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集成电路一阵腥风血雨,行业开创者、DRAM存储器三元老——英特尔、德州仪器、IBM分别在1986年、1998年和1999年退出该领域。其中,由于德州仪器关闭DRAM业务,49岁张汝京提前退休,接任台湾世大半导体总经理。

旧制度已经被打碎,新制度还未被建立,继三星的翻江倒海之后,行业即将迎来下一位重塑者。更早之前,中国台湾成立电子研究所,政府出资从美国RCA购买技术,并无偿转让给新成立的联华电子公司(UMC)和台湾积体电路公司(台积电,TSMC)。台湾“科技教父”李国鼎几番赴美,曾经一个月在硅谷拜访2000多名华裔科学家和工程师,其中最大的成绩是把54岁的张忠谋请回了台湾。此前,在三星那场著名的世纪豪赌中,李秉哲就在自己的金元战队中为张忠谋留了一个关键位置,但是几番盛邀都没有成功。

不久,张忠谋在台湾当局的支持下接手台积电,近30年德州仪器生涯,曾经的麻省理工落榜少年已经是半导体行业华人第一人,用他上任伊始的话来说,自己早已“独上高楼,望尽天涯路”。

好一个“望尽天涯路”。在我们总结的半导体行业四大精髓之中,“引进先进技术”最容易模仿,而“抓住领军人才”最可遇不可求。

海峡两岸半导体渊源颇深,成立之初的台积电并无过人之处。其大股东是荷兰名企飞利浦。当时飞利浦刚步入全盛,在其亚洲战略中,布局了两家合资半导体公司。除了台湾的台积电,同一时间飞利浦和上海无线电七厂合资的上海飞利浦半导体,也就是后来的上海先进。上海先进的英文简称是ASMC和台积电TSMC如此相近,原因也在此处。

如果说谢希德和张忠谋命运迥异,是基于人生选择——一者献身新中国教育,历经磨难,当属开山大师;一者投身最前沿实业,奇遇不断,终成教父。可是,同宗同源的台积电和上海先进,却也有大相径庭的发展轨迹,真是令人感叹:千军易得一将难求。

张忠谋为台积电设计的道路叫做:专注代工。

“代工”二字,初看之下毫无亮点,细品之后low感十足。它也可以创造奇迹吗?

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经过市场激励和国家工程的轮番攻坚之后,我国集成电路产量和销售额占世界份额仅仅0.3%左右,不仅低到忽略不计,而且生产水平上停留在4-5英寸晶圆、2-3微米的工艺,落后第一梯队15-20年。

更令人诧异的是,5年前提出的908工程竟然还拖拖拉拉地处在论证阶段。顾不上了,909工程立刻启动。这一次吸取教训,审批、经费一切从简从快,由电子工业部部长亲自出任工程主体(华虹微电子)董事长,特事特办,规格之高难有匹敌。

合作伙伴是日本电子巨头NEC,当时正是韩国半导体绞杀日本同行关键时刻。话说这么多年,即使中日因为历史问题不共戴天,只要提起另一个邻国,双方总能冰释前嫌,其利断金。NEC为了展现情谊,不光在合资合同中承担更大义务,给中方更多实惠,而且把原来拟定的工期一而再再而三地缩短,以一个神奇的速度实现投产。

华虹NEC不仅在工艺上跻身世界一流,而且在2000年实现月投产2万片规模,第一年就产生利润。只可惜谋事在人,成事在天,2000年第四季度互联网泡沫破裂,计算机行业一天之内由盛夏转入寒冬。拉里·佩奇,花了整整一年时间叫卖Google,都鲜有人搭理。华虹NEC在2001年前8个月巨亏7亿,眼看再撑一撑会有转机,紧接着发生911恐怖袭击。中国半导体人,眼看着天空中伸出一只巨大的手,把正准备抬头的半导体行业再次按进冰冷彻骨的寒水里。

唯一没有悬念的是,三星再次祭出自己的逆周期投资,拽着整个行业跳悬崖。一年之内,合作方NEC面目全非,曾经的西装革履被整成当下的破衫褴褛,不但业务巨亏,而且剥离了半导体业务。自顾不暇中,哪里还顾得上华虹NEC。

华虹NCE本来的策略是“存储器起步,转入逻辑产品”,如今被逼无奈,转型代工。不过,代工制造的秘诀恰恰在于越亏损越投资。一来,行业低迷,可以用最低的价格买设备,二来工厂建设周期大约18个月,和行业周期基本吻合,等到新工厂投产,新增加的产能正好可以赶上行业繁荣,吃一波大利。可惜,历经重创,华虹壮志难续,没有成为带领中国半导体行业杀出重围的领军人。

