欧洲半导体三巨头的守旧与拓新

作者 | 海怪

来源 | 脑极体（ID：unity007）

意法半导体、英飞凌、恩智浦三家半导体企业先后从其母公司独立或重组之后，直到今天，一直是撑起欧洲半导体产业面子的“三巨头”。

之所以被称为“三巨头”，是因为自1987年以来，三家几乎从未跌出全球半导体企业20强，虽然排名有调换，但都没掉队。当然也再没有新兴的欧洲半导体企业进入这个头部榜单。

如今，在全球半导体市场中，这三巨头主要选择了工业和 汽车 等B端芯片市场，而避开了竞争激烈的移动终端及电脑等消费级芯片市场。

这就让芯片产业之外的人很少有机会听到三巨头的名声，也自然很少了解这三巨头在全球芯片市场所扮演的角色，以及三家当下的竞争格局和未来可能的发展前景。

那么，三巨头之间有哪些纠葛和关联？各自有哪些优势？顺着这些问题我们接着讨论下去。

三巨头的并购“排位赛”

由于三巨头将市场都定位在B端芯片市场，三家各自的技术和产品自然有重叠，因此不可避免会出现激烈的竞争。而在近几年三巨头的发展过程中，大规模并购其他半导体企业和技术公司，成为能够快速赶超对手的“常规”手段。

在2018年，曾传出“英飞凌试图收购意法半导体”的消息，最后可能因为法国政府的阻挠而告吹。甚至早在2007年，还有“意法半导体要收购英飞凌”的传闻。可见三巨头相互之间觊觎对方已久。

而三巨头的关系中，英飞凌和恩智浦的竞争最为激烈，双方都在 汽车 半导体领域深耕多年，且排名接近。2015年，恩智浦以118亿美元的价格，收购了美国的飞思卡尔半导体（Freescale Semiconductor），成为当年的天价收购案。完成此次收购后，恩智浦成功进入全球半导体厂商前十的行列，成为全球最大的车用半导体制造商，并且成为车用半导体解决方案与通用微型控制器（MCU）的市场龙头。

经此一战，英飞凌虽然在 汽车 半导体市场略占下风，但也没有停止并购扩张的脚步。为巩固其在功率半导体的领先地位，英飞凌在2015年率先以30亿美元现金并购美国国际整流器公司；又在去年4月，宣布以100亿美元的价格完成对美国赛普拉斯半导体公司的收购。

赛普拉斯半导体的产品，包括微控制器、连接组件、软件系统以及高性能存储器等，与英飞凌当先的功率半导体、 汽车 微控制器、传感器以及安全解决方案，形成了高度的优势互补，双方将在ADAS/AD、物联网和5G移动基础设施等高增长应用领域，提供更先进的解决方案。

简单来说，英飞凌的目的仍然是要加强 汽车 半导体产品的实力，试图超越恩智浦的 汽车 半导体业务。此外，英飞凌在MCU、电源管理和传感器芯片方面超过或接近意法半导体。

去年几乎同时，恩智浦又以17.6亿美元收购美国美满电子（Marvell）的无线连接业务，主要产品线是Marvell的Wi-Fi和蓝牙等连接产品。通过这一收购，恩智浦可以更好补强其在工业和 汽车 领域的无线通信实力。

相比之下，过去几年意法半导体在并购市场的动作较少，但也并非没有。2016年8月，意法半导体宣布收购奥地利微电子公司(AMS)的NFC和RFID reader的所有资产，获得相关的所有专利、技术、产品以及业务，以强化其在安全微控制器解决方案的实力，在移动设备、穿戴式、金融、身份认证、工业化、自动化以及物联网等领域的发展提供技术支持。

在2019年的TOP15半导体市场排名中，来自欧洲的三家企业只能排在12-14位。恩智浦收购飞思卡尔的红利已经消失。而英飞凌收购赛普拉斯之后，两家营收加起来，会使得英飞凌大幅提升排名进到前十名当中。

从半导体产品形态来看，英飞凌、意法半导体和恩智浦，都是模拟芯片或模数混合芯片企业。从近几年的产业趋势来看，模拟芯片产业的集中度不断提高，而且模拟芯片企业的并购重组主要发生在美国和欧洲之间。从恩智浦和英飞凌收购的案例中，我们可以看到其对模拟和模数混合芯片厂商的并购，而且标的几乎全部来自美国。

一方面说明美国模拟芯片整体的数量和实力都很强，一方面也能看出全球模拟芯片企业发展进入一个相对稳定发展的阶段，如果想要打破平衡，取得快速发展，并购重组和强强联合就成为一个直接有效的手段。

不过值得注意的是，美国和欧洲直接模拟芯片企业的这种“内部消化”，正在进一步拉大欧美和亚洲之间在模拟芯片产业上的优势差距。

三巨头的守旧与拓新

为什么三巨头想要突破增长瓶颈，就必须依靠巨额收购来实现呢？

这实际上要跟模拟芯片产业的特点有关。与数字芯片要求快速更新迭代（摩尔定律）不同，模拟芯片产品使用周期较长，价格相对较低，其使用时间通常在10年以上，产品价格也较低。寻求高可靠性与低失真低功耗，核心在于电路设计，模拟芯片设计工艺特别依赖人工经验积累、研发周期长。

