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全面分析2018中国半导体产业状况

  价值重估或将是这一两年电子半导体产业的主基调。自2009年以来的牛市已经延续了将近十年,随着美国科技股启动调整,费城半导体指数已经有筑顶迹象,与半年前相比下跌了约15%,与年内高点相比则有20%的下调,这一轮半导体牛市及人工智能热潮中最受瞩目的芯片公司英伟达,其股价只有年内高点的一半,数百亿美元市值灰飞烟灭。

  如果只看二级市场,中国大陆半导体并未参与2016年之后全球半导体市场的加速上涨,这三年大部分时间都在调整,而且跟跌不跟涨,这样惨淡的产业现状,何劳美国人严防死守。当然由于历史原因,很多有代表性的芯片企业并未在A股上市,所以中信半导体指数并不能反映国内半导体发展现状。这几年中国半导体整体趋势大致如下:高增长仍在维持,设计业最活跃,制造业最被地方政府关注,封测业最成熟;新增企业数量显著增加,局部点线偶有突破,但尚未在某个领域的全局形成显著优势;行业集中度因新增企业较多而出现下降,设计业尤其明显;除个别企业,细分龙头企业发展到一定规模容易出现后继乏力现象,还缺乏与国际竞争对手同台竞技的底气。

  本土产业尚未成大气候,而外部环境却急剧恶化,美国全力压制无疑给中国半导体产业发展带来极大困难,地理政治风险带来的不确定性会长期存在,这要求中国本土产业有更紧迫的历史责任感,更低调务实发展,而摒弃浮夸作风。

  在中国集成电路设计业2018年会上(ICCAD 2018),中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军在开场报告中指出,中国半导体产业2018年全行业增速有望达到22.4%,其中设计业2018年销售额预计为2576.96亿元,同比增长高达32.42%。按照近期人民币与美元汇率,设计业全年销售约为370亿美元,占全球IC设计业比例约为三分之一(参考市场调研机构IC Insights提供的2017年数据,IC设计业全球产值约为1006亿美元),算是初步达到了三分天下有其一。

  设计业能录得30%以上的成长,成绩喜人,但问题也不少,上规模企业增速慢就是一个显著问题。前十大内地设计公司增速仅为17.59%,比产业平均增速低约15个百分点,十大设计公司销售额总和预计为1036.15亿元,占全行业销售额比例为40.21,比2017年的45.9%下降了5.69个百分点,这是该比例近年来第一次出现大幅度下降。

  此外,2018年销售过亿元设计企业有208家,比2017年增加17家。分城市来看,深圳过亿企业增加最多,2018年有29家过亿企业,比2017年增加12家,其次是成都,增加6家。而上海过亿企业一年减少10家,其他减少的城市有苏州、无锡和西安,这几个地方的半导体产业负责人有必要复盘一下为何会出现倒退。2018年208家过亿销售额总和占全行业比例为79.85%,与2018年相比下降了约11个百分点。新进企业数量大幅增加会对产业集中度产生一定影响,但上规模企业的增速与利润率偏低的问题都值得关注。

  半导体产业最讲究规模经济。尤其是拼到先进工艺以后,投入巨大,如果没有足够大的出货量规模,开发先进工艺将入不敷出,这一点在芯片制造业更为明显。格芯(GlobalFoundries)在今年就宣布退出7纳米研发,台积电(中国)副总经理陈平指出,自动驾驶、5G与人工智能等热门应用对计算力的要求都非常高,因此市场对先进工艺的需求非常旺盛,台积电2018年量产的7纳米工艺产品有约50款,到2019年会超过100款,对算力要求高的客户也在推动台积电把工艺再度向前推进,“友商退出7纳米我觉得可以理解,如果没有这样的经济规模,去投入压力会很大,这是很现实的问题。”

  对于国内领先的设计公司利润率不高的问题,陈平给出的解释也是根据规模来具体分析。“如果都是做消费性产品,做相对标准型产品,那毛利就不会高。一些大公司的手机部门毛利也就30%多。”

