中美芯片战争专题:中国第一次把美国打痛了!
云阿云智库•中美芯片大战专题•前沿科技
编者按:美方的战略路线相当清楚。2018年的贸易战与退群(退出国际组织);2019年同中国经济脱钩;2020年的芯片制裁与网络清洁运动。然后是2022年另外建立芯片供应链,与电动汽车产业链。这是非常清晰的路线图。但美国搞去全球化去中国化已经将近5年了,结果如何呢?结果就是中美芯片大战,中国把美国打痛了!全文3.1万余字,由云阿云智库•前沿科技课题组资料整理。
原创丨中美芯片大战,中国第一次把美国打痛了!
占豪2023-01-10云阿云智库•中美芯片大战专题•高端制造业
2018年初,中美爆发贸易战,中国有很多人噤若寒蝉,中国股市暴跌,一时间风声鹤唳。对于美国的贸易战,占豪战略上是蔑视的,并且在第一时间进行了深度分析得出结论——美国单方面挑起贸易战,是美国必输的一场战争!
为什么占豪当时就能判定美国必输?原因很简单,因为中国掌握着全球最重要的生产制造能力,美国要和中国打贸易战的结果就是,给美国带来通胀压力,而对中国伤害有限。事实结果大家都看到了,正是如此。
特朗普发起的贸易战,大概也就一年多时间他就彻底“认输”了,和中国签署了第一阶段的协议,之后特朗普任内再没有提起贸易战。
美国在发起贸易战后,发现原来打贸易战自己真的没有优势,于是又开始折腾科技战,在中国最薄弱的芯片产业下手,针对中国规模最大、实力最强的科技企业。是的,华为虽然暂时承受了巨大的压力,中国也承受了巨大的压力,但美国这么做严重刺激了中国政府和产业界,中国整个国家的资源都以极快的速度向芯片领域集中。从2019年开始,无论国家还是企业,都铆足了劲要推进中国芯片产业的自主能力。
现在,3年时间过去了,我们取得了什么成果呢?
我们现在当然还未取得对7nm制程芯片的突破,但14nm应该已经量产,28nm及以下的制程则是在以疯狂投入的方式在加速量产,我国每年投入100条芯片生产线。虽然类似14nm的良品率可能还存在一些问题,但随着量产这些都会解决。但可以毫不夸张地说,我们现在的能力已经具备了初步的竞争力。
如果大家还记得,我们国家在2020年8月出台了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,政策中强调了我们2025年的目标,芯片国产化率提高到70%。这个目标可是太艰巨了,因为2019年我国芯片的国产化率还不足30%。
对于这个目标,我们心里也清楚,要快速实现7nm、3nm的这些制程不现实,但当下市场28nm以上制程的芯片占市场份额的77%,14nm以上制程的芯片占整个市场的90%以上,这就意味着我们只要搞定14nm制程,就能解决90%以上市场的芯片问题。而且,基本上14nm芯片几乎就能满足芯片需求了,包括手机芯片也一样可以,只是性能稍差而已。
事实上,目前也只有手机芯片、部分GPU、CPU用到7nm以下的芯片,苹果、华为、高通、联发科等手机芯片用到了5nm、4nm,还有AMD、NVIDIA的CPU、GPU用到了5nm、4nm等,其它的芯片全是7nm及以上。至于用量很大的汽车芯片、MCU、物联网、消费电子芯片等,基本都是28nm及以上工艺制程,未来14nm基本上就把绝大部分的芯片需要给满足了。
所以,客观上只要我们解决了14nm芯片的量产问题,美国对我国的芯片“卡脖子”基本就破产了。目前美国在EDA、半导体设备、材料、人才、技术等方面进行了全面封锁,很显然解决14nm工艺需要一个过程和时间,但以中国的财力、人才、制造能力,解决这些也就是个时间问题,而且在有市场需求的情况下不会太长。
也正是基于此,中国现在采取的策略就是大力建设28nm以上制程的产能,大力投入寻求对14nm工艺制程的突破。以中芯国际为代表的中国芯片企业,都在大力投入28nm及以上工艺制程。中芯国际有中芯深圳、中芯京城、中芯东方、中芯西青在内的四大项目,都是围绕28nm及以上工艺制程在扩大产能。
中国这么干的目的是什么呢?就是要通过全面占领中低端芯片市场,让你没办法在芯片领域赚很多中国的钱,而只要我们在中低端占据了绝对控制地位,美国就是再怎么控制7nm及以上制程,对我国各行各业的影响也是微乎其微的。那么,当他们芯片卖都卖不出去的时候,他们卡中国脖子的计划就崩溃了。
以中芯国际为例,现在公司每天的芯片产能可以达到每天1.7亿颗以上,其它公司也在加速扩产,我国的芯片自给率正在快速提升,全国日产能已经突破10亿颗。
中国的这一招是非常狠也非常有效的,外国企业正在加速失去中国红利。当2020年很多人都觉得我们国家计划2025年实现芯片自给率70%是天方夜谭,但现在看我们非常有可能实现,这就是国家的战略计划,一般人看不懂!
那么,现在效果怎么样呢?最新的数据显示,2022年1到9月,我国芯片进口量削减了超800亿颗。中国削减芯片进口量当然有库存因素,但主要还是我国中低端芯片产能上来了。所以,经过两三年时间的努力,中国市场留给外国厂商的空间已经不多了。
对于这场科技战,很多中国人到现在还缺乏信心,依然写各种文章、制作各种视频贬低中国芯片产业,这都是无知的表现。事实上,在华尔街,很多投资人已经认为,中美这场芯片战美国必败无疑。
为什么连美国投资人都逐渐认为中美芯片战美国必败?原因很简单,因为市场在中国,因为中国有资金、有人才、有制造能力,美国卡脖子能卡得一时,卡不了一世,而现在中国芯片企业正在加速崛起占领中低端市场,而美国对此无可奈何,只能去掏空台湾的高端工艺制程,试图继续保持自己的技术优势。然而,一旦中国全面占领中国国内的14nm以下市场,很快就会占领国际上的14nm以下市场,当中国拥有了中低端的控制权,那么7nm、5nm、3nm随着时间都会被攻破,而像美国的芯片企业由于失去了市场,仅靠提高高端芯片价格是难以为继的,而且高端芯片价格越高,未来占领市场的中国企业投资越猛。事实上,美国资本越来越不看好他们的芯片企业,其整体市值已经损失了1.5万亿美元。
与芯片制造的发展几乎同时,我国芯片制造的设备也在加速国产化!
相关数据显示,两年前我国晶圆设备总体国产化率仅7.4%。我们的芯片制造企业之所以更愿意购买国外的设备,原因就是他们的设备性能更好、更加稳定可靠。然而,由于美国对中国卡脖子,中国购买的高端的光刻机,外国公司根本不敢卖给中国。在这种情况下,大家都醒悟了,我们必须实现芯片制造设备的自给,于是国产芯片企业从2020年开始,会越来越多地采购国产化设备。再加上国家制定了2025年芯片国产化率70%的目标,这就更需要中国企业尽量多地采购中国设备。
我们的工作是有效的。两年时间的发展,中国芯片制造设备的国产化率就由2020年的7.4%提升到了202年的36%,相比两年前的7.4%增长了近4倍。
中国科技战应该打了四年了,中国倒了吗?中国华为倒了吗?美国得到了什么呢?双方打了四年,中国也就是难受一点,但也仅此而已,就像人得了个感冒一样。但是,中国大力发展芯片业的后果是,未来美国的芯片业将会失去中国市场,成为无本之木。美国自认为聪明,卡中国脖子就能遏制中国发展,但事实是美国将会搬起石头砸自己的脚,不会有第二个结果!
可以预见,中国在未来5到8年的时间里,高端芯片也必然能够突破。一旦中国在高端芯片也获得了突破,美国还有机会吗?一旦中国企业掌握核心技术,美国企业的产品还有人买吗?所以,不要认为美国现在还能耀武扬威,用不了多久他就自己熄火了。至于日本韩国和中国台湾,跟着美国混,最终必然被美国吸干!就像中国台湾,高端工艺制程的芯片已经被美国给掏走了,失去芯片产业的台湾,未来会越来越穷!真正“穷台”的不是大陆,而是美国,“台独”势力的爹!