909工程最终也成了“黄埔军校”,不过,中国芯片行业的进步还是有目共睹。上海推广银行IC卡、公交一卡通、社保卡,原本配套的进口芯片巨贵,但是908、909实现了自主产业链,IC卡芯片的价格一路下跌90%。SIM卡片也是如此,由80多元一口气跌到8元。再后来我国的民生卡和二代身份证都用上了中国自己的芯片。

华虹投产的世纪之交,也是中国半导体事业的转折。2000年,复旦老校长谢希德在上海去世。2002年,台积电开始发动针对中芯国际的诉讼。2004年,华为将刚独立出的半导体业务改命海思……

不妨说,909承前,909启后。

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77年的“全国科学大会”,邓小平用四川话强调“知识分子是工人阶级的一部分”,不仅提出“科学技术是生产力”,还说以后要“五天工作,一天政治学习”,以前政治学习太多了,现在减少一点。40岁的徐匡迪、33岁的任正非坐在下面,时而洒泪,时而欢呼。

徐匡迪后来得以去英国帝国理工做访问学者,成为钢铁冶金专家。一次出访中获得朱镕基青睐,1995年,同时当选中国工程院院士和上海市市长。909项目,他担任副组长,见证了华虹以神速落地上海,上海像一个少年学生,狠狠一跃摸了一把世界半导体行业的天花板。至此之后,上海成了集成电路的坚定支持者。

909正赶上上海整个城市大步前进,同一时期,和909一样超过百亿的建设项目还有通用汽车和浦东国际机场。除此之外,南北高架、内外环线、金茂大厦、香格里拉宾馆二期、东方明珠电视塔陆续开工,整个陆家嘴在90年代末拔地而起。

尽管台积电和通联已是台湾半导体双雄,同样从德州仪器回到台湾岛的张汝京,依旧把世大做得风风火火,以至于张忠谋开出一个明显偏高、令人无法拒绝的收购价格。离开世大的张汝京继续在中国寻找创业机会。首先和香港董建华一拍即合,可惜因市民意见,建厂计划受阻。上海当机立断,徐匡迪市长亲自陪着张汝京在张江选地。城市规划里,上海的张江微电子开发区,面积上是3个台湾新竹工业园。

张汝京不愧是世界级的建厂大师,专业素养、领导能力、职业态度俱佳。初期经费节省,张汝京招徕国际人才,让对方自费机票,最好有事来上海的话“顺便”见见。拿过Intel最高成就奖的谢志峰在接到电话第二天就“顺便”来了,而且谈得不错,只是中芯国际开的薪资比Intel 12年前发的还少,还不算通货膨胀。张汝京看他犹豫,让他回家和太太商量下。临走前说道:你呀是上海人,我是台湾人,中芯国际是上海的企业,我一个台湾人在农田里(张江当时还是遍地农田)每天从8点干到12点,你呢?

话说到这个份上,堂堂上海男儿,岂还用和太太商量?谢志峰当场就接了聘书。

2000年4月,中芯国际成立。8月破土动工,距离华虹只有4公里。3年时间,从无到有,跻身世界四大。张汝京,中国大陆集成电路教父,当之无愧。

这篇该死的文章,每每写道中国半导体转机的喜讯,总要蹦出一个可恨的“但是”。

真的不得不感叹中国造芯的艰难和苦涩。正在一切向好之际,“院士市长”徐匡迪在任期未满之时被调离上海;随后,中芯国际在台积电两场针对性的诉讼中元气大伤,张汝京引咎辞职;接棒的江上舟毕业于清华无线电专业,为政精炼,改革锐意,是中国芯、大飞机、电动汽车的重要推动人,可惜因为癌症英年早逝。

自古燕赵多慷慨悲歌之士,但是这里明明是上海啊!

09

中国人到底能不能造芯?翻翻半导体历史,华人的贡献颇为亮丽。集成电路行业中多位巨人,博通(Broadcom)、英伟达(NVIDIA),Cadence、Marvell创始人都有华裔。

妇孺皆知的摩尔定律是电子行业的圣经——每过18个月,集成电路可容纳的晶体管数量会增加一倍,性能提升一倍。但是Intel早早宣布,根据物理特性,20纳米是晶体管间距的极限,半导体工艺将在20纳米到达尽头。试想一下,如果摩尔定律失效,半导体行业的下场将和纺织、钢铁一样,曾经异常辉煌,如今缺你不可,但是,行业固化,创意平庸,淹没在存量博弈和机械重复当中。

正当整个产业渐渐萌生世界末日的挫败感,伯克利大学的胡正明登高一呼:FinFET工艺。这位出生北京豆芽菜胡同的科学家把世界半导体行业带向新大陆。简单来说,20纳米的极限存在于两维平面下,但FinFET将半导体器件的设计由两维扩展到三维。不妨用周杰伦在《双节棍》中的一段旋律作陪:摩尔定律的极限已被我一脚踢开。

