半導(dǎo)體，中國的芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)需要怎樣突破？

　　長江存儲現(xiàn)在研發(fā)進(jìn)度如何?根據(jù)長江存儲 CEO 楊士寧介紹，其 32 層 3D NAND 芯片順利實(shí)現(xiàn)了工藝器件和電路設(shè)計(jì)的整套技術(shù)驗(yàn)證，通過電學(xué)特性等各項(xiàng)指標(biāo)測試，達(dá)到預(yù)期要求，2017年底將提供樣片，繼續(xù)向64 層 3D NAND 發(fā)展，樂觀估計(jì)2019年量產(chǎn)。

　　目前韓國三星已經(jīng)在2017年量產(chǎn)64層 NAND，可以看出中國和韓國的技術(shù)差距在2年，2年看似很短，其實(shí)在競爭激烈瞬息萬變的市場，已經(jīng)是極大的差距了?？鬼n將是長期的進(jìn)程。

　　但是，大家也不要覺得韓國半導(dǎo)體不可戰(zhàn)勝，事實(shí)上，韓國人在半導(dǎo)體領(lǐng)域表現(xiàn)強(qiáng)勢的也就是NAND FLASH和DARM存儲器領(lǐng)域，以三星為首的韓國公司早在上個世紀(jì)九十年代就開始了存儲器的研發(fā)，早了我們二十年，我們要想超過他們，當(dāng)然必須付出時間的代價，這個時間不是三五年，能夠十年追上就已經(jīng)非常了不起。

　　另外，韓國雖然存儲器強(qiáng)大，但在存儲器以外的其他領(lǐng)域，除了三星手機(jī)自產(chǎn)處理器和基帶芯片外。由于都不是大集團(tuán)研發(fā)，韓國的芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在中國的沖擊下衰退非常嚴(yán)重。

　　以2017年上半年為例，根據(jù)韓國媒體Business Korea的報道，在韓國上市的韓國前15大IC設(shè)計(jì)公司中，有10家上半年?duì)I業(yè)利潤出現(xiàn)下降，50%的企業(yè)出現(xiàn)虧損，營收和利潤都增長的只有兩家。

　　原因就是中國沖擊，例如液晶面板上面的驅(qū)動芯片，例如手機(jī)和平板電腦上的觸控芯片，以及攝像頭等用的中低端圖像傳感器。

　　我在上一篇文章寫過，全球顯示面板向OLED轉(zhuǎn)移的趨勢已經(jīng)不可逆，我國有一家做OLED驅(qū)動芯片的公司就在高速增長，那就是中穎電子，2017年上半年，中穎電子公司實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入3.12億元，同比增長30.65%;凈利潤為6208.01萬元，同比增長61.8212%;每股收益為0.30元。

　　因此，全球目前只有中國的瘋狂的投入存儲器的研發(fā)和制造，韓國人在存儲器領(lǐng)域未來被顛覆，只有可能是被中國，確切的說的是長江存儲公司。

　　未來的希望：寒武紀(jì)

　　為什么要特別提一下寒武紀(jì)，人工智能是人類所有產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大勢所趨，在這個領(lǐng)域，專用芯片將會成為未來的主流。幾乎所有的ICT科技公司，不管是國內(nèi)的百度，阿里，騰訊，華為，還是美國的谷歌，facebook，亞馬遜，微軟，都在朝人工智能方向發(fā)展

　　2017年8月，由中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所(中科院計(jì)算所)陳云霽、陳天石兩兄弟創(chuàng)立的寒武紀(jì)科技(CambriconTechnologies)宣布完成阿里巴巴領(lǐng)投的1億美元A輪融資，此輪融資令寒武紀(jì)估值達(dá)到10億美元。這也是中國第一家集成電路產(chǎn)業(yè)的獨(dú)角獸公司(估值超過10億美元)，這可以算作一個里程碑。

　　值得一提的是，寒武紀(jì)團(tuán)隊(duì)成員的平均年齡只有25歲，很多骨干成員在校期間已開始從事相關(guān)領(lǐng)域的工作。創(chuàng)始人陳云霽和陳天石是兄弟倆，都是學(xué)霸。

