芯片产业已成国之重器！产业地图如何变？

导读：芯片产业的整体垄断性正随着国际分工与多样化应用逐步减弱，进入“战国时代”；而在信息技术与材料革命的过渡期，巨头们的不同押注都在争抢芯片的新赛道。

在信息时代，芯片产业有着举足轻重的地位。

我们日常使用的电脑、手机、家电、汽车、高铁、电网、医疗仪器、机器人、工业控制等各种电子产品和系统，都离不开芯片的支撑。

在此次疫情期间，芯片产业同样为防疫工作提供了不可小视的技术支持。

像红外体温检测仪、红外成像监控和测温仪等紧缺物资，其最核心的原件就属红外线温度传感芯片；而采用生物芯片技术的试剂盒为病毒的检测大大缩短了时间。

此外，火神山、雷神山的“云监工”、智慧医疗平台等各种信息化手段和技术也都离不开通讯芯片的保障。

科技越发达，芯片就越重要。正因如此，芯片产业早已成为各国竞相角逐的“国之重器”，甚至逐渐成了国家竞争的抓手。

去年7月，日本宣布对韩国进行半导体及OLED材料的出口管制，包括用于手机、电视OLED显示屏的氟化聚酰亚胺，与DRAM、NAND Flash等存储芯片生产息息相关的光刻胶，和用于半导体清洗、刻蚀的高纯度氟化氢。

在这三种材料上，日本产能都占全球七成以上，牢牢扼住了韩国半导体产业的核心领域，即显示屏、手机和存储芯片。

事实上，芯片产业在国际关系中扮演重要角色早已不新鲜。

三十年前，美日间的半导体贸易战直接改变了全球半导体产业的格局。日本凭借成本和技术优势，在第一次产业转移中承接了来自美国半导体企业剥离出来的利润含量较低的制造、封装测试部门，以DRAM存储器作为市场切入口，在上世纪80年代甚至超越了美国。

随后，美国开始全面打压日本芯片产业，比如Nikon精机在与ASML的EUV光刻机研发竞争中被美国踢出局，直接失去了该领域全部市场份额，从而间接导致日本的半导体产业衰落，退守细分领域。

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全球芯片产业地图

为什么芯片产业可以成为国际竞争的有效手段，让各国“为它欢喜，为它忧”？

从全球来看，芯片产业的整体垄断性正在减弱，不同国家的行业布局联系紧密，力量此消彼长。

一方面，是由于应用市场的需求多样化。

芯片产业的一大特点即为市场的需求驱动，下游的新应用场景往往能够反推芯片设计、制造的变革与分化。

比如宏观上来看，随着使用终端迁移，PC时代产业聚集在美国，成就了微软x86指令集、英特尔处理器；而移动时代则向全球发散，成就了ARM、高通、台积电。

再从微观上来看，比如一块电脑主板的功能几乎由除CPU之外的芯片组决定，而这又包括了北桥芯片和南桥芯片，其背后则是英特尔、AMD、VIA和SiS等分布在美国和中国台湾的生产企业。

另一方面，是因为产业链的模块化、国际化分工。

作为一个资本密集、技术密集的产业，芯片是全球分工的极致范例之一。

除了IBM和三星等上世纪后期就已形成气候的IDM（设计、制造一体）巨头外，全球产业链从上游的EDA软件、IP指令集，到中游的芯片设计，再到下游的制造、封装测试和应用，其中还包括原材料和制造设备，形成了按资本、技术剥离的高效率“矽智财—Fabless（无厂IC设计商）—代工厂—封测”长链条，各国侧重不同，但都内嵌于价值链中。

芯片产业由此进入“战国时代”，从中显现一定格局。而战国“六雄”主要特征大致有：美国在保持先发优势的同时向综合生态演进。

2018年，美国的无厂芯片商和有厂芯片商共占整个半导体市场份额的52%，并且凭借先驱地位成为几乎全芯片品类、生产设备、材料等全产业链布局的市场，主要把持着上游高附加值端。

不仅如此，巨头们已经开始部署从设计到应用的封闭体系，比如英特尔收购了以色列Mobileye，涉足无人驾驶；而终端企业如谷歌、亚马逊等也着手自主研发芯片，打造自身产品的生态闭环。

欧洲和日本在占领材料和设备高地的基础上开辟差异化战场。

欧洲强大的基础研发能力以及传统的芯片IDM厂商模式，再加上发达的机械工程为汽车制造提供了广阔的应用市场，让其领先于工业半导体和车用半导体的设计与制造。

在装备与原材料方面，荷兰ASML几乎垄断了高端光刻机；而据SEMI推测，日本的半导体材料供应占全球市场的52%。在赛道转换中，欧日将在长期技术积累的基础上从“弯道”重回国际舞台。

比如日本避开主流的云计算AI芯片竞争，转而研发面向边缘计算的终端AI芯片；欧洲则在2016年启动了6200万欧元的“SemI4.0（功率半导体制造4.0）”项目，以实现多种先进制造技术混用的智能制造。

