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中国半导体行业如何从芯片到生态整体突围?

半导体行业观察 ·2018-05-12 11:54·半导体行业观察
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来源:内容来自钛媒体,作者 TulipHe,谢谢。


最近半导体行业被推上舆论的风口浪尖,各种盘点分析都层出不穷。我在半导体行业已经工作了十余年,曾在世界顶级半导体公司从事过技术、市场销售等各类工作,也经历过数个市场从无到有,从高速发展到平稳成熟的周期。现在国内芯片行业一片大干快上的声音,很多人很可能对这个行业的凶险没有深刻的认识,一味蛮干后果只可能是血本无归,但如果认清其中的规律,这么艰难的市场也不是全然没有逆袭的机会。


半导体行业101

半导体行业好像很神秘,但其实它也符合市场发展规律,典型的先垂直后水平发展。 垂直指的是所有事情都自己干,在20 世纪 50 年代半导体公司从头干到尾,类似早期的电脑、手机行业,在刚开始厂家自己写底层软件、应用软件、设计电路板,生产等等,全部是在公司内部完成,慢慢发展就有了专业ODM(设计代工厂),专门做生产的EMS(生产制造服务商),还有品牌商OEM(原始品牌制造商)等。半导体行业先是工具类业务包括 EDA(电子设计自动化)等逐渐独立出来,到80年代IC设计和晶圆制造(Foundry)分开产生了专业的生产厂, 90年代开始有公司专门做独立的核心 IP供应商,21 世纪初晶圆制造又再细分,封测厂成为独立的一个大产业。经过半个多世纪发展,全球半导体产业形成目前环环相扣的深度分工模式, EDA 工具、IP(知识产权)供应商、IC 设计、晶圆制造厂、封测厂都形成大规模的产业,这就是形成水平化的产业格局了。

半导体产业一般分为集成电路和分立器件两大类。集成电路又分为数字电路和模拟电路。总体来看,数字电路中的微处理器为主平台类芯片,有软件操作系统在其上运行,需要构建生态系统,其他的都可看作元器件类芯片,无需软件操作系统。主平台类芯片及其产业联盟基本决定市场的方向,比如PC时代有Wintel(微软加英特尔), 手机时代联发科、高通等加上安卓系统(Android)等。


运作半导体行业的难点

半导体市场是极难掌控的,做出产品就已经很难,历经千辛万苦做出的芯片,但其实直到进入市场,真正残酷的竞争才刚刚开始。以英特尔之强,尚且完美错失手机市场,这么大的一块蛋糕一点没切到,中间还错过无数个中小型市场,近期宣布的可穿戴部门解散只是其中一个而已。几十年累加起来,投入到各种市场,颗粒无收的太多了。从芯片设计市场推广,估计消失的无影无踪的资金不止几百亿美元。


主平台类芯片厂商维持一个生态系统是很昂贵的。从软件方面看,一个主平台芯片,在投入市场之前,必须保证要将所有的系统在芯片上能调试好。以安卓系统为例,典型的架构如下:

SOC芯片上集成了多个IP Core, 虽然这些IP的提供者如ARM会提供相应的库、驱动,但SOC厂商要负责集成、调试驱动,进行HAL(Hardware abstraction layer 硬件抽象层)的开发,设计测试用例,验证芯片。如果Android 有框架的升级和变动,必须由芯片厂家进行适配。涉及到图像单元、安全、网络等重要模块,开发工作量就很大。指令集,编译器、所有的软件都围绕主平台来开发,即使有一些跨平台的中间件,将上层软件隔离,中间件本身也要与平台对接、适配。一个主芯片平台还要同时适配不同的操作系统,如在PC市场,每个平台都要支持Windows, Linux, Mac OS, 涉及到的软件如驱动开发,操作系统移植,编译器优化等耗资巨大。在基础的底层软件、操作系统之上还有大量的应用软件,依赖于特定的指令集生态环境,例如x86架构兼容老旧应用程序的能力是出了名的。8086把8位的8080升级为16位的时候,80386升级到32位的时候,都完全兼容旧有的程序。直到今天,Intel的处理器依然支持虚拟8086模式,在此模式下,可以运行30多年前的8086程序。多年积累下来,形成了很高的行业壁垒,这是另一个大话题,此处不展开讨论。

围绕消费周期,主平台厂家必须每一个环节都牢牢掌握。如PC市场每年一个销售季节巡回,从Spring refresh(春季), back to school(开学季)到holiday season(圣诞新年假日), 按照消费者购买周期倒推出各环节必须完成的时间点。比如如果要赶在美国的黑色星期五(black Friday) 市场上市,那么9月初就要做出产品,送上货船,为了9月份大规模出货,从产品的PVT(小批量过程验证测试), DVT(设计验证测试), 到EVT(工程验证测试), 每个环节倒推,一般1、2月份开始设计主板。芯片的设计、流片、测试、围绕芯片的软件开发、参考设计都要在ODM开始设计之前准备好。在客户开始设计主板时,芯片已经至少要到ES(研发样品)状态。大概两年左右环环相扣的工作,才能保证使每年一代一代的电脑产品赶上消费季节。每一代产品如果在规划时没有把握好市场的方向,在执行时把握好节奏,那么在上市时可能会错过市场热点而使业绩大打折扣甚至全盘失败。