大国较量,中国不舒服,但美国更不舒服,欧洲、日韩等美国盟友已经开始被割肉喝血了!所以,现在的中国不用担心我们的未来而是要考虑如何发展!中国的机会还有很多,因为中国市场巨大!我们每个人,都需要思考该如何借中国的发展潜能来实现自己的目标!
世界在巨变,我们也要变!我们要看清世界大势,要了解国家形势,这样才能真正看清当下这个时代,才不会被时代抛弃!
七大迹象表明,美国对华芯片战败像已显!
原创 朱志宏2022-11-25云阿云智库•中美芯片大战专题
特朗普发动了对华芯片战,拜登上台之后更是变本加厉,扩大了对华芯片战。美国政府和国会通过一系列行政和立法手段,对华展开系统性的科技战,其目标已经不是简单的“卡脖子”,而是通过有针对性的“脱钩”、“断链”措施,不仅要防止中国搭乘美国及西方高科技发展的“快车”,而且还要把中国排除在西方引领和主导的全球数字经济体系之外。美国自认为这种割裂是中国的梦魇,也恰恰是美国对华“竞而胜之”想要争取的局面。但种种迹象表明,美国对华芯片战已经出现了败绩!
其一,美国芯片巨头们的股值全线暴跌,研发受到影响。
今年以来,美国100家上市半导体企业的总市值,蒸发了1.81万亿美元,很多半导体大企业的市值都是腰斩。芯片业巨头们的股值,高通负40%,阿斯麦负49%,台积电负50%,英特尔负51.7%,英伟达负61.5%,AMD负61.6%。但美国的股市可并未跌,道指常在3万点以上,只是今年美国喊得最响的振兴半导体单单就跌光了一半市值。美国上市半导体企业未来预期也不妙,其中一个重要原因,就是被要求与最大买家中国大陆“脱钩断链”的后果。从总体看,中国大陆作为芯片最大进口国,去年芯片进口额占全球芯片销售总额的34.6%。据波士顿咨询集团(BCG)估计,如果按照目前的对华半导体“禁止供应“政策,到2025年,美国半导体企业将失去18%的全球市场份额和37%营销收入,并由此损失1.5万到4万个高技能就业机会。
而且,中国芯片制造正奋起直追。2021年,中国出口芯片总额已占全球销售总额的9%,成为全球第三大芯片供应方。2022年上半年,中国减少了290亿的芯片进口量,到了下半年的7月份,仅仅一个月又减少了140亿,加起来已经430亿颗,总体下降的幅度超过了10%。这不仅打破了美国对华芯片进口的限制,而且也削弱了美企的研发能力。芯片公司的研发经费很多是要靠从股市筹钱的。如今,股值大跌,必然会影响到他们的研发进展。美国半导体协会报告指出,美国半导体生产企业为保持技术进步和竞争力,每年都要把上年销售收入的大约18%,用于研发投入。减少对华销售收入则意味着研发投入的减少,长此以往,美国企业的竞争领先优势难保。
其二,芯片联盟不满美国的自私自利。
美国在搞对中国的科技脱钩,更集中发力在芯片上。意图拉日韩和台湾,搞以美国为首的产业链,抱团脱钩中国。只是队伍不好带,韩国竟唱起了开放式、不以第三国为对象的高调,不愿意丢掉中国这个全球最大的芯片消费市场。2020年,台韩日美等出口芯片合计3848亿美元,中国进口达3500亿美元,所以他们不卖中国卖给谁?
不仅日韩和台湾企业对美国要求与中国脱钩不满,就连美国企业也在用脚投票。第五届中国国际进口展览会11月4日至10日在上海举行。这次展会和往届有个不太一样的地方,就是在美国政府在以半导体为代表的科技产业领域对中国实施禁运,并大力推进产业链与中国“脱钩”的背景下,仍然有大量外国科技公司蜂拥而至。甚至有包括领先的半导体公司在内的200多家美国公司,也蔑视拜登政府的政策来中国推销他们的产品。
这次参加上海进博会的美国半导体企业包括美国前十大半导体企业中的4家:英特尔、高通、德州仪器、超威半导体(AMD)。英伟达最近已经证实,该公司即将向中国提供一种符合美国出口管制规则的新型先进芯片。该芯片名为A800,据称中国的电脑销售商已经开始为采用这种芯片的产品做广告了。这也是美国半导体企业首次为中国生产符合美国出口管制规则的先进芯片。
其三,各国开始去美国化。
参考消息网11月24日报道:据路透社11月23日报道,欧盟国家23日就一项为芯片生产提供资金的价值450亿欧元(约合466亿美元)的计划达成一致。这使有着27个成员国的欧盟朝着减少对美国和亚洲芯片制造商依赖的目标又迈进了一步。
美国的霸道行径激发起各国掀起去美国化浪潮。在美国的压力下,一些国家一方面会减少与中国在高科技上的频繁往来以免成为美国攻击的对象,另一方面,这些国家也会加紧自身供应链的完善,以免美国在与中国的科技竞争中将全球的资源和产业链都吸到自己本土,破坏了一些地区本应具有的竞争力。日本的企业也担心在高端半导体领域被美国“卡脖子”。所以当前日本已经有八家企业成立了高端半导体公司,由政府提供大量补助,以在2027年实现日本自己的2纳米芯片量产。德国以及欧盟也在寻求自我保护,通过收紧非欧盟国家投资其关键基础设施的限制来减少欧洲国家对美国和亚洲国家在高科技领域的依赖。
财联社11月23日报道,荷兰政府官员近日表示,将捍卫自己的经济利益,拒绝听从美国方面提出的对中国禁售半导体设备请求。荷兰外贸与发展合作大臣Liesje Schreinemacher22日表示,在与美国等其他国家的贸易谈判中,荷兰将就阿斯麦公司(ASML)向中国销售芯片设备的事宜做出自己的决定。
在与中国的贸易中,阿斯麦目前只供应了技术相对低一档次的DUV(深紫外线光刻机)。该设备瞄准的是工艺技术在7纳米以上芯片的制造,覆盖了目前市场上大部分成熟制程的芯片,而中国也是阿斯麦DUV光刻机的最大客户之一。自美国开打对华芯片战以来,阿斯麦就开启了去美国化进程。美国在出台政策限制中国获取高尖端半导体设备的同时,仍担心阿斯麦通过DUV让中国能够发展7-14纳米级别的芯片。但ASML公司方面不顾美国的要求,坚持向中企供货,并直言DUV光刻机仅使用了少量的美国技术。言外之意,在必要时ASML公司可以选择用其他技术替代美国技术。
目前,中国依靠阿斯麦提供的DUV光刻机,已经实现了7nm芯片量产。再加上华为发明的堆叠芯片技术,中国实现了5nm芯片量产。堆叠芯片简单来说,就是通过将14nm等落后制程的芯片通过3D封装等技术将复数个芯片堆叠成单一芯片,从而增加晶体管密度,以实现更高的性能。多家媒体爆料华为通过芯片堆叠技术曲线突破,使得堆叠后的14nm在晶体管密度和性能上接近5nm芯片,间接解决了无法取得EUV光刻机及先进制程芯片制造技术的困境。
其四,中国芯片产业商业循环被迫建立起来。
中国芯片产业链上游包括各类半导体材料和半导体设备;中游为芯片制造过程,包括芯片设计、晶圆制造、封装测试;下游广泛应用于汽车电子、消费电子、信息通讯、人工智能、物联网、医疗、工业、军工等领域。
中国芯片产业链上游硅晶圆企业包括台积电、中芯国际等,溅射靶材上市企业包括日矿金属、霍尼韦尔等,光刻机企业包括阿斯麦、尼康等。中游的芯片企业主要为中芯国际、长电科技、韦尔股份、通富微电、北方华创、华天科技、华润微、兆易创新、江波龙、紫光国微、格科微、晶晨股份、北京君正、海光信息、中微公司等。
中国芯片产业立链是全球最完整的产业链,没有之一。而且,只有14亿人口的中国和未来的印度才有可能建立起这样完整的产业链。中国制造业总量已经超过七国集团之和,中国人口超过10亿人口规模的发达国家人口总和。一旦中国芯片产业链形成商业循环,就势不可挡。中国将很快完成28nm芯片制造的全国产化,而28nm芯片是使用最多的芯片。中国28nm芯片一旦成熟,将碾压世界各国。这样就势必挤压美国建立起来的芯片联盟国家企业的利润空间。结果是,中国芯片企业用于研发的投入会越来越大,而芯片联盟用于研发的投入越来越少;中国芯片人才越来越多,而芯片联盟的人才越来越少。
日经中文网22日撰文“半导体纳米竞争的盲点,中国笑到最后?”文章称,纳米数字越大,产品难度越小,中国的投资和生产能力的增长也越大。作为中国设备投资的结果,也许在三、四年后,全球市场将充满中国制造的低成本、高质量的上一代技术的半导体。“纳米竞争”看似很简单,以至于忽略了来自中国的价格破坏能力。这让人想起之前的钢铁行业。日本和世界的一些大型钢铁企业,被中国压倒性的生产力量打败而被淘汰。虽然在技术上赢了,但在市场上输了。
其五,摩尔定律在传统芯片制造领域趋于失效。
数十年来,半导体制程沿着摩尔定律持续向前发展。摩尔定律的核心内容是:集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。换言之,处理器的性能大约每两年翻一倍,同时价格下降为之前的一半。摩尔定律是摩尔的经验之谈,汉译名为“定律”,但并非自然科学定律。但随着近年来摩尔定律在传统芯片制造领域逐渐趋近极限,芯片制程提升带来的性能提升越来越少,同时先进制程的价格越来越昂贵,甚至价格涨幅已超过性能涨幅。这也引起了不少消费者的质疑:在成熟制程(28nm及以上)能满足大多数应用的情况下,我们还要不要为这么贵的先进制程买单?而中国恰恰掌握了28nm以上的成熟制程!
