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導讀：晶片產業的整體壟斷性正隨著國際分工與多樣化應用逐步減弱，進入「戰國時代」；而在信息技術與材料革命的過渡期，巨頭們的不同押注都在爭搶晶片的新賽道。 在資訊時代，晶片產業有著舉足輕重的地位。 我們日常使用的電腦、手機、家電、汽車、高鐵、電網、醫療儀器、機器人、工業控制等各種電子產品和系統，都離不開晶片的支撐。 在此次疫情期間，晶片產業同樣為防疫工作提供了不可小視的技術支持。 像紅外體溫檢測儀、紅外成像監控和測溫儀等緊缺物資，其最核心的原件就屬紅外線溫度傳感晶片；而採用生物晶片技術的試劑盒為病毒的檢測大大縮短了時間。 ... 此外，火神山、雷神山的「雲監工」、智慧醫療平臺等各種信息化手段和技術也都離不開通訊晶片的保障。 科技越發達，晶片就越重要。正因如此，晶片產業早已成為各國競相角逐的「國之重器」，甚至逐漸成了國家競爭的抓手。 去年7月，日本宣布對韓國進行半導體及OLED材料的出口管制，包括用於手機、電視OLED顯示屏的氟化聚醯亞胺，與DRAM、NAND Flash等存儲晶片生產息息相關的光刻膠，和用於半導體清洗、刻蝕的高純度氟化氫。 在這三種材料上，日本產能都占全球七成以上，牢牢扼住了韓國半導體產業的核心領域，即顯示屏、手機和存儲晶片。 事實上，晶片產業在國際關係中扮演重要角色早已不新鮮。 三十年前，美日間的半導體貿易戰直接改變了全球半導體產業的格局。日本憑藉成本和技術優勢，在第一次產業轉移中承接了來自美國半導體企業剝離出來的利潤含量較低的製造、封裝測試部門，以DRAM存儲器作為市場切入口，在上世紀80年代甚至超越了美國。 隨後，美國開始全面打壓日本晶片產業，比如Nikon精機在與ASML的EUV光刻機研發競爭中被美國踢出局，直接失去了該領域全部市場份額，從而間接導致日本的半導體產業衰落，退守細分領域。 01 全球晶片產業地圖 為什麼晶片產業可以成為國際競爭的有效手段，讓各國「為它歡喜，為它憂」？ 從全球來看，晶片產業的整體壟斷性正在減弱，不同國家的行業布局聯繫緊密，力量此消彼長。 一方面，是由於應用市場的需求多樣化。 晶片產業的一大特點即為市場的需求驅動，下游的新應用場景往往能夠反推晶片設計、製造的變革與分化。 比如宏觀上來看，隨著使用終端遷移，PC時代產業聚集在美國，成就了微軟x86指令集、英特爾處理器；而移動時代則向全球發散，成就了ARM、高通、臺積電。 再從微觀上來看，比如一塊電腦主板的功能幾乎由除CPU之外的晶片組決定，而這又包括了北橋晶片和南橋晶片，其背後則是英特爾、AMD、VIA和SiS等分布在美國和臺灣的生產企業。 另一方面，是因為產業鏈的模塊化、國際化分工。 作為一個資本密集、技術密集的產業，晶片是全球分工的極致範例之一。 除了IBM和三星等上世紀後期就已形成氣候的IDM（設計、製造一體）巨頭外，全球產業鏈從上游的EDA軟體、IP指令集，到中游的晶片設計，再到下游的製造、封裝測試和應用，其中還包括原材料和製造設備，形成了按資本、技術剝離的高效率「矽智財—Fabless（無廠IC設計商）—代工廠—封測」長鏈條，各國側重不同，但都內嵌於價值鏈中。 晶片產業由此進入「戰國時代」，從中顯現一定格局。而戰國「六雄」主要特徵大致有：美國在保持先發優勢的同時向綜合生態演進。 2018年，美國的無廠晶片商和有廠晶片商共占整個半導體市場份額的52%，並且憑藉先驅地位成為幾乎全晶片品類、生產設備、材料等全產業鏈布局的市場，主要把持著上游高附加值端。 ... 不僅如此，巨頭們已經開始部署從設計到應用的封閉體系，比如英特爾收購了以色列Mobileye，涉足無人駕駛；而終端企業如谷歌、亞馬遜等也著手自主研發晶片，打造自身產品的生態閉環。 歐洲和日本在占領材料和設備高地的基礎上開闢差異化戰場。 歐洲強大的基礎研發能力以及傳統的晶片IDM廠商模式，再加上發達的機械工程為汽車製造提供了廣闊的應用市場，讓其領先於工業半導體和車用半導體的設計與製造。 在裝備與原材料方面，荷蘭ASML幾乎壟斷了高端光刻機；而據SEMI推測，日本的半導體材料供應占全球市場的52%。在賽道轉換中，歐日將在長期技術積累的基礎上從「彎道」重回國際舞臺。 比如日本避開主流的雲計算AI晶片競爭，轉而研發麵向邊緣計算的終端AI晶片；歐洲則在2016年啟動了6200萬歐元的「SemI4.0（功率半導體製造4.0）」項目，以實現多種先進位造技術混用的智能製造。 