对元器件类半导体行业的把控相对简单,但元器件类半导体很考验基本功,涉及到材料、工艺、制造及各种专利技术,基本上都是硬骨头。最近这段时间大量的报道都在强调做芯片很难这个观点,确实很难。中国在各环节掌握的关键技术和市场份额都比较少,有的更是尚需零的突破。虽然国内号称芯片设计盈利企业已达500家以上,但是这些企业在整个半导体产业格局中的分量如何呢?媒体刚刚报道了中国资本成功收购了安世半导体Nexperia是全球领先的分立元件、逻辑元件与 MOSFET(金氧半场效晶体管)元件的专业制造商,其前身为恩智浦的标准产品部门,于2017年初开始独立运营。Nexperia注重效率,生产稳定可靠的半导体元件,年产量超过900亿颗,在数个细分市场排名世界前三,其很多产品系列符合汽车产业的严格标准。Nexperia工厂生产的小型封装也是业内领先,不仅具有较高的功率与热效率,还是同类品质之最。买到了国际一流公司的核心技术及其优质资产,填补了我国在该领域高端芯片及器件的技术空白,非常期待这类收购能对中国整个半导体行业发展产生良好的影响。

从全球半导体销售额同比增速上看,全球半导体行业大致以4-6年为一个周期,景气周期与宏观经济、下游应用需求以及自身产能库存等因素密切相关。巨头们为了能更好的把控市场,在下游的设计公司、代工厂、品牌商、渠道、零售、消费者各个环节层层布局,有专门的团队负责和相应的政策支持。在产业链整体管理上,市场预测,原材料购买,生产排期等等都有精兵强将把持,稍有差错就供应不足或缺货断货。这样的派兵布阵,才能在保证公司的运营稳定,减轻半导体行业周期的影响,业绩持续增长。

这种超长周期的产品操作,不仅对于研发、生产等环节提出极高要求,更是需要公司决策层能够准确预见几年后市场的方方面面变化,这基本上已经大大超过绝大部分中国公司管理决策水平的极限了。


突围之路

从1982年到现在,中国半导体经历了搭框架阶段、商业化初步阶段,目前正处于关键的发展阶段。在半导体产业的各环节,从材料、设备,到设计、制造都有一些领头企业出现,发展程度不一。在芯片设计环节,根据ICInsights2017年全球前十大Fabless排名,国内有两家厂商杀进前十名,分别是海思和紫光集团(展讯+RDA),这两者分别以47.15亿美元和20.50亿美元的收入分居第七位和第10位。海思在手机方面,主要以自家的华为为最重要客户,而紫光(展讯+RDA)都是从低端切入。芯片制造行业差距较大,国内28nm工艺仅在2015年实现量产,且仍以28nm以上为主,而国际上有多家已宣布10nm量产。

在中国靠国家扶持,做一些龙头项目可以先很快树立一些标杆,但芯片行业的生存与成功还是必须要靠出货量,否则根本无法承受在研发、生产、推广方面的巨大投入。芯片的链条之长,从沙子到能被使用的产品,中间的环节太多了。 中国半导体突围之路可以先从微笑曲线的两端开始,从对应某个市场的IC芯片的研发与设计开始,如海思和紫光的例子。

找新市场,采用新技术、新模式,用风投资金支持大量公司做尝试,在市场早期占据市场份额,保持技术领先的同时用各种市场销售的手段牢牢占据这个领域。如果凑巧抓住了一个魔鬼市场,100个公司中可以跑出来几个也算成功了。 比如现在热火朝天搞的人工智能芯片,国内外大中小公司都在赛跑,从国外的英伟达、谷歌到国内的寒武纪、地平线、阿里达摩院等等,中国公司已成为场内竞争的主力队员。

对成熟市场,从低端入手,做便宜,也是一条路。已成熟的市场,技术发展已经缓慢下来,深入研究市场需求,将芯片上多余的功能砍掉,将成本做下来,可以算作一条捷径。 降低成本有很多种方法,举个例子。通常在芯片刚投入市场时,会将很多功能集成,因为需求不确定,做一款芯片要尽量满足所有可能用到的功能。经过一段时间,会发现很多功能没有被使用或者只在较少的情况下才被用到。这时候砍掉这些功能,降低成本是很好的选择。刚开始品质差些,只要功能够用,价格低是杀手锏。国内很多芯片都走得是这条路,想尽办法减成本,争抢市场份额。近年中国MCU企业的增长提速,尤其是在32位MCU市场上涌现出像兆易创新这样的企业,基于ARM Cortex M技术的MCU芯片以更低的价格、更好的性能、本地周到的服务、与国外产品 pin-pin兼容的优势,取得了丰硕的成果。据媒体报道,2016年,兆易创新实现营收14.89亿元,净利1.76亿元,营收同比增长25%、利润增长了12%;MCU芯片实现营收1.97亿元,同比增长55.2%,销量4578万颗,虽然整体体量尚小,但势头良好。

