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中国半导体破局思路

发布时间:2018-06-26 来源:半导体行业观察 作者:得彼投资 钟洋,沈翊杰,SC.Maurice 类型:产业分析 人浏览
关键字:

半导体 贸易战 ZTE

导  读:

显然,政治并非我们所关注的领域,但由于贸易战的威胁, 让产业不得不重新思考定位,在不确定的政治风向下,被ZTE事件推到风头浪尖的中国半导体产业,我们在哪里,路在何方。

中国古法铸剑,分为几步,调剂,熔炼,浇筑,淬火,削砺,修治。其中「淬火」一步,金属经过入水急剧冷却,可以增加刀的硬度,磨砺之后能变得锋利异常。


公元二零一八年,对中国电子业而言,恰似入水「淬火」。科技,创新,市场,一个个元素让产业温度不断上升,而突然插入政治里面,温度急剧地冷却。而铸剑至此,也仅为剑胚而已,当需百炼钢方成绕指柔?或磨砺之后即能削铁如泥?对于什么钢当铸什么剑,当何法以铸成,得彼投资借由对产业的多年磨砺及深度理解,可谓深谙其道,在此且泛泛一论。


America is the only nation founded on an idea, not an identity

——Paul Ryan


美国是世界上唯一一个基于理念,而非基于出身而建立的国家

——保罗 瑞恩


虽然Ryan的以上信条并不完全准确,但有趣的是,这和另一位美国政客的政见恰好完全相反:Mr. Trump,一个基本上围绕出生地而施政的总统,曾宣讲要在墨西哥边境修筑一道墙,并宣讲“美国优先(America First)”,针对包括中国在内的多个国家发出贸易威胁。


相互威胁以后的第一个实质性动作,Mr. Trump 勒令美资企业(主要为美资半导体供应商)对ZTE全面禁售。全球一片哗然。随之附和的日本和台湾也纷纷宣布也对ZTE禁售,只是他们可能未曾想过,如果哪天Mr. Trump,对着他们国家的企业,也说“美国优先”, 然后同样勒令禁售,他们的境遇将会如何……接下来,对此事的谈判显然上升到了国家层面。在本文发稿之前,虽然ZTE获有条件赦免,但对峙局势已定,ZTE事件对高科技产业而言,实际上印证了美方若从高端半导体供应侧钳制中国,能精确地捏到中国的痛点。

显然,政治并非我们所关注的领域,但由于贸易战的威胁, 让产业不得不重新思考定位,在不确定的政治风向下,被ZTE事件推到风头浪尖的中国半导体产业,我们在哪里,路在何方。


中国半导体市场结构


下面图一和图二,是中国半导体市场2010-2027的数据及预测。由两侧分类:


  • 供给侧(图一):中国半导体公司,或外国半导体公司。(中国半导体公司定义:中国半导体设计生产厂商,及外资半导体厂商在华注册的生产型公司,比如西安Samsung ,无锡 SK Hynix, 大连 Intel, 南京 TSMC, 成都Global Foundry)


  • 消费侧(图二):中国的最终客户(电子设备制造商)或外国的最终客户。


图一 中国半导体市场预测,按供给侧结构  资料来源:IBS


图二 中国市场半导体市场结构,按消费侧结构  资料来源:IBS


中国半导体公司目前在全球市场的位置


客观而言,2018年不能算是中国半导体元年,中国无晶圆IC设计公司( Fabless only)在2017年的TOP50排行榜里面已经有10个席位,纯晶圆代工(Foundry)和封装测试代工(Packaging & Test)的成绩也算斐然(如下图三,四)


图三 2017 晶圆生产外包IC公司收入分布,按照公司总部划分资料来源:IC Insights


图四 2016年纯晶圆代工前十名(M$)资料来源:IC Insights


中国半导体公司最近几年,处于迅速的上升期。但是,美国仍然能够一下子能够卡住中国企业的命脉,问题在哪?


