中國芯片產業加速跑

王姍姍

華為高管今年6月對外表示，擁有7000名研發人員的海思不會重組和裁員，仍在開發全球領先的半導體元件。

等待數十年之后，微電子專業的博士畢業生終于在中國拿到了他們期待的薪水。人力資源服務企業科銳國際的調查數據顯示，集成電路相關專業的碩士畢業生在2018年之前平均年收入不足30萬元。現在，到了2021年，它已變成薪水增速最快，并因此引發高離職率的職業。

沉默的中國芯片行業正在取代互聯網，成為資本的新寵兒。

芯片（chip），準確說是在一小片半導體片上雕刻出大量晶體管形成的集成電路，是1950年代末以來最偉大的發明之一，它的發展開啟了隨后繁榮至今的消費電子市場。電腦進入家庭，甚至能“擠”進一臺只有3.5寸大小的移動電話—成為智能手機，靠的都是集成電路的魔法：1950年代，幫助人類登月的阿波羅導航計算機只集成了數十個晶體管;今天，一張直徑300毫米的芯片上集成的晶體管數量可以達到百萬億個。

眼下中國的芯片產業熱潮，既來自于廣為人知的華為芯片斷供事件，也來自一個被遮蔽了多年、近兩年才被注意到的事實：自2005年起，中國就是全球最大的芯片消費國，但這個芯片消費大國并不是芯片的主要生產國。

最早拋出這個觀點的，是芯片市場研究機構IC Insights。根據它發布的數據，2020年中國集成電路的市場規模達到1434億美元，約占全球的31%;同期，中國生產的集成電路，也就是芯片，僅占15.9%，約227億美元，其余84.1%的市場需求嚴重依賴進口。

而所謂“中國制造”的芯片中，只有很少一部分產量是由中國本土企業貢獻，2020年由中國內地公司實現的總產值僅為83億美元，占當年中國芯片市場總量的5.9%。

英特爾、高通、英偉達、三星、臺積電……中國內地既沒有這些產業巨頭，也缺乏完整的產業鏈。從全產業鏈（包括從設計到生產制造以及材料、設備、軟件等數十個環節）所創造的綜合產值看，中國內地公司在2020年實現的芯片業產值僅占全球的5%。同期美國公司貢獻了全球芯片市場總量的55%;其次是韓國公司，貢獻了21%，以及以代工為主的中國臺灣公司拿下了7%。

按照中國政府的產業規劃，中國要在2025年將芯片的國產化率提升到70%—讓我們重復一遍，2020年這個數字還不到16%。

中國政府的規劃富于野心，70%自給率意味著芯片的國產化率每年都要增長34%以上。先不論這個目標是否現實，自2019年以來，有大量的社會資本愿意為這個大目標下注。據云岫資本發布的《2020年中國半導體行業投資解讀》統計，國內半導體行業股權投資案例在2020年共計413起，投資金額超過1400億元，相比2019年約300億元人民幣的投資額，增長近4倍。

終于盼來“供應鏈裂縫”

中國自主設計芯片的起步時間，并不比這種技術的發源地美國晚多少。1948年，晶體管才被發明;10年后，美國德州儀器的工程師發明了集中電路;1960年代，中科院微電子所的前身就解決了晶體管計算機所需的全部型號元件;1966年上海無線電五廠投產了小規模數字集成電路。

此后數十年，中國針對芯片設計、光刻機等核心生產技術的研發雖未中斷，但與該產業在全球的技術演進相比，長期存在較大差距。

這是20世紀后半葉中國電子工業整體處于落后局面所導致的。需要大規模應用高科技芯片的電子產品市場，在1990年代以前的中國并不存在，在當時的美國卻已經具備：1990年代，美國家庭的個人電腦滲透率已經同2008年前后的中國差不多。同時期的中國家庭中，最大額的電子消費產品是電視機。所以，有關計算機及相關芯片的投資，在彼時的中國無法得到足夠回報。

美國半導體市場自1990年以來，以英特爾公司為代表，經歷數次迭代—從小規模集成電路到中規模集成電路，再到大規模集成電路，英特爾的芯片席卷了包括聯想在內的全球所有計算機制造商。1995年，原本生產早期國產計算機的華北無線電聯合器材廠的廠房被變賣，后來成為北京的798藝術區。

即使是2000年之后，中國本土崛起的創業潮和風險投資機構都鮮少涉足這個搭上摩爾定律高速列車的領域。

“以前，這個領域的創業公司都要面臨兩個挑戰，一個是技術突破，還有一個是供應鏈的突破。”容億投資創始合伙人黃金平分析指出，芯片是標準產品，這意味著創業者從進入這個領域的第一天開始就要與英特爾、高通等全球芯片巨頭競爭。