一旦某家企业在某类模拟芯片上建立其研发优势，那么其他竞争对手就很难在短时间内模仿或者超过，同时也因为下游客户对模拟芯片超高稳定性要求，一旦某些厂商建立其产品优势，其他竞争者也难以撼动其供应市场。所以，模拟芯片的产品与行业特点导致模拟芯片厂商存在寡头竞争特点。

德州仪器、亚德诺、意法半导体、英飞凌、恩智浦都是长期稳居全球TOP10的模拟芯片巨头，并且近几年，集中度还在进一步上升。近日，亚德诺高价完成美信的收购，甚至于有机会挑战第一名德州仪器的位置，而英飞凌对赛普拉斯的收购，也能让其排名大幅上升。

从产品线来看，三巨头都是老牌的IDM制造商，都拥有非常齐全的产品线，并且更加注重产品线工艺的稳步改进。

当然，恩智浦也想过拓展其他业务。2007年，恩智浦曾收购SiliconLabs蜂窝通信业务，发力移动业务市场，以及数字电视、机顶盒等家庭应用半导体市场，但短暂的出圈尝试不够成功。

因此，2007年起恩智浦很快将无线电话SoC业务、无线业务和家庭业务部门予以出售或剥离，并重新集中到飞利浦时代就确立的优势领域—— 汽车 电子和安全识别业务。2009年，恩智浦开始主要发力HPMS（高性能混合信号）产品，到2019年，包括 汽车 电子、安全识别相关业务的HPMS部门的营收占比超过了95%，产品线大幅度集中。

另外，恩智浦一直在大力推广以UWB、NFC等为代表的射频芯片业务。去年收购Marvell的无线连接业务正是致力于这一方向的表现。

英飞凌更重视其王牌业务板块——功率半导体产品。2016年，英飞凌尝试收购从美国Cree手中收购其Wolfspeed Power &RF部门（不过被美国CFIUS否决），其目的也是为了集中资源，加强其功率半导体业务。英飞凌拥有 汽车 电子、工业功率控制、电源管理及多元化市场、智能卡与安全等四大事业部。

（意法半导体2017Q2~2018Q2三大业务线营收及营业利润率）

相对于英飞凌和恩智浦，意法半导体在传感器业务上更加突出，特别是其MEMS技术，竞争力很强，也正是依托该优势技术，使得该公司在消费类电子、 汽车 ，以及工业传感器应用方面都有较强的竞争力。另外，意外半导体在 汽车 和分立器件、模拟器件以及微控制器和数字IC产品都有相当比例的市场表现。

早在十年以前，欧洲半导体产业就做出了自己的选择，那就是不在移动终端及PC市场寻求突破，而是专注于车用半导体和工业半导体两个细分市场。这一选择既有延续传统优势的考虑，又有对电动 汽车 及物联网这些新兴市场趋势的判断。

欧洲国家本身有良好的 汽车 工业和制造业基础，而欧洲半导体三巨头又在车用和工业半导体领域深耕多年，具备完整的设计、制造和封测的IDM体系，使得竞争对手短期内难以超越，这也是三巨头能够“守旧”的底气。

随着PC市场和移动终端市场红利期的结束，紧随5G网络普及而来的正是万物互联的物联网时代，智能电动 汽车 、无人驾驶、车联网、物联网等全新红利市场的到来，让欧洲半导体产业迎来新一轮增长周期。这是三巨头能够“拓新”的机遇。

从“守旧”中“拓新”，正是欧洲半导体产业能够继续赢得未来市场的不二法门。

三巨头的“中国红利”

由于欧洲半导体产业一直以来，无论是排名还是营收，其相对于美国和亚洲厂商来说，波动都非常小，但是未来又有一个稳定的增长预期。因此即便是三巨头如此大的体量，也成为美国半导体巨头试图并购的目标。

（虚线为2016年高通收购恩智浦流产后去除的390亿美元）

2016年，美国高通尝试以380亿美元收购恩智浦，成为当年金额最高的收购计划。当时恩智浦表示出浓厚的兴趣，但大幅提高了报价至440亿美元。高通同意了这一价格，并且收购案先后获得了美国、欧盟、韩国、日本、俄罗斯等全球八个主要监管部门同意。但在中国监管部门的反垄断审核期内，高通在其收购期内宣布放弃这些收购计划，并为此向恩智浦支付了20亿美元的“分手费”。

高通大力收购恩智浦的原因不难理解，那就是在5G发展可能受阻的情况下，获得恩智浦在 汽车 、物联网、网络融合、安全系统等领域的半导体技术优势，从而实现业务的互补和企业规模的飞跃。

不过，这场收购案中，有一个关键环节就是中国的反垄断审查。而事实上，无论恩智浦还是高通，中国都是最大的销售市场。假如两家强行完成并购，在未来仍有可能面临着我国的反垄断调查、限制甚至是处罚。