我们再仔细看一下,中国半导体公司目前发展的局限性。比如一些核心芯片:


图五 国产核心芯片占有率资料来源:“2017中国半导体现状分析”


可以发现,在核心芯片里面,某几个专业领域的市场中,国产芯片能算得上站稳脚跟,比如在通信行业中,用在华为手机的海思半导体的Kirin 系列和Balong 系列产品,用在大部分国产手机上,来自汇顶科技的指纹识别方案,核心网络设备类别中,用在华为中兴通讯设备上的海思和中芯微的NPU,用在如电视机顶盒以及物联网消费设备上的,来自兆易创新的NOR Flash和MCU, 海思半导体的芯片的SoC主芯片,等等等等。


而通用领域的市场,国产芯片的占有率比较低。高端通用芯片,比如FPGA/CPLD/CPU/NAND Flash等,国产芯片尚有很长的路要走。


突出的中国半导体公司


再看一些突出的中国半导体公司:


图六 几个突出的中国半导体公司 资料来源:IBS


同样,在一些专业领域,中国半导体公司已经开始展现出快速的增长,甚至在一些领域已经取得领先的市场地位,强大的购买力或者专用市场壁垒,有一定拉动力。


而通用高端领域,摆在中国半导体公司面前的是不可忽视的技术壁垒,已及全面的竞争,这是中国半导体公司所面临的主要挑战。


清晰地了解自己的位置,是第一步。在近代中国,有太多次集中群众力量干大事的尝试,结果往往是,群众的满腔热情,并不一定都转换成美好结局。科技行业尤为如此,要在作为科技领域基础的半导体领域取得进展,需要明确的方向,清晰的路线,恰当的资源 (不多不少),还有持续的创新和努力。从过去成功的地方总结经验,从别国学习经验,而最大的可能是,创造出一条适合自己的新路径。


理想


直道



放眼未来,立足生活。睿智的老罗斯福总统上面的这句话,让我们抛开未来的遐想而努力于当下。首先我们应认真审视,有什么是值得去做的事:


  • 基因科学的研究和运用,癌症等疾病的治疗;

  • 让家庭和城市更智能,提高运行的效率和质量;

  • 开发新能源,减少人类活动对环境的影响;

  • 让人与人之间通信沟通的成本和障碍更少;

  • 开发星际火箭,探索星际移民……


列表可以很长,得彼的基本逻辑是从中挑选出一些我们容易获得回报的重点领域;从这些领域下潜到涉及核心半导体部分,再分解到中国可能有能力实现的区间,这应该就是我们最能够为人类前途做贡献的地方。


我们耐心一点,一层层试着剥几颗未来世界的洋葱。



  • 高速通信5G/光通信/卫星通信


5G:部署5G需要更复杂的天线系统(多波束),更密集的基站(高频率),同时手机等终端通常向下兼容4G/3G,下沉至半导体领域,技术核心包括,基带芯片及算法,滤波器,放大器PA/LNA。


高速光通信:更加密集更加庞大的通信数据要求,不仅骨干网云间的连接和到端点的连接需要不断加速,数据中心内部的超高速连接,通信要求更加密集频繁。光通信技术下沉至半导体领域,技术核心在于:跨阻放大器,时钟恢复,光调制,光电转换,硅光技术。


低轨卫星通信:人口稀疏地区,不适宜部署5G和光通信的地区,卫星通信是一个良好的解决方案。Ka波段的运用和大量低轨卫星的开始部署,高通量卫星(HTS)通信技术有望将通信成本拉到5G的水平。下沉至半导体领域,技术核心在于:相控阵天线,卫星调制解调,放大器。


  • 智慧家庭/智慧城市


智慧家庭和智慧城市已经进入了快速发展阶段。悄无声息间,机场的安检已经部署机器视觉人脸识别,停车场已经自动识别车牌,在家听音乐听新闻已经由语音来控制……在未来我们的城市我们的家庭会变得更智能是大家的愿望,只有想象力可以限制对智慧家庭和智慧城市的发展。


让想象力变成现实,需要半导体行业强大的驱动力,下沉至半导体领域,核心技术:视觉/声音人工智能,中央人工智能和边缘计算,传感器和微控制器,无线传输和协议,电源/驱动及功率器件。


