半导体简史:美国削减成本,逐渐失去领先优势

半导体简史:美国削减成本,逐渐失去领先优势,第1张

如今的美国仍是半导体行业发展的优势者,在半导体产业发展之初,美国是如何发展并获得如今的地位?ICViews编译了美国半导体发展的简史,期望从美国半导体的发展历程中找到一些答案。

早期的美国产业政策为各种参与者提供了角色:小公司在技术前沿进行试验,而大公司追求流程改进,来扩大这些创新的规模。美国政府的需求确保了实验在财政上是可行的,而技术转让规定确保了大公司和小公司共享进步。重要的是,定期采购为企业提供了继续迭代所需的流动性,而无需依赖大规模的一次性产品。这种工业政策鼓励创新,确保小公司能够获得国内大规模生产创新设计的机会,同时允许大公司获得大规模生产这些创新设计的好处。

随着行业的成熟和竞争环境的变化,美国政策框架也发生了变化。

自20世纪70年代以来,产业政策逐渐被轻资本的“科学政策”战略所取代,而庞大的龙头企业和轻资产创新者已经取代了一个由大小生产型企业组成的强大生态系统。虽然这一战略最初取得了成功,但它已经造成了一个脆弱的体系。如今,半导体行业一方面受到脆弱的供应链的约束,这些供应链仅为少数拥有庞大资金链的公司量身定制,另一方面又受到许多轻资产设计公司的约束。

尽管美国半导体行业在上世纪90年代重获主导地位,但由于这种政策方针,导致如今美国半导体行业的技术和商业优势比以前更加脆弱。随着台积电的崛起超过英特尔,美国已经失去了前沿技术,美国企业面临着关键的供应瓶颈。疫情暴露出的供应链问题表明:半导体作为一种通用技术,在几乎所有主要供应链中都发挥着作用,且半导体生产是一个至关重要的经济和国家安全问题。虽然政策可以发挥明显作用,但对于技术进步的过程又有其限制性,支持新思想的发展,而不是将新技术转向资本。制程技术的创新是一种实践的过程,需要不断建立与营运新的生产线。但在美国的低资本环境中,半导体产业很难达到边做边学。

半导体供应链的每个部分都有技术创新,并受益于多样化的参与者和动态的劳动力市场。劳动力不仅是技术前沿的成本中心,而且是创新过程的关键投入。在解决目前的短缺问题时,政策制定者应该认识到半导体产业政策的教训,创建一种强劲竞争生态系统来激励创新。

在半导体行业成立之初,美国政府利用产业政策和科学政策帮助培育了半导体企业的多样化生态。财政支出为这个高度投机的行业提供了必要的流动性。为了保持创新和充满活力的竞争生态系统,战略也需要持续的干预。

美国美国国防部(DoD)使用采购协议和准监管措施来确保公司的生态系统和技术进步的广泛传播。美国政府合同为早期的公司创造了一个现成的市场,美国国防部渴望扮演第一客户的角色。由于确信会有大规模半导体生产的需求,对于许多早期的小公司来说产能投资在财务方面是可行的。

作为许多公司的核心客户,美国国防部对行业的最新技术发展有着清晰的看法,并利用这种看法直接促进公司和研究人员之间的对话和知识共享。与此同时,“第二来源”合同要求美国国防部购买的任何芯片都必须由至少两家公司生产,将采购与技术转让联系起来。美国国防部甚至要求贝尔实验室和其他大型研发部门公布技术细节,并广泛授权他们的技术,确保所有可能与美国国防部签约的公司都能获得创新的基石。

这一体系加快了行业的创新步伐,并迅速蔓延。政府采购协议确保了投资者的支出意愿,而且也增加了用于重复生产的资本货物的支出,从而帮助流程得到显著改进。与此同时,工人在整个系统中自由流动,可以在一家公司获得的知识应用于改善其他公司的生产流程。

在这种竞争环境下,结合那个时代的反垄断做法,鼓励大公司发展大型研究实验室,鼓励小公司进行疯狂的实验。成功的实验帮助创建了新的大公司,或者被已经存在的大公司扩大规模。来自美国国防部的行业指导帮助推动技术向新的方向发展,同时保持行业产能的一致性和针对性。至关重要的是,这一战略在隐性上优先考虑的是整个板块新技术的发展,而不是让任何一家公司的收入最大化或成本最小化。如果公司需要投资并持有资本货物的话,也有融资的渠道。政府保护这个行业不受所谓的“市场约束”的影响,以便产业把重点放在创新和生产上,而不是狭义的经济成功上。

然而,到20世纪60年代末,行业发展迅速,导致政府采购以及政府通过第二源合同等实施准监管的能力已经变得相对不重要了。20世纪40年代末,半导体行业的存在是以军事采购为基础的,但到60年代末,军事采购在市场中所占的比例不到四分之一。