同样，对于恩智浦、英飞凌和意法半导体来说，中国既是三家最主要的销售市场，同时也是三巨头耕耘多年的新红利市场。

比如，恩智浦的众多业务早已在中国扎根。2019年汇顶 科技 以1.65亿美元收购NXP的音频应用解决方案业务（VAS），VAS可广泛应用智能手机、智能穿戴、IoT等领域。更早之前的2015年，建广资产与恩智浦宣布成立合资公司瑞能半导体，随后建广资产又以18亿美元巨资收购恩智浦的RF Power部门，成为中国资本首次对具有全球领先地位的国际资产、团队、技术专利和研发能力进行的并购。

2017年，由中资收购恩智浦标准产品业务而组建的安世半导体，已经在半导体细分市场上，取得二极管和晶体管排名第一， ESD保护器件排名第二，小信号MOSFET排名第二，逻辑器件仅次于德州仪器， 汽车 功率MOSFET仅次于英飞凌的名次。

意法半导体也早已在中国耕耘多年，特别是其STM32系列MCU，在中国有巨大的市场影响力。而英飞凌在与1998年已入华的赛普拉斯的整合之后，将获得更大的中国市场，并且英飞凌本身的功率器件在中国的销售也有巨大的增长空间。

在当下华为遭受美国在半导体方面的阻击之时，华为与英飞凌、意法半导体的合作，对于双方来说，都显得非常重要。

在我们完整地回顾完欧洲半导体产业的前世今生之后，如果用一个字来形容，那就是“稳”。

从欧洲半导体产业初兴之时，在各国政府主导下，几乎所有半导体产业都聚集在各国原本的工业巨头之下，享受产业政策的呵护。即使在世纪之交，半导体产业从体量臃肿的母公司独立出来，也仍然只诞生出三家身世优渥的半导体巨头。

而三巨头在发展过程中，其实又一次经历了从臃肿到精简，不断剥离非核心业务的过程。而此后的并购也主要集中在三家重点发展的产业方向，或者优势互补的产业方向上面。

这一切既源于欧洲大陆的传统工业基础优势的延续，又源于欧美亚洲在半导体产业格局上面的复杂博弈。欧洲半导体产业在利用自身传统产业优势的同时，也其实限制了突破传统桎梏的机会。不会像日韩、台湾地区和中国这样，利用人口红利和后发优势，最早从零开始，建立其各自的半导体特色优势。

这也是《圣经》里说的“当上帝关了这扇门，一定会为你打开另一扇门“的现实意义吧。下一篇，我们继续欧洲半导体的回顾，探寻从荷兰飞利浦诞生的一个制造业的奇迹——荷兰光刻机公司ASML。

芯片制造三巨头分别是：

1、英特尔

成立时间：1968年

总部：美国加州圣格拉拉

英特尔是一家成立于1968年的个人计算机零件和CPU制造商，拥有50年的市场领导历史，在1971年推出第一个微处理器，就为世界带来了计算机和互联网的革命。

2、三星

成立时间：1969年

三星是全球著名的跨国企业集团，三星电子作为旗下最大的子公司，主要领域涉及到IT解决方案、生活家电、无线、网络、半导体及LCD事业等，在1983年研制64K动态随机存储器成为了当时世界半导体领导者，之后在移动设备领域一直处在领先地位，也是智能手机市场份额最多的企业。

3、高通

成立时间：1985年

总部：美国加利福尼亚州圣迭戈

高通公司是全球知名的移动设备和处理器制造商，旗下的骁龙处理器是业界最为领先的移动智能设备处理器，向多家制造商提供技术支持，在国内基本除了华为使用自己的研制的麒麟处理器外，小米、oppo、vivo等大部分手机制造商都会搭载骁龙处理器，也是知名的世界品牌500强之一。

2020年8月7日，华为余承东公开表示海思麒麟高端芯片已经“绝版”，中国最强的芯片设计公司，就在我们眼皮子底下被锁死了未来。

华为海思推出第一款麒麟（Kirin）芯片是在2009年，虽然当时反响一般，但奏响了麒麟腾飞的乐章，随后每一年都有不小的进步：麒麟925带领Mate7打入高端阵营；麒麟955助力华为P9销量过千万……自己研发的芯片，成为华为手机甩开国内友商的最大武器。

然而到了2020年8月7日，麒麟系列的高端芯片却被迫提前退休，余承东表示麒麟系列中最先进的Kirin 990和Kirin 1000系列，在9月15日之后将无法生产，华为Mate40将成为麒麟高端芯片的绝唱。绝版的原因很简单：受到美国禁令影响，台积电将不再为华为代工。

台积电并非没有抗争。全球高制程工艺一线难求，台积电话语权其实很强，而且几周前刚刚超过英特尔成为世界第一大半导体公司。所以面对美国禁令，台积电也曾斡旋过，但只要美国提起一个公司的名字，就能让台积电高管们吓出冷汗。这个公司就是： 福建晋华。

福建晋华成立于2016年，目标是在存储芯片领域实现突破。福建晋华是IDM一体化工艺，即设计、制造、封装都要做，一旦产品落地，对大陆整个半导体工艺的都会有所带动和提升。晋华一期投资款高达370亿元，还和台湾第二大代工厂台联电进行了技术合作。