　　陳云霽14歲進(jìn)入中科大少年班，在創(chuàng)立寒武紀(jì)前，陳云霽在大學(xué)的最后一年，就參與了中國第一塊通用CPU芯片龍芯1號的研制項(xiàng)目，2002年，陳云霽來到了中科院計(jì)算所，跟隨現(xiàn)在的龍芯公司董事長胡偉武研究員碩博連讀，成為當(dāng)時龍芯研發(fā)團(tuán)隊(duì)中最年輕的成員。博士畢業(yè)后，他留在了計(jì)算所。25歲時，陳云霽就已經(jīng)成為8核龍芯3號的主架構(gòu)師。

　　他在2015年入選《麻省理工科技評論》35歲以下的全球最佳35名創(chuàng)新人士。

　　非常有意思，寒武紀(jì)推出的人工智能芯片型號名字叫DianNao，也即是中文電腦的拼音，目前DianNao已衍生出1A、1H等多個型號。DianNao這個型號名字來自寒武紀(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)里一位法國人，這個法國人叫OlivierTemam，來自法國國家信息與自動化研究所(Inria)，他建議說，與其取一個平淡的英文名字，還不如反其道而行用中文的拼音來命名，這樣對外國人來說是“外語”，他們反而會覺得十分“洋氣”。

　　最值得一提的是，DianNao芯片不僅是寒武紀(jì)的自主架構(gòu)，而且是寒武紀(jì)自主開發(fā)的指令集，名字也很有意思，叫DianNaoYu(電腦語)， 這是世界首個深度學(xué)習(xí)指令集，DianNaoYu指令集的論文在2016年的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域頂級國際會議ISCA2016(International Symposium on Computer Architecture)所接收，其評分排名所有近300篇投稿的第一名。具有突破性的意義。之前中國自主研發(fā)的龍芯芯片，也是使用的MIPS指令集免費(fèi)授權(quán)的形式，雖然可以自主修改，也不會被限制，但是使用指令集還是來自國外。

　　用中科院計(jì)算所的話來說意義是這樣的“指令集是計(jì)算機(jī)軟硬件生態(tài)體系的核心。Intel和ARM正是通過其指令集控制了PC和嵌入式生態(tài)體系。寒武紀(jì)在深度學(xué)習(xí)處理器指令集上的開創(chuàng)性進(jìn)展，為我國占據(jù)智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)的領(lǐng)導(dǎo)性地位提供了技術(shù)支撐。”

　　寒武紀(jì)人工智能芯片和傳統(tǒng)的通用處理器如何比較?寒武紀(jì)是人工智能的專用芯片。請注意專用兩個字，因此寒武紀(jì)的芯片和通用處理器并非替代關(guān)系。

　　由于CPU和GPU基本框架結(jié)構(gòu)都不是為人工智能設(shè)計(jì)，如果要用通用處理器搭建一個人腦規(guī)模突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可能需要建一個電站來給它供電。AlphaGo下一盤棋動用了1000個CPU和200個GPU，每分鐘的電費(fèi)就高達(dá)300美元，而網(wǎng)絡(luò)規(guī)模只有人腦的千分之一?！?/p>

　　寒武紀(jì)AI芯片恰恰解決了這一問題——它能在計(jì)算機(jī)中模擬神經(jīng)元和突觸的計(jì)算，對信息進(jìn)行智能處理，還通過設(shè)計(jì)專門存儲結(jié)構(gòu)和指令集，每秒可以處理160億個神經(jīng)元和超過2萬億個突觸，功耗卻只有原來的十分之一，未來甚至有希望把整個AlphaGo的系統(tǒng)都裝進(jìn)手機(jī)。

　　其他的FPGA方案雖然迭代快，但從計(jì)算速度和能耗比來說，和專用的人工智能芯片相比仍然有差距。因此除了寒武紀(jì)以外，其他國外公司也在跟蹤寒武紀(jì)的研究成果，比如谷歌的TPU

