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魏少軍最新演講:集成電路發(fā)展中的“正”與“奇”

發(fā)布人:芯東西 時(shí)間:2023-04-12 來(lái)源:工程師 發(fā)布文章
人間正道是滄桑,守正方能出奇,集成電路亦然。

3月30日,中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)IC設(shè)計(jì)分會(huì)理事長(zhǎng),清華大學(xué)集成電路學(xué)院魏少軍教授在2023中國(guó)IC領(lǐng)袖峰會(huì)上做了《集成電路發(fā)展中的“正”與“奇”》的演講,并提出了八點(diǎn)思考。


01.標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一最終促成了全球經(jīng)濟(jì)繁榮

事物的發(fā)展要遵循客觀規(guī)律,移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一就是例子。

移動(dòng)通訊已經(jīng)走到第五代,三十年前還處在第一代移動(dòng)通訊。到了第二代移動(dòng)通訊出現(xiàn)了GSM和CMDA兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。第三代移動(dòng)通信的時(shí)候又出了WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等標(biāo)準(zhǔn)。移動(dòng)通信在第三代標(biāo)準(zhǔn)以后,就成為全世界都關(guān)注的焦點(diǎn),一直到后續(xù)出現(xiàn)LTE。到第五代移動(dòng)通訊的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了全面統(tǒng)一,當(dāng)然第六代移動(dòng)通訊也是有統(tǒng)一的趨勢(shì)。可以看到,標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一實(shí)際上是一種規(guī)律。

移動(dòng)通信當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)不能統(tǒng)一就不能實(shí)現(xiàn)全球的通信,正是通信移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)走向了移動(dòng)。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)了像Arm+安卓或者Arm+ios之類產(chǎn)品技術(shù)的統(tǒng)一。

而PC上由于英特爾的CPU占有主導(dǎo)地位,加上微軟的操作系統(tǒng),也同樣形成了統(tǒng)一。隨著移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,互聯(lián)網(wǎng)在全球移動(dòng)通信上也實(shí)現(xiàn)了全球性的產(chǎn)品技術(shù)。

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而產(chǎn)品技術(shù)統(tǒng)一促進(jìn)了全球供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)的全球化,比如在美國(guó)設(shè)計(jì)的一顆芯片可以在中國(guó)臺(tái)灣加工,然后到馬來(lái)西亞去封裝。韓國(guó)、日本、歐洲的一些元器件送到中國(guó),然后中國(guó)大陸組裝成iPhone送到全世界。

供應(yīng)鏈的全球化和產(chǎn)業(yè)的全球化,帶來(lái)了全球經(jīng)濟(jì)的繁榮。今天拿著一部手機(jī)走到全世界的任何一個(gè)地方,看到和感受的服務(wù)是一致的。

這種規(guī)律從移動(dòng)通信角和互聯(lián)網(wǎng)角度來(lái)看,就是它必須是一個(gè)規(guī)律性的東西。

違背這樣的規(guī)律,就是違背世界事物發(fā)展的規(guī)律,是一逆潮流的行為。


02.

摩爾定律幾十年來(lái)一直是行業(yè)指引


摩爾先生前幾天去世了,但是遺產(chǎn)永傳。他在1965年提出著名的摩爾定律,后來(lái)經(jīng)過(guò)登納德進(jìn)一步細(xì)化,形成了今天完整的摩爾定律,也就是等比例縮小。通過(guò)等比例縮小,新一代的技術(shù)跟上一代技術(shù)相比,面積可以縮小到原來(lái)的一半,或者密度增加一倍,速度提升百分之四十,功耗下降百分之五十。

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摩爾定律意味著有了一種方法,能夠持續(xù)不斷地在后來(lái)的幾十年當(dāng)中促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。過(guò)去四十年有很多產(chǎn)品消失了,但消失的并不是功能,這些功能都被集成進(jìn)手機(jī)。手機(jī)里的芯片加上運(yùn)行的軟件,實(shí)現(xiàn)了眾多應(yīng)用。

有一句話叫“芯片能夠參與競(jìng)爭(zhēng)的任何技術(shù)最終都不可避免將成為失敗者”。

在當(dāng)今的電子信息技術(shù)當(dāng)中,如果不采用芯片恐怕是不行的。電子信息技術(shù)一定要采用集成電路,一定要采用芯片,不能違背這樣的規(guī)律。如果違背這種規(guī)律,那么產(chǎn)品就沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。


03.