台媒“DigiTimes”22日爆料,台积电采用3nm制程的12英寸晶圆片单价已突破2万美元(约合人民币14.3万元),相比7nm制程的价格翻倍,相比5nm制程涨幅也有25%。而根据台积电公布的路线图,同样功耗下,5nm制程相比7nm性能提升15%,3nm制程相比5nm,性能提升只有11%。价格暴涨25%,性能却只提升11%,下游终端厂商和消费者能接受吗?摩尔定律在传统芯片制造领域趋于失效,大大减少了中国的追赶时间。
其六,中国芯片技术取得突破一系列重大突破。
如果说中国在传统硅基电子芯片领域还是一个追赶者,那么在非碳基非电子芯片领域,却已经成为并跑者甚至领跑者了。在未来更为先进的芯片制造领域,中国已经取得了一系列重大突破。这有可能使中国芯片制造来一个类似于汽车制造那样,在电动汽车领域实现弯道超车。
第一项突破是碳基芯片。市面上的芯片大部分都是以第一代半导体材料硅为主,制成硅基芯片。从2000年至今,北京大学电子学院教授彭练矛坚守在国产碳基芯片研究一线。20年来,他带领团队研发出了整套碳基芯片技术,首次制备出性能接近理论极限,栅长仅5纳米的碳纳米管晶体管,实现了“从0到1”的突破,为中国芯片突破西方封锁、开启自主创新时代开辟了一条崭新的道路。
碳纳米管具有一些奇特的量子效应,使其电子学性能变得非常好,速度快、功耗低。碳基芯片将拥有硅基芯片很多难以比拟的优点。
第二项突破是光子芯片。一方面光子芯片有更快的传输速率,另一方面光子芯片制程结构更简单。所以光子芯片的优势是很明显的,哪怕制程低一些,凭借更快的传输速率也能达到和高端电子芯片相近的效果。技术门槛降低之后,对掌握核心技术会更有利。在光子芯片产业链中国实现了突破,国产厂商已经在筹备国内首条“多材料,跨尺寸”的光子芯片生产线了,一旦建成,对各行各业的发展都有重要意义。
第三项突破是超导量子芯片。近日,华为所公布的“超导量子芯片”的专利技术,主要就是解决“量子比特之间的串扰”的问题,而这一难题一直困扰着美国谷歌等公司在量子芯片领域的研发,但没想到现在却被华为给抢先突破了。而华为在超导量子芯片领域取得突破,这也为行业的发展提供了更多的可能。另外阿里达摩院还成功破冰了新型超导量子fluxonium两比特量子芯片,可以说在量子芯片领域,国产已经取得领先的优势!
其七,大量华裔科学家纷纷回国效力。
美国国家安全顾问沙利文在今年9月的一场活动中表示,美国的使命是招募更多的科技人才,包括来自中国的研究人员。但一份由亚裔美国学者论坛对约1300位华裔科技从业人员的调查发现,他们当中有72%因为学术研究人员的身份而感到不安全,61%曾考虑离开美国,65%担心与中国的合作(会带来挑战)。短期的科技战是政策博弈、资源博弈以及技术博弈,但中长期的科技竞争最终还是会转化为人才的竞争。中美如若想在全球科技竞争、多方各自为营的残酷环境中脱颖而出成为最终的赢家,那势必需要创造能培养、吸引、留住高科技人才的大环境。
近几年以来随着中国科技的不断发展,中美之间摩擦不断加剧,1000多名华裔科学家选择回国发展,其中不乏芯片技术人才。人才是科技的基础,人才有多少决定了科技发展的高度。对于中国人才纷纷回国发展,连比尔盖茨都不得不承认:我们主动认输。
杨风:中国接手全球化,美国反被边缘化,中国将领导全球经济
杨风 2023-01-10云阿云智库•中美芯片战争专题
美国搞去全球化已经进行了将近5年,现在的情况如何?未来的发展又会如何?
2019年8月,特朗普扬言,让美国在中国的企业离开中国,虽然最后没有实施,因为实施不了。不过,所谓的“脱钩论”开始大行其道。同时,去全球化的说法也在全球时事评论中响彻了云霄。
大家应该还记得,当时许多人都在谈去全球化,谈中美经济脱钩。
到了拜登时期,美国不仅仅是持续进行与中国经济脱钩,搞去全球化,拜登还力推,要建立由美国主导的供应链,例如芯片四方联盟,以及对美国本土的芯片产业与电动汽车产业补贴,从而建立只有美国与几个少数盟友的供应链。
所以,美方的战略路线相当清楚。2018年的贸易战与退群(退出国际组织);2019年同中国经济脱钩;2020年的芯片制裁与网络清洁运动。然后是2022年另外建立芯片供应链,与电动汽车产业链。这是非常清晰的路线图。
不管是贸易战、网络清洁运动、芯片制裁等,都违反了世界贸易组织(WTO)的公平贸易原则,2020年9月15日,WTO裁定,美国于2018年对中国商品增加关税的行为,违反国际贸易规则。但是,美方并不在乎。
另外,这也是美方片面的打破,自己曾经力推十多年的全球化努力。世界贸易组织是于1995年1月成立,但是,美方现在不要WTO了,要重塑新的世界贸易规则,也就是去全球化。
但是,美方搞去全球化,中方却坚守阵地,坚定不移地维持公平贸易,维护WTO的国际规则。中国成为全球公平贸易的拥护者。这是你丢我捡,你(美方)不要,我(中国)要。
而且还要外加一句,感谢华盛顿,让我们平白捡了这个好机会,捡了好处。
为什么这么说呢?
坦白说,WTO之所以能够建立,还真亏了美国多年的努力,从之前的关税贸易总协定(GATT)过渡到WTO,美方那时候可是花了大功夫,向世界各国半劝说、半强迫,终于建立WTO。
所谓的半劝说,是指美方向列国劝说,“教导”列国全球化的好处,自由贸易的好处,低关税的好处。
那个年代,恰好是美国新自由主义畅行的时候。也正好是美国与苏联争霸,渐渐取得上风的时候。1980年代后期,苏联陷入很大的经济麻烦,美国却是处于里根时代的经济兴盛时期,美国是自信满满啊!