20世纪70年代:蓬勃发展的商业市场

这一时期,尽管美国政府采购和指导相对不重要,但由于商业应用的繁荣和缺乏严肃的国际竞争,美国国内半导体公司迎来了黄金时代。

虽然产业政策促进了早期的创新和产能建设,但在20世纪70年代,政策的相对缺失却几乎没有被注意到。可以肯定的是,政府采购在20世纪70年代仍然发挥了一定的作用,但随着私营企业开始将电子产品纳入其供应链,它们成为了更重要的采购商。开始大规模生产计算机也与半导体的发展有着共生关系,因为芯片的需求推动了封装和集成的进步。

事实上,美国国防部的优先级和商业客户的优先级出现了分歧。美国国防部为特定的军事问题寻找合适的解决方案,尤其是基于非硅的或宇宙级的半导体的开发,这些涉及的商业应用很小。政府和半导体公司都认识到,这个行业不再需要直接指导。所以,双方的需求开始出现分歧。

在20世纪70年代,蓬勃发展的非国防市场意味着成功的小公司和大公司在没有政府支持或协调的情况下也能共存。技术的改进转化为工艺的改进,后者反过来又推动了前者的进一步改进。MOS IC、微处理器、DRAM等新发明将行业推向了新的高度,并递归式地提出了进一步的创新路径。

在普遍繁荣和创新的环境下,半导体展现出作为通用技术的重要性,在整个经济中都得到了广泛应用。尽管美国的大型研究实验室以及制造部门持有了大量资产,但在国际上缺少竞争以及市场的蓬勃发展确保了无论是在创新还是利润方面,大多数投资最终都是可行的。

20世纪80年代:国际竞争激烈

然而,这种竞争环境所带来乐观情况在上世纪80年代被打断,当时,在日本国际贸易产业省的产业政策指导下,美国将市场和技术主导地位拱手让给了日本企业。

美国政府最初不得不创建半导体市场,而日本能够围绕一个快速增长且已经存在的市场制定产业政策。因此,日本能够采取比美国严厉得多的建设基础设施的政策,协调计算机和半导体领域的合资企业,因为日本知道自己的产品有现成的商业市场。虽然政府支持和协调投资的战略与美国在五六十年代使用的战略相同,但用于实施该战略的战术是为适应上世纪80年代的竞争环境而量身定做的。

来自日本的竞争对美国公司产生了巨大的影响。在随后的市场动荡中,许多人永久退出了DRAM市场。行业还成立了倡导小组来进行生产协调,并游说政府对关税和实施贸易政策进行干预。半导体工业协会游说要对日本的“倾销”采取保护措施,同时成立了半导体研究公司,组织和资助与商业市场相关但与美国国防部无关的半导体开发方面的学术研究。半导体制造联盟由行业成员与美国国防部共同资助,一开始的目的主要是用较早期的产业政策推动企业之间的横向合作。但是,为了成本的最小化,联盟很快就把重点转向供应商与制造商之间的垂直整合上面。

落后的半导体已经成为商品,可互换,并根据单位成本进行判断。由于技术和经济因素的共同作用,传统的垂直整合公司在20世纪80年代开始解体。鉴于当时美国的经济形势,在竞争激烈得多的全球市场上,人们几乎没有兴趣投资于低附加值活动的产能。

相反,大公司吸纳了小公司仍然拥有的生产力,创建了大企业集团。MOS晶体管作为行业主导设计的出现,公司开始采用类似的设计原则,使专攻制造的“代工厂”变得经济。随后的垂直解体导致了大型、垂直整合的企业集团的出现,与专注于设计的小型“无晶圆厂”公司共存,这些公司进行设计,但不生产芯片。理论上,这些“无晶圆厂”公司在追求创新设计策略的同时最小化成本,且保留了灵活性。20世纪90年代,随着美国公司开创新的产品类别,日本公司面临来自韩国的竞争,美国行业对这一战略的接纳导致了市场份额的复苏。

在政策方面,美国从未回归到国内产业政策。相反,国外产业政策计划的成功是国内整合、垄断、贸易保护主义以及科学研究资金合力来实现的。

20世纪90年代:科学政策,而非产业政策

20世纪80年代本行业面临着技术和竞争环境的变化,90年代则见证了美国新的“科学政策”走向高潮。20世纪90年代,无论是美国过去采取的那种政策,还是更多受到日本通产省影响的做法,美国都没有重返产业政策,而是将“科学政策”的引入视为政府在半导体制造领域采取行动的新范式。科学政策的重点是促进与公司个体的公私合作,让行业研发与学术研发更紧密地结合,保证研究力量的广泛性,形成可支持轻资产运营的创新型公司的行业结构。

政策目标从创建一个具有强大供应链的强大竞争生态系统转变为创建公私机构,以协调研究人员、无晶圆厂设计公司、设备供应商和大型“冠军企业”之间的复杂切换。这样一来,没有企业需要在研发上投入过量的资金,从而保持全球成本竞争力,而政府也可以避免大规模投资支出。下面的图表来自于半导体行业协会制作的1994年美国国家半导体技术路线图,展示了科学政策背后的策略:

“科学政策”的中心主题是非冗余的效率,这与早期的产业政策侧重于冗余和重复,形成对比。早期产业政策大大加快创新步伐,并确保了单个公司的失败不会影响供应链的稳健,但这确实意味着大量的重复投资。尽管这种方法有助于推动流程改进的采用,静态股东价值最大化表明,这种重复在经济上太浪费了。

