魏少軍：半導體全球供應鏈走向碎片化，中國需要強化設計工藝協(xié)同！

4月18日，第25屆中國集成電路制造年會(huì )暨供應鏈創(chuàng )新發(fā)展大會(huì )在廣州舉行。中國半導體行協(xié)會(huì )設計分會(huì )理事長(cháng)，中國集成電路創(chuàng )新聯(lián)盟常務(wù)副理事長(cháng)，國家科技重大專(zhuān)項01專(zhuān)項技術(shù)總師魏少軍發(fā)表了以《強化設計工藝協(xié)同，提升供應鏈安全》為主題的演講，介紹了半導體的全球供應鏈誕生、產(chǎn)業(yè)模式變遷、供應鏈碎片化趨勢，并給出了中國如何構建強壯的半導體供應鏈的一些思考。

半導體全球供應鏈的誕生

魏少軍教授首先從移動(dòng)通信標準的演進(jìn)和統一作為切入點(diǎn)，介紹了半導體全球供應鏈的誕生。

早在上世紀90年代，國內就引進(jìn)了國際上的模擬通訊，后來(lái)從模擬轉向數字，出現了GSM、CDMA。到世紀之交時(shí)，轉入了第三代通信技術(shù)。之后通信領(lǐng)域的標準三足鼎立，中國成為了一個(gè)重要的玩家（擁有了自己的TD-SCDMA標準）。但是，移動(dòng)通信領(lǐng)域中不是標準越多越好，而是標準統一最好，否則不可能實(shí)現全球的漫游，因此3G是一個(gè)非常短的過(guò)渡過(guò)程，行業(yè)很快就實(shí)現了統一。到第五代移動(dòng)通信技術(shù)，真正實(shí)現上第一次全球通信的統一，這一趨勢也將延續到第六代。

魏少軍教授說(shuō)到：“有一點(diǎn)我們可以確認，如果移動(dòng)通訊的標準出現碎片化，那就不可能有全球通的移動(dòng)通信，所以想讓大家從一個(gè)全球漫游、全國移動(dòng)的通訊倒退回去，這是逆歷史潮流而動(dòng)?！?nbsp;

隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)標準的演進(jìn)統一，促進(jìn)了產(chǎn)品技術(shù)趨向統一。特別在2000年之后，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)相結合的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)崛起，推動(dòng)著(zhù)全球經(jīng)濟的高速發(fā)展。

標準統一、產(chǎn)品技術(shù)統一促進(jìn)了全球供應鏈和產(chǎn)業(yè)的全球化，而供應鏈的全球化和產(chǎn)業(yè)的全球化也帶來(lái)了全球經(jīng)濟的繁榮。由此也可以看出“標準的統一實(shí)際上是一種規律”。

對于以移動(dòng)通信技術(shù)為代表的電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，離不開(kāi)集成電路。首先，摩爾定律作為規律，幾十年來(lái)一直是行業(yè)的指引，而過(guò)去四十年有很多產(chǎn)品實(shí)體消失了，但“芯片+軟件”實(shí)現了眾多應用。魏少軍表示：“半導體芯片能夠參與競爭的任何其他技術(shù)最終都不可避免將成為失敗者”。

比如，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程中，出現了像Arm處理器+安卓系統或者Arm處理器+iOS系統之類(lèi)的產(chǎn)品技術(shù)的統一；此外，個(gè)人電腦方面，由于英特爾的CPU占有主導地位，加上微軟的Windows操作系統，也同樣形成了統一。

從整個(gè)半導體產(chǎn)業(yè)來(lái)看，目前美國、歐洲、日本、韓國、中國大陸和中國臺灣是全球半導體產(chǎn)業(yè)的聚集地，占據了全球95%的產(chǎn)能、近乎100%的產(chǎn)品和98%的市場(chǎng)。同時(shí)，美國、歐洲、日本和韓國也是半導體制造設備和材料的主要生產(chǎn)地，也是全球半導體供應鏈上的關(guān)鍵角色。半導體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)實(shí)現了徹底的全球化，這不僅體現在生產(chǎn)上，更體現在貿易上。