毫不夸张的说,没有FinFET就没有今天电子产品的繁荣。难以想象人类停滞在20纳米的模样,作为比较,2019年智能手机的百花齐放是建立在7纳米的工艺之上,而越来越近的5纳米和3纳米,更是物联网、5G的技术坚石。

张忠谋“望尽天涯路”的自评所言不虚,台积电第一时间邀请胡正明以技术长身份参与新生产线的布局,把握住了行业内少有的换挡期。当909工程、中芯国际先后落地上海,台湾岛上台积电和通电还是伯仲之间,但是十年之后,台积电已经远远甩下通电,杀进了世界第一梯队。

全球范围内看,有三家企业在集成电路生产能力上遥遥领先。其中元老Intel“此路是我开,此树是我栽”,赌徒三星“一将功成万骨枯”,而跻身其中的台积电不仅毫不逊色,每每代际切换之际,还常常力压一筹。

需要指出的是,三巨头的模式并不相同,Intel和三星设计并且生产自己的产品,业内称为IDM。而台积电不设计,没有自己的产品,专注代工模式,业内称为Foundry。(三星和Intel也有少量代工,但是影响不大,故不再展开)

行外人一听“代工”两字,常因扑面而来的low感面露小觑之色,再联想到自己没买过台积电品牌的产品,自然更不把这家企业放在眼里。

可事实上,台积电早已深入每个人的生活。你一定有过这样的经历——被A总、L总、Y总、C总的发布会忽悠得心花怒放,可是说好6月份上市的旗舰手机要么推迟要么缺货。不知内情的人只说是“饥饿营销”,其实真实的原因十有八九在台积电。没办法,高通、苹果、华为都是客户,甚至三星和Intel的部分产品也要靠台积电代工,而产能就那么多,高峰期除了拼关系,难免要辛苦大家挤一挤匀一匀。

半导体行业规模经济显著,生产工艺的革新越到后期越是烧钱,正是因为深刻认识行业实质,张忠谋的台积电专注代工,构筑起顶级芯片生产能力。今天全世界除了Intel和三星,只要你想生产一流芯片,那么就“只此一家,过期不候”。因此,台积电的估值长时间力压Intel,收入、利润至今比另一家中国科技企业华为还要高,足够令初识者咋舌。

10

世纪末,北京的科协主席和相关领导开始频繁赴硅谷约见华人精英。1999年,建国50周年大阅兵,在天安门左手边的第三个格子里,坐了25位硅谷华人。这25人后来几乎全部回国创业,其中有百度李彦宏,有中兴微电子邓中翰。

新世纪开始,中国继续探寻半导体,上海和集成电路共进退,设计、封测、设备、零件、化学品等半导体企业在张江如雨后春笋,其中,有紫光赵伟国大收购大整合的资本杠杆,有汉芯造假丑闻带来的行业超级低谷和超级阴影,同时也有国家集成电路产业基金(俗称“大基金”)登高一呼的壮心不已。

这些努力在2018年遭受检验,美国制裁中兴通讯,封锁一枚指甲盖大小的芯片,竟然导致这家世界电信巨人直接休克。国人这才震惊,改革开放都40年了,中国竟然还有落后世界30年的产业?!

半导体产业,也称集成电路产业,在产品上分为处理器芯片,记忆和存储芯片、特定功能芯片、存储器、分立器件、设备、材料等等。从生产工序可以分为IP开发、设计、代工、封测等环节。如今已是分工精细、内容繁帙。我们不如化繁就简,因循几个疑问,完成文章的总结,首先:当我们在谈论中国“缺芯”的时候,具体是指什么?

2018年,中国芯片进口超过3100亿美元,数量上是石油的两倍,大于石油钢铁粮食进口额的总和。数字并不能展现全貌,其实中国自主研发芯片在全球占比并不低,仅次于美、韩、日,和德国不相上下。2018年全世界芯片产值4688亿美元,这当中的2/3来到中国,考虑到中国负责生产全世界90%的电脑、90%的手机和90%的家电,根据清华大学微电子研究所所长魏少军的研究,进口芯片中60%再次出口,只有40%是真的被中国消费了。

因此“进口多”并不是问题,更实质的是,在关键品类上,中国几乎空白。除了前文提到的存储器(三星、海力士、美光)、光刻机(AMSL)要仰人鼻息。再比如最近很火的可编程逻辑芯片(FPGA)基本被Intel和赛灵思(Xilinx)垄断,还有高铁缺一不可的(IGBT)、数字信号处理芯片(DSP)、CPU、GPU、MCU、半导体设备、硅片等等都依赖进口。