研发人员日夜奋战，成立一年多后，晋华就打造出了一座12寸的生产线，并准备投产，不料却迎来了 资本主义的铁拳。

2017年12月，美国镁光 科技 即刻以窃取知识产权为由开始狙击晋华，晋华也不甘示弱，双方在中国福州和美国加州互相起诉。就当局势焦灼之时，早就虎视眈眈的特朗普政府在2018年10月29日发起了闪电战： 将福建晋华列入实体名单，严禁美国企业进行合作。

禁令发出后，和晋华合作的美国应用材料公司（Applied Materials）的研发支持人员当天就打包撤离，另外两家美商科磊和泛林也迅速召回了前来合作的工程师。更严重的是，由于设备中含有美国原件，欧洲的阿斯麦、日本东京电子也暂停了对晋华的设备供应。

晋华员工回忆外资撤退场景时，总结说：“这些人根本给我们时间道别。”

福建晋华官网上的生产进度，停留在了2018年试投片日，迟迟没有更新，而产品页则直接显示“页面在建设”中。去年5月10日，英国《金融时报》称，晋华已经开始寻求出租或者出售自己的工厂。仅仅一个回合，担当中国存储突破的种子选手，就被打倒在了起跑线上。

“实体名单”就像是一份死刑通知书，可以瞬间让企业坠入地狱。美国制裁的决心、打击的力度，令同样采用美国核心零部件和核心技术支撑的台积电不寒而栗。同样，本来兴致勃勃要来抢台积电蛋糕的三星没了下文；中芯也含蓄地表示，可能不能为“某些客户”代工。

为什么这些公司不愿意去触碰美国“逆鳞”？半导体领域，美国真的就独霸天下吗？其实并不然。

虽然美国半导体行业产值大约占全世界的47%，体量上处于绝对优势；但韩国、欧洲、日本、中国台湾、中国大陆等其他“豪强”也各有擅长，与美国的差距并不是无法越过的鸿沟。

比如， 韩国 在产值1500亿美金的存储芯片领域，占据压倒性优势，双强（三星、海力士）占据65%市场；

欧洲 在模拟芯片领域有三驾马车（英飞凌、意法半导体、恩智浦），从80年代起就从未跌出全球二十强。

日本 不但有独步天下的图像识别芯片，以信越日立为首的几家公司，更是牢牢扼住了全世界半导体的上游材料。

中国台湾在千亿美元级别的芯片代工领域，更胜美国一筹，台积电和联电占据60%的规模，以日月光为首的封测代工也能抢下50%的市场；

中国大陆依托庞大的下游市场，近年芯片设计领域发展迅速，不但诞生了世界前十的芯片设计巨头华为海思，整体芯片设计规模也位居世界第二。

这些企业从账面实力来看，甚至可以让芯片行业“去美国化”，合力搞出一部没有美国芯片的手机。 但美国515禁令一下，各路豪强却莫敢不从。

一超多强的局面似乎就像“纸老虎”，在美国霸权之下，众半导体商分封而治可能才是目前的“真相”。大家忌惮的，其实是美国手握的两把利剑：芯片设备和设计工具 。 这两把剑又和日本的材料一起，组成了威力极强的美日半导体霸权三张牌： 设备、工具和材料。

那么，美日手中握的这三把剑究竟可怕在何处？是如何能挟制各路 科技 巨头豪强？了解这些答案，才能了解华为们的突围之路。

一、设备：芯片制造的外置大脑

设备商对于一般行业而言，就是个卖铲子的，交钱拿货基本就完事儿了；但 半导体设备商却不同，不仅提供设备卖铲子，还要全程服务卖脑子，可谓是芯片制造商的外置大脑 。

芯片制造成本高昂，只有将良品率控制在90%上下，才不会亏本。但要知道，芯片制造，工序一千起步，这就导致，哪怕每一步合格率都有99%，最终良率都会在0.9*0.9的多次累积下，趋近于0。因此，要想不亏本， 每个步骤的合格率就得控制在99.99%乃至99.999%以上。

要达到这个状况，就对设备的复杂度提出了超高要求。 就目前最先进的EUV光刻机来说，单台设备里超过十万个零件、4万个螺栓，以及3000多条线路。仅仅软管加起来，就有两公里长。这么一台庞大的设备，重量足足有180吨，单次发货需要动用40个货柜、20辆卡车以及3架货机才能运完。

而更为重要的是，即使设备买回来，也远不是像电视冰箱一样，放好、插电就能开动这么简单。一般来说，一台高精度光刻机的调试组装，需要一年时间。而零件的组装、参数的设置、模块的调试，甚至螺丝的松紧、外部气温都会影响生产效果。哪怕一里外的一辆地铁经过，都能导致多数设备集体失灵。

这也是所有精密仪器的“通病”。比如，十年前，北京大学12个高精度实验室里价值4亿元的仪器突然失灵，而原因居然是位于地下13.5米深的北京4号线经过了北大东门产生了1Hz~10Hz的震动，为此北大高精度实验室不得不集体搬家。

