半導體，中國的芯片設計產(chǎn)業(yè)需要怎樣突破？

　　長(cháng)江存儲現在研發(fā)進(jìn)度如何?根據長(cháng)江存儲 CEO 楊士寧介紹，其 32 層 3D NAND 芯片順利實(shí)現了工藝器件和電路設計的整套技術(shù)驗證，通過(guò)電學(xué)特性等各項指標測試，達到預期要求，2017年底將提供樣片，繼續向64 層 3D NAND 發(fā)展，樂(lè )觀(guān)估計2019年量產(chǎn)。

　　目前韓國三星已經(jīng)在2017年量產(chǎn)64層 NAND，可以看出中國和韓國的技術(shù)差距在2年，2年看似很短，其實(shí)在競爭激烈瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)，已經(jīng)是極大的差距了?？鬼n將是長(cháng)期的進(jìn)程。

　　但是，大家也不要覺(jué)得韓國半導體不可戰勝，事實(shí)上，韓國人在半導體領(lǐng)域表現強勢的也就是NAND FLASH和DARM存儲器領(lǐng)域，以三星為首的韓國公司早在上個(gè)世紀九十年代就開(kāi)始了存儲器的研發(fā)，早了我們二十年，我們要想超過(guò)他們，當然必須付出時(shí)間的代價(jià)，這個(gè)時(shí)間不是三五年，能夠十年追上就已經(jīng)非常了不起。

　　另外，韓國雖然存儲器強大，但在存儲器以外的其他領(lǐng)域，除了三星手機自產(chǎn)處理器和基帶芯片外。由于都不是大集團研發(fā)，韓國的芯片設計產(chǎn)業(yè)在中國的沖擊下衰退非常嚴重。

　　以2017年上半年為例，根據韓國媒體Business Korea的報道，在韓國上市的韓國前15大IC設計公司中，有10家上半年營(yíng)業(yè)利潤出現下降，50%的企業(yè)出現虧損，營(yíng)收和利潤都增長(cháng)的只有兩家。

　　原因就是中國沖擊，例如液晶面板上面的驅動(dòng)芯片，例如手機和平板電腦上的觸控芯片，以及攝像頭等用的中低端圖像傳感器。

　　我在上一篇文章寫(xiě)過(guò)，全球顯示面板向OLED轉移的趨勢已經(jīng)不可逆，我國有一家做OLED驅動(dòng)芯片的公司就在高速增長(cháng)，那就是中穎電子，2017年上半年，中穎電子公司實(shí)現營(yíng)業(yè)收入3.12億元，同比增長(cháng)30.65%;凈利潤為6208.01萬(wàn)元，同比增長(cháng)61.8212%;每股收益為0.30元。

　　因此，全球目前只有中國的瘋狂的投入存儲器的研發(fā)和制造，韓國人在存儲器領(lǐng)域未來(lái)被顛覆，只有可能是被中國，確切的說(shuō)的是長(cháng)江存儲公司。

　　未來(lái)的希望：寒武紀

　　為什么要特別提一下寒武紀，人工智能是人類(lèi)所有產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大勢所趨，在這個(gè)領(lǐng)域，專(zhuān)用芯片將會(huì )成為未來(lái)的主流。幾乎所有的ICT科技公司，不管是國內的百度，阿里，騰訊，華為，還是美國的谷歌，facebook，亞馬遜，微軟，都在朝人工智能方向發(fā)展

　　2017年8月，由中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所(中科院計算所)陳云霽、陳天石兩兄弟創(chuàng )立的寒武紀科技(CambriconTechnologies)宣布完成阿里巴巴領(lǐng)投的1億美元A輪融資，此輪融資令寒武紀估值達到10億美元。這也是中國第一家集成電路產(chǎn)業(yè)的獨角獸公司(估值超過(guò)10億美元)，這可以算作一個(gè)里程碑。

　　值得一提的是，寒武紀團隊成員的平均年齡只有25歲，很多骨干成員在校期間已開(kāi)始從事相關(guān)領(lǐng)域的工作。創(chuàng )始人陳云霽和陳天石是兄弟倆，都是學(xué)霸。