过去几十年的产业政策促进了大规模就业,这是创新的核心驱动力。而20世纪90年代的“科学政策”为了最低效率而避免了这种做法。员工频繁更换公司,边做边学是创新的核心途径。事实上,《经济地理》中的“非交易的相互依赖”文献在一定程度上解释了半导体行业工人群体的融合对该行业的快节奏创新是多么重要。虽然在一个地方保持大量的工人是许多进步的关键,但在这个新的竞争环境中,这被视为一种浪费。劳动力在单位成本中占有相当大的比例,企业相信,如果他们能有策略地缩小规模,全球竞争力就会恢复。

在半导体行业的早期,相对价格不敏感的政府合同占总销售额的很大一部分,这种低效率被看作是创新的成本。随着外国竞争对手的加入,成本敏感的商业市场成为半导体的主要买家,这种能力的复制似乎像是一个纯粹的成本中心,对很多公司却没有什么好处。对盈利能力的担忧意味着要确保重复的工作要尽可能少,以便在对价格敏感、竞争激烈的环境下控制成本。这造成了一个集体行动的问题,即削减开支符合每个企业的利益,但这样做进一步恶化了美国企业的创新能力。

在20世纪90年代,美国政府没有回到产业政策,而是选择了成本低得多的科学政策项目。理想情况下,“科学政策”将允许政府协调企业相互矛盾的节约愿望,而不会在技术上进一步落后。然而,为了符合时代精神,美国政府也在努力节约,不会为产业政策在新的竞争环境中取得成功提供所需的大规模财政支持。

相反,政府将花费更少的钱,并尝试开创一种劳动分工,允许所有参与者在不牺牲技术前沿的前提下削减成本,以追求利润。为此,它一方面资助学术研究实验室的研发,另一方面资助产业集团将研究转化为商业能力。在某种程度上,这进一步降低了单个公司的研发投资,因为进步只创造了最小的竞争优势。这种结构没有建立具有重叠供应链的生态系统,而是形成了一种分工,每家企业与机构都负责一个明显可分割的单独部分。同时,宽松的贸易政策与密切的贸易网络,让企业能更经济地进入无工厂模式,发展轻资产战略。目的是通过解决一个集体行动问题,减少整个系统的冗余,从而为公共和私营部门以最经济的方式重新夺回技术前沿。

在短期内,这个策略奏效了!到上世纪90年代末,美国半导体和其他技术领域的投资普遍繁荣,美国成功地恢复了技术优势。这个行业得以在保持国际竞争力的同时,又不需要国内产业政策大规模财政支持的情况下进行创新。大多数公司个体把研发重点集中在生产过程开发的下一两个节点上,而更长期的研究则是由政府资助的学术研究人员来组织。产业团体介入,将这种学术研究转化为商业行为,并在很大程度上消除了研发和生产的重复劳动成本。大型集中的研究实验室被掏空,供应链变得更狭隘,仅针对少数核心公司的研究需求。

21世纪:互联网泡沫破灭和收益递减

然而,这种策略的短期成功是以巨大的长期成本为代价的。劳动力和资本的冗余有助于确保公司能够快速改进内部化流程,同时也培训下一代工程师和技术人员。虽然从单一时期股东收益静态最大化的角度来看,这种重复可能是多余的,但它对确保长期创新轨迹至关重要。“消除冗余”和“增加脆弱性”是同一枚硬币的两面。

从长期来看,劳动力和资本投资不足会在某些方面显现出来,无论是在资产负债表上,还是在创新能力上,或者两者兼而有之。就目前情况而言,美国有可能失去其在尖端设计方面的优势,而且在尖端制造领域的霸主地位已在很大程度上被台积电夺走。将投资过程中的一部分分配给每家公司可能会使每家公司的资产负债表看起来更加稳健,但由于持续的投资不足,整个行业已经变得更加脆弱。数十年的劳动力成本最小化使得熟练技术人员和工程师的数量减少,而数十年的产能投资不足也阻碍了国内企业应对目前劳动力短缺的能力。

该行业目前的问题是科学政策战略的长期自然结果,该战略在上世纪90年代末和21世纪初似乎非常成功。整合和垂直整合的驱动力集中在学术实验室的长期研究、庞大的“冠军企业”和轻资产的“无晶圆厂”创新者,创造了一个摇摇欲坠的竞争生态系统。

由于这些冠军企业在竞争格局中占据的比例非常大,它们的研发优先级和中间投入需求为整个行业设定了条件。像英特尔这样的大买家可以或明或暗地利用他们的相对垄断权力,围绕他们的需求来构建供应链。当更广泛的经济需求发生转变时,例如疫情爆发以来,这些脆弱的供应链很容易出现问题。这种脆弱性是供应链优化的结果,但这种优化针对的是短期盈利能力以及消除冗余,而不是针对整个经济的需求。

