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    芯片江湖的叢林法則

    2020-10-23 18:08:16 136

    來源:內容轉載自公眾號「芯論語」

    傳感器|信號調理芯片|集成電路設計|芯片

    摘要:芯片行業是一個集人類智慧之大成,超級燒腦,揮金如土,永遠追求卓越的行業。也是一個滅門許多前輩行業,信奉成王敗寇,永遠創新,激烈競爭,看似走火入魔的一個科技江湖。

     

    集成電路(芯片)應用十分廣泛,它對國民經濟各方面的支撐、輻射和帶動能力很強,同時對國防安全、信息安全和經濟安全十分重要。因此,芯片產業具有經濟性和戰略性雙重屬性。不同于其它行業,芯片行業具有國際化程度高、智力密集、資金密集、人才密集、升級迭代快、產業集中度高、贏者通吃、強者恒強的顯著特點。


    由于進入門檻很高,芯片產業60多年的發展史中,一再強化著“贏者通吃、強者恒強”的行業特征,促使一代代的芯片人以創新為手段,以競爭為目的,不斷追求最快、最好、最強,演繹著一個技術世代快速更替、有喜有悲、英雄輩出的芯片江湖。人在江湖,身不由己地沿著摩爾定律預示的軌跡,從一次創新走向另一次創新,從一個技術世代走向另一個技術世代,永不停歇。

     

    一、芯片江湖的滅門歷史


    跨行滅門,同門競爭;

    順我者昌,逆我者亡。


    芯片技術不斷創新,激烈競爭,使它成為了信息化社會的技術霸主。芯片于1958年誕生,一路走來,淘汰和取代了不少傳統行業和人們使用已久的產品,其中不少產品陪伴我們度過了記憶深刻的美好時光。這些行業包括:1.膠片行業:照相膠卷、電影膠片及相關設備;2.磁記錄行業:磁芯、磁鼓、磁帶(工業磁帶、數據磁帶、影音磁帶)、磁盤(工業磁盤、硬磁盤、軟磁盤)及相關設備;3.光記錄行業:光盤(數據光盤、影音光盤)及相關設備;4.計時行業:計時功能的鐘表、手表;5.CRT顯示行業;6.銀行業:革新了銀行柜臺、淘汰了ATM;7.小商品零售行業等。

    進入本世紀,芯片技術的創新和競爭加快,智能手機的功能越來越強大,促進了電子產品功能集中、整合和優化。小小芯片借助智能手機,消滅了不少功能單一的電子產品和數碼產品。這些可以看作是芯片行業的同門競爭和優勝劣汰。被消滅的產品包括:收錄音機、光碟機、音響、計算器、游戲機、傳呼機、MP3、MP4、PDA、學習機、翻譯機、電子書、上網本、汽車導航儀等。


     

    二、芯片江湖的摩爾定律


    面積縮小,速度變快;

    性能提升,不懈追求。


    芯片技術的創新和競爭,一直沿著摩爾“魔鬼”定律預示的軌跡前進。1965年,Intel創始人之一的戈登.摩爾(Gordon Moore)提出了每隔18~24個月,芯片上晶體管的數量將會翻番的論斷。后來的50多年里, 一代代的Intel CPU的發展歷程印證了這個論斷。因此,行內把這個規律稱為摩爾定律,它揭示了芯片技術創新發展的軌跡。


    芯片上晶體管數量翻倍帶來的好處是,晶體管更小、性能更好、價格更便宜、同樣大的硅片上實現的芯片功能更加強大。所以,芯片行業不斷砸錢,不斷創新和競爭,永遠追求著“面積更小、速度更快、性能更好”的目標。這是一條近乎嚴苛的“魔鬼”式的發展道路。大家都欲罷不能,只能隨勢而行。


    按照摩爾定律,芯片制造工藝已從早期的微米(μm)級,經歷納米(nm)級,發展到今天的深納米級。圖3顯示,經過14nm后,工藝演進曲線變緩,技術迭代難度加大,研發和設備投入更加燒錢。在后摩爾時代,芯片技術發展道路將面臨更多困難和多種方向的選擇,技術創新將是全方位的,包括3D方向、替代基材方向、顛覆性技術方向等。芯片行業即將迎來多種技術競爭、百花齊放的局面。未來五到十年可能是一個行業變局,群雄爭霸的江湖,危局顯身手,亂世出英豪!中國的芯片人應當自強!