CPU将进入新时代：押注计算芯片的极限协同设计

来源：内容由半导体行业观察（icbank）编译自「nextplatform」，作者：Timothy Prickett Morgan，谢谢。 我们现在进入了一个时代，那就是IT行业的计算引擎将需要比以往任何时候都更需要更低的价格，更好的性能以及更好的散热特性。这将需要一种在更大范围的工

韩国和中国台湾则重点在巩固自身在产业链中的地位。

从历史来看，韩国和中国台湾的芯片发展得益于以美国为中心的第二次产业转移。韩国“政府+大财团”的模式扶持了由三星、SK海力士引领的庞大产业链，模式上是美国前一个时代的复刻与延续，比如三星设计与制造于一体，超越了英特尔成为全球第一。

在未来十年，韩国的芯片战略将围绕记忆芯片新材料、无晶圆厂和代工企业的协同增长，以及打造国际半导体企业生产线汇聚地三方面。

中国台湾则着重在下游的晶圆代工与封测，在封测方面，台企日月光等2018年拿下了全球54%的市场份额；而台积电领先量产7nm工艺，在2019年第二季度拿下市场近50%的份额，并且完成了全球首个3D IC封装。

在第三次产业转移中，中国大陆异军突起。综合内需与外销来看，中国大陆是芯片第一大消费地区，但从产业链来看，还是两头重、中间轻，即设计与封测增长快，而制造的核心技术仍极度依赖进口。

在2018年，以华为海思为代表的中国IC设计行业收入2515亿元，年增长率23%；封测领域则吞下了全球12%的市场份额；但集成电路贸易逆差却高达三倍。

同时，还面临着两条道路之争，一方是“全部自己来”的北派，另一方则是拥抱全球分工的南派。

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推动地图变形的力量

现如今，推动芯片产业继续变形的力量，一是，底层的信息文明迭代，从互联网1.0时代填平信息鸿沟，到物联网2.0时代实现物物智能化相连。

人工智能的基础设施是万物互联，万物互联的基础是5G的超高速度、超低时延、超大连接，而5G最核心的则是光芯片——回到芯片，形成闭环。可见芯片的进化先是由信息基础架构的突破来推动的，并且，芯片将成为下一个时代的核心要素。

二是，产业内部的技术革命。在应用层面，云端AI芯片需要强大的运算能力和稳定、快速、灵活的连接支持；终端AI芯片则要体积小、耗电少、个性化。

差异化的需求将推动芯片技术的智慧演化，从GPU主攻高端复杂算法的实现和大型人工智能平台的通用功能，到FPGA适配各种需求变化迅速的垂直细分行业,再到ASIC的完全定制。

三是，跳脱技术的材料革命。过去的芯片产业囿于摩尔定律对集成化的极致追求，不遗余力地缩短晶体管栅极的长度。

但摩尔定律的物理极限正在逐渐显露，因为当硅材料芯片的栅长小于7nm，晶体管中的电子很容易发生隧穿效应，现有解决芯片漏电的方案将黔驴技穷，需要寻找新的替代材料。

比如用力学、化学和电学性能更好的超级材料石墨烯制造碳纳米管，来取代传统的晶体管，在材料层面实现芯片的性能和能耗跃迁。

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未来趋势

随着芯片产业的变迁进入两个时代交叠的过渡期，巨头们的不同押注都在争抢赛道，百家争鸣。而未来将呈现以下趋势：在结构上，是x86、ARM和以RISC-V开源为代表的底层架构“三分天下”。

实际上，这三种架构的背后是不同的终端，即x86架构的桌面服务器、ARM架构的移动和嵌入式系统，以及RISC-V开源架构支撑的多场景应用。

而随着通用架构的性能瓶颈，异构计算将是主流。也就是说，整个芯片市场将呈现长尾分布，市场不再集中于头部企业。

彼时，设计复用，即搭建成熟的开源基础架构将是提高行业效率的大问题。产业的进化方向上，将面临计算科学与生物科学的岔路口。

一条路，是走向量子计算芯片。摩尔定律的“天花板”实际上是经典物理与量子物理的分界线。向上突破则意味着芯片向量子物理延伸，将量子线路集成在基片上，来承担量子信息处理的功能。

而量子计算机在克服技术瓶颈之后，商品化需要走集成化的道路。届时，量子芯片的绝对安全性将在国家安全、金融等领域体现它的价值。

另一条路，是走向类脑计算芯片。人工智能的发展离不开对脑科学的研究，但是其对复杂问题的处理和硬件实现的能力受限于现有的冯诺依曼计算机结构。

类脑计算芯片则是通过对基础生物脑的建模来进行低能耗的硬件实现，完成从神经网络到人工智能的跨越。

从地图上看，产业链下游将进一步向“边缘地区”转移，而中上游将随着市场“蛋糕”做大而遍地开花。

在国际贸易格局动荡的背景下，东南亚将承担更多来自海外的产业从设计到需求的转移。据《中国出口路线图2018》显示，中国80%以上的集成电路进口来自于日韩、中国台湾和马来西亚等非美国地区。

而对于有一定技术和资本积累的“后来者”国家，这将是一次中上游领域重新起跑的机会。因为无论是量子计算、材料革命，还是开源架构的崛起等，都将是对芯片产业格局的釜底抽薪，消解原有的高技术壁垒。