　　陳云霽14歲進(jìn)入中科大少年班，在創(chuàng )立寒武紀前，陳云霽在大學(xué)的最后一年，就參與了中國第一塊通用CPU芯片龍芯1號的研制項目，2002年，陳云霽來(lái)到了中科院計算所，跟隨現在的龍芯公司董事長(cháng)胡偉武研究員碩博連讀，成為當時(shí)龍芯研發(fā)團隊中最年輕的成員。博士畢業(yè)后，他留在了計算所。25歲時(shí)，陳云霽就已經(jīng)成為8核龍芯3號的主架構師。

　　他在2015年入選《麻省理工科技評論》35歲以下的全球最佳35名創(chuàng )新人士。

　　非常有意思，寒武紀推出的人工智能芯片型號名字叫DianNao，也即是中文電腦的拼音，目前DianNao已衍生出1A、1H等多個(gè)型號。DianNao這個(gè)型號名字來(lái)自寒武紀研發(fā)團隊里一位法國人，這個(gè)法國人叫OlivierTemam，來(lái)自法國國家信息與自動(dòng)化研究所(Inria)，他建議說(shuō)，與其取一個(gè)平淡的英文名字，還不如反其道而行用中文的拼音來(lái)命名，這樣對外國人來(lái)說(shuō)是“外語(yǔ)”，他們反而會(huì )覺(jué)得十分“洋氣”。

　　最值得一提的是，DianNao芯片不僅是寒武紀的自主架構，而且是寒武紀自主開(kāi)發(fā)的指令集，名字也很有意思，叫DianNaoYu(電腦語(yǔ))， 這是世界首個(gè)深度學(xué)習指令集，DianNaoYu指令集的論文在2016年的計算機體系結構領(lǐng)域頂級國際會(huì )議ISCA2016(International Symposium on Computer Architecture)所接收，其評分排名所有近300篇投稿的第一名。具有突破性的意義。之前中國自主研發(fā)的龍芯芯片，也是使用的MIPS指令集免費授權的形式，雖然可以自主修改，也不會(huì )被限制，但是使用指令集還是來(lái)自國外。

　　用中科院計算所的話(huà)來(lái)說(shuō)意義是這樣的“指令集是計算機軟硬件生態(tài)體系的核心。Intel和ARM正是通過(guò)其指令集控制了PC和嵌入式生態(tài)體系。寒武紀在深度學(xué)習處理器指令集上的開(kāi)創(chuàng )性進(jìn)展，為我國占據智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)的領(lǐng)導性地位提供了技術(shù)支撐?！?/p>

　　寒武紀人工智能芯片和傳統的通用處理器如何比較?寒武紀是人工智能的專(zhuān)用芯片。請注意專(zhuān)用兩個(gè)字，因此寒武紀的芯片和通用處理器并非替代關(guān)系。

　　由于CPU和GPU基本框架結構都不是為人工智能設計，如果要用通用處理器搭建一個(gè)人腦規模突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，可能需要建一個(gè)電站來(lái)給它供電。AlphaGo下一盤(pán)棋動(dòng)用了1000個(gè)CPU和200個(gè)GPU，每分鐘的電費就高達300美元，而網(wǎng)絡(luò )規模只有人腦的千分之一?！?/p>

　　寒武紀AI芯片恰恰解決了這一問(wèn)題——它能在計算機中模擬神經(jīng)元和突觸的計算，對信息進(jìn)行智能處理，還通過(guò)設計專(zhuān)門(mén)存儲結構和指令集，每秒可以處理160億個(gè)神經(jīng)元和超過(guò)2萬(wàn)億個(gè)突觸，功耗卻只有原來(lái)的十分之一，未來(lái)甚至有希望把整個(gè)AlphaGo的系統都裝進(jìn)手機。

　　其他的FPGA方案雖然迭代快，但從計算速度和能耗比來(lái)說(shuō)，和專(zhuān)用的人工智能芯片相比仍然有差距。因此除了寒武紀以外，其他國外公司也在跟蹤寒武紀的研究成果，比如谷歌的TPU