  • 电动汽车/智能驾驶


汽车出现的百年,彻底地改变了人类的生活方式,但内燃机对环境造成了影响。汽车电动化的尝试,短短几年内,替代的趋势已定。于是,汽车的动力系统将由最初的纯机械,进化到纯电动化。另一方面,传感器及人工智能的发展,让辅助驾驶,甚至无人驾驶成为明显趋势,机器替代人类驾驶,达到提高交通的效率并降低事故的几率的目的。


以上两点,汽车电动化和智能驾驶,至半导体领域,核心技术:处理高速视觉和混合传感器的人工智能,驱动/功率器件/电池管理,高功率快速/无线充电。


  • 智慧终端/可穿戴设备


智能手机的出现改变了人类的学习工作/娱乐方式,手机屏幕成为了人类获取信息最多的一块屏幕,手机的传感器可以手机用户的位置,运动,环境,甚至生物特征信息,并智能地加以运用。这一切自然地延伸到可穿戴设备上,人们可以用可穿戴设备上的传感器追踪并监控关于健康的数据。 核心技术在于:低功耗生物特征传感器,低功耗无线传输,低功耗处理器/单片机,低功耗人工智能/边缘计算处理器。


以上所述这些值得去做的事,是需解决的问题,是对人类自我和环境的改善,是对未来的规划……恰如白手起家的科技界亿万富翁埃隆 马斯克的思路,按照目标规划突破口, 在前方的道路,会是一条直道。


弯道


如大部分高科技行业一样,表现未来方向三维轴向:一条是恒定不变的的时间,另外两条:市场的需求,和技术的创新。


市场的需求


图一展示了研究机构对中国半导体市场预测。随着人们生活对电子化智能化的整体要求逐年提高,整体的需求逐年变大,趋势明显。


图七 中国半导体市场 按产品类别区分  资料来源:IBS


再聚焦到每一年半导体市场细分上:


半导体市场的蛋糕里,器件类别分类明显,其中很薄却独成类别的,是一些高端的通用型芯片,比如FPGA,超高速ADC,高速DSP,高性能CPU/GPU等等,在市场的蛋糕里这些稀缺的成分,市场占比不大,却是整个蛋糕中最有风味的部分。


中国的产品,在整个蛋糕中开始有所占比,但客观的是,目前原材料大部分还是靠进口,而且最顶级的部分,如最顶级的白松露,只产自意大利的多雾的山林里。


目前国内半导体公司现状其实是百花齐放,从低端到高端都有所及,我们当然希望国内半导体公司能够迅速掌握高端,但是风味之外,那些决定口感和营养的大部分,那些不一定顶级,却占重要比重的成分,比如存储器,功率器件,专用逻辑器件,通用逻辑器件等等,是不是更值得去关注,更易有所突破呢?


技术的创新


去努力做值得做的事 。除了找到值得做的事,如何努力,是老罗斯福句中重要的另一半。


用特点来划分,半导体行业公司可分成三类:


  • Rule Maker 规则的制定者


规则的制定者,细分市场的领军公司,他们的水平直接定义了细分市场的最高水平。通过技术,规范,市场建立规则。比如高通(无线通信),英特尔(CPU),国内如华大半导体(身份证RFID),海思半导体(NB-IoT/5G)等等。


  • Rule Breaker 规则的破坏者


规则的破坏者,通过技术创新,商业模式创新,生产管理创新等,破坏既有的规则而成功取得市场的认可和地位。比如 SanDisk(SSD硬盘),Tesla(汽车),智能Apple(手机)等等,国内如海思半导体(手机AP),汇顶科技(指纹识别)等等。


  • Rule Follower 规则的追随者


追随规则者,他们对市场的控制力和与众不同的创新能力有限,但通过对需求的特别把握或对资源的依靠或者合理运用,可以市场上占有一席之地,甚至成功者可以抢食同行的份额,长远而言,公司的竞争力比较依赖规则,而非自身的创新能力。


请对号入座。目前的中国,三个类别的半导体公司都有,且每个类别都有生存之道。


对特定区域,比如目前的中国,大部分半导体企业其实由规则的追随者的身份入行。同时,一些领域可以获得政策性资源性的投入,如现在的存储类产业。但是,不论获得外部资源的多少,对企业的未来,如果自身没有持续的创新,没有破坏旧规则创造新规则的抱负,最终而言,最好也不过是耗尽资源后,仅从其他区域抢过来一些市场而已。


