尋找中國芯片之王（三）：設計篇

周迎

8月7日，華為消費者業務CEO余承東公開表示，由于受到美國“制裁”，華為麒麟系列芯片在9月15日之后無法制造，將成為絕唱。

由于麒麟芯片采用的7nm制程目前僅臺積電和三星具備代工技術，臺積電斷供，三星也受到美國禁令影響。因此，中國必須完善產業鏈布局，擁有自己的半導體&集成電路完整產業鏈。

一顆芯片的誕生，要經歷芯片設計、晶圓制造、封裝測試三大環節。按產業鏈劃分，當前芯片生產有2種模式，IDM模式和垂直分工模式。

IDM模式下，企業有自己的晶圓廠，芯片設計、制造、封裝測試全都自己做，一般來說企業規模很大，代表企業有英特爾、三星等。

垂直分工模式則更為普遍，企業僅專營一項業務，具體包括Fabless（無晶圓廠）模式和Foundry（晶圓代工廠）模式。Fabless模式只做設計，將其他生產環節外包，如英偉達、華為海思等；Foundry模式僅代工制造，如臺積電、中芯國際等。

本文我們將帶大家了解芯片設計領域的佼佼者，以及隱藏中的“種子選手”們。

全球格局：美國芯片霸主

芯片設計并不是從0開始，而是在常用設計模塊上進行芯片功能添加。因此，芯片設計公司需要在獲得授權后，才可在其芯片的IP核上進行芯片開發。

目前，世界主流的架構是ARM公司的ARM架構，以及英特爾主導的x86架構。幾乎全球所有的手機芯片都無法離開ARM公司的芯片架構以及芯片指令集的授權。ARM不制造、不銷售芯片，而通過開放的IP授權模式，成為全球尖端芯片架構的壟斷者，在移動處理器市場獲得超過95%的市場占有率。

此外，芯片設計還需要專門的軟件EDA，而該軟件主要被Synopsys、Cadence和西門子旗下的Mentor Graphics3家公司壟斷，全球市場占有率高達70%，而在中國市場這3家公司的市占率高達95%。

架構和設備之外，在芯片設計開發上，全球格局仍以美國為主導。

據Gartner數據，2018年全球前五大芯片設計公司分別為博通、高通、英偉達、聯發科、海思。美國公司包攬前三，中國臺灣和大陸地區各占一席。另據IC Insights數據，2018年美國在全球IC設計領域（Fabless）市場的占有率為68%；中國臺灣地區該市場占有率為16%，中國大陸為13%。

博通：買買買首席代表

作為行業老大哥，博通在IC設計領域常年穩居第一，2019財年營收225.97億美元，當前市值超1 200億美元。

翻看博通的歷史，發現其壯大的慣用手法是“并購”。

1991年，博通成立。但如今新博通集合了安華高、博通以及LSI 3家半導體公司的業務。

1999年，惠普剝離芯片制造、電子測量等業務，成立公司安捷倫。2005年，KKR和Silver Lake資本聯合從安捷倫手里花26.6億美元買走半導體業務，改名安華高。

2013年，安華高開始一路并購。先是收購做光學元件的yOptics，加強在光纖產品領域的領導地位，而后并購芯片供應商LSI公司，成為主流芯片產品行業的關鍵角色。

2016年，安華高以總額370億美元加股票并購Broadcom，并改名Broadcom Limited。一系列并購，使得新博通成功躋身半導體行業第一集團。

博通業務多元，從營收結構來看，其有線基礎設施領域占據全球36%的市場份額，產品包括以太網交換芯片、數據包處理器等；無線業務占其半導體銷售收入的1/3，主要產品包括Wi-Fi芯片、藍牙和GPS芯片等。蘋果和三星都是其主要客戶，收入貢獻比重達25%～30%，占無線通信業務的75%～80%。

2018年，博通曾出價1 300億美元尋求收購高通，后出于國家安全考慮，被美國政府出面制止。

相比博通，高通則更為高調。

高通：繞不過的“高通稅”

1985年，52歲的雅各布斯退休不到3個月，便在披薩店樓上租了一間辦公室，和6位老同事一起創立了高通。而今，高通已成長為全球最大的移動芯片供應商。

在芯片產業鏈中，最會賺錢的當屬高通，其主要靠2種方式賺錢：一是專利授權（QTL），二是手機芯片銷售（QCT）。

在通信技術領域，高通依靠CDMA發家。在以GSM技術為主流的2G時代，高通主攻CDMA技術，憑借運營成本更低廉，能夠提供更高質量的無線通信優勢，到1993年時，CDMA被公認為行業標準。