在這個以追求安全、穩定而構建的供應鏈壁壘里，中國公司擅長的價格戰發揮不了作用。因為手機公司不會為了讓一顆芯片在成本上便宜一二十元而承擔哪怕1%的質量風險—那意味著可能會損失幾千萬臺手機的生意。

直到2020年前后，中國新創立的芯片設計公司終于等到了一個供應鏈裂縫。

2019年5月，華為被美國列入“實體清單”;同月，華為宣布自主研發的海思芯片從“備胎”全面轉正。受美國制裁影響，自2020年9月起，華為不能從供應商那里獲得10nm（納米）以下的高端芯片。2021年第一季度，因受到美國數輪制裁，華為海思被擠出IC Insights“全球Top15半導體公司”榜單，而去年同期它在該榜單中排在第10名。

“以前華為不會給中國這些新創公司導入產品的機會，但是現在大家都有了危機意識。”云啟資本的執行董事鄭瑞庭對《第一財經》雜志說，包括華為、小米、OPPO等在內的手機公司，以及華為、中興等生產通信基站設備的公司，都開始在它們的供應鏈中為本土芯片設計公司提供機會。

比如，華為將管理手機顯示時間的時鐘芯片供應商從美國公司換成了寧波的奧拉半導體。后者成立于2010年，2018年在華為所在地深圳設立銷售中心，2020年等到機會加入華為供應鏈，投資機構隨后跟進投資了這家公司。云啟資本透露，在他們觀察的芯片產業標的中，只要其客戶名單上有華為、小米、OPPO，都是加分項。

更多的資本在涌向有大規模集成能力的設計公司，“以后我們中國也會有自己的名牌，有自己的英偉達，有自己的英特爾，這種公司就是我們現在所關注的公司。”疆亙資本投資經理賈浩對《第一財經》雜志說。

1987年，張忠謀創立臺積電，將半導體產業的設計與制造一分為二，繼而推動20世紀末的美國和中國臺灣出現一輪“Design House”創業潮，催生了英偉達、聯發科等只設計不生產的芯片設計公司（這也被稱為fabless模式）。大型芯片設計公司動輒提供上千個型號的芯片設計，下游客戶可以隨意挑選，再將其集成到自己想要開發的系統或產品中去。

Design House為進入21世紀后的智能硬件品類的繁榮提供了便利，反過來，市場對新型智能硬件的投資—物聯網設備、自動駕駛汽車、機器人—也在為fabless模式的芯片企業提供生機。

人工智能設備里最重要的處理器芯片，不再是PC時代我們所熟悉的CPU，而是變成了圖形處理器（GPU）或神經網絡處理器（NPU）。憑借著GPU產品，英偉達的市值在去年7月首次反超英特爾，而一年后的今天，它的市值已經是英特爾市值的兩倍，后者以CPU產品為主。中國主攻與英偉達相似方向的獨角獸公司“地平線”，2021年年初曾在3個月內持續融到了3筆資金，總額9億美元。阿里巴巴2018年成立的芯片設計公司“平頭哥”，開發的也是同類型芯片。

中國芯片市場需求和供應水平趨勢

數據來源：IC Insights *2025年相關數據為預測數據

國產替代的背景下，“新一撥（創業潮）起來的時候，硅谷和中國臺灣都不太有創業機會了，因為它們都有Design House的巨頭，只有中國內地還有這種機會。”云啟資本執行董事鄭瑞庭說，中國內地的很多創業公司都可以在某些領域制造出基本能和英偉達的T4系列（編注：2018年上市，可為人工智能深度學習提供算力的GPU）對標的產品。搜尋了近10家GPU創業公司后，云啟資本投資了藍海智能，后者擁有一支來自老一代Design House公司展訊的研發團隊。

真正的瓶頸：制造

真正的瓶頸：制造雖然有海思這樣的芯片設計公司可以與英特爾、高通同臺競爭，但中國的最大挑戰并不是芯片設計，而是在于制造，尤其是制程在7nm及以下的高端芯片。

作為中國內地最領先的芯片制造商，中芯國際最先進的制程是14nm—很多手機廠商在2017年之前使用這個制程，那個時候，短視頻和手游都還沒有爆發。而中芯國際今年第一季度財報顯示，40nm及以上制程仍然是公司主要的收入來源，28nm和14nm工藝在收入中占比不足7%。無論海思、地平線還是平頭哥，這些芯片設計公司開發出的高端芯片，最終都需要由臺積電等先進工廠代工。

中國工程院院士、浙江大學微納電子學院院長吳漢明將芯片制造稱作中國芯片產業“短板中的短板”。“但在后摩爾時代，我們有追趕的機會。”今年4月末，他在由中國工程院院刊《FITEE》《Engineering》共同主辦的“中國工程院信息與電子工程前沿論壇”上說。

