中國半導體的困局與破局

文/廣東美的制冷設備有限公司 馮宇翔

世界半導體有起碼一半的時間是伴隨著家電的發展而發展的，世界上大部分偉大的半導體公司都脫胎于家電企業，而由中國家電企業引領的以節能化、智能化為核心的新家電又為全球半導體孕育了新的市場機會。提到中國半導體的困局與破局，繞不開家電，甚至有可能就依賴于家電。

半導體在人類社會只存在了70年。偉大的發明都會使人類的生存狀態發生變化，而半導體這項發明，推動人類社會乃至國際格局的變化，比任何其他發明都來得深刻得多。目前。正在左右著世界格局的，無非美國、歐洲、日韓和中國（包括中國臺灣和中國大陸），所以本文就圍繞著這幾個國家和地區展開，并在最后聚焦到中國。

美、歐、日韓及中國的半導體發展之路

世界上第一個晶體管是美國人于1947年研發的，一般認為，這一年就是半導體元年，半導體出現后的前十年，基本上都是美國人在探索與研究。美國人利用晶體管研發了收音機、電視機等家電產品，豐富了美國人的生活，他們在繼續深耕這項技術。但就在第一片集成電路被美國人做出來的前一年（1957年），中國人和蘇聯人一起做出了第一個鍺晶體管，這一年，可以認為是中國半導體的元年，中國半導體正是在這一年正式走上了世界舞臺，相比美國晚了十年。那時候的國人雖然窮得可能享受不到半導體對生活帶來的改變，但這無法阻止中國人追趕世界半導體技術的步伐。1965年是中國科技界的大年，中國不但完成了全球首次的胰島素人工合成，還獨立完成了中國第一片集成電路的研制，這個成績僅比美國晚7年，和日本相當，比韓國早10年。當時躊躇滿志的中國半導體科學家們一定沒有想到，這一年竟然會成為中國半導體最接近世界頂尖水平的高光時刻。

隨后，日本和中國在同一起跑線上走上了完全不同的兩條路，美國開始將其家電和半導體技術進行國外轉移，日本利用美國技術的國外轉移大量接受美國的專利轉讓，中國利用美國技術的國外轉移大量采購美國的二手設備。

當然，日本人從美國人手上得到的不止是專利，還有品質，麥克阿瑟和戴明通過教日本人做收音機，使“質量優先于技術”的哲學在日本產業界生根發芽，憑借對專利技術的研讀和對品質控制的執著，日本人的半導體和他們的家電一起在80年代登頂世界龍頭，日立、東芝、松下等既做家電又做半導體的公司控制了全球半導體市場超過一半的份額；而中國人從美國人手上買的20多條二手設備線卻在電子行業的更新換代中一無所用，80年代改革開放，“能買的不造”成為了主導中國經濟的核心思想，這在帶來舉世矚目的中國速度的同時，也帶來了中國半導體自主技術的停滯。

美國在與日本和中國的買賣中獲得了大筆收益，但美國人更樂于見到的是當時中國的樣子而不是當時日本的樣子，所以上世紀90年代，美日貿易戰爆發了，在半導體方面，可以說贏家是韓國和臺灣。韓國在上世紀 60 年代進入工業化時代，家電產品供應商三星通過收購美國仙童在韓國的子公司獲得芯片加工技術，開始在世界半導體舞臺嶄露頭角。當世界注意到三星的悄然崛起后，開始對其技術封鎖，但為時已晚，三星已經有了足夠的技術儲備，在韓國政府的政策支持下開始動用舉國之力自主研發，并利用美日貿易戰開展了著名的“逆周期”投資策略，這個曾經在半導體方面落后中國十年的國家，依仗三星、LG等家電企業，取代了日本，成為新的世界半導體產業重心。