美国当时认为,凭着美国的科技、金融、与医疗等高获利的产业,如果世界各国都能够打开大门,开放市场,并且降低关税,那么美国这些产品与服务将会长驱直入列国,美国可以因此永远站在全球经济链的最上层。
不要忘了,美国于1990年代初期,已经把日本打败、收服了,日本的经济不再是美国的威胁。也因此,日本于1995年WTO成立的前几年,也是支持美国推行全球化的措施,建立WTO。
日本当时除了被美国收服与说服之外,日本也深信,凭借其“高端”的科技工业实力,日本可以跟着美国的全球化风潮,继续在全球保有优势,维持竞争力。
欧洲在当时也是跟着美国,同意推行全球化。欧洲国家自忖,自身是已开发国家,也是富国俱乐部(G7)的成员,跟着美国推行全球化,当然也能得到好处,保持经济的优势。德国、法国、英国和意大利等欧洲大国都是G7的成员。
只不过,美欧日都没有想到,中国于2001年加入WTO之后,不论是对外贸易和经济总量都迅速增长。2010年,中国的GDP超越日本,成为全球第二大经济体。
2017年,以购买力计算的GDP,中国超越美国。这是按照世界银行与国际货币基金组织(IMF)的数据来计算。
由于中国赶超的速度太快了,也因而引起一些人的恐慌,所谓的美方修昔底德陷阱的说法于焉而生。
中国的崛起的确让一些人不适应。最不适应的当然是怀抱修昔底德陷阱的美方,其次是日本,再过来才是欧洲。日本过去有着侵略中国的历史,生怕中国强大之后报复日本。
因此,不要认为拜登政府联合盟国,对付中国的政策,这些盟国之所以会在某种程度上参与,都是因为这些国家是美国盟国的缘故。有部分原因也是因为这些国家不适应中国的崛起。
不过,日本与欧洲虽然是跟着美国一起,但是在对中国的经济与贸易政策方面,也只是浅尝美国对中国的措施,稍微配合一下美国,并没有真正的下场对付中国。
这就产生一个很大的差异,真正搞去全球化的只有美国。可能有人说,澳大利亚不是也跟着美国吗?不然,去年澳大利亚新政府成立之后,极力想跟中国贸易正常化。
这样的结果就让中国好对付美国的去全球化了。
既然美国与盟国不是铁板一块,单凭美国的经济体量想要撼动中国,就没那么容易了。甚至于我们认为,根本撼动不了。理由是:
第一,中美两国的经济体量其实是相当的,不论是从购买力计算GDP,或是从贸易总量,工业总量来看,美方并不占据优势。美方比较占据优势的是在科技产业方面。
不过,就算在科技产业上,美方的优势主要是呈现在芯片产业,其他方面的优势也不多了。
第二,中国的经济潜能大,从高等教育的人口总数,工程师与从事科学研究的人口总数来看,中国在科技上的潜能大于美国,当然更大于其他美国的盟国。
这样的优势将会让中国在一定时间之内,把一些科技领域上的短板补上。因此,美方在科技上的优势不会太久。
中方在经济与科技的潜能还在增长,而且是有序的增长,美方要持续与中国经济脱钩,搞去全球化的努力将会越来越困难,越来越难推动。
我们的判断是,如果华盛顿还是在经济与科技上压制中国,在这两个层面上与中国持续纠缠,在面临越来越大的反制力量下,美国将会疲惫不堪,难以支撑。
对于去全球化的说法,在时事评论界是有争议的。有人认为去全球化已经是一个事实,全球的经济、产业链、与科技都在去全球化。
但我们认为,全球化的趋势并没有改变,只是方向与部分的流量出现了变化,在一番重新整合之下,全球经济仍然是在全球化之下。
第一,1995年世界贸易组织成立后,这是全球化的一个重要标志。1999年1月1日,欧盟正式启动欧元。往后的一些自由贸易协定,或是自由贸易经济圈,例如RCEP,也都是在全球化的大架构下。
有人说,经济圈是区域化,这也没错,但区域合作仍然是全球化的合作方向,只是在区域之间的合作更加紧密。
在美方去全球化的作为下,叠加俄乌战争,让全球贸易与经济合作的方向有一些变动。俄乌战争使得欧洲与俄罗斯的石油与天然气贸易等减少了。
然而这些减少的能源交易,转往亚洲地区,也就是之前说的,全球能源贸易形成两油体系。当然,俄罗斯与一些欧盟国家之间仍然存在“黑市能源交易”。生意人总是有办法的。
中美之间的贸易也是如此。自从特朗普时期于2018年和中国打贸易战以来,一些中国商品也是透过第三国,再转往美国。这种转口贸易有的是人做。
另一种形态是,中国厂商对外出口原物料或是零部件,甚至于是整个商品,再由第三国生产或是组装,中国对外的零部件出口增加了。这也部分解释了从2020年以来,中国与东盟互为彼此的第一大贸易伙伴。
全球化的趋势没有改变,只是方向与流量变了,中美之间的贸易流量部分转到东盟地区,然后再绕回美国。
另外,也产生了一些变化,部分国家从中美贸易流量的改变而获益,越南与墨西哥都是代表。以墨西哥来说,墨西哥在地理位置上是美国的邻国,有着地利之便,同时墨西哥与美国也有着相同的时区,两边的贸易人员可以很方便地进行联系。
中美贸易战让墨西哥在塑胶和纺织品等方面,增加对美国的出口,从而夺走了一些原本是中国厂商的份额。这些都是技术含量比较低的产业。在这方面也只是流量换了,并非是美国减少进口,或是减少了需求。全球整体贸易仍然没有改变。
接下来,美国坚持去全球化,中国则是高举全球化的大旗,这对中美两国各自会产生什么影响?
美国去全球化的方式主要有两个,一个是试图与中国经济脱钩。另一个是与少数盟友建立自己的供应链。
之前,中国外交部几次三番劝告美国,不要搞小圈圈。跟美国对中国的外交挤压相比,美国与盟友搞自己的供应链其圈子更小。就以《芯片与科学法案》与芯片四方联盟来说,只有美日韩与台积电。
《美国的削减通胀法案》更绝了,外国电动汽车厂商,或电动汽车电池厂商如果不到美国设厂,基本上就没份,不会得到美国政府的补贴资金。
美国的做法如同形成贸易壁垒,也因此,韩国与欧盟对美国的做法相当反弹。这是后遗症之一。
后遗症之二,一些北约的欧洲盟国开始自寻出路。德国总理硕尔茨于去年11月访问中国,寻求中国的经贸合作。因为美国的做法伤害了德国的经济。
后遗症之三,一些中东产油国开始转向中国,寻求与中国的经济合作。去年底的中阿峰会,这是第一次中国与阿拉伯国家的元首峰会;还有中海元首峰会等。这都揭示了,全球许多国家并不想要参与美国的去全球化,因而分割全球市场。
虽然美国于2021年三月下旬,成功阻止欧盟审议中欧投资协议。但,由15个国家所组成的 RCEP自由贸易圈仍然在去年1月1日上路。RCEP已经运行了一年。
其实,美国没能阻止日本、韩国、澳大利亚与新西兰加入RCEP。美国去全球化的努力本身就遇到了很大的阻碍。这就表示,美国去全球化的努力,最后变成自己干,自己“单干”,只会有非常少数的盟友会配合美国。
即便是如此,也是因为美国的压力所致,基本上没有国家会完全与中国经济脱钩。澳大利亚就是一个明显的例子。
那么,时间久了,差异就出来了。2018年美国向列国发动贸易战的时候,美国是西方世界的盟主,也是地球村的武林盟主,美国说的话算数,就算有国家不买账,例如伊朗与俄罗斯,但也对美国无可奈何。
如今将近5年过去了,虽然美国仍然掌控全球话语权,但分量已经不如从前。现在还有多少国家死命跟着美国?