因此， 半导体制造设备每开动一段时间，就必须联系专门原厂服务人员上门调校。 荷兰光刻机巨头ASML阿斯麦曾有一个客户，要更换光器件；由于当时阿斯麦的工程师无法出国，便邀请客户优秀员工到公司学习，用了近2个月，才仅仅掌握了单个零部件更换的技能。

因此，阿斯麦、应用材料等半导体巨头，不只是把设备卖掉就结束了，更是在中国建立了2000人左右的庞大支持团队。其中应用材料的第二大收入就是服务，营收占比超过25%，而且稳定增长，旱涝保收。

而设备厂的可怕之处正在于， 不但通过“一代设备，一代工艺，一代产品”决定了制造厂的工艺制程，更是通过售后服务将制造厂牢牢的拿捏在手中 。 随着工艺越来越越高精尖，设备商的话语权也正在进一步提升。

设备商的强势，可以从利润上明确的反映出来。过去5年，芯片制造厂的头部效应越来越明显，但上游设备商的净利润率反而大幅提升：泛林利润率从12%提升到22%，应用材料从14%上升到18%。代工厂想要客大欺店，那是根本不存在。

也正因如此，在长达六十年的时间里，美国一直都在以各种手段，来保证自己在设备领域的绝对主导地位。

根据2019年全球顶级半导体设备厂商排名，全球前五大半导体设备商占据了全球58%行业营收。 其中，美国独占三席；其余两席，一席是日本的东京电子，另一席荷兰的阿斯麦，恰巧，这两家又都是美国一手扶持起来的。

具体来说，应用材料（AMAT）和泛林（LAM）、科磊（KLA），是根正苗红的美国企业。

其中，泛林在刻蚀机的市场占有率高达50%以上。应用材料则不仅在刻蚀机领域与泛林平分秋色，在离子注入、化学抛光等等细分设备环节也都占据半壁江山，甚至高达70%。科磊则在半导体前道检测设备领域占据了50%以上的市场，并在镀膜测量设备的市占率达到了98%。

而光刻机巨头阿斯麦，看似是一家荷兰企业，其实有一颗美国心。 早在2000年前后，光刻机市场还停留在DUV（深紫外）光刻阶段，日本尼康才是真正的霸主，但到了EUV（极紫外）阶段，尼康却在美国的一手主导下被淘汰出局。

原因很简单，EUV技术难度登峰造极： 从传统DUV跨越到EUV，意味着光源从193nm剧烈缩短到13.5nm。这需要将20KW的激光，以每秒5万次的频率来轰击20微米的锡滴，将液态锡汽化成为等离子体。这相当于在飓风里以每秒五万次的频率，让乒乓球打中一只苍蝇两次。

当年，全球最先进的EUV研发机构是英特尔与美国能源部带头组建的EUV LLC联盟， 这里有摩托罗拉、AMD、IBM，以及能源部下属三大国家实验室，可谓是集美国科研精华于一身。 可以说，只有进入EUVLLC联盟，才能获得一张EUV的门票。

美国彼时正将日本半导体视为大敌，自然拒绝了日本尼康的入会请求，而阿斯麦则保证55%零部件会从美国供应商处采购，并接受定期审查。这才入了美国的局，从后起之秀变成了“帝花之秀”。

美国不仅对阿斯麦开了门，还送了礼：允许阿斯麦先后收购了美国掩罩技术龙头Silicon Valley Group、美国光刻检测与解决方案玩家Brion、美国紫外光源龙头Cymer等公司。 阿斯麦技术心、研发身，都打上了星条旗烙印。那还不是任凭美国使唤。

而早年的东京电子，只是美国半导体始祖仙童半导体（Fairchild）的设备代理商，后来又与美国Thermco公司合资生产半导体设备，直到1988年才变成日本独资，但东京电子身上也已经流着美国公司的血。

因此，在2019年六月，面对第一轮美国禁令，东京电子就表示：“那些被禁止与应用材料和泛林做生意的中国客户，我们也不会跟他们有业务往来”，义正词严表明了和美系设备商共进退。

至此，美国靠着多年的“时间积累”和超高精密度“工艺技术”，在设备领域形成了牢牢的主动权。而时间和技术，都不是后进者可以一蹴而就的。

二、EDA(设计软件）：生态网络效应下的“幌金绳”

如果说设备是针对芯片生产的一把封喉剑，那么 EDA无疑是芯片设计环节的“幌金绳”，虽不致命但可以令“孙悟空”束手束脚、无处施展。

EDA这根“幌金绳”分三段： 首先，它是芯片设计师的“PS软件+素材库”， 可以让芯片设计从几十年前图纸上画线的体力活，变成了软件里“素材排列组合+敲敲代码”的脑力活。而且，现在仅指甲盖大小芯片，也有几十亿个晶体管，这种工程量，离开了EDA简直是天方夜谭。