在当前阶段,找到一些垂直领域,有应用场景,对生态系统要求不高,做一些适合这种小众市场的芯片,工艺差一点,价格贵一点,放到系统层面去消化,可以带动芯片行业积累设计经验,验证产品,单点突破后再横向扩展,逐步将量做起来。比如现在的物联网行业,有很多这种市场,智慧城市、楼宇、农业、水务等等。这诸多细分市场在系统的基础层是高度复用的,传感器、物联网终端内置的MCU(微处理器)、传输层的多种低功耗广域网芯片及未来的5G、网关等边缘计算设备用到的中央处理器等等。在对系统级架构有深入了解,能调动产业链各环节力量的基础上扶植一些底层芯片的发展是很好的方式。例如在MCU市场,虽然中国企业与全球领先的MCU企业的产品线先比还是差距很大,如意法半导体有750余款MCU,但面向未来5-10年百亿级,高度细分的物联网设备市场,针对垂直领域的MCU有很大机遇。在很多领域存在刚需但尚无性价比合理的解决方案,例如带室内自定位功能、能联网的智能烟雾探测器等,都有巨大的机会。

无论新市场还是成熟市场,需要构建生态系统,大量合作伙伴支持的主芯片平台是最难突破的。 这种市场的操盘手极其重要,要深刻理解市场、洞悉市场变化,熟悉从芯片定义到产品上市的各个环节,调动大量资源,才能最终玩转这个链条。 海思与紫光虽然在IC出货量上已有很大突破,但还是在安卓这个大生态中生存,这类市场中国要想从芯片到生态整体突围恐怕还要走很长的路…….


竞争之本与变

半导体行业的生产制造环节靠得是真功夫,又涉及到材料,生产设备等基础性行业的支持,需要认认真真、踏踏实实的苦干才行。在生产制造过程中任何一个微小失误,就可能造成芯片良率不达标,甚至不能使用。在英特尔前CEO安迪·格鲁夫《给经理人的第一课》一书中讨论“生产”包含什么一段,写的话是业内经典:“你必须按预订的时间、可接收的品质以及可能的最低成本,依据顾客的需求制造及运送产品。”这句话细品起来极其深刻,做产品难,做市场接受的产品更难,做市场接受且价格有优势的产品难上加难,还要和时间赛跑,及时把产品送到客户手上,同时还要保证产品质量。这涉及到指挥产品规划、设计、研发,供应链生产管理,成本、品质管控等诸多部门共同配合,以有限的资源在将产品按时做好。。。

又回到市场销售的角度看,这个行业也还是有些事情可以做得聪明一点的。20 世纪 80 年代末,PC 需求开始爆发,韩国半导体发展迎来春天。 日本称霸全球 DRAM 市场时,下游需求主要为大型机,日本DRAM以高质量和超长寿命周期而牢牢占据这个市场。 而随后 PC 的普及,面向个人计算机的 DRAM 和面向大型机的 DRAM 寿命不同,韩国企业积极调整产品方向,强调性价比,产品价格有竞争力,寿命够用就好,抢占了先机。市场变化带动产品变化,研发及个方面投入要调整,满足客户的最根本需求是制胜之道,竞争之本。

在生态系统层面,早在80年代CPU的指令集架构ISA (Instruction Set Architecture)是软件生态系统的根基已成业内共识。当年英特尔攻打服务器市场时,大量服务器生态是建立在UNIX和C语言基础上,为了确保在Unix 生态下兼容,程序都确保同一套代码可以很方便地在不同厂家的RISC架构CPU之间移植。大家都围绕POSIX标准来编程,避免过分依赖于某个操作系统独有的功能。Intel芯片携Linux(一种开源的UNIX变体)来和RISC架构的工作站竞争,软件应用就纷纷以很小的移植难度,离开了昂贵的专有UNIX工作站,赢得生态系统是英特尔今天在服务器市场有绝对优势的重要一步。

从长远看,半导体厂商对建立于ISA之上的生态系统的掌控力会变弱,而ISA本身,会变得越来越不重要。这是软件技术发展的趋势决定的。 Web技术,编译技术尤其是虚拟机,Emulation技术的发展等减少了对指令集架构生态的依赖。 微信、支付宝等超级应用建立了强大的生态且与底层隔离,这些技术的发展都有可能改变芯片行业竞争格局,战场在变化,颠覆芯片行业的未必是行业内的人,降维打击也可能正在某处发生。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1584期内容,欢迎关注。

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