時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、神威太湖之光、華為麒麟960芯片、特斯拉、微軟HoloLens、IBMWatson等國內(nèi)外新興信息技術(shù)的杰出代表同時入選第三屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會（烏鎮(zhèn)）評選的十五項“世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果”。
相較于寒武紀，成立于2015年的地平線機器人則致力于打造面向未來的人工智能芯片BPU（BrainProcessingUnit），并提供高性能、低功耗、低成本、完整開放的嵌入式人工智能解決方案。憑借地平線提供的服務，電子類產(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)，成功應用于基于FPGA的深度神經(jīng)網(wǎng)絡處理器，實現(xiàn)低功耗高性能的視覺感知。未來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)，地平線也將進一步推進支撐從感知到?jīng)Q策算法的系統(tǒng)軟件和硬件IP設(shè)計，從而支持更高級別的自動駕駛乃至無人駕駛功能。
源于清華的深鑒科技，專注于深度學習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)絡壓縮數(shù)十倍而不影響準確度，還可以使用“片上存儲”來存儲深度學習算法模型，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，通過包括板卡模組、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、機器學習等AI推理計算。同時給出的還有一個很有震撼力的參考數(shù)字——按照設(shè)計，該芯片的性價比將是目前同類產(chǎn)品的40倍。阿里官方還表示，此款芯片未來將會更好地實現(xiàn)AI智能在商業(yè)場景中的運用，提升運算效率、降低成本。
需要說明的是，去年12月，工信部印發(fā)了《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃(2018-2020年)》，其中對于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，智能傳感器技術(shù)產(chǎn)品實現(xiàn)突破，設(shè)計、代工、封測技術(shù)達到國際水平，神經(jīng)網(wǎng)絡芯片實現(xiàn)量產(chǎn)并在重點領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應用，開源開發(fā)平臺初步具備支撐產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的能力。
盡管中國集成電路制造企業(yè)與國外乃至中國臺灣企業(yè)的差距確實存在，然而也有一些有利因素。