持續(xù)創(chuàng)新是另一種規(guī)律


從幾個(gè)晶體管到現(xiàn)在巨量晶體管的發(fā)展過(guò)程中,HKMG、FinFET、EUV這些都是在產(chǎn)業(yè)發(fā)展當(dāng)中,特別是集成電路技術(shù)發(fā)展過(guò)程中不斷地涌現(xiàn)出來(lái)的創(chuàng)新。芯片技術(shù)有三大挑戰(zhàn),除了大家熟悉的光刻技術(shù)外,還有新材料和新工藝的挑戰(zhàn)。

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在過(guò)去幾十年當(dāng)中,圖形縮小性能不變的想法起的作用其實(shí)是有限的,真正起作用的是眾多新的材料。

成套工藝研發(fā)需要新材料和新工藝,終極挑戰(zhàn)是提升良率,但即便是把良率提升這件事情也需要大量創(chuàng)新才能夠?qū)崿F(xiàn)。創(chuàng)新在集成電路的發(fā)展是一個(gè)重要的規(guī)律,這個(gè)行業(yè)不能夠離開(kāi)創(chuàng)新。

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在中國(guó)22家科創(chuàng)板上市的設(shè)計(jì)企業(yè)中,對(duì)2021年報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)看,企業(yè)的平均毛利率大概是47%左右,比美國(guó)企業(yè)平均62%的毛利低了15個(gè)百分點(diǎn)。中國(guó)企業(yè)平均研發(fā)投入為25.5%,比美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)17%的研發(fā)投入高了8.5個(gè)百分點(diǎn),可見(jiàn)中國(guó)企業(yè)對(duì)于研發(fā)投入是很重視的。

但問(wèn)題出在中國(guó)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模上,科創(chuàng)板的22家企業(yè)研發(fā)投入全加起來(lái)也只有10.8億美元。今天做一顆5納米的芯片大約需要投入2.5億美元,那因此10.8億美元的全部投入加起來(lái)也不足幾顆。

由于創(chuàng)新投入不足,所以企業(yè)成長(zhǎng)壯大并沒(méi)有想象那么好。這個(gè)例子證實(shí)如果在研發(fā)上不足,創(chuàng)新不夠,想往前發(fā)展也會(huì)碰到很多困難。

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2018年,美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為2260億美元,平均研發(fā)投入17%,其毛利為62%。由于美國(guó)在研發(fā)費(fèi)用上的高額投入,其有足夠的資金去進(jìn)行創(chuàng)新,并產(chǎn)生出最好的技術(shù)。這些技術(shù)可以去占領(lǐng)市場(chǎng),因此美國(guó)能獲取48%的市場(chǎng)。

由于市場(chǎng)容量龐大,并且所占的比例又很高,所以美國(guó)可以獲得更高的毛利,反過(guò)來(lái)又支持研發(fā)的投入,所以美國(guó)進(jìn)入了一種良性循環(huán)。

中國(guó)目前由于總體研發(fā)投入不夠,成為一個(gè)比較大的問(wèn)題。從這個(gè)規(guī)律上來(lái)看,研發(fā)投入是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的一個(gè)影響因素。


04.以產(chǎn)品為中心的規(guī)律已被產(chǎn)業(yè)模式變遷所驗(yàn)證


美國(guó)、日本、歐盟以IDM為主,中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣、新加坡等東亞國(guó)家和地區(qū)主要是代工和設(shè)計(jì)。因此這個(gè)產(chǎn)業(yè)模式上,中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣、新加坡等并不是以產(chǎn)品為中心在發(fā)展,而是以加工為中心在發(fā)展。

但以加工為中心做法與真正所追求的目標(biāo)是有距離的。

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在全球的范圍當(dāng)中,市場(chǎng)是以產(chǎn)品作為基本計(jì)算單位,而不是以加工能力。

盡管可以對(duì)加工能力做一些相應(yīng)的調(diào)整,但產(chǎn)品所占的比重非常低。以產(chǎn)品為中心,這是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的非常重要的理念,也是一種規(guī)律。