     

    3nm工藝節點以后,摩爾定律會失效嗎?行業界有不同觀點,但大家都認為是否失效并不重要。當晶體管面積達到最小極限時,人們可以追求晶體管空間最小化,尋找新型材料和發明新型晶體管結構。重要的是芯片行業根深蒂固的發展基因不會變,它在信息社會和國民經濟中的重要作用不會變,它的創新和競爭的主旋律不會變,大家追求更小、更快、更好,并爭取成為行業龍頭老大的努力永遠不會停止。

     


    三、芯片江湖的叢林法則


    遇新兼并,逢強合作;

    贏者通吃,強者恒強。


    通過不斷的技術創新和激烈的市場競爭,芯片行業的集中度越來越高。圖4中列出了芯片產業鏈中的部分頭部企業,也列出了他們在所屬細分領域中的市占率。雖然芯片行業的競爭是常態,很激烈,但這些公司在細分領域的龍頭地位卻相當穩固。這張表說明了幾個事實,一是重視基礎研究、大強度投入和長期技術積累是這些公司永立潮頭的致勝法寶;二是如果做不到這三條,后來者要“彎道超車”基本是騙人的謊言;三是從公司在產業鏈所處位置看,越偏向產業鏈基礎支撐的領域,越難以進行快速超越。例如材料、設備、EDA等領域,由于準入門檻高,技術積累時間長,龍頭公司的年齡都較長,有些甚至是百年老店。要與他們競爭,超他們的車,幾乎不可能,唯一的途徑是創新。而越靠近后端應用的領域,準入門檻較低、競爭激烈、名次更替加快,龍頭公司的年齡較短。例如芯片封測、芯片設計等領域。所以,強者恒強、強者無敵、嬴者通吃是芯片行業最顯著的特點。



    四、走火入魔的芯片江湖


    巨額投入,不斷研發;

    龍頭老大,永遠追求。


    芯片行業不斷競爭和創新,技術迭代升級越來越快,龍頭老大的目標就是讓后來者無路可走。芯片行業龍頭企業的競爭法寶是大強度資金投入和前沿技術研發。按照行業人士分析,芯片制造工藝發展到28nm時,芯片性能與成本達到了完美平衡。然而,行業龍頭企業為了追求技術和市場的壟斷地位,一味追求更小的尺寸、更高的性能,把成本放在了次要位置。他們認為只要壟斷了市場,芯片上了巨量,就可以攤薄單個芯片的成本。因此,在最近5年左右時間,芯片制造工藝迭代速度加快,從14nm、10nm、7nm、5nm,到2022年可能實現量產3nm工藝。最后的局面是,代工廠投資大幅增加,先進工藝研發費用大幅度提高,能實現先進工藝的代工廠越來越少。在芯片設計方面,圖5以行業人士對特定芯片研發費用的估算,列出了先進工藝下,研發一款特定芯片所需的費用。雖然各種芯片復雜性和面積不同,芯片研發費用會有變化,但這是量的變化。制造工藝變化將引發芯片研發費用質的大幅躍升。未來一款3nm工藝的芯片的研發費用高達6.5億美元(約合45億元人民幣),這不是一般跟隨性企業能負擔得起的。


    這種不斷大強度資金投入,不斷追求技術極致的現象,在芯片行業最為明顯,看似芯片人“走火入魔”,實則反映了芯片行業激烈競爭的狀態。行業龍頭企業不斷大強度的研發投入顯然會吞噬大部分利潤,但是為了坐穩龍頭老大寶座,這也是人在江湖,身不由己的無奈之舉。但帶來的好處是,讓跟隨者的研發投入沒有回收的機會和時間,讓他們難以形成良性發展,讓他們無路可走!




    芯片企業不僅要沿著摩爾定律的軌跡不斷前行,而且要加油快跑,猶如逆水行舟,不進則退。蘋果計劃在2021年推出自研的基于ARM架構的處理器,用于Mac電腦。從而使iPhone、iPad和Mac的處理器平臺統一到ARM架構之下,為今后處理器升級和用戶生態對接鋪平道路。雖然從營收來看,蘋果丟棄Intel處理器對Intel業績影響僅有5%左右,但這一計劃無疑對Intel公司是一個噩夢,預示著Intel將難以繼續引領CPU技術發展潮流而被遺棄,這是一個不詳征兆。過去十多年里,Arm和Intel的角力一直沒有停止。Intel因在移動處理器方面的失算和落后,終將被移動互聯網的大潮所拋棄。

     

    結語:江湖上風吹云起,不因人的意志為轉移。芯片行業具有不斷創新,求新求變,競爭稱霸的內生動力。如果把芯片行業看作一個江湖的話,創新和競爭將是永遠的主題。


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