所谓性格决定命运,未来发展成为哪种类别,才是最重要的。


这里分享一段华人半导体同行的一些经历:


十多年前的电视主芯片市场,电视产品全面由笨重的CRT彩电向LCD/PDP平板电视转换,接收的信号也模拟向高清的数字电视转换。消费升级,市场潜力巨大,那时候电视主芯片市场由两家美国公司Pixelworks 和Genesis Microchip所占据。


台湾一家初创的IC设计公司叫MStar,华人创立,在巨头之间,推出芯片产品,第一代产品是最基本的没有集成解码的Scalar芯片,不太意外,效果平平,产品化过程中,需要各种补丁无数,行业上并没有人看得起他们。但是MStar有华人公司常见的几大特点,第一产品价格便宜,第二是舍得人力资源投入,为客户修修补补,后期干脆发展成为客户做成完整的方案,第三是他们自己的产品迭代快,欧美公司花三个月发布一个大版本的软件的时间,他们可以发布下一代芯片。于是快速激进地在市场推进五年之后,电视市场几乎被MStar统一,Pixelworks 退出电视芯片市场,Genesis被收购。


若干年后,几乎同样的故事在机顶盒市场上重演,曾经一统江湖,一年全球拥有$800M机顶盒主芯片生意的意法半导体,被中国的海思半导体和台湾的MStar拉下马来。


MStar或者海思半导体刚刚进入电视或者机顶盒市场的时候,都是规则的追随者,规则由欧美大公司控制。而经几年间激进地努力,先由商业模式创新(为客户完成整个方案),再到技术创新(快速产品迭代),最终,旧规则终被后来者破坏并改写。


对于中国半导体前方的赛道,我们有这样的选择:直道速跑——由未解决的问题入手,规划未来、持续创新、利用资源,在直道上超越对手;弯道超车——在不一定位于顶端,却占大比重的市场首先打开局面,追随中创新,破坏中赢得市场,不断迭代中建立新的规则,在关键的弯道上超越自我,并超越对手。


不管前方是直道还是弯道,我们要走的,必将不是寻常路。在这条路上,不要因前人有限的想象力,而限制了自己的想象力。

关注重点


2015 年 5 月 19 日,中国政府正式发布《中国制造 2025》计划,当时很少有人想到,这个全球化背景下顺理成章的制造业升级战略,在短短两三年后,会被美国朝野视为直接危胁美国核心利益和“美国优先”战略、必须加以全面反击遏制并明确要求中止的“眼中钉”。而在这份十年行动纲领中,赫然排在十大重点领域之首的,便是“集成电路及专用装备”。中美贸易战及中兴、海康威视等事件之后,关于半导体产业重要性和紧迫性的全民科普已经迅速完成,现在需要我们回答的只是:中国集成电路补课晋级的路径方向、付出成本和最可能的突破口。

看清差距,找回信心

举国战略,投入从来不是问题,预计超过 2000 亿元的国家集成电路二期基金、阿里收购中天微、董明珠再投 500 亿做芯片……从国家层面到地方政府和行业巨头,都纷纷以投资行动参与着这一场大国角力的白刃战,很多机构欢呼这是半导体投资最好的年代;然而用搞原子弹、搞京东方的办法就能砸出一个半导体后发优势么?众多产业人士摇头叹息;更何况一夜之间,一支支伪硬件开发团队,一个个漫天估值的项目,一家家半路出道的投资机构,都纷纷破土而出,招摇过市,呼风唤雨——这也正是得彼最大的担忧:未来的 5 年或 10年后,当盛宴散去,东方欲晓,言犹在耳,却只留下满桌满地的杯盘狼籍和头痛欲裂的宿醉,我们将不得不面对半导体投资最坏的结果! 


外有遏制,内有虚火,如何趋利避害,化危为机?抽丝剥茧,让我们先从几个主要方面来看看差距究竟何在?