　　寒武紀的AI芯片在兩個(gè)大型產(chǎn)業(yè)都可以有廣泛的應用，一個(gè)是云端，一個(gè)是終端。在目前云計算蓬勃發(fā)展的情況下，云端服務(wù)器面臨更大的大數據計算壓力，AI芯片逐漸必不可少。另外終端的智能化程度和計算要求不斷提升，也需要使用AI芯片。

　　2017年9月2日，華為在德國IFA展上發(fā)布麒麟970處理器，首先用于華為Mate 10智能手機上，雖然沒(méi)有公開(kāi)宣布，但其背后的AI芯片就是來(lái)自寒武紀，麒麟970整合的人工智能芯片，華為稱(chēng)之為NPU(NeuralProcessingUnit，神經(jīng)處理單元)

　　搭上了華為這條大船，寒武紀的銷(xiāo)售額將會(huì )迅速增加，目前猜測，華為和寒武紀采取的是IP授權的形式，寒武紀作為全球第一家人工智能芯片獨角獸公司，也是全球第一家大規模量產(chǎn)人工智能芯片的公司，同時(shí)芯片架構和指令集完全自主，在未來(lái)大有可為。

　　我現在就盼著(zhù)寒武紀什么時(shí)候上市了，人工智能會(huì )是有一個(gè)超級產(chǎn)業(yè)，理論上所有的硬件都會(huì )需要實(shí)現人工智能深度學(xué)習功能。

　　半導體行業(yè)，美國超級強勢，韓國在存儲領(lǐng)域優(yōu)勢大，

　　歐洲有三家一流的半導體公司，NXP,英飛凌和意法半導體，其中NXP在和高通談并購，如果高通并購NXP并購成功，那么歐洲只剩下兩家了。

　　日本有三家一流半導體公司，瑞薩電子，索尼的CMOS圖像芯片和東芝半導體。這其中索尼的CMOS圖像處理芯片是近年來(lái)日本公司幾乎僅有的實(shí)現大逆轉的產(chǎn)業(yè)，索尼憑借圖像處理芯片大大提升了市場(chǎng)份額，獲得了大量利潤。東芝在尋求出售，等東芝出售成功，那么日本也只剩2家半導體公司。

　　我們可以看到，美國超級強勢，中國，韓國都在上升，歐洲和日本在小幅衰退，

　　除此之外，另外一個(gè)衰退比較嚴重的是臺灣了，臺灣半導體協(xié)會(huì )預估2017年臺灣半導體產(chǎn)業(yè)整體產(chǎn)值較2016年小幅成長(cháng)1%，而2017年全球半導體市場(chǎng)規模將較2016年成長(cháng)9.8%，也就是臺灣“生命線(xiàn)”半導體產(chǎn)業(yè)世界份額在不斷下降。

　　以整個(gè)半導體產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比較，2017年上半年臺灣為新臺幣11440億元，大陸約新臺幣9900億元，臺灣半導體產(chǎn)業(yè)險勝，但大陸在整個(gè)半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度明顯超過(guò)臺灣，

　　根據中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )統計，2017年1-6月中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售額為2201.3億元，同比增長(cháng)19.1%，而臺灣呢，以2017年第二季度為例子，是衰退4.8%。

　　半導體的設計，制造，封測三大部分，設計和封測大陸均已經(jīng)超越臺灣，臺灣在IC產(chǎn)業(yè)唯一有優(yōu)勢的還是制造業(yè)，臺灣GDP 2016年大約為5600億美元左右，而臺積電的半導體制造一年貢獻100億美元凈利潤，另外提供數萬(wàn)個(gè)年薪40萬(wàn)人民幣的崗位，以及大量稅收，以臺積電為首的半導體制造業(yè)不愧是臺灣經(jīng)濟的基石。臺灣有三家半導體公司進(jìn)入全球20強，和日本，歐洲并列都是3家。其中2家是制造(臺積電，臺聯(lián)電)，1家是設計(聯(lián)發(fā)科) 2017年上半臺灣IC設計的產(chǎn)值為新臺幣2904億元、大陸為新臺幣3735億元，大陸已經(jīng)在IC設計產(chǎn)業(yè)追過(guò)臺灣;