　　寒武紀(jì)的AI芯片在兩個大型產(chǎn)業(yè)都可以有廣泛的應(yīng)用，一個是云端，一個是終端。在目前云計(jì)算蓬勃發(fā)展的情況下，云端服務(wù)器面臨更大的大數(shù)據(jù)計(jì)算壓力，AI芯片逐漸必不可少。另外終端的智能化程度和計(jì)算要求不斷提升，也需要使用AI芯片。

　　2017年9月2日，華為在德國IFA展上發(fā)布麒麟970處理器，首先用于華為Mate 10智能手機(jī)上，雖然沒有公開宣布，但其背后的AI芯片就是來自寒武紀(jì)，麒麟970整合的人工智能芯片，華為稱之為NPU(NeuralProcessingUnit，神經(jīng)處理單元)

　　搭上了華為這條大船，寒武紀(jì)的銷售額將會迅速增加，目前猜測，華為和寒武紀(jì)采取的是IP授權(quán)的形式，寒武紀(jì)作為全球第一家人工智能芯片獨(dú)角獸公司，也是全球第一家大規(guī)模量產(chǎn)人工智能芯片的公司，同時芯片架構(gòu)和指令集完全自主，在未來大有可為。

　　我現(xiàn)在就盼著寒武紀(jì)什么時候上市了，人工智能會是有一個超級產(chǎn)業(yè)，理論上所有的硬件都會需要實(shí)現(xiàn)人工智能深度學(xué)習(xí)功能。

　　半導(dǎo)體行業(yè)，美國超級強(qiáng)勢，韓國在存儲領(lǐng)域優(yōu)勢大，

　　歐洲有三家一流的半導(dǎo)體公司，NXP,英飛凌和意法半導(dǎo)體，其中NXP在和高通談并購，如果高通并購NXP并購成功，那么歐洲只剩下兩家了。

　　日本有三家一流半導(dǎo)體公司，瑞薩電子，索尼的CMOS圖像芯片和東芝半導(dǎo)體。這其中索尼的CMOS圖像處理芯片是近年來日本公司幾乎僅有的實(shí)現(xiàn)大逆轉(zhuǎn)的產(chǎn)業(yè)，索尼憑借圖像處理芯片大大提升了市場份額，獲得了大量利潤。東芝在尋求出售，等東芝出售成功，那么日本也只剩2家半導(dǎo)體公司。

　　我們可以看到，美國超級強(qiáng)勢，中國，韓國都在上升，歐洲和日本在小幅衰退，

　　除此之外，另外一個衰退比較嚴(yán)重的是臺灣了，臺灣半導(dǎo)體協(xié)會預(yù)估2017年臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體產(chǎn)值較2016年小幅成長1%，而2017年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模將較2016年成長9.8%，也就是臺灣“生命線”半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)世界份額在不斷下降。

　　以整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比較，2017年上半年臺灣為新臺幣11440億元，大陸約新臺幣9900億元，臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)險勝，但大陸在整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度明顯超過臺灣，

　　根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2017年1-6月中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額為2201.3億元，同比增長19.1%，而臺灣呢，以2017年第二季度為例子，是衰退4.8%。

　　半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)，制造，封測三大部分，設(shè)計(jì)和封測大陸均已經(jīng)超越臺灣，臺灣在IC產(chǎn)業(yè)唯一有優(yōu)勢的還是制造業(yè)，臺灣GDP 2016年大約為5600億美元左右，而臺積電的半導(dǎo)體制造一年貢獻(xiàn)100億美元凈利潤，另外提供數(shù)萬個年薪40萬人民幣的崗位，以及大量稅收，以臺積電為首的半導(dǎo)體制造業(yè)不愧是臺灣經(jīng)濟(jì)的基石。臺灣有三家半導(dǎo)體公司進(jìn)入全球20強(qiáng)，和日本，歐洲并列都是3家。其中2家是制造(臺積電，臺聯(lián)電)，1家是設(shè)計(jì)(聯(lián)發(fā)科) 2017年上半臺灣IC設(shè)計(jì)的產(chǎn)值為新臺幣2904億元、大陸為新臺幣3735億元，大陸已經(jīng)在IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)追過臺灣;