无论是有意还是无意,这些大型也会围绕自身的财务需求和计划来制定技术发展道路。因此,学术实验室的研发与税收优化和私营企业单位成本最小化相结合的政策组合,创造了重大的技术路径依赖。与此同时,从技术意义上讲,这些企业“太大而不能倒”:如果它们错过了流程改进,同样规模的国内竞争对手的缺席意味着整个行业都错过了这一进步。在这个意义上,技术政策作为一个整体被委托给了私营行为者。

从研发到生产的过程,也出现不一致的反馈。科学政策的关键是将知识产权的创新与生产过程的创新分开;也就是说,科学政策优先考虑研究、设计与创意,而不是实施、生产与投资。因此,专注于设计的无工厂公司兴起,并将制造外包给海外的代工厂。

然而,把研发放在首位反而会降低创新的速度。单是补贴研发跟激励离岸外包没有什么区别:政策奖励的是知识产权的发展,而不是有形资产的所有权。问题在于,过程改进来自于新物理资产所包含的新技术的实施。“边做边学”是技术创新的关键部分。优秀的工程师希望对供应链每一个环节的生产过程的每一个步骤都进行创新。前沿设计的离岸和外包生产给流程周围引入了一个黑箱,导致收益无法实现最大化的类似问题无法得到纠正。只把焦点放在研发上,会把这些过程改进的发展离岸化,导致国内的生产商吃不饱,同时还阻碍了劳动力开发新技能。

学术研究偏离了商业化的道路,无法驱动产业的创新。考虑到学术研究往往围绕着与当前生产相关性低的问题展开,因此有时无法为现有技术的替代应用或替代过程驱动的创新路径提供见解。由于科学政策让这个群体负责整个行业的长期创新战略,这一盲点不能被忽视。事实上,摩尔定律的失败,以及在许多应用中为异质芯片设计独特的转变,这些都很好地说明了创新在任何时候往往都暗示着技术发展存在。

数十年来在工业产能和就业方面的投资失败,造成了美国企业高度依赖外部制造工厂的局面。台积电目前投资于一家中国台湾本土制造工厂的计划,表明该公司试图通过收购来解决这个问题,而不减少我们对单一供应商提供领先设计的依赖。相反,我们应该回顾半导体生产初期的产业政策 历史 ,重新夺回技术前沿,在供应链的每一个节点上推动创新。

如今,美国面临着半导体短缺和创新能力减弱的问题,政策制定者正考虑采取严肃的干预措施。虽然现在解决目前的短缺可能已经太晚了,但可以防止下一次短缺。美国两党对基础设施支出的广泛支持、疫情后重建得更好的必要性,以及对半导体采购的国家安全担忧,都应该鼓励政策制定者认为,现在正是进行雄心勃勃的改革的时候。如上所述,半导体产业政策的 历史 为如何最好地创造高就业、技术创新和强大的国内供应链提供了许多经验教训。

历史 表明,科学政策是产业政策的必要补充,但本身是不够的。协调研发是任何解决方案的必要组成部分,但并非全部解决方案。为了获得工艺改进,并确保劳动力具备在技术前沿 *** 作的足够技能,该行业需要看到持续的产能扩张。然而,正如我们之前所显示的,在低需求环境下,私营企业明显不愿进行不确定的投资。产业政策,通过结合政府采购和融资担保、直接融资等方式,是为该行业提供充足流动性的唯一途径,以确保产能扩张足够快,该行业保持在技术前沿。同时,政府有财政能力让国内企业生产落后的半导体产品,以保障国家安全和供应链的d性理由。从长远来看,以股东最大化为目标的产业外包政策尚未形成。

同样重要的是要认识到强劲的经济需求和因此而紧张的劳动力市场,特别是半导体生产的劳动力市场,对这些政策的成功至关重要。由政府主导的强有力的投资建设将为各种经验和技能水平的人创造良好的就业机会。这将创造高技能的劳动力,以及驱动有意义的过程改进的边做边学的充足机会。在高技能、高资本密集度的行业,劳动力几乎就像另一种形式的资本商品,为投资支付明显的红利。然而,在缺乏足够的就业机会的情况下,这些专业技能会随着工人转向其他行业而消失。这并不是说提高劳动力技能就足够了:如果立法创造了培训项目,却没有同时创造必要的就业机会和投资,那么很快就会弄巧成拙。

在半导体和其他关键行业的产业政策所需的资金投入规模上,一些人可能会犹豫不决。这是一个巨大的市场,有着巨大的价格标签,现代制造工厂的成本高达数十亿美元。然而,半导体是一种关键的通用技术,几乎进入每一个供应链。大规模的产业政策可以防止瓶颈时期拖累经济增长,同时为国家安全需求创建一个强大的国内供应链。相对于最初对半导体技术的投资,回归产业政策的成本要高得多,但回报会更高。作为4万亿美元基础设施或两党供应链法案的一部分,振兴落后和领先的行业,并恢复一个强大的竞争生态系统,是一项不容错过的好投资。

政策目标很简单:制定一个扩大的产业政策工具包,以鼓励创新、国内劳动力市场紧张以及维护关键的供应链基础设施。半导体作为一个产业,由于投资规模和所需的工作岗位,是制定这些政策工具的理想起点。重建一个强劲的创新环境,也将有助于美国持久地回到技术前沿,并创造就业和投资,在未来几年带来回报。半导体在现代工业经济中发挥着至关重要的作用,它们的技术路线太重要了,不能以短期盈利能力为指导。政府有机会也有责任利用产业政策在下一次短缺发生之前阻止它,同时确保美国保持其在技术前沿的地位。

不要老是盯着光刻机,国产芯和美国芯的真正差距还是在专利和标准上!