比如在美國設計的一顆芯片可以在中國臺灣加工，然后到馬來(lái)西亞去封裝，韓國、日本、歐洲的一些元器件送到中國，然后中國大陸組裝成iPhone送到全世界。

也就是說(shuō)，產(chǎn)業(yè)和供應鏈的全球化是依托于移動(dòng)通信的發(fā)展而產(chǎn)生的。所以如果破壞了已經(jīng)形成的全球產(chǎn)業(yè)鏈和供應鏈的全球化，受到最大影響的將是通信行業(yè)。當然，并不是為了建立全球供應鏈而建立供應鏈，最重要的還是要帶來(lái)市場(chǎng)的繁榮，帶來(lái)人民生活水平的提升。供應鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的全球化也確實(shí)促進(jìn)了全球市場(chǎng)的繁榮。

魏少軍教授表示，影響全球供應鏈的因素包括成本、交期、能力、技術(shù)、標準、市場(chǎng)、經(jīng)濟、文化、社會(huì )、政治等，但這些都是外因。全球供應鏈形成的最重要原因的是，它能夠實(shí)現利潤的最大化。如果不能實(shí)現利潤的最大化，任何一個(gè)好的模式都不會(huì )被人接受。追求利潤最大化是企業(yè)的天性，在追求利潤的大前提下，全球供應鏈可以實(shí)現利潤的最大化，這并且不只是一個(gè)環(huán)節，而是全球供應鏈各個(gè)環(huán)節的利潤最大化，這就是供應鏈的全球化具有強大生命力的根本原因。

魏少軍認為，在產(chǎn)業(yè)鏈全球化過(guò)程中，政府的支持和市場(chǎng)的驅動(dòng)是非常重要的兩個(gè)因素，但是根本上還是產(chǎn)業(yè)的一種自發(fā)行為，需要漫長(cháng)和艱難的過(guò)程。

半導體分工是產(chǎn)業(yè)進(jìn)步

從半導體產(chǎn)業(yè)本身來(lái)看，過(guò)去三十多年來(lái)，半導體產(chǎn)業(yè)模式也在不斷演進(jìn)。從最開(kāi)始的IDM模式，逐步演進(jìn)到Fabless＋Foundry的模式，再到Fabless＋Foundry Service模式?，F在，設計工具、制造、封裝、測試都獨立出現，可以看到IP和設計服務(wù)也成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈當中的一部分，這個(gè)發(fā)展過(guò)程也是符合客觀(guān)規律。

亞當斯密在《國富論》的開(kāi)篇就指出，勞動(dòng)生產(chǎn)力上最大的進(jìn)步就是產(chǎn)生了分工，假如沒(méi)有分工，那么生產(chǎn)力就會(huì )停滯不前。所以分工代表了一種產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，盡管今天IDM仍然是主流，但是分工而言，它是非常重要的一種產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的手段。

半導體產(chǎn)業(yè)模式不斷細分的一個(gè)非常重要原因，是有一個(gè)好的產(chǎn)業(yè)全球化的環(huán)境。從芯片設計產(chǎn)業(yè)來(lái)看，這種分工細化帶來(lái)的重大影響就是，設計和制造之間的關(guān)系被大大弱化。這使得芯片設計工程師在工作當中可以集中精力于設計，芯片制造工程師可以集中精力于制造，雙方都不用關(guān)心對方負責的工作。這是由于產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間是可以無(wú)縫銜接的，可以直接利用上下游的資源。

如果全球半導體供應鏈被割裂，那么這個(gè)循環(huán)是不成立的。魏少軍表示：“非常不幸，我們現在碰到的就是這個(gè)問(wèn)題，我們看到的半導體全球供應鏈正在經(jīng)歷一個(gè)大變局?！?/p>