　　IC制造業(yè)領(lǐng)域則是臺灣半導體的大本營(yíng)，比較2017年上半兩岸的情況，臺灣IC制造的產(chǎn)值為新臺幣6268億元、大陸產(chǎn)值為臺幣2570億元，臺灣守住優(yōu)勢， 在IC封裝和IC測試方面，2017年上半年臺灣的IC

　　IC制造業(yè)領(lǐng)域則是臺灣半導體的大本營(yíng)，比較2017年上半兩岸的情況，臺灣IC制造的產(chǎn)值為新臺幣6268億元、大陸產(chǎn)值為臺幣2570億元，臺灣守住優(yōu)勢， 在IC封裝和IC測試方面，2017年上半年臺灣的IC封測產(chǎn)值為新臺幣2268億元，大陸產(chǎn)值為新臺幣3600億元，這部分大陸也已經(jīng)超越臺灣。

　　從以前的仰望，到現在超過(guò)臺灣，并且在追趕日本，韓國和歐洲的路上，中國半導體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步有目共睹。2017年上半年，中國大陸芯片設計業(yè)同比增長(cháng)21.1%，銷(xiāo)售額為830.1億元，繼續保持世界最快增長(cháng)速度。

　　對中國的芯片發(fā)展要抱有信心，未來(lái)海思，紫光，寒武紀三大勢力將成為中國芯片產(chǎn)業(yè)的主力軍，寒武紀雖然現在銷(xiāo)售額不多，也還沒(méi)有開(kāi)始盈利，但是這家公司必將崛起成為一方諸侯。

　　寒武紀需要解決的是商業(yè)經(jīng)驗問(wèn)題，創(chuàng )始人是中科院搞技術(shù)出身，在商業(yè)市場(chǎng)搏殺，需要有商業(yè)經(jīng)驗積累和助陣，這是寒武紀需要解決的問(wèn)題。

　　在三巨頭以外，很多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的中國芯片供應商也會(huì )崛起，例如提供顯示面板驅動(dòng)芯片的中穎電子，提供指紋識別芯片的匯頂科技等等。

　　另外呢，在國有企業(yè)大軍里面(不要鄙視國企，紫光也是國企)，也會(huì )有很多像大唐微電子，華大這樣的芯片公司來(lái)保證國家安全，比如下面這則2017年9月16日的新聞，華大發(fā)布的北斗導航定位芯片。北斗產(chǎn)業(yè)以后會(huì )是一個(gè)大型產(chǎn)業(yè)。

　　再比如應用于超級計算機的申威芯片等等。實(shí)事求是的說(shuō)，這里面大多數企業(yè)商業(yè)上不會(huì )很成功，例如像大唐這樣的國企，主要做各種金融和社保的芯片，雖然公司一直虧損，國家也得養著(zhù)。當然北斗芯片可能是個(gè)例外，因為北斗未來(lái)會(huì )成為一個(gè)大產(chǎn)業(yè)。

　　還有像中國電子科技集團下面的中科芯公司，這家公司2008年在無(wú)錫成立，我們最近天上在對接的天舟一號飛船的電子控制防輻射芯片，就是來(lái)自中科芯公司，這也是為了保證自主化和國家安全，但是航天飛行器在產(chǎn)業(yè)規模上注定不會(huì )像海思，紫光，寒武紀的市場(chǎng)那么大。

　　另外網(wǎng)友比較關(guān)注的我國超級計算機上用的國產(chǎn)芯片，例如全球速度最快的神威太湖之光超級計算機，芯片就是國產(chǎn)化的申威，指令集和架構都是在美國DEC公司的Alpha架構下擴展而來(lái)，但是這款芯片只適用于超算領(lǐng)域，在民用市場(chǎng)由于生態(tài)問(wèn)題和性能問(wèn)題，不會(huì )有競爭力。因此也是小眾芯片。