许多人认为中国的芯片制造工艺不行,的确目前国产的光刻机只能达到90nm的精确度,国内最好的芯片代工厂中芯国际的工艺水平也只在28nm-14nm之间。但是芯片厂商完全可以找技术先进的代工厂,例如华为的麒麟970和苹果手机的芯片都是让台积电代工。从芯片制造环节本身来说,芯片制造属于产业链的下游,中国和美国都是外包的。

但是在上游的专利和标准上,由于 历史 原因(计算机是美国人发明的、集成电路行业也是发源于美国),基本上都掌握在美国以及它的盟友手上。例如Intel 在x86 框架指令集中就有着大量的专利作为自己的专利壁垒,其他国家如果没有专利授权的话去研发一款能运行Windows的自主CPU是绝无可能的。

同样在移动芯片领域中,ARM也占据了专利的上风。ARM本身不生产芯片,只是设计芯片的架构,靠着技术授权给其他半导体制造商就可以数钱数到手抽筋。

另外说芯片的发展,不得不提的就是 *** 作系统。即使是绕过了专利搞出了一套新的芯片技术,性能还领先,但是没有 *** 作系统的支持的话依然是没有用武之地,这就是为什么当年Windows+Intel联盟所向披靡的原因。中国前几年研发的自主CPU龙芯,其实性能已经达到了能用的程度,但是没有 *** 作系统的配合,只能跑跑Linux,终究不能成为主流。

中国目前发展芯片的机遇在一些还没有制定标准的专用芯片领域,例如人工智能芯片等。另外,世界也是在不断变化中,现在占据领先不代表永远不会被赶超,微软和ARM的合作就试图挑战Intel的地位,中国目前也得到了x86架构的授权正在不断追赶。

最快多久才能赶超?有生之年肯定看得到!

这个问题问得好。

国产芯片落后了多少,从一些事件就能看出。

同样是前段时间,网上流传着紫光的内存条,一开始的DDR3大家说这是奇梦达当年倒闭时前的最后作品,后来的DDR4被证明用的是海力士的颗粒。而紫光自己到底有没有能力生产出内存颗粒一直是个迷。有的说下半年紫光就能生产出自己的DDR4颗粒,但目前来看紫光高层有波动,能否如期完工还是个问号。

然后就要说说我们Al芯片的骄傲寒武纪了。这个芯片商商很奇怪,他们的官网没有任何性能介绍,要知道就算是挖矿用的矿机芯片和顶级的FPGA芯片也都有性能介绍。而衡量Al芯片性能的参数就是半精度计算和深度计算能力,这些参数很普通,根本不是什么机密,那么他们为何不展示呢?

最后,我们的代工业务,中芯国际的核心业务是28nm工艺,14nm正在研制。而英特尔在2009年就成功 *** 作出了同级别的32nm工艺。

我想从这几件事就能看出,我们落后人家至少十年!至于赶超,现在我们要什么没什么,难道要用口号去赶超?如果真能静下心来,十几年的差距也不是那么容易赶上的。我想等到二十一世纪中叶,我们应该能赶上去。

目前来看,国产芯片与美国芯片的差距到底在哪儿,我们最快要多久才能赶超呢?

一、近年中国芯片产业进步有目共睹,可与美国的差距到底有多大呢?

看完现状,我们再看追赶速度。根据美国官方组织统计的美国上市公司数据,美国芯片上市公司2019年的研发投入和资本支出总计717亿美元,从1999年到2019年,美国芯片上市公司整体资金总投入将近9000亿美元,而我们的国家大基金一期二期加起来也就3000亿人民币,差了一个数量级。

近年来,中国芯片产业的进步是有目共睹的,我们已经从中低端解决了有无问题,国产CPU已在国内获得应用机会,未来将在此基础上,不断迭代、不断升级,从有到好。

二、参观日韩芯片产业发展,我们是在没显著优势的情况下,就被美国打压了

回顾 历史 ,上世纪五六十年代,芯片是美国的天下,其实是没有日本韩国什么地位的,日本开始重视民族企业的发展,索尼,松下等企业才迅速发展。到了70年代末,日本芯片实力大大提高,能和美国扳手腕那种,同时以质量好,价格低的优势把美国产业打得落花流水。

同时,韩国三星在90年代发展起来,有韩国政府和美国的扶持,90年代末就超过日本美国,不过1997年亚洲金融危机,美国购买大量三星股票,占有量超50%。虽美国不直接干预三星内部事务,但三星大部分利润是被美国赚去了。可以说,三星就是美国的高级"打工仔",被美国控制住了。

讲了这么多 历史 ,我们可以看出:

结论就是:中国半导体是在没有建立显著优势的情况下,就被美国狠狠打压了,这一点与韩日不同,这意味着我们必须打破高耸的技术壁垒,前路艰难险阻啊。

三、最后,中国芯片产业什么时候能超过美国?这是个伪命题

如今看来,中国芯片产业并不是要超过谁,而是要满足谁。搞清楚这个问题,是芯片产业发展的核心问题;芯片产业不是奥林匹克竞赛,看谁的芯片技术好,发个金银铜铁奖牌;那满足谁?满足中国日益增长的芯片需求。

可是,面对这种巨大规模市场,芯片产能转移到中国,是未来十年的趋势,会有反复,但不会回头;没有人能够对抗不了经济运行的规律,只能顺势而为,不是逆势而行;中国的芯片行业是汪洋大海,不是小池塘,海纳百川,水大鱼大。

最后的话:所谓的芯片领先,绝对不单单是设备,更是其产业链

我们一定要明白一个道理:所谓的领先,绝对不单单是设备,更是其产业链;美国打击的也不仅仅是某一家,而是全部的产业链!曾经有位大佬画了一个图来解释在半导体产业链上我们与美国之间的巨大差距,看看这个图感觉挺好的。

差距有多大呢?

最近这两年我们大国崛起的声音越来越多,城市化水平越来越高,人均GDP越来越多。尤其是移动互联网,更是有了移动支付、共享单车这种走在前沿的创新,许多人都产生了一种错觉,中国 科技 突飞猛进终于可以吊打一切了。

但是, 事实是中国在国防技术相关的商业航空器、半导体、生物机器、特种化工和系统软件等核心技术领域,和美国差距在10年以上。 找点例子,大家感受一下。

来点手机行业的例子感受一下。

手机上常用的大猩猩玻璃的前身是康宁公司在20世纪60年代生产的,具防d功能的特种玻璃。

Iphone里使用的Siri是美国国防部先进研究项目局2003年投资的CALO计划。

中国国产手机里的 *** 作系统都是谷歌的安卓 *** 作系统。

很多中国国产产品每年都要向 思科、高通、西门子、诺基亚等很多公司缴纳专利费。 尤其是高通公司,每一个智能手机都要向高通缴纳专利费,要知道高通是3/4G领域的奠基者,在全球通信领域具有垄断地位,也因垄断被发改委罚款60亿人民币。

华为 的麒麟970,技术架构是来自英国的ARM公司(现在是日本的)。芯片是台湾生产的,中国大陆没有生产能力 。

随便说点计算机领域的

计算机的核心--cpu,目前民用的只有两家intel和AMD ,遗憾的都是美国的, 由cpu引申出来的计算机主板芯片大多数也是这两家。你计算机里用的硬盘大多数都是美国的。 制作显卡芯片的目前两家最大----AMD和英伟达 ,他们也是美国的。

中国的BAT虽然是世界级的软件公司,但是主营业务不是卖广告就是搞 游戏 。

我们看一下美国的IT巨头都在干什么?苹果,当年自己开发了CPU和硬件芯片对抗Intel,自己做 *** 作系统对抗微软和谷歌,然后自己攒手机卖,就挣得比世界其他IT公司都多;谷歌,虽然跟百度一样发小广告,但是人家并购并发展了youtube和安卓系统,搞无人驾驶 汽车 ,搞人工智能打败了围棋世界冠军,和NASA创办奇点大学;微软,虽然 *** 作系统做的越来越烂,但微软在基础的软件编程平台、数据库、图像识别技术及各项开源软件都作出了杰出的贡献。亚马逊一家的云平台就占据了世界市场的50%。

而相比之下, 中国没有世界级的国产数据库,没有世界级的编程语言 。甲骨文给中国政府、如银行电信电力石油等央企提供一套数据库,便宜的几十万元,贵的更是数百万元。而 这些数据显示着中国的经济情况,国家机密的数据都躺在美国人的数据库上。 中国的企业始终致力于靠关系拿项目,而始终忽视了研发底层技术核心。在今天中国的市场环境下,没有一个中国公司具有美国公司那样高的视野和格局。

其他的是不想长篇大论的分析, 希望大家好好认清现实。现阶段实现芯片全部自主化、国产化,基本不可能,所以要做的只能是站在巨人的肩膀上,利用好最先进的资源和技术,全力发展自己,在不断追赶中减少差距。

cpu技术

cpu即中央处理单元(CPU)是计算机内的电子电路,通过执行指令指定的基本算术,逻辑,控制和输入/输出(I / O) *** 作来执行计算机程序的指令。 计算机工业至少从20世纪60年代初开始使用“中央处理器”。 传统上,术语“CPU”是指处理器,更具体地涉及其处理单元和控制单元(CU),将计算机的这些核心元件与外部组件(诸如主存储器和I / O电路)区分开。

美国掌握大量的芯片底层核心技术。

instruction set 指令集目前都是国外的。

A list of computer central processor instruction sets:

哪个是中国的,或者以上哪个是中国公司全掌握的?以上只是底层技术的一面。。。。

50年的差距,更多的是人才的差距

每一个人多学一些cpu知识,汇总起来可以加快缩小这个差距。

40万芯片人才缺口该怎么补上?