  • 晶圆生产


全球晶圆代工市场正持续保持超过5%的年增长率。中国虽正在积极增加先进技术12英寸晶圆生产,28nm工艺现在也已经成熟。然而,相比之下,TSMC(台积电)7nm成熟工艺将2018年实现,并将于2021年量产5nm工艺晶圆;


  • 无晶圆芯片设计公司(Fabless IDH)


得益于国家大政策的强大驱动力及市场驱动,无晶圆芯片设计公司数量在短期内持续增加;与此同时,IP的创新加速、质量提升和数量增加,得益于由应用带动的、在系统级创新的需求增加,这方面中国有创新贴进市场的优势。但是,受限于整体产业链特别是晶圆代工工艺的影响,我们在传感器,高功率分离器件,混合工艺产品等方面的技术创新仍远远落后于欧、美、日、韩。


  • 数字电路与模拟电路


在数字电路工艺制造技术上,中国正在缩小与全球顶级公司的差距,但是在模拟工艺以及模数混合工艺的制造方面,当前在国内还没有一家能够提供稳定生产工艺的晶圆代工厂,也没有能够提供满足汽车级要求的晶圆代工厂,这完全限制了功率器件、高频模拟器件、高精度混合电路等应用领域的创新。


相关权威统计表明,目前中国半导体市场需求规模占全球 41%,可中国的半导体产业供应却只能达到 12%;这其中,属于产业顶端的无晶圆芯片设计公司销售额占全球的 11%,而位于底部的纯晶圆代工厂更是仅占全球的 7%。这是一组有双向说服力的数据,一方面,“罗马不是一日建成的“,差距实在明显,产业追赶不可能靠砸钱一蹴而就。但同时也说明无论从横向还是纵深,中国半导体可选赛道多、可追赶空间巨大;另一方面,未来在“开放与对抗并存“的格局下,中国旺盛而具体的市场需求仍将长期是最强大的引导力量,各个核心环节的生长潜力巨大,因此我们虽然没有资本夜郎自大,但也完全没有必要凄凄切切、妄自菲薄。不论是长期跟跑、弯道超车,还是变道冲刺,首先要明确的,还是自己的位置、潜力和应对策略。

甄选赛道,优先突破

基于中国市场结构的需求,从技术可实现性出发,同时比对海外先进半导体的发展历程,得彼认为以下四个赛道最具条件成为产业和投资的重点突破口:



  • 电源管理技术


环顾全球,电源管理技术正在向高耐压,大电流,高动态响应,高效率和高系统集成方向发展。随着磁性材料工艺技术的进步,已经有公司推出电源SiP(系统级封装);在小功率应用领域会出现电源系统级芯片,在单颗晶片上同时集成控制部分,功率部分和电感。投资机构应积极发掘和投资掌握核心BCD技术的半导体公司,关注在被动器件的创新技术。


  • 围绕新能源汽车布局


新能源汽车驱动大功率半导体器件(SiC,IGBT,MOSFET)、BMS、传感技术(CIS,毫米波雷达,ToF, 磁性传感器, 电流传感器芯片,MEMS等)、车身控制及信息安全等的需求。汽车级芯片的核心在于如何能从IP、设计、生产工艺和测试封装整个系统的控制来确保产品的可靠性。这些核心技术目前仍掌握在欧美日系半导体的IDM,国内系统级的人才是凤毛麟角。利用独有的全球范围产业资源,认真挑选和甄别在汽车电子领域的优秀人才和创新企业将是投资机构的最佳突破口。


  • 智慧社区和智慧工业


智能终端的核心有MCU、传感技术、控制执行单元、边缘计算以及随着某些细分市场的爆发增长的系统芯片。聚焦在核心部件上投资,同时在应用领域关注细分垂直应用的系统创新项目,从底层器件到上层应用应是投资的布局重点。


  • 物联网、5G、个人消费升级


物联网的发展,5G的实现,个人消费升级的需求,这些都必将对底层芯片(传感器、光器件、无线充电Rx端芯片等)带来巨大的技术升级推动。围绕正在出现的生态圈发展,聚焦已经明确应用场景的技术及产品,也是投资机构应该抓住投资机会。