中國臺灣半導體的起步也源于其六七十年代遍地開花的出口代工企業，這些企業從代工收音機做起，到代工黑白電視和彩電，再到代工空、冰、洗等白電，臺灣雖然沒有知名的家電品牌，但這些家電代工企業卻撐起了臺灣50%的工業產值，也為臺灣半導體的發展提供了土壤。臺灣嘗到了家電代工的甜頭，所以在動蕩的90年代，當全球都在因為日本的半導體產能銳減而發愁時，臺灣為半導體創造性地引入了代工模式，臺積和聯電做流片代工、日月光和精材等做封測代工，臺灣的半導體代工不但為全球提供了半導體產能，還使全球的半導體商業模式發生了結構性的變化。

而在此時，貿易戰中的日本也在尋找新的可能性，在當時的輿論界，日本人只有做那些美國人也不會做的東西，才不會被指責，否則哪怕一點雷同都會被定義為抄襲而被刻意放大。這個過程無疑是艱難的。而日本企業瞄準了半導體的上游，那是更基礎的科學領域，基礎得甚至會被人忽略。事實上，在高純度單晶硅和光刻膠這兩個半導體制造的基本材料上，日本企業取得了優勢，昔日的日本家電巨頭日立、松下、三菱等都成為了首屈一指的半導體基礎材料供應商，統治著當今半導體界的方方面面。

中國臺灣的代工模式影響著貿易戰另一頭的美國，硅谷出現了兩個新現象，一個是出現了一些僅從事制造的半導體工廠，另一個是出現了一大批僅從事設計的半導體公司，并以后者更甚。家電制造從美國轉移到了日本和韓國，又從日韓轉移到了中國，半導體制造則從美國轉移到了日本，又從日本轉移到了韓國和臺灣，直到美國總統特朗普上臺前，美國人似乎是越來越不屑于自己進行制造了；美國留下的半導體產業鏈的核心技術是EDA工具，全球半導體的設計軟件基本都是由美國公司提供的。如果不用日本的單晶硅和光刻膠，全球的半導體產量會損失一半，如果不用美國的設計軟件，全球將再無半導體新品。

歐洲幾乎是與美國、日本同時起步進入半導體產業的，在日本東芝、日立等企業同時在家電和半導體界如日中天的時候，以飛利浦和西門子為代表的歐洲企業也同樣在這兩個領域占有一席之地。后來，這些公司的半導體部門被分拆，成為了全球知名的半導體IDM公司，這些公司往往以特殊工藝見長，譬如功率半導體和傳感器芯片，要完成這些特殊芯片的流片和封裝，往往需要特殊的設備，所以歐洲涌現出了一批獨步天下的半導體設備公司，從光刻到研磨，再到焊接和檢測，歐洲的半導體設備幾乎成為高端半導體設備的代名詞。日本有百年老店、歐洲也有；日本人有工匠精神、歐洲人也有，如果說日本人通過對化學的專研，奪取了材料技術的明珠，那么，歐洲人則是通過對物理的專研，奪取了裝備技術的明珠。

70年的半導體業界風起云涌，各路英雄粉墨登場，有人黯然離去，有人方興未艾。經過幾輪洗牌，半導體全球化的格局已經形成，籠統地說，日本的材料、歐洲的設備、美國的軟件、韓國和臺灣的產能，構成了半導體的經濟基礎并決定著半導體的上層建筑。通過對歷史的回顧，中國大陸在半導體的經濟基礎方面驚鴻一現，卻最終未能成功參與全球分工，那么在上層建筑方面呢？

半導體的上層建筑由計算、存儲、通信、功率與其他共五個部分組成。功率半導體芯片屬于功率的范疇，物聯網芯片則很寬泛，計算、存儲、通信和其他中的傳感器都可以算作是物聯網芯片。理論上，每個人都可以利用美國的軟件進行芯片設計，借助日本的材料和歐洲的設備，在韓國或臺灣將這五種芯片制造出來，但實際上，并沒有那么簡單。

計算芯片是嚴重依賴軟件生態的，PC時代是x86的天下，移動互聯網時代是ARM，中國人不一定設計不出更好的指令集，但是由Windows和Andriod保駕護航的軟件生態會使其他架構的計算芯片大概率失去實用價值。目前，計算芯片主要由美國和歐洲控制。