  中国还有一千多家的小设计公司,其中年营收小于1千万的有843家,占比近半。而年营收在1千万到5千万之间的有406家,年营收在5000万至一亿之间的有241家。中小公司在发展中所拥有的资源相对有限,摩尔精英CEO张竞扬表示,过去半导体行业的基础设施主要服务于行业头部的大公司,摩尔精英希望把产业链为成熟公司准备的IP、工具、芯片设计服务和流片封测等供应链环节进行高效整合,以更好地为初创公司服务。

  对于小公司如何实现从点到面的突破,华大九天总经理杨晓东给出他的建议,即选准突破方向,从点做起,逐渐延伸。“初创公司的资源、资金和人才等各方面都有限,而且客户对初创公司的认可也是从点开始,在集成电路里,很多企业都是从细分市场做起,华大九天在刚开始与国内设计公司巨头合作的时候,也是通过一款、两款软件先得到认可,逐渐建立起合作的基础和对我们的信任,一步步扩大华大九天软件的使用量。”杨晓东介绍,如今华大九天在模拟与混合信号设计及面板设计领域,都已经能提供全流程设计工具,在数字SoC领域,也有能力提供具有业界竞争力的设计与优化点工具及特色解决方案。

  江北新区软件园主任吴东越则表示,为支持中小初创企业,南京集成电路产业服务中心(ICisC)打造了公共服务平台,为中小公司提供低成本的EDA与实验室解决方案,在资金支持上,ICisC也成立了规模为10亿的风险投资基金,“让顶级投资人帮助初创公司去确认研发方向,更容易获得成功。”

  资本市场对不同规模公司的估值往往会差别对待,大公司通常估值会偏低,而中小公司反而容易获得高估值。“小公司的心态更加开放,更加多样性,有更多的想象力。而这些想象力是整个产业发展进步重要的驱动和源泉,因而受到风险资本的青睐,”Arm中国产品研发副总裁刘澍认为,估值的差异,代表了资金对于风险与创新的不同偏好,“大公司通常在稳定的市场,有稳定的业务,所以规模才会大,但增长就没有更大的想象空间。”

  “大公司要对讲过的话负责,其PPT里给出的路线图要能实现,但小公司的说法能否实现,无法考证。”对大公司与小公司商业价值的差异,成都锐成芯微CEO向建军的看法从某种角度看或许更接近本质,“半导体行业里,所有人讲商业计划都说自己是世界第一,但能看懂是不是第一的人很少,而宣称的这个第一是否有价值,就更少人知道了。”

  风口来时,体量小的公司更容易一飞冲天,但市场向下走,大公司可能只是伤筋动骨,初创公司就将面临生死考验。“总的来说,务虚的PPT公司早一点破产倒闭比较好,”在中国集成电路设计业2018年会上,明导电子(Mentor, A Siemens Business) 中国区总经理凌琳告诉TechSugar,最近被问到比较多的问题就是破产潮是否会发生,据凌琳判断,在市场大环境趋冷的情况下,没有选对方向或者沉不下心去夯实基础的初创公司,倒下的可能性不低。

  与传统芯片公司相比,很多主打人工智能概念的芯片公司估值都极高,芯原创始人、董事长兼总裁戴伟民认为,这并不是好现象。当然,凭借高估值融到的钱会比较多,也许能让创业明星公司在这个冬天存活更久,获得调整战略的空间。但如果只靠融资维持而没有健康的经营现金流,将会步履维艰,因为这些人工智能初创公司给人才开出的薪水非常高,运营压力很大。“他们从NVIDIA(英伟达)、AMD等公司挖来不少人,这些人原本不轻易跳槽,”戴伟民表示,如果有人工智能初创公司倒闭,那么部分人才将回流到传统的芯片公司。