那場內部研討會上，吳漢明再一次闡述了摩爾定律的拐點何時到來，以及中國半導體產業如何超車的理論。這套理論的基礎是中國工程院院士許居衍1992年在一次內部會議上畫出的摩爾定律增長曲線—根據曲線的斜率變化，許居衍院士判斷大概在2014年左右，半導體產業就會進入后摩爾定律時代，即電路間距達到28nm左右的時候，芯片的效率不再每兩年甚至每18個月增長一倍，而且，其成本將不降反增。

芯片產業的3種運營模式

資料來源：根據公開資本整理

2020年全球芯片市場份額分布格局

數據來源：IC Insights 注：上述數據統計不包括代工模式形成的產值

這個預測后來得到部分驗證。2002年以前，晶體管的性能每年提升50%左右，2002年之后，這個數字變成23%，2010年之后減少到12%，2014年降為3.5%。原來購買100萬個28nm的晶體管只需要2.7美分，當技術進步到20nm以內時，購買100萬個晶體管上漲至2.9美分。

正是成本的不斷下降讓電腦和手機走向了普羅大眾。如果按照60年前一個晶體管大約200元人民幣的成本計算，蘋果在2020年10月發布的載有A14芯片（集成118億個晶體管）的手機要賣到23600億元，才能收回成本。這種可怕的事情沒有發生，但在后摩爾時代就不一定了。

歷史上，PC產業末期，聯想超越惠普和戴爾，成為全球最大的PC制造商;智能手機產業末期，華為、小米超越了三星。基于摩爾定律“魔法漸失”的預測，吳漢明認為，中國的芯片制造公司將迎來追趕的機會。

針對部分制造環節，比如存儲，與CPU、GPU等事關決策的芯片相比，存儲芯片對數據傳輸效率的要求沒有那么高，但對成本敏感。今天的數據中心除了仍在大量使用機械式存儲設備，剩下的小部分半導體芯片使用的仍是15nm左右制程，而非高端智能手機所需的7nm或者5nm。

市場研究機構Gartner的數據顯示，2019年全球芯片市場中，10nm以下的先進產能僅占17%，83%的市場仍由10nm以上的低端制程占據。這樣的市場結構，為那些芯片工藝創新能力趕不上臺積電的中國內地公司留出了發展空間，也使得包括存儲芯片在內的中低端芯片成為當下最吸金的投資標的。

2016年，合肥政府將內存芯片廠商長鑫存儲招募至合肥設廠，除了土地和稅收優惠，當地國資委還投資了近百億元。這家只能生產18nm產品的存儲芯片公司在去年12月又獲得了由老股東安微國資委旗下產業發展基金繼續領投、小米長江產業基金等機構跟投的156.5億元戰略融資，公司估值升至338億元。

全球前五大晶圓代工企業及其市場份額

注：以上排名依據2021年第一季度各企業營收數據

不同類型芯片在中國市場的占比

數據來源：IC Insights

用于電動汽車的大部分芯片，制程要求也不像智能手機那么高。目前，汽車芯片主要集中在20nm至45nm成熟制程，而制程最先進的那些代工廠極少涉及這些業務。比如在臺積電2019年至2020年的營收數據里，汽車芯片的貢獻占比還不到4%。

所以，拋開智能手機處理器芯片這個高端市場，中國的芯片制造公司仍有大把機會讓自己先生存下來，再去攻克最困難的部分。

當然，這么做的代價也顯而易見—放棄最前沿的市場會使自身長期處于追趕地位。中國政府不愿看到這種局面，根據吳漢明在4月的那次內部分享會上給出的時間表，政府要求中國的芯片制造能力在3年后實現：芯片效率提升15%，面積和成本各減少30%。

這個KPI意味著，像中芯國際這樣由國資主導的芯片制造商，要在接下來3年內把量產制程從14nm提升至10nm以內;同時，它也意味著中國要在更上游，即大規模集成電路的核心生產設備光刻機上擁有話語權。

目前全球最大的光刻機廠商是荷蘭的阿斯麥公司（ASML），它在45nm以下制程的高端光刻機（DUV）市場占有85%的份額，在生產更為先進的7nm/5nm芯片的極紫外光刻機（EUV）領域，其市場占有率則達到100%。

中國目前還沒有能媲美阿斯麥的光刻機制造商。能力最好的上海微電子，目前可以量產制程20nm的光刻機，但其零部件也大部分仰賴全球采購。按照一臺光刻機需要十多萬個零部件計算，全球5000多個供應商協作，才能支撐這種設備的制造。而這5000多個供應商有32%在荷蘭和英國，27%在美國，27%在日本，14%在德國—沒有中國公司。

這也正是為什么吳漢明強調在后摩爾時代，中國需要重視本土化和產能增長，但“全球化仍然是不可替代的”。即使是美國，要實現光刻機完全國產化，也需要花費1.2萬億美元—這樣做將會導致在美國市場上銷售的半導體的成本提高65%。