在理解上述技术突破口的选择时,应该站在全球高技术产业动态博弈的立场去思考。首先全球半导体产业的分工合作、供需依存是不争的现实,一国长期垄断的技术产品不可能存在。在全球半导体生态圈中,任何国家单独抽离,隔绝与外界联系,都无法独善其身地生存;其次技术领先是有保鲜期的,产业化、市场化才是在竞争中锁定利益的最佳途径,对抗和遏制本质上还是一种合作中的博弈。因此,如何立足国内市场需求,合纵连横,引导美欧日韩及台湾等地半导体企业开展尊重知识产权的良性合作,是有理性基础的;与此同时,寻找中国最接近市场提升需求的领域,组织全球技术成果,加大资本投入,通过创新研发实现系统解决和服务的能力,并在市场应用中迅速回馈壮大,才是中国半导体企业健康成长的必由之路。


面壁十年,终图破壁


中兴事件之后,国人痛心疾首于中国高科技基础产业的虚弱,甚至声讨房地产和电商,意思是短期的利益导向使资本过份追逐制造泡沫,却忽视了基础研究等国之利器的持续锻造。这确实是痛苦的现实,但换一个角度看,也正说明了我们长期的科技跟随战略取得了长足的进步,引起了市场领导者的警觉。中国产业界著名的“笨小孩”任正非不久前承认,“随着逐步逼近香农定理、摩尔定律的极限,面对大流量、低延时的理论还未创造出来,华为已感到前途茫茫,找不到方向”;他认为随着进入无人领航的行业无人区,华为跟着人跑的“机会主义”高速度会逐步慢下来,创立引导理论的责任已经到来。由此可见,中国半导体产业当前遭遇的挑战,仍然涵盖在人类科技进步的基本规律之中。


关于投资,最基本的理论模型就是风险与收益对称。相对于国家和华为投资基础研究,大资本投资晶圆、封测、存储,得彼作为中小规模的社会资本,看中的是轻资产、重研发的芯片设计和应用开发领域投资,在我们看来,半导体国产替代是不可能改变的大趋势,中国半导体各个细分市场未来五年十年会出现几十家上市公司,芯片延伸的高速通信、电动汽车/智能驾驶、智慧终端、智慧家庭/城市等产业会成长出几百家上市公司,其中更会有十倍量级的成功专用芯片设计公司和方案设计公司被这些上市公司并购,而这些现在还在蹒跚起步的,分布在各条产业链上的万千成长企业,就是我们最理想的目标投资对象。


种地的人说十年树木,做研发的人说板凳要坐十年冷,干事业的人说面壁十年图破壁,谋复兴的人说十年生聚,十年教训!其核心要义都在于说明事物发展有其内在规律,以及积累和坚持的重要性。在得彼来看,做高科技投资,更要有长期的定力和耐心,不可急功近利,心浮气躁。海思于2004年正式成立,历经11年,直至2015年才跻身全球第六IC设计商。科技研发的成功,绝无一蹴而就。成功的半导体投资,必定深耕半导体产业,以专业领域的长期实践经验和全球视野为基础去进行项目发掘和价值判断;以布局产业链的长期思维去构建产融结合的支持体系,以精英分享的机制吸引人才打造最出色的专业团队。下笨功夫,想笨办法,假以十年,必有所成,必得厚报!老天爱笨小孩!


远景


古语说,生年不满百,常怀千岁忧!进入二十一世纪第二个十年,技术奇点(Technological Singularity)学说大行其道,它认为未来技术发展将会在很短的时间内发生极大而接近无限的进步,当此转折点来临时,新的规则和主体将主宰世界。人类时代的智能和技术将被机器智能或其他超级智能全面超越,面对新的文明,我们将如金鱼面对人类一样,根本丧失理解力,甚至很可能都无法预警它的发生。


奇点理论的影响力,近年来在各界百花齐放:学术界有来自Ray Kurzweil或者Nick Bostrom的两本书 《奇点来临》和《超级智能》;科技界有AlphaGo战胜围棋世界冠军李世石;资本界有来如沙特,阿布扎比,苹果,高通,富士康和夏普等等个人和公司将千亿美金($100B)交给Vision Fund对未来进行布局,由一位相信奇点理论的投资人——孙正义来操刀。而同期对比,2016年全球VC总共募资仅$64B,2017年美国VC总共募资仅$33B……


我们正在迈向技术奇点吗?这对人类是好事,还是坏事?


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贸易战,ZTE,半导体

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