  索喜科技高端定制SoC事业部亚太区总经理刘珲也表示,传统半导体初创公司都是半导体领域的专家出来创业,现在则出现了不少算法专家或应用专家为首创办的半导体公司,这些初创公司“并不熟悉SoC的整合,对他们而言,如何把算法在最短时间内转化为SoC是最关键的课题。”借助类似芯原和索喜科技等专业设计服务公司的经验,这种新型初创公司不难完成SoC的设计工作,但SoC做出来,只是第一步。

  被风口吹上天的初创明星公司找落地路径并不容易,如果核心的知识产权只有算法,即便找人捉刀做出芯片,也未必能将算法的商业化之路趟平。“有人说去做监控,但海康和大华把地都占了,你只给个算法,何谈产业化落地?”芯原戴伟民指出,初创公司并不是没有发展机会,但要深入产业,打好基础,才能逐步推进,需要避免急于求成的心态。

  新思科技全球资深副总裁暨亚太总裁林荣坚也表示,在半导体产业经营,要做长远打算。“无论是中小公司,还是上规模的公司,今后都要花足够的时间,去市场上做调研,找到最符合自己核心竞争力的市场定位,并做长期投入。”林荣坚更强调,因为有巨大的应用市场,中国芯片设计公司无需担心变少,中国系统厂商“非常勇敢地去拥抱新技术,也很有容错精神”,所以每当新应用兴起,都会是中国公司的机会。

  Cadence子公司南京凯鼎电子科技有限公司总裁王琦的观点不谋而合:“中国市场应用非常多,变化非常快,一直有新的东西出来,这样产业才会有活力,才会有创新,这是中国市场吸引力所在!”

  从魏少军的报告来看,国内部分传统应用市场的增幅已经较低。智能卡和导航市场都出现了厂商增多但销售额总和同比减少的状况;功率器件厂商数量从2017年的82家增加到115家,销量总和仅同比增长3.3%;多媒体略好,多媒体领域IC设计企业数量从72家增长到75家,销售总和同比增长7.59%,这几个市场近几年或将陷入苦战局面。通信芯片和消费类芯片销售总额增长均达到了两位数,消费类市场增长势头更好;计算机芯片与模拟芯片销售总额增长都超过了100%,在外部压力增加时,这两个重要但是我国产业短板的领域有望获得更好的发展机遇。

  机会只留给准备好的人。在半导体行业,做好技术储备是把握机会的基础,但高昂的先进工艺投入成本让产业出现了分层,不同厂商在技术路线选择上,走上了背离的方向。

  一方面,先进工艺的需求仍然旺盛,行业巨头仍在按路线图把工艺继续向前推进。如台积电陈平所言,2018年台积电7纳米流片将超过50款,他在演讲中也表明,5纳米工艺和3纳米工艺路线上的障碍基本被扫清,接下来三五年的工艺发展路线清晰。“毫无疑问工艺越来越难,但作为行业一份子,我们也觉得奇怪,过去20多年来,每次到一个新节点出来,都有人说下一个节点就做不下去了,但却总是船到桥头自然直,”陈平告诉TechSugar,多年来半导体行业的常态就是“能清楚地看到下一代工艺没有问题,但再下一代,就看不太清。”

  事实上,从单位面积内集成更多晶体管的角度来看,微缩晶体管尺寸只是方法之一,异构集成与立体封装也是如今非常热门的技术。“异构整合是一个大课题,我认为几乎跟微缩技术(scaling)/摩尔定律同样重要的课题,”陈平强调,无论看市场需求,还是看研究进展,先进工艺发展远远没有要停止的迹象,“新材料的开发是整个技术延伸的组成部分,EUV光刻技术也在推动工艺向前,还有很多新的器件结构研究,从纯技术角度有太多新东西让人神往。”