20年前的英特尔奔腾处理器的线路图一角，目前晶体管密度已经上升超过1000倍

其次，EDA的奥秘，在于其丰富的IP库。 即将经常使用的功能，标准化为可以直接调用的模块，而无需设计公司再重新设计。如果说芯片设计是厨师做菜的话，软件就是厨具，IP就是料包。

而事实上，EDA巨头公司，往往是得益于其IP的独占。比如Cadence（楷登电子）拥有大量模拟电路IP，而其也是模拟及混合信号电路设计的王者；而Synopsys（新思 科技 ）的IP库更偏向DC综合、PT时序分析，因而新思在数字芯片领域独占鳌头。

而在全球前三的IP企业中，EDA公司就占了两个，合计市场份额高达24.1%。在Synopsys的历年营收中，IP授权是仅次于EDA授权的第二业务。

EDA还有一项重要的功能是仿真 ，即帮设计好的芯片查漏补缺。毕竟一次流片（试产）的成本就高达数百万美金，顶得上一个小设计公司大半年的利润。业内广为流传一句话： 设计不仿真，流片两行泪。

加州大学教授有一个统计测算，2011年一片SoC的设计费用大概为4000万美元，而 如果没有EDA，设计费用则会飙升至77亿美元，增加了近200倍。

因此，EDA被誉为半导体里的最高杠杆，虽然全球产值不过一百多亿美元，但却可以影响全球五千多亿集成电路市场、几万亿电子产业的发展。

EDA如此高效好用，那我国自主化状况如何呢？很可惜，比 *** 作系统还尴尬 。

我国最大的EDA厂商华大九天在全球的份额差不多是1%，而美国三大厂商Synopsys（新思 科技 ）、Cadence（楷登电子）以及Mentor Graphics（明导 科技 ，2016年被西门子收购）则占据了80%以上的市场。

这也就导致了虽然我国芯片设计位居世界第二，但美国一声令下，芯片设计就会面临“工具危机”，巧妇难为无米之炊。不过，既然软件已经交过钱了， 用旧版本难道不行吗？

很可惜，并不能。

因为这背后有一张EDA商、IP商、代工厂们互相嵌合的生态网。EDA是不断更新的。新的版本对应更新的IP库和PDK文件。而PDK即工艺设计包，则又包含了芯片工艺中的电流、电压、材料、流程等参数，是代工厂生产时的必备数据。 新EDA、新IP、新工艺，互相促进、互为一体。

因此，用旧版的软件就会处处“脱节”：做设计时无法获得最新的设计IP库，找代工厂时又无法和工艺需要最新的EDA、PDK进行匹配。长此以往，技术越来越落后，合作伙伴也越来越少。不过既然EDA不过是0101的代码，从破解小组里找几个高手不就好了吗？

很遗憾，也几乎不可能。

每个EDA软件出厂时都会内嵌一个Flexlm加密软件， 把EDA和安装的设备进行一一锁定 ，包括主机号、设备硬盘、网卡、使用日期等信息。而Flexlm的密钥长度达239位，暴力破解的难度非常大。如果用英特尔高性能的CPU来破解的话，需要4000左右的核年（core-year），也就是说 用40核的CPU，需要100年 。

当然，也可以采用分布式的方式，继续增加CPU数量减少时间。然而，即使破解成功了，来到了全新的IP库门前时，也会被EDA厂商通过“修改时间、文件大小、确认IP来源”等方式，再次进行验证，然后被拒绝。油然而生一股挖了百年地下隧道、却撞到石头上的酸爽。

破解并不有效，也不敞亮，还和我国知识产权保护的态度相违背。因此，依然还是要靠华大九天等公司自研崛起。那么， 这条出路有多宽呢？ 其实单纯写出一套软件，难度并不大。关键还是要有海量丰富的IP、PDK，以及产业上下游的支持配合。单点突破未必有效，需要军团全面突围，而这并非一朝一夕之功。

三、材料：工匠精神最后的堡垒

2019年，日韩闹了矛盾，双方都很刚，但日本断供了韩国几款半导体材料后，没多久韩国三星掌门人李在镕就飞往日本恳请松口了，后来他更是跑到比利时、中国台湾，试图绕道购买或者收点存货过日。

按理说，韩国也是半导体强国，三星在设计、制造领域更是主要玩家，但面对区区几亿美金的材料，却被闹得狼狈不堪。

材料真的有这么难吗？讲真，半导体原始材料是非常丰富的，比如硅片用的就是满地球的沙子。但要实现半导体的“材料自由”，却并不容易，必须打通任督二脉： “纯度”、“配方” 。

纯度是一个无止境之路。我国已经实现自产的光伏硅片，一般纯度是6-8个9，即99.999999%，但半导体的硅片纯度却是11个9，而且还在不断提高。小数点后多3到5位，就意味着杂质含量相差了1000到10万倍。

这个差距有多大呢？ 假设，光伏硅片里包含的杂质，相当于一桶沙子洒在了 *** 场上；那么半导体硅片的要求则是在两个足球场大的面积里，只能容下一粒沙子。

那么， 为什么必须将杂质含量降到这么低呢？ 因为原子的大小只有1/10纳米，哪怕仅有几个原子大小的杂质出现在硅片上，也会彻底堵塞一条电路通道，导致芯片局部失灵。如果杂质含量更高的话，甚至会和硅原子混在一起，直接改变硅片的原子排列结构，让硅片的导电效率完全改变。