去年5月,拜登亲自推动的印太新经济框架,有多少国家跟从美国?有关新经济框架,美方一来没有提出具体方案,二来也没有诚意,没有提出让各国受益的办法。这就注定不会成功。
对中方来说,美国进行去全球化,反而是中方发展的机会。相对于美国发动贸易战,搞经济脱钩,推行小圈圈与贸易保护主义,中国坚持采取市场开发的政策,因而广受欢迎。
中国的公平贸易与市场开放,非但受到广大的第三世界国家欢迎,就连美国的盟国——欧盟国家与韩国等,也都欢迎。
相对于美国的贸易保护,中国坚持市场开放政策,等同于从美国那边接手了全球化的主导地位。美国于1980年代与1990年代初期所推动的全球化运动,让中国接手了。
这对美国来说会是个严重的问题。美国过去在全球的统治地位,主要是由军事、美元、盟国与经济。美国过去开放自己的市场,推行全球化,如今,美国反过来以国家安全为理由,紧收市场,又要迫使其他盟友,限制对中国的贸易。
美方在经济上的领导权将慢慢地拱手让人,让给中国。
另外,与去全球化的同时,列国也在进行去美元化。如此,盟国统治全球四大支柱中的美元、盟国、与经济,都将受到影响。
秦安:绝对的重大突破,中国4纳米封装芯片已量产,美方封锁彻底失败开始了
原创 秦安战略2023-01-11云阿云智库•中美芯片战争
关于芯片的中国突破,以前有多次消息,但后来一看都是芯片设计层面,自己造不了,依然离不开台积电。但关键是现在台积电都要变成美积电了,虽然是中国的企业,但被美国控制了,所以让大家空欢喜。但这次消息不一样,智慧的中国人找到了一个用先进的封装技术突破的新办法。央视财经最新消息,据台湾“中时新闻网”1月8日报道,用先进的封装技术连接功能不同的数个芯片以达到先进制程芯片功能的小芯片(又称晶粒)技术,被视为中国突破美国芯片科技禁运的快捷方式。这其中,长电科技这家企业开发的先进封装技术已开始为国际客户进行芯片封装量产。
据报道,面对西方国家对中国进行包括光刻机在内的半导体设备禁运,以小芯片等先进封装技术将成熟制程的芯片组合连结后达到先进制程芯片功能的技术,成为中国突破美方科技禁运的重要路线之一,并获得明显进展。
这个芯片技术的突破,达到什么先进的程度呢?报道说,长电科技宣布,该公司开发的一种小芯片高密度多维异构集成系列工艺,已按计划进入稳定量产阶段,同步实现国际客户4纳米节点多芯片系统集成封装产品出货,最大封装体面积约为1500平方毫米的系统级封装。
大家注意两个关键词,一是量产,二是4纳米。这个4纳米意义重大,大家都知道,台积电目前再美国建厂的是5纳米,下一步才是3纳米,目前还有待技术成熟。也就是说4纳米绝对是世界先进水平了。这种4纳米的尽管很先进,但毕竟是用先进的封装技术连接功能不同的数个芯片以达到先进制程的,因此,其使用范围依然具有局限性。据了解,长电科技将充分发挥这一工艺的技术优势,在高性能计算、人工智能、5G、汽车电子等领域应用,向下游客户提供外形更轻薄、数据传输速率更快、功率损耗更小的芯片成品制造解决方案。
大家注意到,拜登上台后,比特朗普更加阴冷,招数也更加狠辣。一方面,大量进口中国日用品,继续扩大中美贸易顺差,不像特朗普一样老咬着贸易差额不放;另一方面,组建半导体联盟,对中国进行芯片为核心的高科技禁运。在这种背景下,芯片技术也在面临一次革命,不妨称为“小芯片”革命。随着先进制程不断深入,随着制程工艺逐渐接近物理极限,半导体设备的技术竞争激烈,光刻机等设备价格与制造成本皆快速飙高,让业界被迫寻找新的替代技术,小芯片就是其中之一。
小芯片的概念是不执着于将所有的晶体管全部整合在一块芯片内,而是将多个功能相异的芯片通过先进封装技术整合在一起,形成一个系统芯片,如此可以不使用先进制程芯片就能达到相近的性能要求。目前台积电、高通等半导体企业以及谷歌、微软等IT巨头在内的10家企业就小芯片技术展开合作,公开了通用小芯片互联标准,还成立了产业联盟。
当然,这些企业组建小芯片联盟,抢先公布相关标准,与拜登建立半导体联盟封锁中国得图谋是一致的。但问题在于,这种办法无法阻止中国企业的技术突破。因此,这次中国基于“小芯片革命”,实现4纳米芯片的量产,谁也无法阻止!
一句话总结:中国先进制程设备受到禁运,反而发展“小芯片”技术,突破美方的芯片技术封锁,期待在半导体产业方面全面性弯道超车。
秦安,2023年1月11日,北京海淀。
这个美国人狂言,对中国实施十年以上的技术封锁!
原创 补壹刀 2023-01-11云阿云智库•中美芯片战争
执笔/李小飞刀
从某种程度上说,我们对美国霸权主义丑陋面目的认识,是由一部部畅销书帮助推动的。
2018年底孟晚舟事件发生,“补壹刀”向国内读者介绍了法国阿尔斯通集团高管皮耶鲁齐的自述《美国陷阱》,揭开了美国如何利用“长臂管辖”打击商业竞争对手的内幕。
2022年,也有这样一部书,《金融时报》将其评为年度商业书籍,《经济学人》和《纽约客》也都将其列为年度书籍。最近一段时间,因为种种原因,这本书引起了国际上的更多关注,值得一提的是,在我国台湾地区,一些心怀不轨的人也试图在这本书里寻找安慰和思路。
在这本题为《芯片战:争夺全球最关键技术》的书中,作者米勒以浓厚的冷战思维,回溯了几十年前集成电路刚刚兴起时,各国在技术竞争中的种种行为,断言芯片已成为大国战略竞争尤其是中美竞争的关键,并给未来几十年美国如何在芯片上“卡死”中国“出谋划策”。说白了,就是建议美国怎么跟中国打“这场仗”。
其中,联合盟友对中国实施长期技术封锁,施压台积电把先进制程移到美国等损招,与拜登政府目前在做的不谋而合。
尤其是该书去年10月4日开始销售,10月7日美国就对中国祭出史上最严芯片禁令,不是巧合胜似巧合。
美国当地时间10日,美国国会众议院以压倒性表决结果批准成立“美中战略竞争特别委员会”,有这个委员会掺和,美国战略界今后会怎么琢磨对付中国,《芯片战》可窥一二。
1
20世纪60年代,纽约的美国共产党党员阿尔弗雷德•萨伦特和乔尔•巴尔都是训练有素的工程师,他们加入了苏联间谍朱利叶斯•罗森伯格的间谍网,后来叛逃到苏联,帮助苏联建立起计算机工业。
然而,赫鲁晓夫手下的官僚不给苏联科学家自由发展的空间,而是强迫他们去抄袭德州仪器生产的集成电路。由于缺乏原创性,苏联就这样落在了后面,无法跟上美国芯片工程师的步伐,后者研发的芯片按照摩尔定律,飞速向前发展,并最终影响了冷战的胜负走向。
这是米勒在《芯片战》中叙述的一个场景,在他看来,芯片产业过去几十年的历史是一部充满尔虞我诈、你死我活、坑蒙拐骗、勾心斗角的“碟中谍”电影。从某种程度上说,这也反映了部分美国精英的世界观。
米勒是典型的美国学术精英,大学就读于哈佛,博士就读于耶鲁,虽然今年只有35岁,却已经写了四本书。他是美国塔夫茨大学国际历史副教授,主攻俄罗斯经济史。本来他准备着手写一本苏联核武器的书,但在准备材料的过程中发现,冷战时期的美苏竞争,与现在的中美竞争,共同的关键都是芯片。
米勒思索,在技术方面,俄罗斯有着复杂的历史。它拥有杰出的科学家,令人印象深刻的教育体系,以及人造卫星和原子弹。但苏联在计算能力方面却完全失败了。米勒认为,失败的的原因是苏联无法制造出顶尖芯片。
米勒认为,半导体科技在上世纪50年代后期发明后,主要订单都来自国防军事。美国和苏联的冷战和军备竞赛驱动了半导体业发展,也造就了今日的硅谷。
米勒认为,美国借着领先的芯片运算科技,制造出由电脑程序和卫星引导、可远距离精准打击的导弹,让苏联在军备竞赛中丧失竞争力和自信,直接导致美苏冷战结束,让美国成为全球第一军事强权。
在米勒看来,过去几十年凡是轻视芯片在国际竞争中作用的国家都落后了。法国总统戴高乐曾对日本首相池田勇人1962年访法时送给他的晶体管收音机嗤之以鼻。戴高乐认为那是小资产阶级的俗气玩意儿。而荷兰后来发明了极紫外光刻技术,在欧洲掌握了主动权。
米勒认为,冷战结束后美国独霸世界,各国削减军事预算,芯片研发焦点从军用系统转到更有利可图的民用产品,如手机、电脑和各种智能配备。过去30多年来,韩国和中国台湾借助美国科技,建立拥有强大产能和掌握尖端技术的世界级企业。
然而,随着中国军力崛起,军事竞争重返世界舞台中心,军力提升和军事智能化的要素,就是通过高性能运算芯片,不断提升超音速导弹、无人机、军用雷达和通讯系统。
米勒做了两个判断:第一,美国基于国防安全和军事考虑对中国祭出的管制措施,要“切断对手接受最先进芯片的能力”。
米勒认为,中国在芯片制造方面的进步威胁到几十年来一直支撑美国军事力量的优势领域。因此,美国的战略是在计算能力方面领先于中国,并希望这种计算能力的优势转化为更有能力的军事系统。
第二,美国要求台积电到美国设厂不是出于经济考虑,纯粹是担心台海爆发战事、军事封锁升级时供应链中断。
米勒偷换了一个概念,假想出一种情况,即两岸统一之日,就是台积电对世界尤其是美国芯片断供之时。美国对台积电高度依赖,是美国国家安全的重大隐患。
2
那么,面对上述两种情况,要打一场“民主”与“专制”之战的米勒,又给美国政府出了什么损招呢?