  Silvaco全球CEO David Dutton也肯定了发展先进工艺的必要性,他以同声传译为例,说明现在的芯片还无法达到同声传译所需的计算能力,类似同声传译的这种需求还有很多,只要计算力缺口存在,对先进工艺的需求就会一直在。“以存储器参数提取为例,每颗存储器芯片都引入了大量的寄生电阻与电容,Silvaco的工具既保证了仿真精度,又能大幅降低了提取该量级参数的难度。”David Dutton向TechSugar介绍,在对先进工艺支持上,Silvaco有多种方案,除了参数提取工具,Silvaco的良率提升工具也非常好,“Silvaco的良率工具拥有机器学习的能力,可以考虑到不同的设计及工艺参数,依靠仿线-Sigma的良率,甚至更高。另外,Silvaco刚宣布与普渡大学在原子级工艺器件仿真软件商业化方面进行合作。要知道在5纳米及以下工艺,原来的经典物理模型就已经不太适用,工程师需要去计算每一个电子的参数,计算量巨大,需要更好的工具才能完成仿真。”

  另一方面,第二梯队厂商经济规模不能支持其继续对先进工艺进行投资,这些厂商纷纷转向特色技术,在一些成熟工艺节点上深耕细作,主打的方向或者是超低功耗,或者是高电压,与标准逻辑工艺有所区分。新创公司多数也采取类似策略。

  以联电为例,该公司就将其重心放在特色工艺的开发上,大幅扩充对55纳米成熟工艺与28纳米先进节点的特色工艺支持。“只看特色工艺,55纳米是一个超级节点,覆盖产品从射频、超低电压、嵌入式非易失性存储器,到高压的电源管理与屏幕驱动等等非常广泛,总市场规模应该有300亿美元,下一个超级节点将会是28纳米,与40纳米相比,28纳米工艺漏电流更小、速度更快,在射频上会更有优势。”联电旗下子公司和舰副总经理林伟圣说道。

  作为一家中国的IP公司,锐成芯微主打的也是低功耗与高可靠等特色技术。据向建军介绍,锐成芯微与客户联合开发的NBIoT芯片,第一代待机功耗只有1.7uA,而最新一代更是降到了500nA,“我们也在考虑无电池解决方案,此外NBIoT有室外应用,对可靠性要求很高,把低功耗与可靠性两个相互对立的参数都做到极致,难度非常大。”

  在先进工艺节点,工艺与设计的共同优化变得极其重要,台积电陈平和Silvaco的Dutton都对此做了强调,Dutton在最后总结时说:“我要强调的一个事情就是设计技术共同优化(Design Technology Co-Optimization,简称DTCO),DCTO对更先进工艺而言是巨大的挑战,它不止和设计相关,更与工艺技术及整个生态系统紧密关联,因此需要整个产业链通力合作以获得最优的解决方案。”

  近年来,系统公司自建芯片设计团队又成为一种风潮,苹果、华为、大疆等公司的成功,让不少人觉得这是未来IC设计业发展的方向。但新思科技林荣坚却有不同看法,他认为IC设计业的主导权目前正转移到系统公司,但以当前有限的几个成功案例,还不能得出结论系统公司就能够把芯片做好,系统公司背景与足够的经济规模只是做芯片能成功的必要条件,并不是充分条件。

  “我的看法很简单,经营系统公司和IC设计公司需要完全不同的土壤和养分,薪资结构、管理方法以及整个产品的开发流程都有所不同。” 林荣坚向TechSugar解释他的观点,“有一种可能是系统公司去投资芯片设计公司,系统公司有一定的控股权,但是给予芯片设计公司足够的自主权,并有足够的耐性去等待芯片公司按照芯片行业规律去成长,给他们足够的养分,又有系统的能见度,以及系统产品的出海口(注:指销售渠道),我觉得这是相对容易成功的方式。”

  随着先进工艺发展,工程师在设计时需要考虑的参数呈指数式增加,而研发周期并未被延长,有的甚至被压缩,所以EDA公司要负担起加速设计的重担,以帮助工程师在预定时间内将芯片成功推向市场。