　　IC制造業(yè)領(lǐng)域則是臺灣半導(dǎo)體的大本營，比較2017年上半兩岸的情況，臺灣IC制造的產(chǎn)值為新臺幣6268億元、大陸產(chǎn)值為臺幣2570億元，臺灣守住優(yōu)勢， 在IC封裝和IC測試方面，2017年上半年臺灣的IC

　　IC制造業(yè)領(lǐng)域則是臺灣半導(dǎo)體的大本營，比較2017年上半兩岸的情況，臺灣IC制造的產(chǎn)值為新臺幣6268億元、大陸產(chǎn)值為臺幣2570億元，臺灣守住優(yōu)勢， 在IC封裝和IC測試方面，2017年上半年臺灣的IC封測產(chǎn)值為新臺幣2268億元，大陸產(chǎn)值為新臺幣3600億元，這部分大陸也已經(jīng)超越臺灣。

　　從以前的仰望，到現(xiàn)在超過臺灣，并且在追趕日本，韓國和歐洲的路上，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步有目共睹。2017年上半年，中國大陸芯片設(shè)計(jì)業(yè)同比增長21.1%，銷售額為830.1億元，繼續(xù)保持世界最快增長速度。

　　對中國的芯片發(fā)展要抱有信心，未來海思，紫光，寒武紀(jì)三大勢力將成為中國芯片產(chǎn)業(yè)的主力軍，寒武紀(jì)雖然現(xiàn)在銷售額不多，也還沒有開始盈利，但是這家公司必將崛起成為一方諸侯。

　　寒武紀(jì)需要解決的是商業(yè)經(jīng)驗(yàn)問題，創(chuàng)始人是中科院搞技術(shù)出身，在商業(yè)市場搏殺，需要有商業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累和助陣，這是寒武紀(jì)需要解決的問題。

　　在三巨頭以外，很多專業(yè)領(lǐng)域的中國芯片供應(yīng)商也會崛起，例如提供顯示面板驅(qū)動芯片的中穎電子，提供指紋識別芯片的匯頂科技等等。

　　另外呢，在國有企業(yè)大軍里面(不要鄙視國企，紫光也是國企)，也會有很多像大唐微電子，華大這樣的芯片公司來保證國家安全，比如下面這則2017年9月16日的新聞，華大發(fā)布的北斗導(dǎo)航定位芯片。北斗產(chǎn)業(yè)以后會是一個大型產(chǎn)業(yè)。

　　再比如應(yīng)用于超級計(jì)算機(jī)的申威芯片等等。實(shí)事求是的說，這里面大多數(shù)企業(yè)商業(yè)上不會很成功，例如像大唐這樣的國企，主要做各種金融和社保的芯片，雖然公司一直虧損，國家也得養(yǎng)著。當(dāng)然北斗芯片可能是個例外，因?yàn)楸倍肺磥頃蔀橐粋€大產(chǎn)業(yè)。

　　還有像中國電子科技集團(tuán)下面的中科芯公司，這家公司2008年在無錫成立，我們最近天上在對接的天舟一號飛船的電子控制防輻射芯片，就是來自中科芯公司，這也是為了保證自主化和國家安全，但是航天飛行器在產(chǎn)業(yè)規(guī)模上注定不會像海思，紫光，寒武紀(jì)的市場那么大。

　　另外網(wǎng)友比較關(guān)注的我國超級計(jì)算機(jī)上用的國產(chǎn)芯片，例如全球速度最快的神威太湖之光超級計(jì)算機(jī)，芯片就是國產(chǎn)化的申威，指令集和架構(gòu)都是在美國DEC公司的Alpha架構(gòu)下擴(kuò)展而來，但是這款芯片只適用于超算領(lǐng)域，在民用市場由于生態(tài)問題和性能問題，不會有競爭力。因此也是小眾芯片。