第一,对华实施10年以上的技术封锁。
米勒认为,美国可能需要大约10年的出口限制,才能大幅扩大在芯片领域对中国的领先优势。
在未来10年里,如果出口管制有效,美国及其盟友与中国之间的差距将扩大,因为摩尔定律将继续推动美国获得比中国先进的芯片。由于计算和传感、通信都依赖于芯片,对现代军事技术至关重要。米勒认为,在20年的时间里,如果美国在计算方面比中国有更大的优势,那么在情报能力和军事能力方面也会比中国有更大的优势。
第二,拉拢盟友,包括韩国、日本和荷兰等共同抗衡中国。
第三,承诺“保护”台湾,同时对台积电施压,把先进制程移到美国。
米勒认为,美国对中国的封锁也是有可能失败的。
第一,美国未能在一项复杂的平衡行动中团结起一个包括欧洲、日本、韩国和中国台湾在内的芯片联盟。
第二,美国自己的技术进步跑得不够快。未来10年里,摩尔定律很难继续下去。如果摩尔定律确实减慢了速度,美国的速度也会跟着变慢。
像所有“冷战爱好者”一样。米勒对中国的看法同样是怪异和矛盾的。他认为中国的技术进步已经威胁到美国,很快将超越美国,是强大的。但同时,这样强大的中国又是“不堪一击”的。“投资混乱”“浪费很多”“生产的芯片占世界生产的15%,只有相对微薄的市场份额”“美国绝对不能学”。
米勒不乏得意洋洋地表示,美国针对华为的施压行动,初步展示了美国为遏制中国技术优势而推出的许多手段。切断华为获得先进芯片的渠道给华为带来了巨大的困难。这表明,对于技术领先企业被切断与美国的联系,中国几乎没有短期补救措施。
美国的限制将在一定程度上有效地阻止先进芯片转移到中国,并大幅减缓中国在先进芯片制造方面的进展。相关限制将增加中国追求先进计算能力的成本,而且随着时间推移,随着中国芯片能力落后于其他国家,成本将会进一步增加。
中国的应对措施可能是追求芯片制造能力的自主可控,从而加剧芯片行业分化为“中国”和“非中国”供应链的趋势。
3
米勒用美国通吃的视角看待芯片产业,他想得太美了。即便在美国也有不同意见,《纽约时报》认为是一部非虚构类惊悚作品,是送给那些有“厌女症”的美国保守派“男孩”的好礼。书中充满了贪婪和狡诈。
浙江大学公共外交与战略传播研究中心执行主任方兴东认为,米勒是把中国看作日本和欧洲,好像美国动一动指头,中国就要趴下了。
然而,中国可不是日本,现在市场和需求已经不在美国这一边,而在中国这一边。之前美国一些舆论叫嚣要让中国芯片遭遇毁灭性打击,然而三年来也没见中国遭遇“毁灭”。
中国未来很快取得14纳米技术非美化突破后,再过3至5年美国的科技战就将“烂尾”,根本撑不到10年。美国的科技战一打,打出了一群放弃幻想下定决心的中国企业。过去3年我们很努力,进展比外部想象得要快,技术突破水到渠成,没有感受到什么根本性的难度。企业是技术发展的龙头,当中国企业被美国逼到角落后,产业界迅速形成共识,有市场在、需求在,有“国家+企业”的模式支撑,中国芯片行业突破美国封锁是水到渠成的事。
米勒迎合美国国内冷战“男孩”们的口味编故事,在美国市场也很流行,但改变不了芯片行业自身规律。
全球化智库高级研究员何伟文认为,《芯片战》的出发点就是错误的。决定过去几十年世界历史的肯定不是芯片。冷战结束之前美国的芯片战主要针对日本而不是苏联,美国对日本打的根本不是什么“专制与民主”之战,而是美国维护霸权的利益之战。
何伟文认为,从新中国成立之后,美国涉及高科技或军民两用对中国一贯态度是限制。《芯片战》的作用是帮我们更清楚地了解美国的霸权主义和对中国的敌视态度。美国的打压也不仅仅是针对中国大陆,它对价值观跟它相同的国家照样打压,包括日本、韩国等都是现成例子。
最终,不管是封锁10年还是拉拢盟友,美国这些招都起不到什么作用。盟友不会割肉配合美国,盟友跟中国的联系也不可能割断。现在日本、韩国、欧盟都在打自己的算盘。全球芯片供应链不会分化为“中国”和“非中国”供应链,中国不会关门搞芯片,中国会继续保持开放,而美国会变成自己跟自己过的孤家寡人。
科工力量:性能接近国际巨头后,龙芯将迎来什么?