不排除在發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中,在圍繞產(chǎn)品方面出現(xiàn)了系統(tǒng)公司轉(zhuǎn)向IDM,然后又進(jìn)行進(jìn)一步的分化,比如說(shuō)無(wú)晶圓廠+代工進(jìn)一步的發(fā)展,會(huì)出現(xiàn)更為細(xì)分的整個(gè)產(chǎn)業(yè)模式的變遷,這些變遷都是希望能更好為客戶服務(wù)。

但是客戶要的是產(chǎn)品,所以怎么樣能夠?qū)⒄麄€(gè)產(chǎn)業(yè)調(diào)整到以產(chǎn)品為中心,還有很長(zhǎng)的路要走。


05.半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)無(wú)法跟風(fēng)發(fā)展


從幾個(gè)縱觀集成電路產(chǎn)業(yè),產(chǎn)業(yè)發(fā)展傳統(tǒng)上是從系統(tǒng)公司到IDM到Fabless,再到Chipless + Fabless的一種逐漸的改變,但過(guò)去十年很多人也做了新的嘗試,將互聯(lián)網(wǎng)引入到集成電路中,結(jié)論令人唏噓,因?yàn)闆](méi)有一個(gè)成功的。

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這也說(shuō)明任何一個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,它客觀的、內(nèi)在的發(fā)展規(guī)律是不可以違背的。

前些年有論斷說(shuō)在風(fēng)口上豬都可以飛起來(lái),但是半導(dǎo)體其實(shí)成不了風(fēng)口上的豬。最近幾年,資本的力量又想要想把半導(dǎo)體變成風(fēng)口上的豬,但是下場(chǎng)都比較慘,產(chǎn)業(yè)發(fā)展還是要遵循客觀規(guī)律。


06.全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈被人為打破是違背客觀規(guī)律的行為


目前,違背客觀規(guī)律的事情正在發(fā)生,那就是全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈開(kāi)始被人為打破。

某些國(guó)家對(duì)中國(guó)企業(yè)打壓,部分是由于他們?nèi)スI(yè)化造成的內(nèi)部空心化狀態(tài)現(xiàn)在要調(diào)整。這部分國(guó)家想把中國(guó)排除在全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈之外,無(wú)論是四方聯(lián)盟還是三國(guó)達(dá)成的某些協(xié)議,都是在違背全球供應(yīng)鏈發(fā)展的規(guī)律。