通信和功率芯片多為分立器件，可以簡單理解為如何將一個晶體管的性價比做到極致，這里說的“做”，更多的是“制造”而非“設計”，“設計”是基于“制造”的設計，“制造”決定了“設計”的可能性，所以我們幾乎沒有聽說過分立器件做得好的Fabless，分立器件做得好的大多數都是IDM公司。中國目前不乏做分立器件的IDM公司，但是中國人既然在半導體設備方面受制于人，分立器件這一刻做得再好，下一刻都可能慘淡收場。目前，通信芯片的話語權掌握在美國手里，功率芯片歐洲和日本做得不錯。

存儲芯片的核心是在一個集成電路中容納更多能夠穩定運行的存儲單位，其核心同樣是制造，并且更致命的是先入者已經建立了完善的專利布局，目前這些專利還沒過期，中國人要做，只能小心翼翼的做，稍有不慎就有滅頂之災。目前，存儲芯片被韓國和美國統治著。

至于模擬芯片、傳感器芯片，與其說中國人起步晚、技術落后，更有可能是因為缺少試錯和迭代的機會，使中國人在模擬和傳感器芯片方面近十年來始終與國外保持著一個不大不小的距離。目前，歐洲和日本在模擬和傳感器芯片的市場份額最高。

這些計算芯片、存儲芯片、通信芯片、功率芯片和模擬芯片被用在各種電子產品之中，應用最為廣泛的，就是家電：最早被用在收音機、電視機、音響等黑色家電之中，后來用在PC、相機、手機等米色家電之中，現在又在在空調、冰箱、洗衣機等白色家電之中得到使用。半導體的誕生創造了家電的形態，家電的功能升級又反過來影響著半導體的技術發展，在半導體的上層建筑，半導體與家電相生相克，相愛相殺，可以說，對于民用半導體，得家電者得天下。

中國半導體行業如何破局

回顧了世界半導體70年的恩怨情仇，今天，其經濟基礎和上層建筑業已形成，強者恒強的局面似乎牢不可破。中國半導體的困局，不是中國半導體被困之于局內，而是中國半導體被置之于局外！中國的半導體要破局，就要入局！

我們前面對中國半導體的描述不多，其實中國半導體在經過了改革開放前的計劃機制和改革開放初期的行業失序后，借助國家政策的扶持和海外技術的加持，也得到了一定的發展，涌現出了一些企業，只是這些中國的半導體企業和中國的家電企業是井水不犯河水的，這點與主流半導體玩家有質的區別，這些企業也取得了一定的成就，只是這些成就與中國的大國身份并不匹配。半導體不但能改變人類社會的生存方式，還能改變國家機器的經營模式，如果哪個國家半導體的地位與這個國家在世界的地位不匹配，將有累卵之危。所以，中國的半導體企業必須找到入局之道。

今日的半導體產業已是全球共此明月，全球五大玩家，牽一發而動全身，沒有任何一個國家能夠只手遮天。多頭格局讓我們的入局不必全面突圍，只需要有一個或幾個絕對高地，就能成功入局，只是這個高地并不是稀土。那么應該從哪個領域實現突破呢？

半導體材料方面，除了硅這個主材料之外，剩余的材料大致可以分成兩類：光刻與輔助光刻的材料。

半導體設備方面，已經與材料水乳交融互為關系，因此半導體設備也可以大致分成兩類：光刻與輔助光刻的設備。

材料是化學的天堂、設備是物理的世界，從掌握基礎理論到技術產業化落地也需要長時間的沉淀，因此，如果要在設備和材料方面入局，只能通過足夠長的時間去研究和足夠多的資金去投入，才有可能取得突破，并且材料和設備不能孤立地去發展，特別是在研發新的半導體制程時，設備是基于材料的設備，材料是之于設備的材料，設備商和材料商要互相給予對方寬容，提供試錯機會。因此，如果要從半導體材料和半導體設備方面取得突破，一定不能依賴于單純的市場行為，也一定不要指望立竿見影。