努力吧,少年老年们。

基于别人的房基去建设高楼大厦,别人要断你,不让你上和下,那你只能飞上楼和飞下楼了。

其实芯片行业或者是集成电路行业,整个范围是要比大家想的丰富的多的。芯片并不只有CPU,或者是NPU这些。我们用到的耳机,指纹识别,冰箱,电视,电梯等等都会用到大小不同功能不同的芯片,像电源所用的芯片,目前代工厂就可以满足国内需求。

真正存在巨大差距是高端芯片,总体来说就是 三方面差距:

设计差距

中国的经济体量巨大,所以我们不缺钱,我们缺的是什么?答案就是人才。首先要设计芯片,设计出来之后交给代工厂生产,设计芯片软件方面中国在世界上的占比为0%,国内目前芯片生产商最好的应该是中芯国际,最好的制程是 14纳米 ,而台积电跟三星今年7纳米就要要量产了。 中间差了二代 。

光刻上的差距

这主要就是光刻机的问题。光刻机目前美国处于垄断,造价和售价都是很贵的,每年量产不超过30台,国内目前只能购买国外淘汰掉的光刻机,绝大多数来源于日本。而且瓦森纳协议中,每过几年都会更新禁售列表,比如2010年90nm以下的设备都是不允许对中国销售的,到2015年就改成65nm以下的了,即便如此,我们购买二手光刻机还是需要美国的审批。

晶圆制备的差距

这方面我们差距其实不是很大,目前IC芯片的衬底都是硅,需要运用电子级硅制造硅碇,再将硅锭精细切割,而中国即使是一些低端的国产率较高的芯片,其中很大一部分野都是买的国外的晶圆,然后自己切割,不过随着国内集成电路的发展,晶圆切割其实已经能慢慢实现了。

中国已经错过了一个发展的黄金期,再想要追赶付出的代价将会非常大,而在未来,人工智能、深度学习的大浪潮下,传统的通用计算会很吃力,而眼下新的发展机遇又会到来。这次中兴事件警钟的敲响,让我们重新开始认识到机遇的重要性,开始研制的寒武纪AI芯片, 阿里达摩院规划的AI芯片都属于新领域芯片, 希望这次芯片发展的快车,我们不会再被落下。

凡是吹牛逼祸国殃民的所谓科学家和各类专家全部滚蛋。凡有责任心有担当的国家培养 科技 人员要有爱国之心向国家向全民立下军令状,保证在短期内研发出中国自主品牌的中国航空发动机和中国芯。所有中国科学家有谁敢站出来向国家和人民立下军令状?

多少年这个答案可能事关我们每个人了。芯片设计技术的提升需要市场试错和反馈,不是所有的bug都能在实验室里发现。市场上有人买有人用才能给手机企业,软件企业,包括芯片企业带来资金回笼(为研发再投入)以及更重要的市场对技术的验证(为下一步技术完善和研发方向提供宝贵意见及数据积累)。大家对当年刚用安卓手机时一天死n次机的情况应该还有印象吧,但那时没有更好的手机了,所以大家(市场)的包容度都很高,在大家的共同努力下,填平了当时设备各方面的研发投入(手机用的顺畅事关软硬件配合,及自身技术的成熟,当然也包括芯片,或者说芯片是最为复杂的部分)。

总之,要是大家愿意一夜回到从前,还能忍受一天司机n次,只用简单应用程序(现在的应用都比较复杂,用户体验好,但对硬件要求高),我觉赶超的时间会大大缩短,也许5-10年?所以,你愿意么?问的再具体点,在你可以选择更好而且便宜,只是用了国外芯片的手机的情况下,你会愿意选择完全国产,用自主芯片,但经常死机,如龟速的手机么?

(ps.我内心的答案是:我愿意买两部,肯定会有一部是纯国产的,哈哈!)

首先是整体半导体集成电路技术和制造的落后,这个牵涉到方方面面,但是哪怕你用别人的芯片标准,别人的技术规格,哪怕不考虑光刻机的问题,这方面依然问题较大。可以打一个比方,中芯国际现在有14nm的制程工艺的,但是要真是制造14nm的芯片,良率会远远不及境外工厂,这就是整体集成电路技术和制造的落后,民用商用芯片考虑成本,良品率不及别人,也没人愿意跑你这里来制造了!

然后再说设备问题,光刻机以及其他设备依然是绕不过的事儿,国内有28nm最好的设备,但是三星、Intel和台积电都是7nm的设备了,这个差距你不可能无视!当然就算28nm的制程工艺,还是那个问题,整体集成电路水平的落后,会让成本变得较高。而更新的14nm,中芯国际都在挣扎,更别说制造更先进的芯片了!

最后则是芯片标准和技术规范。X86是Intel的,PowerPC是IBM的,这两家基本处理器架构都是美国公司,这个你没辙。而ARM也是英国的,当然授权问题倒不是很大,即使是 *** 作系统,Linux各种做也不是问题,但是技术和标准中国是没法整了,在全球经济一体化的时代,还是那个问题,成本和利益,这部分中国应该不会再去搞事了,没意义!