科工力量2023-01-13来源:观察者网
导读:这个过程会非常漫长,也许5年,也许8年。软件生态建设就是一场持久战,只要坚持不懈,就能如同八年抗战赶走日本鬼子那样,构建成龙芯生态。
【文/科工力量专栏作者 铁流】
日前,龙芯发布了用于服务器市场的的3D5000系列芯片,引发关注。
3D5000与3C5000属于同一代CPU,是采用Chiplet技术把两片3C5000芯片互联和封装在一起,进而获得一片32核CPU,这种方式也被称为“胶水32核”。就性能而言,龙芯3D5000的IPC接近AMD Zen2的水平,全芯片性能与同主频下的32核AMD Zen2架构CPU接近,对于大部分应用已经是够用了。
在2023年,性能更强的龙芯6000系列CPU将要问世,龙芯在IPC上与英特尔、AMD的差距将会进一步缩小,真正阻碍龙芯在市场上推广的要素将不再是CPU性能,而是软件生态。
1.龙芯5000系列是自主CPU里程碑
2019年,龙芯3A4000四核处理器亮相。龙芯3A4000是继3A3000之后的新一代处理器。3A4000既升级了新内核GS464V,IPC大幅提升;又通过在原有28nm工艺上深入磨合优化,改进电路和物理设计方法,在制造工艺与3A3000相同的情况下,将性能提升了一倍。就3A4000的IPC而言,已经从3A3000的7/G达到了9.8/G,AMD的Zen大致也就在10/G水平,龙芯3A4000的GS464V是一款可以与第一代Zen匹敌的内核。
3A5000的内核是基于GS464V进行小改,IPC为10.6/G,采用12nm工艺,主频为2.2G至2.5G,后期流片的有2.7G主频版本,SPEC06定点成绩超过26(GCC,@2.5Ghz),这对于自主CPU而言已经是非常不错了,即便和引进的CPU相比,其定点和浮点性能仅次于海光,超过其他引进的X86和ARM CPU。
龙芯3A5000与龙芯3C5000、3D5000属于同一代CPU,3C5000采用LoongArch指令集,16核心单芯片unixbench分值9500以上,双精度计算能力达560GFlops,16核处理器峰值性能与典型ARM 64核处理器的峰值性能相当,并支持最高16路互连,搭配新一代龙芯7A2000桥片,PCIe吞吐带宽比上一代提升400%以上。就SPEC2006测试来看,单核定点浮点Base分均大于10/G,单芯片分值超过200。可满足通用计算、大型数据中心、云计算中心的计算需求。该处理器通过芯片级安全机制可为等保2.0、可信计算、国密算法替代、网络安全漏洞防护等提供CPU级内生支持。
3C5000最大特点是单核性能强,特别是unixbench这种看重单核和内存性能,多核加速比很低的测试,龙芯只用16核就能跑到9500,某ARM CPU即便有64核也跑不到这个成绩。从公开的数据来看,3C5000的性能在信创市场足够用了,而且16核的核心是使其部署比较灵活。
龙芯3D5000则是把两个3C5000封装到一起的胶水32核芯片,集成了64MB的L3 Cache,支持最多8个DDR4-3200 DRAM,可以通过HyperTransport接口构建至多四路处理器,因此单机可以支持多达128核。在性能方面,龙芯3D5000单路和双路服务器的SPEC CPU2006 Base实测可以超过400分和800分,预计四路服务器的分值可以达到1600分。可以说,龙芯3D5000主要针对一些对性能有更高要求的场景,只要软件生态跟得上,完全可以替换掉英特尔至强CPU。
2.龙芯6000性能将再次飞跃
相对于一些技术引进CPU在引进海外技术后CPU IPC增长缓慢,性能提高基本依靠购买更好的EDA工具和买台积电更好的工艺。龙芯一直致力于提升CPU微结构设计水平来提升CPU的性能,没有盲目去堆核心数量。这种稳扎稳打的做法使龙芯在过去10年中IPC提升了3-4倍,在桌面CPU上成效立竿见影。
CPU的IPC在过去10年中提升了3-4倍,这使龙芯可以在制造工艺上落后技术引进的某ARM CPU一代的情况下,依然可以依靠CPU微结构设计水平做到性能持平或略优于技术引进的某ARM CPU。当龙芯与引进的某ARM CPU采用相同工艺时,龙芯可以凭借其IPC上的优势在性能上领先某ARM CPU。
3A6000和3A5000采用相同制造工艺,龙芯依靠其设计能力把CPU性能大幅提升,主要是拉大框架,比如把4发射改成6发射等等。从此前公布的仿真成绩看,定点相对于3A5000提升30%,浮点相对于3A5000提升60%,这种提升是非常骇人的——如果仿真成绩与最终成绩相当,那么,3A6000 SPEC06单核定点Base分大于13/G,浮点Base分大于16/G,基本达到AMD Zen2水平。如果3A5000为2.5G至2.8G,那么,3A6000的 SPEC06单核定点Base分大于35,浮点将大于45。
从公开信息看,在使用相同工艺的情况下,3A6000性能比3A5000提升40%—60%,芯片面积缩小20%,12nm的3A6000对标7nm的AMD Zen2。做最保守估算,3A6000 SPEC06单核定点Base分为32分(@2.5G)至35分(@2.8G)。这个性能对于信创和日常使用而言都已经明显过剩了。
必须说明的是,仿真往往是不准确的,有的公司会高估,有的公司会低估,从龙芯这几年发布的信息看,龙芯是偏保守的,实测成绩只会比仿真成绩好,以最近流片回来的2K2000来看,实测成绩比龙芯仿真成绩高了20%至30%,这大大超乎龙芯的预期。龙芯2k2000的LA364性能基本追平ARM A76,充分展示了自主路线的发展潜力和发展活力。
3C6000是16核服务器芯片,内核是LA664,与3A6000相同。3D6000则是两片3C6000封装在一起构成32核服务器CPU,可以匹敌搭载Zen2核心的AMD EPIC。只要软件能跟上,商业市场已经没有性能短板了。
龙芯下一代7000系列CPU,进一步提升CPU核性能,IPC瞄准Zen3和12代酷睿,计划采用7nm工艺,SPEC06定点Base最保守估算是40分,届时,会有24-32核的3D7000(7nm)和48-64核3E7000(两片封装)。
3.Chiplet有利有弊 不宜神化
有文章认为:由于地缘政治的影响,中国的半导体行业受到了种种限制,尤其是开发自主知识产权的关键芯片(如国产CPU,或者之后有可能受到影响的其他高性能计算芯片)的公司难以使用最先进的半导体工艺节点。
另一方面,中国的半导体fab同样由于受到地缘政治的影响,难以快速追赶全球最先进的工艺节点,而目前只能主要生产成熟工艺节点(如28nm),或者是介于成熟工艺和先进工艺之间的工艺节点(例如SMIC今年刚开始大规模量产14nm,未来几年可望做到10nm以下)。即使是介于成熟工艺和先进工艺之间的工艺节点,也会存在良率较低等问题,需要时间来解决。
在这样的情况下,国产自主知识产权芯片在受到地缘政治影响下只能使用较落后的工艺节点,那么使用Chiplet这样的高级封装技术就成为了突破工艺限制,或者说至少减少工艺对于芯片影响的一种重要技术。
铁流认为,以上观点总体是没问题的,但不宜将Chiplet神化,毕竟封装也是存在成本和良率问题,关键还是要看需求和场景。
当下,龙芯的最大短板是软件生态,其次是制造工艺。就工艺而言,一方面是龙芯钱少,不可能和苹果、高通这些巨无霸去抢台积电最尖端工艺,何况当下台积电尖端工艺还存在政治风险。正是因此,龙芯在制造工艺的选择上往往是偏保守,基本与境内晶圆厂的最佳制造工艺同步,而弥补工艺差距的方式就是采用Chiplet技术。Chiplet是一种封装技术,在制造工艺与台积电有差距的情况下,可以通过使用先进封装技术来弥补不足。
Chiplet技术并非是横空出世的新技术,过去,AMD的64核和128核就是将8核的芯片和IO桥片封装在一起的,这其实就是运用Chiplet构建多核和SoC主流的技术。Chiplet最大的优势是降低成本和提升芯片集成度,可以使12nm芯片在集成度上媲美7nm芯片。由于片内互联效率大幅高于片外互联,将原来的板载芯片集成进来以后,可以大幅提升互联速度。此外,Chiplet还可以实现不同制造工艺芯片的“混搭”,比如关键模块采用14nm工艺,次要模块采用28nm工艺,然后封装到一起,这种SoC的性能和真正的14nm芯片相差无几,但成本将低于14nm芯片,在性价比方面会更有优势。