用通俗的话来讲,中国“缺芯”,缺的是高端芯片的生产能力。

除了华虹NEC,909工程还进行了上下游的投资,其中包括一家叫做华为的企业。这家负重前行的民营企业,如今可以算作中国科技产业的担当。翻看集成电路各细分行业的前十榜单,中国品牌鲜有上榜。但是在芯片设计上,华为旗下的海思已经跻身世界前十,当下谈起中国芯片,几乎言必称海思。

在电子产品空前繁荣的时代,产品的差异性一定是通过芯片体现。可以引以为幸的是,中国在芯片设计领域已经做出成绩。目前,收入过亿的中国芯片设计企业已超过百家,放在全行业是不错的成绩。对此,张忠谋颇有功劳,正是由于台积电把“芯片制造”专业化,从而大大降低了芯片设计的门槛。在次之前,如果没有工厂和上几千人团队谈何造芯?但是现在,经常看到一个从硅谷回来的博士带着3个人就能开一家芯片设计公司。

不过,此景之下有些问题必须指出,第一,借着举国“芯片焦虑”,中国商业界普遍过渡包装过渡宣传。比如所谓的AI芯片,名字很高大上,但实质是该芯片专用于图像或语音识别,又或者只能用来挖矿。也是就俗称的特定场景集成电路(ASIC),其设计难度远远小于通用芯片(CPU),因此Intel等依旧代表了芯片能力的高峰。用“XX企业自主设计芯片的XX芯片,在XX环境(特定场景)下性能超越的intel”的宣传标语来消费国人的芯片焦虑,是误导且恶意的。

第二,芯片设计的上游依赖ARM的IP授权,过程依赖EDA等工具,下游依赖台积电的生产,是所谓“受制于人”的典型。欧美日的芯片设计公司毛利普遍在50%以上,而国内一般在20%,其一是因为技术不够unique,其二是因为产业链没有话语权,常常被人“加价不加量”。

不妨以此为标准,督查一下你身边繁杂的商业真相——谁在蹭热点,谁在干实事。中兴事件后举国激愤,几乎人人言必称自主芯片,也有很多企业家跳出来承揽担当人的角色。中国芯片设计行业率先繁荣是好事,是进步,但是并没有根治行业痛点。最典型的如董小姐,高调宣布“格力造芯,即使500亿也要把芯造出来”。业内人听了都是直摇头,这句话说得就很外行,500亿到底是设计芯片,还是制造芯片? “设计”用不了那么多,“制造”又远远远远不够。

事实上,针对每一家中国芯片设计公司,都可以送上关键三问:(1)谁来生产?(2)卖给谁?(3)有没有利润?

目前来看,这关键三问,往往也是死亡三问。

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造芯为什么那么难?或者更针对地问:屡试不爽的中国模式为什么没有在半导体行业发挥奇迹?

不得不说,凭借国家力量,统一方向,后来居上,中国堪称顶级玩家。比如,以技术换市场的高铁模式。当然,和集成电路更有可比性的是面板行业。就在5年前,“缺屏少芯”还是并列的痛事,面板是和汽车零配件、芯片、石油一样年进口额500亿美元以上的商品。2010年尤其令人沮丧,中国台湾供应商联合日韩品牌集体涨价,澎湃向上的中国大陆电子产业咬牙切齿又只能引颈就戮。但是就在这之后,京东方累计耗资3000亿,轮番亏损轮番投资,终于迎来回报,不仅逼迫日韩关闭低世代产线,把台湾企业逐出市场,而且在连年亏损后实现盈利。巧合的是,60年前,在京东方的前身——北京电子管厂,诞生了中国独立拉制的锗单晶,那正是中国半导体事业的起点。此番读来颇有意味。

中国半导体,不仅有大型国有企业的加持,光是2014年大基金5年投资1400亿,规模不可谓小,但是却没有掀起太多波浪,归根到底,和半导体行业的奇葩特性有关。

市场份额向头部集中是普遍存在的经济规律,而在半导体行业尤其显著。张忠谋很早说过:当工艺进步到5纳米,全行业只有三家公司,英特尔和三星一定会在里面,第三家如果不是台积电,应该就没人了。张大帅更有名的一句话是:这个行业,不进前3,没有太大意义。

随手翻翻细分行业的市占率,图像传感器市场前三名占了90%的市场份额,还算少的。DRAM存储器市场前三名占了99%的份额,属于正常发挥。

这种“老大吃肉喝汤,其他人坐等饿死”的局面,原因在于集成电路是一代设备、一代工艺、一代产品。行业一流产线每年都会这样进化:在多大直径(越大越先进)硅圆片上,加工间隔多少纳米(越小越先进)线宽的晶体管。(并不绝对,集成度是更关键的指标)

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晶圆片