　　另外就是龍芯了，胡偉武博士是個(gè)堅持自主研發(fā)的人，他也培養出了寒武紀創(chuàng )始人陳云霽，培養出了一批自主研發(fā)芯片的人才，我覺(jué)得這才是龍芯的最大貢獻。至于在商業(yè)化上面，龍芯幾乎沒(méi)有什么希望，建立生態(tài)必須要有強大的商業(yè)實(shí)力和地位，目前龍芯芯片只能在一些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，例如北斗衛星上用的防輻射芯片，或者一些專(zhuān)用領(lǐng)域比如服務(wù)器，工控，嵌入式控制等等。龍芯能在這些領(lǐng)域占據較大市場(chǎng)份額，就是一種成功了。

　　龍芯2015年銷(xiāo)售首次過(guò)億元人民幣，是一家非常弱小的公司，2016年相信銷(xiāo)售額也是1億元多點(diǎn)的規模，而2016年中國銷(xiāo)售額過(guò)1億人民幣的芯片設計公司有160家，龍芯在里面毫不起眼。 胡偉武是個(gè)技術(shù)人才，龍芯現在的待遇，以及類(lèi)似科研院所和國企的運行體制，也暫時(shí)無(wú)法獲得優(yōu)秀的高端商業(yè)人才。龍芯在未來(lái)十年能夠做到10億人民幣，20億人民幣就很不錯了。即使到2027年能做到100億人民幣的規模，10年增長(cháng)100倍，到那個(gè)時(shí)候龍芯也進(jìn)不了中國芯片的第一集團。

　　中國芯片產(chǎn)業(yè)的未來(lái)必須要走商業(yè)化可盈利的路，從這條路來(lái)看，只有以海思，紫光，寒武紀為首的國產(chǎn)芯片公司，以及華大，大唐，士蘭微，匯頂科技等第二梯隊，以及未來(lái)可能成長(cháng)起來(lái)的第三梯隊才是中國芯片設計產(chǎn)業(yè)的未來(lái)。

　　而芯片設計這個(gè)產(chǎn)業(yè)，從中國，美國，歐洲，韓國，日本，中國臺灣六強的發(fā)展趨勢來(lái)看，中國保持現狀20%的發(fā)展速度，每四年翻一倍，到2025年將是現在的4倍，是未來(lái)美國最大的挑戰者，韓國依靠對存儲芯片的高強度投資，將保持世界列強地位。中國紫光的存儲芯片2019年才能夠量產(chǎn)64層的NAND Flash，那個(gè)時(shí)候距離三星和海力士還是有技術(shù)差距，所以短期內韓國存儲芯片產(chǎn)業(yè)是打不垮的。DRAM目前還不知道什么時(shí)候能量產(chǎn)。

　　而歐洲，日本，中國臺灣，由于其下游消費電子品牌的衰落，不可避免會(huì )影響到上游芯片的產(chǎn)值，這其中最危險的是臺灣，因為歐洲和日本還有蓬勃發(fā)展的汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)，消費電子這邊衰落了，還可以從汽車(chē)那邊來(lái)彌補。例如日本，雖然東芝在衰落，但是瑞薩電子的汽車(chē)業(yè)務(wù)發(fā)展就挺好。

　　臺灣就比較危險了，芯片設計業(yè)不斷下滑是大趨勢，因為消費電子品牌不斷往中國大陸集中，而大陸的自產(chǎn)芯片占有率在不斷提高，而臺灣又沒(méi)有汽車(chē)品牌產(chǎn)業(yè)來(lái)彌補損失，設計業(yè)下去了，保住臺積電的制造業(yè)是臺灣面臨的首要問(wèn)題，從這個(gè)意義上來(lái)講，發(fā)展中芯國際抵消臺積電的發(fā)展，就是促進(jìn)兩岸統一

　　在后面的文章，我們聊聊芯片制造業(yè)和封測，半導體制造以及上游的設備是中國最大的短板。