经过刻蚀后的硅表面和锡颗粒，如同明月在金字塔后升起

要达到如此纯度，需要科学和工艺的完美结合。

一方面，需要大量基础科学仪器来辅助。比如在材料生产过程中，设备自身就会有金属原子渗透影响纯度，因此需要不断改良。而要确认纯度，也是高难度。就像特种气体，就需要专门的仪器来检测10亿分之一（PPB级）的杂质含量水平。实现这个难度，就不仅需要半导体企业，还需要奥林巴斯等光学企业出马助力。

另一方面，从实验室到工厂车间也需要工艺积累。材料制造，不仅对生产设备要求高，就连工厂里的地垫、拖把，也都是高级别特供。而且，生产车间温度、湿度的不同，也会影响材料纯度，就不得不反复尝试后得出标准。

而高纯度只是第一步，复合材料（比如光刻胶）的配置更是难以跨越的鸿沟。如果说 “纯度”是个艺术科学的话，那么“配方”就是玄学科学 。

其实，无论提纯、还是配置，基本的理论原理、工艺技术都不是难事儿。但如何选材、配比，从而实现极致的效果，却需要高度依赖经验法则，即业内常说的 “know-how” 。

同样的材料，不同的配比就会有不同的效果；就像我们用红黄蓝三色去搭配，不同的配比就能得到不同的颜色。而即使用同样的配方、采用同样的工艺， 在不同的湿度、温度甚至光照下，也会有不同，甚至相差很远的效果。

这些影响材料效果的参数，无法通过精密计算获得，只能是实验室、车间里一次次调配、实验、观察、记录、改良。有时候，为了得到10%的效果改良，可能需要花费几年。然而，这提升的10%，虽然抢占的只是几百亿规模的市场，但却影响着万亿半导体行业。

因此， 无论是提纯，还是配方，其实需要的都是超长的耐心待机、极致专注。 这不禁令人会想到日本的寿司之神，一辈子只做寿司，而一个学徒仅拧毛巾就要练五年。虽然在生活中，这种执着看起来有些迂腐可笑，但事实上，材料领域做得最好的，正是日本企业。

据SEMI推测，2019年日本企业在全球半导体材料市场，所占份额达到66%。19种主要材料中，日本有14种市占率超过50%。而在占据产值2/3的四大最核心的材料：硅片、光刻胶、电子特气和掩膜胶等领域，日本有三项都占据了70%的份额。最新一代EUV光刻胶领域，日本的3家企业申请了行业80%以上的专利。

日本在材料产能上占据优势后，又用服务将客户捆绑得死死的 。

许多半导体材料都有极强的腐蚀性和毒性，曾有一位特种气体的供应商描述，一旦气体泄漏，只需一瓶，就可以把整个厦门市人口消灭。因此，芯片制造商只能把材料的运输、保存、检测等环节，都交给材料的“娘家”材料商。

而另一方面，材料虽小、威力却大。半导体制造中几万美金的材料不达标，就能让耗资数十亿美金生产线的产品大半报废，因此制造商们只会选择经过认证的、长期合作的供应商。新进玩家，几乎没有上桌的机会。

而对于材料公司而言，下游用得越多，得到的反馈就越多，就有更多的案例支持、更多的验证机会来提升工艺、改善配比，从而进一步拉大和追赶者的差距。对于后进者而言，商业处境用一句话来形容就是：一步赶不上、步步都白忙。

日本能取得这个成就，其实离不开日本“经营之圣”稻盛和夫在上世纪80年代给日本规划的方向：欧美先进国家不愿再转让技术的条件下，日本人除了将自己固有的“改良改善特质”发扬光大之外，别无出路；各类企业都要在各自的专业领域内做彻底，把技术做到极致，在本专业内不亚于世界上任何国家的任何企业。

这种匠人精神，令日本在规模不大的材料领域，顶住美国、成为领主。

四、何处突围

我们在做产业研究的时候，有个强烈的感受， 中国似乎在美国的打压中，陷入一个被无限向上追溯的绝境：

发现芯片被卡脖子后，我们在芯片设计领域有了崛起的华为海思，但随后就发现：还需要代工领域突破；当中芯国际攻坚芯片代工制造时，却又发现：需要设备环节突破；当中微公司、北方华创在逆袭设备、有所收获时，却又发现：设备核心零部件又仰人鼻息；当零部件也有所进展时，又发现：芯片材料还是被卡脖子。

而当我们继续一步步向前溯源、“图穷匕见”时，才发现一切都回到了任正非此前无数次强调的 基础科学 。

回顾来看，如果没有1703年建立的现代二进制，那么两百年后的机器语言就无从谈起；如果没有1874年布劳恩发现物理上的整流效应，那么就没有大半个世纪后晶体管的发明和应用；而等离子物理、气体化学，更是刻蚀机等关键设备的必备基础。

