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如何解决芯片卡脖子问题?
发布时间:2021-05-08 18:15  文章来源: 华夏基石e洞察   作者:杨胜君   点击:次

文 /   杨胜君,基石资本合伙人

来源:华夏基石e洞察(ID:chnstonewx)

本文根据基石资本创新之道——国家与企业的未来2021中国企业家峰会杨胜君主题演讲整理

由深圳市南山区人民政府和基石资产管理股份有限公司共同主办的“2021中国企业家峰会”于4月23日在深圳成功举行。本次峰会以“创新之道:国家和企业的未来”为主题,围绕创新环境和创新精神,与会嘉宾进行了精彩演讲与深入讨论。峰会上基石资本合伙人杨胜君发表了《半导体产业发展与投资》的主题演讲。基石资本近年来在半导体进行了全产业链投资与布局,基石资本及其控股的上市公司在材料环节投资的企业包括晶瑞微电子和金宏气体,在设备环节投资的企业为微导纳米,在设计环节投资的企业包括韦尔股份、歌尔微电子、格科微、壁仞科技、芯动联科、海栎创、好达电子和中科蓝讯,在制造环节投资的企业为一博科技,在封测环节的投资企业包括通富微电和甬矽电子,在分销环节投资的企业为韦尔股份,聚隆科技公告收购芯片分销龙头企业联合创泰。

大家好!很高兴借此机会和大家分享半导体行业的一些事情和我的思考。

我在半导体行业从业十几年了,转行做投资,也说明以前这不是一个很热门的行业。台积电创始人张忠谋前几天在台湾做了一个演讲,这个是演讲目录。他以前不讲太多历史,但这次他讲了半导体的历史。由此可见,现在的半导体是很热门的行业,不仅在中国热,在美国及全球都引人关注。

我借鉴张忠谋先生的部分研究角度,结合自己的理解和大家做以下分享。

01

半导体的重要性

1.半导体技术是人类现代工业体系的集大成者

首先,讲半导体的重要性要把它放在一个高度。半导体技术有很高的自身标准,按照行业角度,半导体技术是人类现代工业体系的集大成者——即在工业体系里,它是最高的一层。

以上三张图,有两张与飞机有关。相对而言,飞机是现代工业体系里的最高代表。一架波音737的飞机,单价1亿美元;一台GE9X飞机的发动机,单价4000万美元;而另一张是芯片里的一个设备,EUV光刻机,单价1.2亿美元。这意味着在半导体产业环节里,一台设备的价值比一架完整的飞机还要高,由此可见,它是人类现代工业体系的集大成者。

2.半导体是卡脖子战略产业

为什么在中国半导体面临着卡脖子的现状,我用两个数字解释:

(1)1:10:100

1:10:100,这是国际货币基金会里的统计数据,就是1美元的半导体销售产值,可以创造10美元电子信息产业的产值,可以创造100美金的GDP产值。全球半导体产值一年大概是5000亿美金,全球的GDP每年大概是80万亿美金的体量,二者数据基本匹配。全球有相当大体量的经济是由我们芯片驱动的,杠杆效应非常明显。

(2)1%=100%

从半导体产业的构成看,任何一个环节卡脖子,这个半导体链条就断了;从半导体应用看,比如华为的手机设备,只要其中一个核心芯片美国不卖,那就被卡住,整个设备用不起来了。只要某个设备或者产业里有一个环节出现卡脖子现象,整个产业就没了。

3.半导体产业驱动时代的巨轮快速前进

为什么半导体行业有“1:100”的特点?

从全球看,第一款半导体的发明大概是1947年,到现在走过了70多年。

根据上图显示的全球半导体产值的发展情况,半导体产业基本体现了人类过去几十年经历的三个台阶:

第一个台阶,从0到1500亿美金,由PC电脑所带动;

第二个台阶,3000亿美金,由苹果开启的智能移动时代贡献的。经过这两个大的产业和时代的发展,2015到2016年,半导体站上了3000亿美金的体量;到今天,为什么半导体出现了芯片荒?因为一直有新的功能出现,半导体处在快速发展的阶段,收入也快速发展。去年疫情严重期间,半导体作为一个大的产业,在全球属于增速发展,非常难得。

再看下图这条曲线:

全球过去几十年,人均GDP的变化与摩尔定律走势是相似的曲线,是直接相关的。人均GDP跟大家生活息息相关,我们过去几十年生活水平的提高离不开半导体的驱动。

02

为什么会出现芯片荒?