中國需要構建強壯的半導體供應鏈

自2019年中美貿易戰爆發(fā)以來(lái)，美國持續將半導體技術(shù)作為打壓中國科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要“武器”，不斷加碼對于中國半導體產(chǎn)業(yè)的制裁，并不斷拉攏荷蘭、日本、韓國等半導體強國，試圖將中國排除出原有全球半導體供應鏈體系，進(jìn)而打造出一個(gè)全新的以美國為主導的半導體供應鏈體系。

在此次的會(huì )議上，魏少軍教授也表示：目前違背客觀(guān)規律的事情正在發(fā)生，現在半導體全球產(chǎn)業(yè)鏈正在遭到破壞。某些國家對中國企業(yè)的打壓，部分是由于他們去工業(yè)化造成的內部空心化狀態(tài)現在要調整。這部分國家想把中國排除在全球半導體供應鏈之外，無(wú)論是四方聯(lián)盟還是三國達成的某些協(xié)議，都是是違背全球供應鏈發(fā)展規律的。

這個(gè)做法實(shí)際上已經(jīng)造成了很大的影響，即便是美國的盟國中也有一些國家擔心自己被孤立化、被邊緣化。這意味著(zhù)好不容易建立起的全球供應鏈，很可能面臨著(zhù)走向碎片化的現象。

面對半導體全球供應鏈走向碎片化的這種情況，魏少軍教授表示，中國需要在努力維護現行半導體全球供應鏈完整性的同時(shí)，構建一個(gè)強壯的半導體本地供應鏈，這已經(jīng)是刻不容緩了。除了裝備、材料的本地化外，強化設計與工藝的協(xié)同是提升供應鏈安全的重要任務(wù)?！?/p>

一方面，要堅信中國已經(jīng)走在了自立自強的正確道路上。中國作為世界工廠(chǎng)、全球最大市場(chǎng)之一的地位短期不會(huì )改變（據預測，到2025年中國大陸半導體芯片市場(chǎng)規模將達到2230億美元）。而且，中國作為全球最大的市場(chǎng)之一，也幫助中國成為了世界工廠(chǎng)。

另一方面，也要意識到中國在高性能芯片制造方面面臨的嚴峻挑戰。國內最先進(jìn)制造工藝為14nm，距離國際最先進(jìn)制造工藝3nm之間差距約10倍。目前的半導體制造工藝的發(fā)展已經(jīng)是非常成熟，摩爾定律的推進(jìn)也越來(lái)越困難，實(shí)現更先進(jìn)的工藝也越來(lái)越困難。因此，一個(gè)重要的課題是，國內需要尋找一種不依賴(lài)于最先進(jìn)工藝的，而且能開(kāi)發(fā)出更好的高性能芯片的設計方法。

魏少軍教授指出：“（這個(gè)問(wèn)題）我們設計領(lǐng)域反復強調，但是沒(méi)有引起大家的重視。誰(shuí)能用不那么先進(jìn)的工藝做出先進(jìn)的集成電路，那是高手；都用最先進(jìn)的集成電路工藝來(lái)做一個(gè)先進(jìn)的芯片，那不是高手?！?/p>

現在，芯片設計工程師要補工藝的課，需要強化設計工藝協(xié)同。過(guò)去二十年，中國集成電路設計業(yè)雖然已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，已經(jīng)成長(cháng)為全球集成電路產(chǎn)業(yè)的重要力量，但還存在一些明顯的短板，包括：產(chǎn)品定義能力不強；創(chuàng )新不足，尚未擺脫跟隨和模仿；產(chǎn)品進(jìn)步主要是依靠工藝技術(shù)進(jìn)步和EDA工具進(jìn)步；主要采用FOT流程，而不是COT流程，設計公司廣泛依賴(lài)代工廠(chǎng)提供的PDK，沒(méi)有能力開(kāi)發(fā)自己的PDK等問(wèn)題。雖然這些短板在全球化的大背景下，并不構成太大的挑戰。但在半導體全球供應鏈被破壞，出現碎片化的時(shí)候，它們會(huì )就成為致命的挑戰。