　　另外就是龍芯了，胡偉武博士是個堅(jiān)持自主研發(fā)的人，他也培養(yǎng)出了寒武紀(jì)創(chuàng)始人陳云霽，培養(yǎng)出了一批自主研發(fā)芯片的人才，我覺得這才是龍芯的最大貢獻(xiàn)。至于在商業(yè)化上面，龍芯幾乎沒有什么希望，建立生態(tài)必須要有強(qiáng)大的商業(yè)實(shí)力和地位，目前龍芯芯片只能在一些專業(yè)領(lǐng)域，例如北斗衛(wèi)星上用的防輻射芯片，或者一些專用領(lǐng)域比如服務(wù)器，工控，嵌入式控制等等。龍芯能在這些領(lǐng)域占據(jù)較大市場份額，就是一種成功了。

　　龍芯2015年銷售首次過億元人民幣，是一家非常弱小的公司，2016年相信銷售額也是1億元多點(diǎn)的規(guī)模，而2016年中國銷售額過1億人民幣的芯片設(shè)計(jì)公司有160家，龍芯在里面毫不起眼。 胡偉武是個技術(shù)人才，龍芯現(xiàn)在的待遇，以及類似科研院所和國企的運(yùn)行體制，也暫時無法獲得優(yōu)秀的高端商業(yè)人才。龍芯在未來十年能夠做到10億人民幣，20億人民幣就很不錯了。即使到2027年能做到100億人民幣的規(guī)模，10年增長100倍，到那個時候龍芯也進(jìn)不了中國芯片的第一集團(tuán)。

　　中國芯片產(chǎn)業(yè)的未來必須要走商業(yè)化可盈利的路，從這條路來看，只有以海思，紫光，寒武紀(jì)為首的國產(chǎn)芯片公司，以及華大，大唐，士蘭微，匯頂科技等第二梯隊(duì)，以及未來可能成長起來的第三梯隊(duì)才是中國芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的未來。

　　而芯片設(shè)計(jì)這個產(chǎn)業(yè)，從中國，美國，歐洲，韓國，日本，中國臺灣六強(qiáng)的發(fā)展趨勢來看，中國保持現(xiàn)狀20%的發(fā)展速度，每四年翻一倍，到2025年將是現(xiàn)在的4倍，是未來美國最大的挑戰(zhàn)者，韓國依靠對存儲芯片的高強(qiáng)度投資，將保持世界列強(qiáng)地位。中國紫光的存儲芯片2019年才能夠量產(chǎn)64層的NAND Flash，那個時候距離三星和海力士還是有技術(shù)差距，所以短期內(nèi)韓國存儲芯片產(chǎn)業(yè)是打不垮的。DRAM目前還不知道什么時候能量產(chǎn)。

　　而歐洲，日本，中國臺灣，由于其下游消費(fèi)電子品牌的衰落，不可避免會影響到上游芯片的產(chǎn)值，這其中最危險的是臺灣，因?yàn)闅W洲和日本還有蓬勃發(fā)展的汽車電子產(chǎn)業(yè)，消費(fèi)電子這邊衰落了，還可以從汽車那邊來彌補(bǔ)。例如日本，雖然東芝在衰落，但是瑞薩電子的汽車業(yè)務(wù)發(fā)展就挺好。

　　臺灣就比較危險了，芯片設(shè)計(jì)業(yè)不斷下滑是大趨勢，因?yàn)橄M(fèi)電子品牌不斷往中國大陸集中，而大陸的自產(chǎn)芯片占有率在不斷提高，而臺灣又沒有汽車品牌產(chǎn)業(yè)來彌補(bǔ)損失，設(shè)計(jì)業(yè)下去了，保住臺積電的制造業(yè)是臺灣面臨的首要問題，從這個意義上來講，發(fā)展中芯國際抵消臺積電的發(fā)展，就是促進(jìn)兩岸統(tǒng)一

　　在后面的文章，我們聊聊芯片制造業(yè)和封測，半導(dǎo)體制造以及上游的設(shè)備是中國最大的短板。