基本上50年就可以算一个时代,芯片发展的最近50年是我们亲身经历过的时代。从最早的数字到网络时代,再到移动时代、智能时代,每个时代都是由半导体驱动发展的。

1.半导体行业的周期性变化在减弱

以前,大家认为半导体行业有很长的周期性,但过去几年我们发现,这个周期性没有了。而且,很多企业家表示,从2017年开始,他们的业务没有受到任何影响,以前是3到5年一个周期的增长,到这几年,不仅周期没有了,还出现了芯片荒。可见,半导体行业出现了新的高速发展周期。

2.芯片荒的驱动因素

这个发展周期有一个核心的驱动因素,就是芯片荒。芯片荒的出现大概有三个因素:

(1)芯片不断赋能新的应用趋势

首先,是应用需求的爆发。2005年之前,全球半导体主要是依靠电脑PC产业驱动,它支撑了全球半导体第一个1500亿规模的供应市场。2007年苹果带来了移动电子时代,到2017年,半导体创新了十年,进入第二个1500亿美金的智能时代。2017年之后,出现了新的行业应用,如数据中心、人工智能、5G、IoT、电动汽车、能源管理、碳中和等。这些是以前没有出现过的,如今叠加在了既有的PC电脑、智能手机的芯片需求之上。需求驱动半导体越来越火,也驱动了芯片荒。

(2)全球地缘政治的变化

除此之外,政治也是产业发展的重大因素,最大的影响是中美之间地缘政治的变化。拜登近期刚举办白宫芯片峰会,把应对中国在全球半导体的发展放在一个很高的高度,在原本需求爆发期间,再遇上全球产业链方面的地缘政治冲突,给芯片荒带来了更大的恐慌。

(3)芯片荒至少持续两年或更久

芯片荒导致原本客户厂商只要3个月就可以完成的订单,现在要一年。像华为这样需求量大的公司,生产芯片的订单需求持续倍增。所以,芯片产能非常紧缺,短期的芯片荒很难解决。

比如,芯片公司台积电如果去年是100亿美金的扩产需求,今年就是300亿美金,那未来可能要花1000亿美金,因为它不想缺口太大。但问题是芯片制造过程需要周期,扩产至少需要两年以上。

再者,欧洲、日本等厂商对扩产积极性不高。因为它们在历史上经历过周期变化带来的巨大灾难,所以,即使市场需求再高,他们也不轻易扩产,这导致很多汽车芯片产能更难发展,因为汽车芯片的大厂商很多是日本、欧洲的。

还有,新兴应用持续井喷式挤兑,意味着新一轮1500亿美元的产业会有更多新的玩家,这些公司看到了需求越来越大,而这个放大才刚刚开始。在这个过程中,会出现大量小公司拿不到产能,可能会倒闭,或者不得不傍大腿。

芯片荒是很严峻的问题,怎么解决呢?比较理想的结局是各国从政治上站在全球的产业链角度解决这个问题,而不是关起门来只干自己的事。

03

半导体产业发展的背景

今天,半导体产业发展为什么有这么重要的位置,它经历过什么变化?

(一)推动半导体产业发展的伟人们

半导体是高科技产业,其理论体系的建立需要很高的技术平台。像晶体管发明人Bardeen、Shockley、Brattain,Intel公司创始人 Robert Noyce、Gordon Moore和台积电创始人张忠谋等,这些卓越的企业家先驱们在产业的卓越努力,是推动人类50年来半导体产业发展的最关键力量,值得我们尊敬。

(二)半导体产业发展的三大因素

回想半个世纪以来,全球半导体发展到今天,为什么普通人都知道芯片荒?是什么推动半导体产业快速发展?

1.理论和技术体系的建立

半导体对现代科学技术的要求非常高,芯片是现代科学和工程技术体系的集大成者。

从晶体管发明以来的70年间,经过数代杰出科学家和工程师的努力,半导体基础理论和技术体系已经完成。但是半导体领域依然需要解决大量的次基础理论和工程技术;

半导体芯片是跨学科最广泛的技术领域,没有一个企业能单独掌握完整产业链。同样,半导体专业的工程师需要学习掌握的知识体系也远远高于其他工程领域,几乎不可能从其他专业背景简单转行,因为技术门槛高,芯片行业有“一将顶一师”之说!