影響全球供應(yīng)鏈的因素包括成本、交貨期、能力、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)、政治等。但是其中最重要的是利潤(rùn),也就是能夠給企業(yè)帶來(lái)收益。追求利潤(rùn)的最大化是企業(yè)的天性,如果全球的供應(yīng)鏈不能夠給企業(yè)、給產(chǎn)業(yè)帶來(lái)利潤(rùn),或者不能使它的利潤(rùn)最大化,那這樣的一種全球供應(yīng)鏈將沒(méi)有人參與,也不會(huì)引起重視。今天之所以能夠形成全球供應(yīng)鏈,就是它實(shí)現(xiàn)了這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)利潤(rùn)的最大化,這是在過(guò)去幾十年當(dāng)中發(fā)展的必然性。當(dāng)然,其中影響因素很多,比如成本上,材料成本、物流成本、倉(cāng)儲(chǔ)的成本等會(huì)影響服務(wù)質(zhì)量和市場(chǎng)機(jī)遇。隨著發(fā)展,生產(chǎn)周期、批量供應(yīng)、產(chǎn)品質(zhì)量、市場(chǎng)機(jī)遇都在提升,技術(shù)也不可避免發(fā)生轉(zhuǎn)移。全球化的生產(chǎn)模式中,標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、工藝的統(tǒng)一、工具統(tǒng)一成為一種必然,那么就影響到了市場(chǎng)的規(guī)模、消費(fèi)能力、物價(jià)水平、稅收稅費(fèi)等。一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、繁榮程度、增長(zhǎng)潛力、發(fā)展質(zhì)量等也需要考慮在全球供應(yīng)鏈當(dāng)中。一些國(guó)家可能還有些宗教,是否開(kāi)放、包容,是否能夠積極進(jìn)取,都影響到是不是能夠把產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)部分放在這個(gè)國(guó)家。而所在地區(qū)的治理水平、開(kāi)放包容的程度、生活質(zhì)量和教育水平等,都是一些非常重要的因素。現(xiàn)在,地緣政治、意識(shí)形態(tài)、外交關(guān)系、國(guó)家安全也會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展造成很多的影響。從單一國(guó)家去看,它的發(fā)展階段往往也是通過(guò)學(xué)習(xí)起步、成長(zhǎng)、規(guī)模化。全球供應(yīng)鏈從美國(guó)轉(zhuǎn)到歐洲,歐洲轉(zhuǎn)到日本,日本轉(zhuǎn)到中國(guó),都有客觀規(guī)律,沒(méi)有一個(gè)地方能夠一直持續(xù)下去。將人力資本、生產(chǎn)、質(zhì)量、生產(chǎn)能力、技術(shù)水平、標(biāo)準(zhǔn)化、勞動(dòng)者、市場(chǎng)等做分析,當(dāng)一個(gè)地方成為供應(yīng)鏈的一個(gè)轉(zhuǎn)移地,它的人力成本往往都有競(jìng)爭(zhēng)力,但它的勞動(dòng)力的成本在上升,所以優(yōu)勢(shì)在下降。而從生產(chǎn)質(zhì)量來(lái)說(shuō),剛開(kāi)始一定不好,但隨著生產(chǎn)、管理的轉(zhuǎn)移、生產(chǎn)能力的提升,質(zhì)量會(huì)慢慢變好。技術(shù)水平也是一樣,勞動(dòng)力素質(zhì)從剛開(kāi)始不高,經(jīng)過(guò)訓(xùn)練以后會(huì)變好。 圖片但是這樣的轉(zhuǎn)變需要很長(zhǎng)時(shí)間。從單個(gè)國(guó)家和地區(qū)看,供應(yīng)鏈全球化必然帶來(lái)這些變化,這些變化也是不可避免的,要客觀的去看待發(fā)展。而從全球的角度來(lái)看,追求利潤(rùn)的最大化是能夠形成供應(yīng)鏈全球化的最重要的因素之一。那這里面很重要的就是各個(gè)環(huán)節(jié)的利益都得到滿足。政府的支持和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)是非常重要的兩個(gè)因素。但是根本上是產(chǎn)業(yè)的一種自發(fā)行為,需要漫長(zhǎng)和艱難的過(guò)程。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,必然推動(dòng)產(chǎn)業(yè)從成本高的地方和國(guó)家向成本低的國(guó)家和地區(qū)遷移,必會(huì)帶來(lái)技術(shù)。向目的地國(guó)家和地區(qū)的轉(zhuǎn)移,必然促進(jìn)目的地國(guó)家和地區(qū)的知識(shí)和能力的提升,也必然促進(jìn)目的地國(guó)家、地區(qū)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和競(jìng)爭(zhēng)力的提升。反過(guò)來(lái)還會(huì)對(duì)原來(lái)發(fā)起國(guó)家和地區(qū)產(chǎn)生一些反制影響,不可避免。這看起來(lái)有點(diǎn)不近人情,但是早在幾百年前這個(gè)亞當(dāng)斯密的國(guó)富論當(dāng)中其實(shí)就已經(jīng)解釋,分工其實(shí)是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì),分工通過(guò)提高勞動(dòng),能促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步,能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)率并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),這是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不同于自自然經(jīng)濟(jì)的重要特征。因此半導(dǎo)體全球供應(yīng)鏈的誕生和成長(zhǎng),其實(shí)是人類社會(huì)遵循經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律具體體現(xiàn)。如果違背,必然帶來(lái)市場(chǎng)的碎片化、技術(shù)的分裂、標(biāo)準(zhǔn)的多樣化。產(chǎn)品的碎片化和成本的上升最終結(jié)果是全產(chǎn)業(yè)鏈利潤(rùn)的下降,因此這樣的發(fā)展方法是一種惡招。至少目前來(lái)看,全球供應(yīng)鏈被人為打破,是枉顧了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律。正如王陽(yáng)元先生所說(shuō)“循規(guī)者興,罔規(guī)者怠,違規(guī)者誡,逆規(guī)者亡”。


07.中國(guó)集成電路如何發(fā)展?守正才能出奇!