  在加速设计方向,EDA三巨头各有一套完备的解决方案,新思科技的虚拟仿真可以让软件工程师在芯片还没有拿到时就开始软件工作;Cadence提到了自主设计工具(无人设计工具);明导电子(Mentor, A Siemens Business) CEO Walden Rhines则强调了高阶综合技术对设计效率的提升作用。而国产EDA龙头华大九天在2018年推出了业内首款基于GPU的异构计算平台仿真器,超快速蒙特卡洛分析系统以及人工智能支持的IP验证方法,都是加速设计验证的利器。

  应用IP是加快设计的重要手段。Arm中国刘澍表示,先进工艺设计复杂度让每颗芯片从头开始设计已经不太可能,利用技术积累沉淀出的IP复用与延用,能够抵消设计复杂度的增加。

  在IP商业模式上,SiFive公司有更激进的做法。首先,SiFive主推的RISC-V架构本身是开源架构,与当前主流IP公司的做法就有所不同;其次,SiFive公司提出设计分享(DesignShare)概念,类似软件领域的开源运动。SiFive全球CEO Naveed Sherwani表示,当前的IP行业存在三大问题,即成本高、使用难、安全无保障。通过DesignShare平台,SiFive将经过验证的IP都放在云端, DesignShare中的成员可以免费拿来做开发,只有到芯片生产阶段,才需要去支付费用。这样做既降低了成本,又加速了设计。

  同为RISC架构,RISC-V的横空出世让几成一统的处理器IP市场又生波澜,业内外人士不免常常要将Arm与RISC-V拿来比较,Arm中国刘澍认为,放在整个产业大背景下,Arm与其他IP厂商可以视为竞合关系,在某些场景下是竞争对手,但在另外场景也可能是合作伙伴,相互配合以帮助客户实现设计。

  “我的观点是,没有技术是免费的,任何技术都需要成本,也需要不断地自我发展,”刘澍话锋一转,“我们永远认为CPU技术是一方面,生态系统是更重要的一方面。有没有完善的生态系统决定用户是否能把技术真正用好和发展起来。”

  Arm公司一定很清楚,如果RISC-V崛起,会侵蚀自己的领地,但至少到目前Arm的表态体现了传统列强面对新生力量应有的姿态,商业上的竞争,按照商业规则来,如果倚仗优势地位无限制打压新生力量,那行业只会变成一潭死水。美国仍然是全球半导体行业执牛耳者,要全行业长期健康发展,就必须破除其唯我独尊思想,建立起正常交流渠道,维护当前半导体生态圈的多样性。在强调规模致胜的半导体产业,本来就觉得全球70亿人口不够多,现在却一定要在中美两个最重要的区域市场搞对抗,最终谁能受益?

  多数受访嘉宾都表示中美纠纷将会是一个常态,当前对产业链的实质影响还不大,但已经在慢慢改变人们的心理预期。联电林伟圣就表示,已经看到一些消费型应用客户,在今年底备货的时候比较谨慎,“可能冬天要来了,我手上的现金多一点”。

  然而,在中美电子信息产业博弈中,美方越来越多动用产业之外的力量来对尚无反制能力的中国电子产业进行全面打压,给中国电子半导体产业的正常发展带来极大压力。但压力就是动力,空前的外部压力,也让中国半导体产业界的共识空前一致:只有自主产业发展好,才能不受外部威胁。美方频频威胁,也让众多中国系统厂商由于担心供应链安全而更多选择国内供应商,这些都是外部压力带来的机遇。

  如同新思科技林荣坚的总结发言:“今年发生的很多事情,帮助我们凝聚了国家与产业界的共识,配合既有的市场优势,配合中国的聪明才智与决心,只要我们用开放的心态继续向前走,前途一定是光明的。”

  半导体是地地道道的全球化产业,产业链各环节在全球分布犬牙交错,很难隔断,用索喜科技刘珲的话说就是“很难明确区分哪些是美方技术,哪些是中方技术”。美方想要把中国从全球产业链中踢出去也没那么容易。

  笔者曾经问过一个问题,美方对中国的技术封锁,像大明王朝的海禁?还是像《三体》中智子封锁地球科技?有人回答:主观是后者,效果应是前者。

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