相比起来,光伏、锂电池等产业之于集成电路芯片产业更多是单点技术,理论设计不是那么复杂,制造工艺也更为简单,性能要求也低几个数量级,中国已经完全掌握。

2.工程师和企业家精神

芯片行业过去几十年的进步更多是来自于杰出科学家和工程师的卓越贡献,但是半导体行业又非常缺乏企业家精神,因为行业里大部分是聪明的高智商人才,他们往往孤傲,在专业领域造诣很高,但忽视了管理和销售,导致半导体行业经营得好的公司很少。

芯片行业的杰出科学家和工程师往往把自己的公司带向灾难和没落,最典型的是“晶体管之父”,诺奖得主威廉·肖克利。因为企业家风格的缺失,导致他创立的公司成立不到一年,一起工作的顶级科学家们就选择了自立门户。也正是因为这样,才有了英特尔(Intel)。

今天的企业家精神在哪里?比如,Intel前CEO格罗夫,英伟达企业的创始人黄仁勋,台积电的创始人张忠谋,他们是行业里少有的伟大管理者和杰出企业家。

3.全球性的配套产业链是关键驱动力

半导体行业的核心诉求,是产业需求,是全球产业链的发展。芯片的成功和成熟需要大量的验证和出货,所以全球性的配套产业链是芯片产业发展的关键驱动力。

芯片技术的演进来自日积月累的迭代,而芯片行业的巨大研发费用和资本开支,需要下游产业链长期、持续的利润支持;芯片的跨代发展更是来自于下游应用的强力驱动。

比如,没有PC和互联网就没有Intel,而没有智能手机和移动互联网,也无法成就台积电。苹果发展了移动互联网,对CPU的系统要求很高,而Intel认为这个事情跟它的体系不是一回事,听信了所谓专家的话,导致它错过了这个机会。失去下游强劲增长的Intel,逐渐成为落后于产业发展的“牙膏厂”,如今市值也大幅被台积电和英伟达超越。所以,产业链非常重要。

这个行业太需要发展人才和资金支持。因为建立一个纳米芯片厂至少需要200亿美金,在其他行业根本没法想象。200亿美金意味着可以建很多个电子工厂,但却只能建一个芯片厂。

(三)半导体产业的特点

首先,性能为王。没有性能的跨代式进步就没有新市场的出现,行业高度市场化、全球化,每代产品的领先时间非常有限,企业的长期发展不依赖于交易型资源,而是来自于持续的技术进步。

同时,这个行业人才和资金密集,行业玩家高度集中,头部企业的生产成本更低。为什么很多产业的成本在升,但电子产品的成本在降?因为有摩尔定律的驱动。假设50年前一颗晶体管的成本要1美金,现在可能一千万分之一美金,这是巨大的成本驱动,因为没有成本的快速降低就没有新应用的大规模普及。

还有一个特点,半导体的产业链庞大而复杂,是结合了设备、材料与工艺的一个整体。并不是买到光刻机设备,就一定能把芯片做好,还需要对材料、工艺、工序的理解。所以,并不是一家公司就能驱动的,我们要延续与这个产业的关联,即摩尔定律关联。

工艺、设计和封装技术的进步推动着摩尔定律不断往前发展,但摩尔定律的进步也需要进一步解决功耗和漏电问题。我们所投资的商汤科技已经在做算法演化的摩尔定律,希望这个摩尔定律可以持续,并驱动人工智能的快速发展。

(四)未来发展方向

半导体行业发展到今天,还有很大的空间,比如工艺节点,先进的工艺技术演进等。如今,Intel不断抢道,台积电依然在快速演进。对于Intel公司,它没有企业压力,理解不了快速迭代,快速演进的需求,在台积电快步追赶的局面下,没有能调整好战略,所以,它逐渐要被行业和市场落下。台积电实现的是弯道超车。

当然,还有很多需求,这些需求推动着芯片的进步和发展,从早期简单的CPU到复杂的GPU。比如,中芯国际的梁孟松和蒋尚义之争,其实并不矛盾,梁孟松先生是做先进工艺,蒋尚义先生做先进封装,而先进工艺和先进封装是相辅相成的。在先进工艺发展已几乎走到极限的情况下,今天的芯片发展,关键要在先进封装这里下功夫。以前一颗晶圆上可能有三百亿个晶体管,如果现在一颗晶圆上需要三千亿个晶体管,怎么办?这就是我们需要做好的事情。

这种快速发展远远没有尽头,因为应用的需求没有得到满足。人类今天的算法还远远不如一只非常弱智的小鸟,我们的算力还需要很大的提高。各种神经计算、量子计算,还有石墨烯材料,都是芯片行业发展需要进步的地方。

04

挑战与机遇

(一)中国半导体行业发展与发达国家之间的差距

1.资金的投入差距

中国半导体产业在全球的位置:根据美国SIA的数据,近30年在芯片全球产业链中的占比,美国大概是50%左右,中国现在大概5%,中国半导体产业只有美国的十分之一,差距还非常大。

再根据美国官方组织统计的美国上市公司数据,从1999年到2019年,美国所有芯片上市公司整体资金总投入将近10000亿美金,这种投入并没有因市场的变化而变化。而中国国家大基金一期二期加起来才3000亿人民币,差了一个数量级。还有一个数据,美国芯片上市公司过去二十年的年均研发投入销售占比是16.4%,而中国芯片上市公司只有8.3%,大概只有美国的一半。

我们不仅绝对数量上有差距,相对数据也在拉大,这是非常关键的地方。我们的追赶还需要很大的投入,道阻且长。

2.时间的紧迫

很多研究数据预测中国芯片什么时候能实现70%的国产化自给率。去年中国的自给率是百分之十几,到底什么时候能达到70%,可能至少需要10-15年时间,到2030、2035年再回头看这个数据会很不一样。所以,这是一个巨大的投资机会。各方势力和业界大佬都在献言献策,讨论中国的芯片到底出现了什么问题?