中國(guó)集成電路應(yīng)該怎么辦?簡(jiǎn)單,就是守正。守正才能出奇,人間正道是滄桑,要遵循產(chǎn)業(yè)的規(guī)律,出奇就要出奇兵,要有創(chuàng)新。 圖片守正才能出奇,不能為了出奇而不守正,不守正早晚會(huì)被淘汰掉。光刻機(jī)就是例子,浸沒(méi)式光刻是一個(gè)奇招,但也是在技術(shù)發(fā)展的客觀規(guī)律上實(shí)施的。另外一個(gè)奇招,就是軟件定義芯片。然后是異質(zhì)堆疊集成技術(shù),把邏輯電路的晶圓和存儲(chǔ)器的晶圓面對(duì)面鍵合在一起,通過(guò)三維的混合鍵合形成一體。長(zhǎng)江存儲(chǔ)的3D NAND就是一個(gè)好的例子,采用了兩片堆積的方式,得到了比較好的效果。這在之前三星的報(bào)告中也有所印證。圖片在追求超級(jí)計(jì)算的過(guò)程中,人類已經(jīng)突破了十的十八次方的計(jì)算,下一個(gè)目標(biāo)就十的二十一次方的計(jì)算。計(jì)算需要更好的芯片,國(guó)內(nèi)現(xiàn)在最先進(jìn)的制造工藝可能也就是十四納米,十四納米和先進(jìn)的三納米之間的可能距離還很大。中國(guó)又受到制約的背景下,把軟件定義芯片的技術(shù)和進(jìn)程計(jì)算的這兩個(gè)技術(shù)結(jié)合起來(lái)也許會(huì)有新的奇效,實(shí)現(xiàn)所謂叫軟件定義的進(jìn)程計(jì)算芯片技術(shù),也許會(huì)有令人非常驚喜的結(jié)果。


08.中國(guó)正走在自立自強(qiáng)的正確道路上


中國(guó)一直在做產(chǎn)業(yè)的升級(jí),技術(shù)從低到高、從勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)向智力密集型轉(zhuǎn)變,生產(chǎn)力和產(chǎn)業(yè)鏈都往高端走,而西方國(guó)家在做產(chǎn)業(yè)重建,與中國(guó)完全相反。用中國(guó)的GDP來(lái)做美國(guó)GDP要做的事情,確實(shí)難度很大。但是,中國(guó)有龐大的市場(chǎng),加上中國(guó)有基礎(chǔ)。中國(guó)作為世界工廠的現(xiàn)狀不太會(huì)改變。新中國(guó)成立以后,中國(guó)以最大的力度,在最短的時(shí)間內(nèi)在工業(yè)里大手筆的投入造就了最早的基礎(chǔ)。中國(guó)從工業(yè)門(mén)類來(lái)說(shuō)是世界上最全的。李克強(qiáng)總理曾說(shuō)過(guò),中國(guó)既是世界工廠,也是世界市場(chǎng)。之前的家電下鄉(xiāng)就是例子,中國(guó)正是利用龐大的內(nèi)需市場(chǎng),在外需市場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候,來(lái)使得在中國(guó)工廠保持平穩(wěn),這也是在中國(guó)建廠的特點(diǎn)。
圖片就全球來(lái)說(shuō),歐美目前產(chǎn)品都是空心化的狀態(tài)。印度有潛力,但印度的發(fā)展還沒(méi)有達(dá)到實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的水平。因此在短期內(nèi),也許十年、二十年、五十年,世界還是要看中國(guó)怎怎么發(fā)展。中國(guó)現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)從沿海地區(qū)向中部地區(qū)、西部地區(qū)逐漸遷移,留下了廣大的戰(zhàn)略空間。所以違背世界發(fā)展的規(guī)律、經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律,不斷地來(lái)打壓中國(guó),是不合適的。當(dāng)然對(duì)中國(guó)來(lái)講,受到打壓也是客觀現(xiàn)象,所以中國(guó)半導(dǎo)體需要做的,就是守正,然后出奇。 


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