总的来说,还是要发力在集成电路上,制造和技术能力这部分提高了,才去考虑所谓的设备问题,这个差距和美国很明显,但并不是不可追赶!

如果你只看芯片,中国芯片与美国芯片之间的差距似乎就在光刻机上,只要中国购买到ASML最先进的光刻机,我们就能够制造出如美国一样的高端芯片。当然,现在无法直接购买到ASML的最先进的光刻机,那我们只能自己研发,这个时间相信也不要太久,最多10年便可以追赶上来。

但如果你就此认为,我们实现了对于美国芯片技术的追求或者超越,那就太天真了,中国芯片技术与美国芯片技术之间的差距,不仅仅表现在这块小小的芯片产品上,而是体现在基础研究、技术体系、产业体系、标准体系和产品体系等诸多方面,全面追赶并超越美国,需要至少30到50年的时间。

一、美国的半导体产业链完整且技术先进

有人不明白,美国限制向华为提供具有美国背景的芯片半导体技术和产品,为什么包括台积电、ASML、三星等非美国 科技 公司都要乖乖服从并执行美国的限令?甚至有人说,中国也发出一个命令,要求这些公司必须向华为提供技术和产品,这些公司到底听美国的还是听中国的?其实,根本不用试,一定是听美国的限令,事实也是,这些公司纷纷关闭对华为的技术和产品通道。原因也非常简单,这些公司能够发展到现在,过去,现在和未来都会一直使用美国的半导体技术和产品,没有美国的技术和产品,这些看似世界顶级的 科技 公司,将变得毫无价值,这就是美国一纸限令,便能够让这些公司听从的原因之所在。

我们来看一下专业人士弄的这个半导体产业图谱,看起来并不复杂,但每一个细分领域做起来都需要大量的技术和产品做为支撑,而目前为止,没有一家公司或一个国家能够把这些事情从前端研发到后端制造完成的,也包括美国。但美国与其他国家不同的是,由于其在芯片半导体产业领域早期的基础研究成果较多,说白了,做这些高 科技 产品所需要的基础性和高精尖的技术都掌握在美国人手里。美国人发布限令,并不是限制别国公司,而是限制美国本国公司。比如ASML不遵守美国限令,向中国出售最先进制程的光刻机,那么,美国便可以要求美国一些光刻机技术公司和零部件公司,停止向ASML授权美国的光刻机技术和零部件,而美国公司所掌握的技术的零部件,经过几十年的沉淀,往往都是具有核心功能的技术和零部件,那ASML还能造出世界上最先进的光刻机吗?所以,他只能服从美国的禁令。

1958年9月12日,基尔比和助手谢泼德(MShepherd)给阿德考克和组里的其他同事演示了他的实验。基尔比紧张地将十伏电压接在了输入端,再将一个示波器连在了输出端,接通的一刹那,示波器上出现了频率为1.2兆赫兹,振幅为0.2伏的震荡波形。现代电子工业的第一个用单一材料制成的集成电路诞生了。一周后,基尔比用同样的方法成功地做出了一个触发电路。基尔比的电路和后来在硅晶片上实现的集成电路相比,样子非常难看。但是,它们工作的非常好。它们告诉人们,将各种电子器件集成在一个晶片上是可行的。 基尔比因为这个发明,2000年,他获得了诺贝尔奖。

从1958年到现在经历了60多年,美国在芯片集成电路领域里积累了大量的专利和标准,并形成并沉淀出一批世界芯片半导体领域里的顶级 科技 公司,这正是美国在芯片半导体领域一家独大的原因之所在。

二、中国在芯片半导体领域的差距

我们不按照上图的细分领域来说,只按照芯片产业的四个环节来看,包括芯片设计、芯片制造、芯片封装、芯片测试等四个环节,与传统产业不同,芯片产业没有一家公司可以独自完成全部四个环节的工作,因此,在每一个芯片产业的环节当中,都有世界级的公司,也没有一个国家能够在全部四个环节上都拥有顶级公司的存在。比如芯片设计领域美国的高通、中国的华为都是比较厉害 的公司,在芯片制造领域则是中国的台积电一马当先,芯片封装和测试领域,中国目前已经做到世界领先的水平,拥有世界级的封装和测试公司。

如果从上面分析,那不是中国在整个芯片半导体产业里没有弱点了吗?可是你会发现,在芯片设计和芯片制造领域,虽然我们拥有华为和台积电两家世界级公司,但华为芯片发展时间较短,台积电大家众所周知。所以我们国家目前只能算是在芯片半导体产业链上做脏活累活的工作,其他高 科技 领域,我们还存在非常大的差距。

半导体产品几乎都是全球布局,所谓美国半导体产业链布局也是全球性的布局才能称为完整,单以美国本土是无法完整提供全部半导体的供应链。

半导体由美国主导的四个关键面向如下:

1.全面设计平台工具EDA 。

2.基础设备和材料研发。

3.半导体高阶运筹管理。

4. 高科技业资金资产融资管理。

其馀方面美国并无太大优势。


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