3.人才的需求

其实,以上这些问题并不复杂,芯片行业的发展,我们有很多优秀的引领者,像英伟达的黄仁勋,台积电的张忠谋等。中国人是适合做芯片的,很多人常说“码农”这个词,其实还有一个词叫“硅工”。中国人适合做迭代的事情,这是我们的强项。

芯片行业也是如此,现在只需要迭代就行,不需要我们在技术领域做太多创新。问题是为什么中国人的强项在芯片行业和互联网领域不一样呢?这与整体的发展和市场需求有关。

4.产业链的支持

(1)国家政策的大力支持

我们看到,中国中央政府主管部门一直在政策层面支持集成电路及配套产业的发展,出台了很多的政策。十几年前,中央政府就出台了01、02、03专项。01专项是“核高基”:核心电子元器件、高端通用芯片及基础软件产品科技重大专项。02专项,是《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》。03专项,是新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项。国家有专项支持政策。

华为首席管理科学家黄卫伟教授《不对称竞争》一书中,讲到中国电信产业政策对国内本土企业的支持,是华为、中兴崛起的重要原因。其实,中国政府在2006年到2010年之间,已经有政策在支持电信产业发展。半导体行业同样也需要国家的支持。

(2)市场在拖后腿

中国发展半导体,到底谁拖了后腿?

市场中的购买者,市场的需求方对我们是很大的约束,许多人往往不给国内芯片这样的机会,所以,我们芯片不好做。虽然中国人适合做迭代,只要给一个机会,就能不断地迭代前进,但问题是,市场不给我们迭代的基础,我们就只能做一些低端的东西,或者从外面买。这是限制中国半导体产业发展很大的一个方面。

有些行业巨头从2017、2018年才开始成立产业基金,投资各种半导体产业、设备。其实,这个时间点我们早就看到了,因为西方国家对中国半导体产业的限制和禁运早就在瓦森纳协议中明确约定,并不是2017年中兴通讯被美国制裁后才突然出现的。

但是,国内产业链企业,尤其是电子行业龙头企业,依然对支持采用国产芯片处于冷落甚至排斥的态度,不相信国内的技术,这才是中国芯片产业迟迟不能快速发展更为重要的原因!

所以,中国芯片产业的发展,需要有四个基本因素:一是资金,二是人才,三是时间,四是产业链支持。

(二)中国新一代芯片企业的成长机遇

今天的芯片行业发展也迎来了新的机会,我把它概括为两个方面:

第一,举国体制,包括国产替代,以及科创板与注册制等;

第二,产业升级和新兴产业应用的涌现,如人工智能、5G、IoT、汽车等,大幅扩大了芯片市场。

举国体制遇上新兴的产业应用,就出现了芯片荒。所以,现在的半导体行业有很多投资机会,我们迎来了投资中国芯片的最好时代。

05

理性认识半导体的投资机会

《纽约时报》12月23日撰文分析,中国希望像在玩具、太阳能板等领域那样在芯片领域实现跨越式发展,IC业正在变成中国的一座“金矿”。这个行业特别火,截止到2020年10月初,国内一级市场半导体行业投资案例199个,接近去年全年,投资金额高达700亿,超过去年全年的2倍,去年全年为300亿。

他们认为中国大力发展芯片行业,就像19世纪美国西部的淘金热一样。所以,我们也需要警惕这样狂热的半导体投资,大量的资金涌入可能会带来更多的问题。

从投资角度来看,我们迎来了投资中国芯片的最好时代,但要理性认识半导体领域的投资机会,做到以下四点:

1.  遵从产业发展的市场规律,以市场的原则去应对芯片全球市场化的特点;

2.  尊重硬科技企业发展尤其内在的规律,坚持长期主义;

3.  尊重专业性,谨慎被风口带飞;

4.  各参与方要相互尊重和合作,不要吃独食。

最后,半导体产业是非常典型的硬科技,它有自身的规律。我们必须有板凳要坐十年冷的信心,宽容对待未来的不确定性。

谢谢大家!

(文字整理/编辑 何德丽 张晓倩)

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