而在美国大学中，有7所位列全球物理学科排名前十，有6所位列全球数学学科排名前十，有5所位列全球材料学科排名前十。 基础科学强大的统治力，成为美国半导体公司汲取力量的源泉。

在强势的基础学科背后，却又是1957年就已经埋下伏笔的美国基础学科支持体系—— 对大学基础学科进行财政支持；通过超级 科技 项目带领应用落地。

当年美苏争霸，苏联的全球第一颗人造卫星升空刺激了美国执政者，这也成为美国 科技 发展的重要转折点：

一方面，为了保持“美国领先”，政府开始直接对研究机构发钱。美国国家科学基金会（NSF）给大学的基础研究经费从1955年的700万美金，飙升到1968年的2亿美金。在2018年，NSF用于基础研究的经费，更是高达42亿美金。这长达50年的基础研究经费里， 美国联邦政府出了一半 。

尤其值得一提的是，NSF每年为数以千计的基础学科研究生提供奖学金，这其中诞生了 42位 诺贝尔奖得主。

另一方面， 美国启动了超级工程来落地研发成果。 1958年，NASA成立，挑战人类 科技 极限的阿波罗登月和航天飞机工程也就此启动。

在研究需要250万个零件的航天飞机过程中（作为对比，光刻机零件大约是10万个，一辆 汽车 只有1万多个零件），大量尖端技术找到用武之地；而这些当时“冷门”的尖端技术，又在条件成熟时，相继转化为杀手级民用品（比如从航天飞机零件中诞生的人造心脏、红外照相机）。

航天飞机的技术外溢，并不是孤例。 医院核磁共振设备中采用的超导磁铁，也正是在美国粒子加速“Tevatron”的研发中应用诞生。美国的超级 科技 工程，成为基础学科成果的试验田、练兵场和民用转化泉。

事实上，通过基础研究掌握源头 科技 ，随后一步步外溢建立产业霸权，这条路径并不只是美国的专利，也应该是各个产业强国的选择，更是面对美国打压时一条真正可行的道路。王侯将相，宁有种乎。 避免无穷尽的“国产替代向上突破”的陷阱，实现和“基础研究向下溢出”的大会师。

事实上，我们面临的困难、打压，日本也经历过。

上世纪八十年代后期，美国对日本半导体产业发起突袭：政治封杀、商业打压、关税压迫无所不用其极，尤其是培养了“新小弟”韩国来挤压日本半导体产业。没几年，日本就从全球第一半导体强国宝座上跌落了。日本半导体引以为傲的三大楷模，松下、东芝、富士通的半导体部门先后被出售。

面对美国的压制，日本选择 进军高精尖材料，用时间换空间、用匠心换信心。

1989年，韩国发力补贴存储芯片，而日本通产省制定了投资160亿日元的“硅类高分子材料研究开发基本计划”，重点补贴信越化学为首的有机硅企业。

1995年，韩国发动第二轮存储价格战前夕，而日本东京应化（TOK）则实现了 KrF光刻胶商业化，打破了美国IBM长达10余年的垄断，并在随后第五年，其产品工艺成为行业标准，全球领先。

2005年，三星坐上存储芯片老大的位置，而日本凸版印刷株式会社以710亿日元收购了美国杜邦公司的光掩膜业务，成为光罩龙头。

在韩国全力扩张产能，和其他半导体下游厂搏杀的日子里，日本一步步走到了材料霸主的宝座前。从看似掌握着无解优势的美国人手里，硬生生抢下了一把霸权剑。

但日本的成功仅仅是因为换了一个上游战场吗？显然不是。在过去30年，三大自然科学领域， 日本共计收获了16个诺贝尔奖，其中有6个都属于是化学领域 ，而这些才是日本崛起的坚实地基。

我国的基础研究怎么样呢？2018年，我国基础研究费用，在全年总研发支出中仅占5%，而这还是10年来占比最高的一年。而同期美国基础研究占比则是17%，日本是12%。 在国内各个学校论坛上，劝师弟师妹们从基础学科转向金融计算机等应用学科的帖子，层出不穷。

所以有人笑称，陆家嘴学集成电路的，比张江还多。

今年7月份，更是爆出了中科院某所90多人集体离职的迷思。诚然，每个人都有择业的自由，但需要警示的，是大家做出选择的理由。基础学科研究的长周期、弱转化、低收入，令研究员们在日益上涨的房价、动则数百亿利润造假套现面前，相形见绌。

任正非曾经感叹道：国家发展工业，过去的方针是砸钱，但钱砸下去不起作用。我们国家修桥、修路、修房子……已经习惯了只要砸钱就行。但是芯片砸钱不行，得砸数学家、物理学家、化学家……

64年前，苏联率先发射的一颗卫星让美国惊醒。美国人一边加码“短期对抗”，一边酝酿“长期创新”，从而开启了多个领域的突破、领先；而今，一张张禁令也让我们惊醒，我国不少产业只是表面上的大，急需要的是骨子里的强。

这些危机之痛，总是令人后悔不已。过去几十年，落后就要挨打的现实一次次提醒着我们， 要实现基础技术能力的创新和突破，才能赢取下一个时代。

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