魏少軍教授表示，國內半導體產(chǎn)業(yè)需要打造“以產(chǎn)品為中心”的芯片制造新業(yè)態(tài)。

過(guò)去以“生產(chǎn)為中心”的理念，是充分利用自身的能力服務(wù)好客戶(hù)，在自身條件允許的前提下，盡最大努力滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。過(guò)去芯片制造廠(chǎng)與設計公司之間的關(guān)系是單純的商業(yè)委托，通常收獲的也是采用FOT方式設計產(chǎn)品的客戶(hù)。

而以“產(chǎn)品為中心”的理念，則是將芯片制造廠(chǎng)的能力和客戶(hù)的能力有機結合到一起，通過(guò)雙方的努力圍繞客戶(hù)產(chǎn)品發(fā)力，從而讓客戶(hù)滿(mǎn)意。芯片制造廠(chǎng)與設計企業(yè)之間的關(guān)系將是“相互合作模式”，通常將收獲的是采用COT方式設計產(chǎn)品的客戶(hù)。目前，國內大多是以“生產(chǎn)為中心”的模式，要轉換向以“產(chǎn)品為中心”的模式。

魏少軍教授表示，“信息技術(shù)的發(fā)展，驅動(dòng)了全球GDP增長(cháng)，集成電路則是賦能信息技術(shù)。信息技術(shù)的發(fā)展，催生了半導體全球產(chǎn)業(yè)鏈。半導體產(chǎn)業(yè)鏈的全球化也推動(dòng)了半導體產(chǎn)業(yè)模式的變遷，一方面強化了各個(gè)環(huán)節的分工合作，但另外一方面也使得設計和工藝之間的聯(lián)系逐漸弱化?！?/p>

中國需要“守正出奇”

除了構建強壯的半導體供應鏈之外，魏少軍教授認為，中國集成電路的發(fā)展還需守正出奇。“守正才能出奇，人間正道是滄桑，要遵循產(chǎn)業(yè)的規律，出奇就要出奇兵，要有創(chuàng )新。 ”

魏少軍教授進(jìn)一步指出，還有一個(gè)奇招，就是軟件定義芯片；然后是異質(zhì)整合的芯片堆疊集成技術(shù)，把邏輯電路的晶圓和存儲器的晶圓面對面鍵合在一起，通過(guò)三維的混合鍵合形成一體。在追求超級計算的過(guò)程中，人類(lèi)已經(jīng)突破了10的18次方的計算，下一個(gè)目標就10的21次方的計算。計算需要更好的芯片，國內現在最先進(jìn)的制造工藝可能也就是14nm，14nm和先進(jìn)的3nm之間的可能距離還很大。中國又受到制約的背景下，把軟件定義芯片的技術(shù)和進(jìn)程計算的這兩個(gè)技術(shù)結合起來(lái)也許會(huì )有新的奇效，實(shí)現所謂叫軟件定義的進(jìn)程計算芯片技術(shù)，也許會(huì )有令人非常驚喜的結果。

魏少軍表示，從技術(shù)、生產(chǎn)力、產(chǎn)業(yè)鏈到產(chǎn)業(yè)模式，中國一直在做產(chǎn)業(yè)的升級。技術(shù)從低到高、從勞動(dòng)密集型轉向智力密集型轉變，生產(chǎn)力和產(chǎn)業(yè)鏈都往高端走，而西方國家在做產(chǎn)業(yè)重建，與中國完全相反。

作為對比，魏少軍指出，歐美目前產(chǎn)品都是空心化的狀態(tài)，而印度有潛力但發(fā)展還沒(méi)有達到實(shí)現目標的水平。因此在短期內，也許十年、二十年、五十年，世界還是要看中國怎怎么發(fā)展。魏少軍分析了中國現在的產(chǎn)業(yè)，從沿海地區向中部地區、西部地區逐漸遷移，留下了廣大的戰略空間。所以違背世界發(fā)展的規律、經(jīng)濟發(fā)展規律，不斷地來(lái)打壓中國，是不合適的。他最后表示，對中國來(lái)講，受到打壓也是客觀(guān)現象，所以中國半導體需要做的，就是守正，然后出奇。