高通在2G的CDMA技術中擁有90%的專利，在3G的WCDMA技術中有27%左右的專利，在4G的LTE技術中有16%左右專利，在5G中有8%左右專利。因此，任何手機廠商想要正常生產售賣手機相關產品都得向高通繳納專利費。

而高通最廣為熟知的還是旗下移動處理器芯片“驍龍”，主要應用于智能手機、平板、筆記本電腦。

驍龍處理器幾乎是高性能手機的象征，尤其是其高端的“8”系列，更是每年安卓旗艦的標配。目前，驍龍835已經達到10nm制程，這顆指甲蓋大小的芯片里容納了30億個晶體管。

世界幾乎近一半手機裝的都是高通芯片，國產機70%左右使用了高通的芯片，OPPO、vivo、小米等主流手機品牌均是其客戶。目前，蘋果、三星、華為的大部分高端機型，都使用自研芯片代替了高通芯片，但市場絕大多數品牌仍使用的是高通芯片。

2019年，高通營收約240億美元（有47億美元來自蘋果的專利許可費），其中芯片業務收入146.39億美元，移動處理器出貨量6.5億個（多數用于智能手機），占據全球1/3的市場份額；專利授權業務營收45.91億美元，稅前利潤達29.54億美元，利潤率高達64.34%。

截止到2019年第三財季，高通累計研發投入已經超過了580億美元，坐擁超14萬項全球專利。

只要使用智能手機，就無法繞開高通。手機廠商每出貨一部手機，除了支付高通芯片的費用外，還需要按照整機銷售價格的3%～5%支付專利授權費給高通，這種專利授權模式在業界也被稱為“高通稅”。

而圍繞著高通的專利訴訟也一直沒有停歇。2019年4月，蘋果與高通就專利爭議達成和解，后者獲得一筆47億美元的一次性付款；今年7月29日，華為與高通和解，將一次性向高通繳納高達18億美元的專利費用。

在手機領域，高通占據CPU高地，而在PC領域，英特爾、英偉達則各占山頭。

英偉達：5年暴增1 900%

7月8日，英偉達（NVIDIA）市值首超英特爾（Intel），成為美國“最有價值”芯片公司。當日市值破2 500億美元，其股價在過去5年暴增1 900%。

英特爾掌握著PC芯片的命脈，約占90%的CPU市場份額，而英偉達則是顯卡領域的個中翹楚。在電腦里，CPU用于邏輯運算，顯卡主要用于圖形處理，可協助CPU工作，提高整體運行速度。當前，圖形芯片供應商主要有兩家：AMD（超微半導體）和英偉達。2019年，在獨立GPU出貨量方面，AMD市場份額為27%，英偉達則占有73%。

黃仁勛出身于中國臺灣，在創建英偉達前，他曾是AMD的芯片設計師，后加入芯片公司LSI Logic做了銷售。1993年，黃仁勛創立了英偉達。

早期，英偉達瞄準游戲市場推出的NV1、NV2都沒有濺起什么水花。隨著圖形芯片主流市場從游戲主機轉向PC，視頻游戲在PC中的分量也越來越重。1999年，英偉達發布了世界上第一塊GPU——GeForce 256，極大推動了PC游戲市場的發展。

憑借GeForce系列顯卡，英偉達在游戲市場所向披靡，穩坐顯卡行業頭把交椅。2014年開始，英偉達積極布局人工智能領域，主營游戲、專業可視化、數據中心和汽車四大業務。