半導體軟件方面，將數學模型轉換成仿真結果，將執行程序轉換為流片圖形，其實只要規則設定好了并不是十分難的事情，軟件的易用性和用戶的習慣往往是一個軟件是否能取得成功的關鍵，多年的優勝劣汰后，留下了Synopsys、Cadence、Silvaco等軟件，這些軟件基于Linux、設計者不乏中國人的身影，理論上是可以在短時間內形成突破的，但是卻不可能形成取代；這就很尷尬了，設想一下，如果中國人自己開發了一套半導體設計軟件給中國人自己用，這到底算是入局還是算是出局呢？因此，在半導體軟件方面，就像我們有自己的永中、WPS等辦公軟件，但主要還是用Office寫文檔一樣，我們要有，但也很難依賴它來入局。另外，同樣的，半導體EDA軟件的發展也一定不能依賴于單純的市場行為。

半導體產能方面，中國臺灣地區因為其特殊性，已經成為了半導體芯片的世界工廠之一。如果半導體不再有戰略意義，中國大陸成為新的世界工廠是順理成章的事情，但如果半導體的戰略意義依舊，中國大陸仍面臨著新工藝設備的引入和外部客戶的訂單壓力。因此，在半導體產能方面，如果一直沒有自主的核心技術的背書，即便是中國與全球差距最小的封裝與測試，也一直會被隔斷在一個距離世界頂級工廠不遠不近的位置。在中國半導體產業上游不穩的情況下，產能的鋪陳需慎之又慎，臺灣會長期成為一個好的緩沖地帶，大陸很難依靠產能的單點突破來入局。在半導體產能方面，最好能讓它成為一個單純的市場行為。

半導體設計方面，屬于上層建筑的范疇，企業一旦成功起步就能自我造血、滾動向前。中國已經出現了一些在細分領域度過了黎明前的那段黑暗的企業。按照半導體設計的游戲規則，有些模塊可以從EDA或者Fab廠商處購買；有些模塊需要自己實現；還有一些模塊即便是自己實現，也要給他人支付專利費用、還要依賴下游應用。當我們從更高的角度俯視中國整個半導體設計產業時，中國的半導體設計產業整體還很弱，特別是模擬設計方面，并不完全因為起步較晚，更因為缺少試錯與迭代機會，與歐美設計公司相比，價格與性能都存在差距。

因此，中國半導體近期就能做成的事情寥寥無幾，半導體設計可以算是其中一個，從會設計的、能設計的開始，從低端的、不太靠經驗的開始，也不失為一個培養中國半導體生態的途徑，但通過半導體設計帶中國入局，顯然過于單薄了，需要補強。

總結一下以上分析，中國要入局，就需要在半導體材料和設備方面進行政策性的持續投入，使某些關鍵工藝環節成為全球化半導體產業分工的一部分，并在半導體設計方面構建起產銷暢通、自我循環的生態，使之成為有中國特色的社會主義市場經濟的一部分。中國半導體的材料和設備水平決定了中國半導體的生產力水平，中國半導體的設計水平決定了中國半導體的生產關系水平，前者是后者的前提和基礎并決定了后者的發展和變革，后者又對前者起作用，后者是否能以一個活躍的形式存在，將或解放、或束縛，或推動、或阻礙前者的迭代與進化。

當今之世，要發展半導體材料、設備和設計，離不開兩個要素：國家意志和人才，國家意志可以帶來資金，人才可以帶來技術。其實國家支持半導體的意志是一貫而堅定的，經歷了908項目的失敗和863項目的“陳進造假”，國家還是持續支持了909工程等項目，在上海張江打造了一個“中國硅谷”。2014年6月，國家發布了《國家集成電路產業發展推進綱要》，9月，國家集成電路產業投資基金成立，也就是我們俗稱的“大基金”。

半導體這兩年的熱度有增無減，促使許多資本和創業者蜂擁而至，有時也著實不易分辨這些資本與創業者是準備實業救國，還是只是抱著擊鼓傳花的心態進入這個行業。

利用“大基金”并不可恥，并且是必須的，因為半導體作為暴利行業的時代早已過去，在世界范圍內，半導體產業已經是一個幾乎連平均的GDP增長都跑不贏的行業，但資本和創業者是否都了解這個行業，是否都熱愛這個行業，是否都敬畏這個行業，值得商榷。