中芯國際聯席CEO梁孟松在2020年年末曾對外透露公司已完成了7nm芯片的開發，“只待EUV光刻機到來”就可以進入下個階段的風險量產。2018年年初，中芯國際出資1.2億美元向阿斯麥訂購首臺EUV光刻機，該設備本應于2019年年底交付，卻因荷蘭政府沒有向阿斯麥發放新的出口許可證，延遲至今。

想要打破制造端的瓶頸，關鍵的問題仍在于中國公司要如何在全球產業協作、共同應對“芯片短缺”的過程中，找到自己可以做出的貢獻，從而逐步換取芯片供應鏈核心環節的把控權。這個疑問，迄今沒有人給出答案。

人才、資本、舉國體制

要追趕全球半導體工業的產研節奏，中國還要補上最不可或缺的那塊拼圖—人才。熱錢涌入的大背景下，無論平頭哥、小米、OPPO這些互聯網或智能手機領域的大公司，還是各類初創公司，都愿意提供高薪以吸引人才。這改變了過去中國高校培養的半導體人才多數流向互聯網公司而非半導體產業的窘境。但匹配產業進程，尤其是高端芯片設計和制造的人才池，本來就不在中國。

據統計，中國芯片產業的人才缺口達到幾十萬人。“芯片設計、生產、封裝—雖然每個環節門檻都較高，研發難度大，尤其高端人才不足，但不至于像光刻機這類人才，幾乎鳳毛麟角。”科銳國際高級業務羅鵬對《第一財經》雜志說。

歐、美、日、韓和中國臺灣地區的半導體公司仍然擁有芯片產業鏈上最核心的人才。以英特爾為例，這家美國芯片公司在中國建有多家工廠，但這些工廠的主要工作是做芯片成品前的最后一步—封裝測試;上海研發中心的主要工作也是向中國市場推廣英特爾的芯片，以及在芯片被集成到客戶的終端產品上時提供技術支持，核心的設計其實并不在中國。

作為一種技術和資金雙重密集型產業，一個成功的芯片項目需要動輒數百億元、長達十年甚至數十年周期的資金和時間投入，所以能夠找對技術路線并高效執行的“領軍人才”至關重要。

以69歲的梁孟松為例，這位中芯國際聯席CEO曾在2003年幫助臺積電戰勝IBM，第一個實現130nm芯片量產;后來他跳槽加入三星，又幫助三星在14nm的制程上早于臺積電半年實現量產。2017年，他被挖到中芯國際后，用了不到300天，將中芯國際14nm芯片的良品率從3%提升到了95%，并帶領團隊只用3年就完成了從28nm到7nm共五世代的技術開發。與之相反，因為研發帶頭人選擇了錯誤的技術路線，英特爾在14nm的制程上停留了10年之久，被原本不如它的AMD反超。

“千里馬常有，伯樂不常有”的古訓對應到中國芯片產業的發展現狀，要反過來才成立。不僅如此，同質化的創業熱情也在分流人才。“如果現在國內只有一兩家GPU公司的話，大家人才集中在一起……因為你要開發一個GPU，至少需要幾百位研發工程師，但現在都分散到了十幾家里。”鄭瑞庭說。

資本過快涌入芯片產業的過程，也引發了一些行業丑聞。最廣為人知的是武漢的弘芯半導體，這個造芯項目成立于2017年，延攬了臺積電前CTO蔣尚義擔任CEO，引進阿斯麥的光刻機，直到項目爛尾的時候，外界才發現，這個項目的初創團隊成員多數只有大專文憑，他們開過飯店、倒賣過中藥，已經從當地政府手中拿走了1280億元。

類似丑聞在武漢、西安等多個試圖發展芯片產業的城市出現，已經影響到整個行業的募資。“我們只會投那些上市確定性強、成熟穩定的企業，比如已經流片成功，準備量產的，才能保證投資人的安全。”疆亙資本高級產品經理張一偉說。

一旦市場化的投資機構的心態紛紛傾向于求穩，扎堆爭搶那些處在Pre-IPO階段的公司，對芯片產業那些亟需扶持的初創公司將會是一個打擊。芯片本身是個在什么都沒有的時候就要先投入數百萬美元的東西—不算聘請工程師的成本，芯片每次流片都要花費上百萬美元，購買IP又是一筆高昂費用。在得到驗證之前，一個創業團隊要熬上3年左右的時間，這也是他們最需要用錢的時候。

所以，吳漢明呼吁政府資金應該更多地投向那些從0到1的高風險項目，比如造芯片或者開發光刻機。

“我希望有一個比較好的舉國體制做一些公共的技術研發平臺，發揮‘集中力量辦大事的優勢，推進我們國家芯片產業的整體發展。”吳漢明說。