目前，全球約有3 000家AI公司通過英偉達的芯片滿足了人工智能方面的需求，具體包括股票交易、在線購物、無人機導航等領域，其客戶不乏亞馬遜、谷歌、微軟等巨頭。

據Gartner數據，英偉達擁有全球AI芯片市場約3/4的份額。預測到2023年，全球AI芯片市場將達到340億美元以上。

國內市場：中國“芯”崛起

盡管芯片設計領域，美國獨占鰲頭，但中國“芯”已不容忽視。

在芯片設計領域，不乏聯發科、海思、紫光集團等芯片設計龍頭和新銳。

聯發科：“山寨機之父”的逆襲

7月23日，聯發科發布了“天璣720”5G系統芯片，而后市值順勢大漲超過1.12萬億新臺幣，創18年來新高，并首次超過富士康位列第二，僅次于臺積電。

聯發科成立于1997年，是中國臺灣老牌移動芯片設計廠商，早期的聯發科實際是做DVD芯片的。高峰時期，中國大陸有60%的DVD使用的是聯發科的芯片。

到2003年時，聯發科才正式發力移動芯片市場，而此時的聯發科在該領域知名度不高，其決勝的關鍵在于“低成本”。

當時的手機，普遍采用的是高通、德州儀器的芯片，成本很高，同時手機芯片廠商只提供芯片，其他方面需要手機制造商自己完成，由此導致手機制造成本高，周期長。

而聯發科的出現，將盡可能多的功能集成到自家芯片上，為手機廠商提供一站式方案，不僅成本低，還縮短了手機研發周期，一時征服了不少手機廠商。

2007年10月，中國取消手機牌照核準制度，轉而對手機頒發進網許可證。手機生產的門檻大幅降低，由此催生了大批山寨手機制造商，而它們很多使用的就是聯發科的芯片。僅2009年上半年，聯發科就銷售了1.5億顆手機芯片，賺得盆滿缽滿，但聯發科也因此被貼上了“山寨機之王”的標簽。

2010年時，聯發科正式加入谷歌的“開放手機聯盟”，打造專屬的Android智能手機解決方案，正式進軍智能手機市場。2012年，聯發科發布了MT6589，其在圖形能力、功耗方面創下許多業界第一。同年，聯發科在中國大陸芯片出貨量達到1.1億件。到2013年時，聯發科幾乎包攬了整個中低端市場。

如今的聯發科，已發展成為全球前5大無晶圓IC設計公司，前10大半導體公司，全球每3部智能手機就有1臺使用了聯發科的芯片。

目前，國產四大巨頭華為、小米、OPPO和vivo，均有不少機型搭載了聯發科的芯片。自2020年開年，已有7款華為手機搭載了聯發科芯片。

華為海思：厚積薄發

海思創立于2004年，背靠華為，是中國大陸規模最大的芯片設計廠商。其前身是創建于1991年的華為ASIC（專用集成電路）設計中心，而當時的華為成立僅4年，可見任正非的深謀遠慮。

說到海思，不得不提到其核心人物何庭波。何庭波畢業于北京郵電大學，攻讀的是通信和半導體物理碩士。1996年，27歲的何庭波進入華為做了一名芯片工程師，而后成為海思研發管理部部長，直至海思總裁。

2004年，在華為研發投入不到10億美元，員工3萬人的情況下，任正非給何庭波下達了一項艱巨的任務：每年4億美元，2萬人，全力研發芯片。

盡管海思占據了華為大部分資源，但研發過程卻異常艱辛。

直至2009年，海思才推出第一款面向市場的手機芯片K3V1，采用110nm工藝，可適配小眾的Windows Mobile系統，但在市場上毫無競爭力。2012年，海思發布的K3V3系列也因嚴重發熱被嘲是“暖手寶”。

終于在2013年，海思推出了芯片麒麟910，在工藝上可對標高通芯片驍龍。得益于麒麟芯片，當年海思首次實現盈利，營收達到93億元。此后，海思在芯片研發方面進展飛速。2017年，華為手機出貨量約1.5億臺，其中7 000萬臺用的是海思麒麟芯片。

2018年，麒麟980發布，作為全球首個采用臺積電7nm制程的手機芯片，一顆指甲蓋大小的芯片上集成了69億個晶體管。而最新華為海思麒麟990 5G芯片集成了103億個晶體管，成為國內首個集成度超過百億晶體管的芯片。

另外，在安防芯片領域，海思占據了70%的市場份額，幾乎已全部覆蓋高中低三檔產品。2007-2010年，海思相繼拿下大華與海康兩大訂單，成為安防領域多媒體芯片真正的霸主。

目前，海思的芯片產品分為5大系列：一是用于智能手機的麒麟CPU芯片；二是用于數據中心的鯤鵬系列服務器CPU芯片，其華為鯤鵬服務器在中國移動、聯通和電信中占有較大份額；三是用于人工智能場景的AI芯片組昇騰系列SOC；四是用于4G及5G連接芯片，天罡5G基站芯片、巴龍5G終端芯片已全面支撐華為的5G業務；五是應用于視頻監控、機頂盒、智能電視、物聯網等領域的芯片。

2019年，華為海思營收達120.11億美元，已經超過英偉達；研發費用高達1 317億元，占全年銷售收入的15.3%，近10年研發投入總計超過6 000億元。

而今，華為已經成為全球前5大IC設計公司，在技術上，已經達到7nm制程；在5G專利領域，華為擁有的專利數幾乎是高通的2倍，5G芯片技術走在世界前列。

據IDC研究報告，2020年Q2，我國5G智能手機出貨量超過4 300萬部，在5G芯片領域，華為海思是中國最大的5G處理器供應商，本季度占比達54.8%；其次是高通、聯發科和三星，分別為29.4%、8.4%、7.4%。