韓國和臺灣則重點在鞏固自身在產業鏈中的地位。 從歷史來看，韓國和臺灣的晶片發展得益於以美國為中心的第二次產業轉移。韓國「政府+大財團」的模式扶持了由三星、SK海力士引領的龐大產業鏈，模式上是美國前一個時代的復刻與延續，比如三星設計與製造於一體，超越了英特爾成為全球第一。 在未來十年，韓國的晶片戰略將圍繞記憶晶片新材料、無晶圓廠和代工企業的協同增長，以及打造國際半導體企業生產線匯聚地三方面。 臺灣則著重在下游的晶圓代工與封測，在封測方面，臺企日月光等2018年拿下了全球54%的市場份額；而臺積電領先量產7nm工藝，在2019年第二季度拿下市場近50%的份額，並且完成了全球首個3D IC封裝。 在第三次產業轉移中，中國大陸異軍突起。綜合內需與外銷來看，中國大陸是晶片第一大消費地區，但從產業鏈來看，還是兩頭重、中間輕，即設計與封測增長快，而製造的核心技術仍極度依賴進口。 在2018年，以華為海思為代表的中國IC設計行業收入2515億元，年增長率23%；封測領域則吞下了全球12%的市場份額；但集成電路貿易逆差卻高達三倍。 同時，還面臨著兩條道路之爭，一方是「全部自己來」的北派，另一方則是擁抱全球分工的南派。 02 推動地圖變形的力量 現如今，推動晶片產業繼續變形的力量，一是，底層的信息文明疊代，從網際網路1.0時代填平信息鴻溝，到物聯網2.0時代實現物物智能化相連。 人工智慧的基礎設施是萬物互聯，萬物互聯的基礎是5G的超高速度、超低時延、超大連接，而5G最核心的則是光晶片——回到晶片，形成閉環。可見晶片的進化先是由信息基礎架構的突破來推動的，並且，晶片將成為下一個時代的核心要素。 ... 二是，產業內部的技術革命。在應用層面，雲端AI晶片需要強大的運算能力和穩定、快速、靈活的連接支持；終端AI晶片則要體積小、耗電少、個性化。 差異化的需求將推動晶片技術的智慧演化，從GPU主攻高端複雜算法的實現和大型人工智慧平臺的通用功能，到FPGA適配各種需求變化迅速的垂直細分行業,再到ASIC的完全定製。 三是，跳脫技術的材料革命。過去的晶片產業囿於摩爾定律對集成化的極致追求，不遺餘力地縮短電晶體柵極的長度。 但摩爾定律的物理極限正在逐漸顯露，因為當矽材料晶片的柵長小於7nm，電晶體中的電子很容易發生隧穿效應，現有解決晶片漏電的方案將黔驢技窮，需要尋找新的替代材料。 比如用力學、化學和電學性能更好的超級材料石墨烯製造碳納米管，來取代傳統的電晶體，在材料層面實現晶片的性能和能耗躍遷。 03 未來趨勢 隨著晶片產業的變遷進入兩個時代交疊的過渡期，巨頭們的不同押注都在爭搶賽道，百家爭鳴。而未來將呈現以下趨勢：在結構上，是x86、ARM和以RISC-V開源為代表的底層架構「三分天下」。 實際上，這三種架構的背後是不同的終端，即x86架構的桌面伺服器、ARM架構的移動和嵌入式系統，以及RISC-V開源架構支撐的多場景應用。 而隨著通用架構的性能瓶頸，異構計算將是主流。也就是說，整個晶片市場將呈現長尾分布，市場不再集中於頭部企業。 彼時，設計復用，即搭建成熟的開源基礎架構將是提高行業效率的大問題。產業的進化方向上，將面臨計算科學與生物科學的岔路口。 一條路，是走向量子計算晶片。摩爾定律的「天花板」實際上是經典物理與量子物理的分界線。向上突破則意味著晶片向量子物理延伸，將量子線路集成在基片上，來承擔量子信息處理的功能。 而量子計算機在克服技術瓶頸之後，商品化需要走集成化的道路。屆時，量子晶片的絕對安全性將在國家安全、金融等領域體現它的價值。 ... 另一條路，是走向類腦計算晶片。人工智慧的發展離不開對腦科學的研究，但是其對複雜問題的處理和硬體實現的能力受限於現有的馮諾依曼計算機結構。 類腦計算晶片則是通過對基礎生物腦的建模來進行低能耗的硬體實現，完成從神經網絡到人工智慧的跨越。 從地圖上看，產業鏈下游將進一步向「邊緣地區」轉移，而中上游將隨著市場「蛋糕」做大而遍地開花。 在國際貿易格局動盪的背景下，東南亞將承擔更多來自海外的產業從設計到需求的轉移。據《中國出口路線圖2018》顯示，中國80%以上的集成電路進口來自於日韓、臺灣和馬來西亞等非美國地區。 而對於有一定技術和資本積累的「後來者」國家，這將是一次中上游領域重新起跑的機會。因為無論是量子計算、材料革命，還是開源架構的崛起等，都將是對晶片產業格局的釜底抽薪，消解原有的高技術壁壘。
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