并且我們在上面也已經闡述，在不具備設備和材料的話語權的時候去投資半導體產能是非常危險的，有可能會陷入無材料可用，無設備開工，無訂單生產的狀態。半導體產能上的投資確實是視覺沖擊力最強的，一大片地、一大座廠、一大批人，所以近年來，“大基金”似乎總是熱衷于12寸線的投資，全國各地一下冒出了好多12寸的項目，會不會出現“村村點火，戶戶冒煙，一地雞毛”的情況，我們拭目以待。

從產值上看，半導體產業呈倒金字塔布局。來自2018年的數據，最上游的如家電等的電子設備廠商的產值是2萬億美金，下方的半導體芯片廠也就是我們這里所說的半導體產能的產值是接近5000億美金，而更下游的半導體設備與材料的產值是1000億美金。越是核心，產值越低；越是重要，投資周期越長，這種與市場價值觀相悖領域，是不是更值得也更需要資金上的支持呢？

執行國家意志的國家政策制定者，是謀一域，還是謀全局；是謀一時，還是謀萬世，是個兩難的抉擇。

另外，目前中國最成功的幾個半導體項目，或多或少都有對外合作的背景，在政策執行時，我覺得不一定動不動就只支持所謂的國產化，在全球分工的今天，國產化的定義本來就是模糊的，如果國外的法人或自然人能與中國人一起研究某項技術并且共享成果，難道不是一件更美好的事情嗎？別人越是狹隘，我們越要開放，把中立的都拉攏來做朋友，敵人最后也會變成朋友。

再說人才，怎么才能吸引80、90、00后的國人投身一個只能勉強跑贏GDP的行業呢？中國半導體之父張汝京博士在今年的“中國芯”的主題演講里面認為，半導體公司需要為孩子們做到以下五點：成就感、不斷學習的機會、升遷的機會、整體待遇有競爭力、愉悅的工作環境。這些被稱之為“張氏五條”。“張氏五條”可能還需要有一個前提，那就是半導體公司確實有提供這些的能力。

上文我們回顧半導體史，偉大的半導體企業大多都是脫胎于家電廠家的，而家電又自始至終都是半導體的最大應用領域。所以讓這個事情更可能成功，要么就是家電企業自己做半導體，要么就是張汝京博士現在倡導的所謂CIDM模式。

CIDM模式與之前我們常說的VIDM模式相比，他把應用廠家也納入其中，這是一個很重要的變化。CIDM是在半導體設計時就直接和應用層進行技術和利益的綁定，這無疑大大提高了設計出的半導體產品被應用的幾率，這也就是本文前面談到半導體設計時需要補強的東西。

黑色家電和白色家電的節能化和智能化給全球半導體提供了廣闊的應用前景，和米色家電智能手機的增長帶來的狂歡不一樣，那是建立在手機取代MP3、取代GPS、取代數碼相機的基礎上的，可謂幾家歡喜幾家愁，半導體的實際需求因為智能手機的增長是在萎縮的，近年來如此多的半導體公司實施并購抱團取暖與之脫不了關系。但黑色家電和白色家電的節能化和智能化是確確實實在原有的家電里面多塞了一些功率芯片、傳感芯片和通信芯片，并且這與其他電子產品沒有替代性，是對半導體切切實實的需求增長。

全球家電的中心已經轉移到了中國，家電節能化、智能化的革命是由中國家電企業帶動的，中國的半導體公司通過CIDM模式和中國家電企業綁定，讓半導體產品迅速落地轉化成財富，使半導體公司具備提供“張氏五條“的條件，從而吸引越來越多的后來者進入半導體行業，從而吸引越來越多的海外半導體從業者回國。通過國家意志扶持國內外企業共同研究，并共享半導體材料與設備，通過與家電企業協同發展讓半導體設計公司實現自我造血，并吸引人才，這或許就是中國半導體的破局之道。