紫光展銳：被低估的國產芯片巨頭

紫光展銳是紫光集團旗下的芯片設計公司，是僅次于華為海思的中國大陸第二大IC芯片設計公司，全球第二大基帶芯片廠商，也是全球僅有的5家能夠提供5G芯片的廠商之一（其他4家為華為海思、聯發科、高通、三星）。

紫光集團于2013年收購展訊通信，2014年收購銳迪科，并于2016年將兩者整合為紫光展銳。合并后，紫光展銳業務范圍覆蓋移動通信和物聯網領域的移動通信基帶芯片、射頻芯片、物聯網芯片、電視芯片、圖像傳感器芯片等核心技術的自主研發。

目前，除了三星自家產品以外，紫光展銳是三星手機處理器和基帶芯片的最大供應商。三星手機的中低端系列，芯片多是來自于紫光展銳。

2018年，紫光展銳加速向中、高端產品線布局。其中，針對移動通信領域發布芯片品牌“虎賁”，針對物聯網推出芯片品牌“春藤”。同年，紫光展銳營收73億元，凈利潤2.55億元。

在5G領域，紫光展銳表現不俗。

2019年2月，紫光展銳率先推出第一代5G基帶芯片——春藤510；2020年2月，紫光展銳首顆5G芯片SoC虎賁T7520問世，該產品由臺積電打造，是全球首款6nm EUV工藝芯片，年內可實現量產，或將帶動紫光展銳從中低端向高端轉型。2020年3月，紫光展銳獲國家大基金注資22.5億元，其估值超過600億元。

紫光展銳也是典型的研發型公司，據悉，在紫光展銳4 500名員工中，有90%以上都是研發人員，這或許也是其能夠快速成長起來的原因之一。

細分領域的“C位”選手們

2019年，中國芯片設計公司達1 780家，IC設計銷售額首超3 000億元。其中，除了在手機處理器芯片領域具有話語權的海思、紫光展銳外，在其他細分領域也涌現出了許多優秀的企業。

韋爾股份

韋爾股份是攝像頭芯片的龍頭。

成立于2007年5月，韋爾股份在2017年5月實現上市。公司的主營業務是半導體設計和分銷。2019年8月，韋爾股份完成對北京豪威85.53%股權、思比科42.27%股權以及視信源79.93%股權的收購。

其中，北京豪威是圖像采集類芯片（CIS）的頭部企業，創立于2015年，前身是成立于1995年美國豪威。豪威在圖像采集芯片（CIS）領域全球市占率15%，排名第三，僅次于索尼和三星（后二者市占率約60%～70%），其CMOS圖像傳感器在中高端智能手機市場占有較高份額；而思比科的CMOS圖像傳感器在國內中低端智能手機市場占有較高份額。

本次交易完成后，韋爾股份的半導體設計業務大幅提升，同時也獲得了更多客戶資源和業績增長，現已成為CMOS傳感器全球第三、國內第一的龍頭企業。

2019年韋爾股份營業總收入136.32億元，較2018年同比增加343.93%。其中半導體設計貢獻營收為113.59億元，占公司主營業務收入的83.56%。

中興微電子

中興微電子作為中興通訊的子公司，是中國前十大IC設計公司，也是通信芯片的先行者。

1996年，中興就成立了IC設計部，到2003年，中興微電子正式成立。

中興微電子是中國芯片布局最全面的企業之一，產片線包含無線通信、寬帶接入、光傳送、路由交換等。目前，中興微電子擁有芯片專利超過3 900件，5G領域的7nm核心芯片已實現商用。

盡管2018年受到美國禁令的影響，營收有所下滑，但2019年中興微電子營收達76億元，同比增長75%；中興集團總營收達到900多億元，同比增長61%。除此之外，中興在2019年拿到64個5G商用訂單，與全球70多個運營商在5G方面達成了合作。

華大半導體

華大半導體成立于2014年，主營安全芯片和MCU（微處理器）。

MCU廣泛運用于工業控制、醫療設備、遠程控制、辦公設備、家用電器、玩具和各類嵌入式系統中，它將處理器、內存和I/O等器件集成，縮小了系統的尺寸，降低了設備的成本。

據IHS統計，中國MCU（微控制器）市場規模在40億美元左右，其中大部分市場份額被國外廠商占據，自給率不足5%。而華大半導體在超低功耗MCU開發方面已經累積了相當多的技術經驗。

華大MCU產品線主要針對消費類電子與家電領域，如電子煙、家電電機控制、測溫儀芯片等。據悉，自疫情爆發，華大為市場提供了2 500萬顆測溫儀芯片。同時，華大還提供中國ETC系統中車載OBU設備需要的MCU，目前ETC設備發行量已突破1.9億臺，高速公路收費站實現ETC全覆蓋，為華大貢獻了不少的需求量。

目前，華大半導體主要聚焦工業控制、汽車電子、安全芯片3大領域，其中，智能卡及安全芯片產品的出貨量和銷售額居中國市場第一，位列世界前五。旗下已有3家上市企業，包括A股的上海貝嶺和港股公司中電控股、晶門科技，總資產規模超過100億元。

匯頂科技

匯頂科技則是指紋識別領域的王者，在指紋識別芯片、觸控芯片設計領域其市占率全球第一。

成立于2002年，匯頂科技的芯片設計主要應用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦、汽車以及家居觸控5大領域。客戶包括華為、OPPO、vivo、小米、三星、谷歌、亞馬遜、戴爾、惠普、LG、諾基亞等國際國內知名品牌。

在指紋識別芯片這一細分領域，中國占據絕對優勢。其中，前5大廠商占據了全球89%的市場份額，有3家是中國企業，分別是匯頂科技、思立微、信煒科技，市占率分別為39%、9%、5%。

2018年，匯頂營業額為37億元，2019年增長到64億元。預計到2020年全球指紋識別芯片市場規模將達到47.2億美元，未來，伴隨5G技術的發展，以及指紋識別的普及，未來指紋識別市場也將進一步增長。

兆易創新

兆易創新是存儲芯片細分領域的領先者。

存儲芯片分為閃存和內存，閃存包括NAND Flash和NOR Flash，內存主要是DRAM，其中DRAM和NAND Flash占據了存儲芯片市場96%以上的份額。

在半導體行業市場，存儲芯片大約占了1/3，而該市場主要被三星、美光、海力士等美日企業控制。我國每年在存儲芯片的進口額達880億美元，對外依賴度超過90%，其中DRAM、NAND的自給率很低。

成立于2005年的兆易創新主營存儲芯片、MCU、傳感器，其中，存儲核心產品Nor Flash國內市場占有率第一，全球排名第三，市占率為18.3%。

作為中國大陸領先的閃存芯片設計公司，2019年，兆易創新的NOR Flash芯片銷售量近29億顆，近10多年來累計出貨量超100億顆，MCU累計出貨量超3億顆。2019年，兆易創新實現營收32億元，其中存儲芯片收入為25.6億元。

目前，兆易創新正逐步向NAND flash擴張，同時積極布局DRAM業務。5月12日，兆易創新宣布與領先的半導體IP供應商Rambus合作，達成DRAM內存專利協議，最快將在2021年實現DRAM存儲芯片的量產。

瀾起科技

2004年，瀾起科技成立，并于2019年7月成為科創板首批上市企業，市值突破1 000億元。

瀾起科技，主要做內存接口芯片，是全球可提供內存接口芯片的主要廠商之一。同時，瀾起科技還與英特爾及清華大學合作研發出津逮？系列服務器CPU，津逮服務器成為阿里云進軍自主可控云的重要產品支撐。

在內存接口電路行業，瀾起科技在全球服務器內存接口解決方案芯片市場銷售占比近40%（截至2017年底）；在服務器芯片市場，瀾起津逮主要面向大客戶市場，該市場占到整個服務器市場50%以上，每年出貨量達127.9萬臺，對應的潛在市場規模約290億元；針對機頂盒/ Wi-Fi市場，瀾起科技已推出面向智能語音、監控、智能電視等智能家居市場Wi-Fi芯片，有望未來在智能家居潮中占據一定市場份額。

2018年，瀾起科技實現營業收入17.58億元，凈利潤7.37億元，毛利率超過70%。在2016-2018年，公司研發費用投入1.98億元、1.88億元和2.77億元，占營收的比例依次是23.46%、15.34%和15.74%。

此外，芯片設計領域還有如納思達、智芯微、格科微、全志科技、圣邦股份等優秀企業。

據中國半導體行業協會數據，2019年中國集成電路產業銷售收入為7 562.3億元，同比增長15.80%。其中，設計銷售收入為3 063.5億元，同比增長21.6%，占總值40.5%。

盡管很多領域被國外壟斷，但中國芯片并沒有想象中那么弱。