目前,龙芯的技术还属于2D水平,其实并不算多强,现在主流已经开始向2.5D和3D发展。龙芯3D5000之所以没上2.5D,主要是因为就目前龙芯的互联速度,2D版本就足够了,后续接口到16Gbps了就会采用2.5D。
必须说明的是,不宜把Chiplet神化,因为封装也有成本的,还有良率的问题,也不是封得越多越好。关键还是看需求,Chiplet对服务器芯片有利,普通芯片盲目封装没太多好处。
4.展望未来
就性能而言,3A5000应对日常使用和单位办公已经是性能过剩了,3A6000则是进一步性能过剩,7000系列CPU则能进入商业市场竞争。对于龙芯而言,性能已经不是最大短板,软件生态和产业生态才是短板。
对此,龙芯措施是两手抓,一方面用二进制翻译兼容X86生态,另一方面推出自主编程框架。
以LATX来说,目前已经可以运行大量X86/Windows应用,预计还需要一年时间完善。以打印机来说,现在97%、98%以上的打印机龙芯不用迁移,可以直接用,这在X86和ARM上都没有做到,凡是windows有的驱动龙芯都能跑。还有少量的2%、3%的问题,将逐步解决,也就是说在X86和ARM平台上肯定很多打印机认不了,但在龙芯的平台上,可以保证100%的打印机都能识别。
自主CPU和操作系统的整机产品之所以需要无休止的迁移适配,主要是因为这些系统是不在自主平台上写的,现有的应用都是基于别人的编程框架编出来的,自主编程框架是自主操作的重要特征,目前国产操作系统都不是真正意义上的自主操作系统,只是开源操作系统的自主发行版,APP开发者使用的自主编程框架进行编程才能彻底解决无休止的适配问题,所以龙芯在明年争取推出自主编程框架。未来就像手机APP有苹果版和安卓版,未来电脑的系统有龙芯版和windows版,这样龙芯就有自己的生态了。
这个过程会非常漫长,也许5年,也许8年。软件生态建设就是一场持久战,只要坚持不懈,就能如同八年抗战赶走日本鬼子那样,构建成龙芯生态。
关联阅读:
科技史上最悲壮的长征:中国芯片突围战
云阿云智库•中美芯片战争专题•前沿科技
“我们害怕华为站起来后,举起世界的旗帜反垄断。”多年前,时任微软总裁史蒂夫·鲍尔默、思科CEO约翰·钱伯斯在和华为创始人任正非聊天时都不无担忧。
华为显然不会这么做,“我才不反垄断,我左手打着微软的伞,右手打着CISCO的伞,你们卖高价,我只要卖低一点,也能赚大把的钱。我为什么一定要把伞拿掉,让太阳晒在我脑袋上,脑袋上流着汗,把地上的小草都滋润起来,小草用低价格和我竞争,打得我头破血流。”
这是任正非当时的回答,在他看来,狭隘的自豪感会害死华为,并提醒华为尽可能用美国公司的高端芯片和技术。
但这只是硬币的A面,硬币的B 面是,落后就要挨打,而中国企业在硬件(芯片)和软件层面(操作系统)都受制于美国。
“如果他们突然断了我们的粮食,Android 系统不给我用了,芯片也不给我用了,我们是不是就傻了?”2012年,在华为“2012诺亚方舟实验室”专家座谈会上,任正非在回答时任终端OS开发部部长李金喜提问时说到。
据传,任正非看了美国电影《2012》以后,认为信息爆炸将像数字洪水一样,华为想生存下来就需要造一艘方舟。于是在华为成立了专门负责创新基础研究的“诺亚方舟实验室”。
其实,早在诺亚方舟实验室成立八年前,任正非便已经布下一颗棋子。
“我给你四亿美金每年的研发费用,给你两万人。一定要站立起来,适当减少对美国的依赖。“
仓促受命的华为工程师何庭波当时一听就吓坏了,但公司已经做出了极限生存的假设,预计有一天,所有美国的先进芯片和技术将不可获得,那时华为要如何才能活下去?
为了这个以为永远不会发生的假设,“数千海思儿女,走上了科技史上最为悲壮的长征,为公司的生存打造“备胎”。数千个日夜中,我们星夜兼程,艰苦前行。当我们逐步走出迷茫,看到希望,又难免一丝丝失落和不甘,担心许多芯片永远不会被启用,成为一直压在保密柜里面的备胎。”何庭波回忆。
而任正非的坚持和何庭波团队的负重前行,很可能决定了华为未来的生死存亡。
两天前,美国商务部工业和安全局(BIS)宣布,把华为加入该部门实体名单(entity list)。这意味着什么?在该原则下,若无特殊理由,美国工业安全局基本不会授予名单外企业向名单内实体出口、再出口或(国内)转移受《出口管理条例》管控之货物的许可。
换言之,最严重的情况是,华为无法再向美国公司购买芯片等产品。
“所有我们曾经打造的备胎,一夜之间全部转“正”!多年心血和努力,挽狂澜于既倒,确保了公司大部分产品的战略安全、大部分产品的连续供应。”
在美国公布制裁华为消息后的5月17日凌晨,何庭波在发给海思员工的内部信里写到。这封内部信发出后,迅速引发了无数中国网友的热议。
华为手机掌门人余承东在朋友圈转发评论说:“消费芯片一直就不是备胎,一直在做主胎使用,哪怕早期K3V2竞争力严重不足,早年华为消费者业务品牌和经营都最困难的时期,我们也始终坚持打造自己芯片的核心能力,坚持使用与培养自己的芯片。”
余承东还进一步透露:除了自己的芯片,还有操作系统的核心能力打造。
在操作系统这个领域,不被逼到绝路,我们此前同样很难有所作为。但在硬件的核心-芯片这个领域,这个“绝路”可能先一步到来,并且追赶的机会也并不那么渺茫。
中兴事件和此次美国制裁华为给我们敲响的警钟,早已将芯片产业推至风口浪尖。命运的年轮带来了滔天巨浪,我们能做的,只有正视过去的长期落后和悲壮的前行之路,正视5G和AI时代下的新机遇,警钟长鸣、知耻而后勇。
一、失效的摩尔定律
带给我们新机遇的,不单单是5G和AI时代的到来,还有摩尔定律。
我们要讲的,当然不是“每18-24个月,集成电路上的元器件数目,就会增加一倍,性能和性价比也提升一倍”,而是摩尔定律的消亡。近年来,这个说法几次爆发,虽然很多人不屑一顾,但作为英特尔创始人之一的摩尔本人早已认可。
先解释一下,它为什么失效以及我们的机会在哪里。
1946年,人类社会第一台计算机诞生,重达30吨。形象点,它就是一堆电路。通过无数开关和电线的连接,18000个能通电的电子管和7000个不能通电的电阻,每个电子元器件,都是一个“0”或“1”,计算不再是大脑的专利。
虽然在这个电路中,电子元器件挺少,计算能力很弱,但它开机的那晚,整栋大楼的灯光都瞬间变暗,耗能恐怖。一年后,灯泡大小而易损的电子管迎来颠覆者,晶体管诞生,电子元器件开始微型化。
而这个庞大的电路,也随之被集成到了一块硅片上,它的名字叫芯片。
微不可见的晶体管和电阻器,替代了电路中的电子管和电阻;而线路之间的间距,就是摩尔定律这些年进步的领域。就像在一个广场上,人们排列的越规律越紧密,能挤下的人就越多,而电子元器件的数量又直接决定着计算力。
近年来,芯片线路间距已经突破到了22nm、10nm或7nm(纳米),所以未来能缩小的空间有限。试想下1nm是什么概念,原子可以用它做单位,物理学界的名言说它是“命运”,一张纸的厚度也有100000nm。
当然,把芯片往大里做提高计算能力理论上可行,但成本太高(后文解释),我国的军用和航天芯片就基本靠烧钱实现了自产。但商用芯片,即使天马行空一点,假装不用考虑“设计框架、制造成本、使用能耗”的等等困难,芯片太大的话终端设备也塞不下。
基础科学何时再次进步难以预测,但芯片性能并不仅仅取决于线路间距。以前有的选,产业界都在压缩间距,换个提升计算力的方向研究无疑是吃力不讨好。现在没得选了,间距压缩不了了,芯片性能想提升必须换方向。
不管是尝试新的线路架构,还是直接在晶体管上做文章,甚至换掉硅片的“底盘”角色,新的方向都代表着空白或浅薄,是没有技术壁垒的新机会。穷则变、变则通,况且我们一向擅长集中力量搞基建,很难想象芯片这种核心技术,我们还会再次走偏。
其实,中国芯并不是从一开始就远远落后的。1956年,周恩来总理亲自主持规划了四个急需发展的领域——半导体、计算机、自动化和电子学,在集体的力量下,科研成果遍地开花。1959年,世界上出现了第一块集成电路,此时中国已经弄出了晶体管,并于六年后也成功研制出了第一块集成电路。
但之后这个差距被迅速拉大,并固化成了难以攻克的壁垒,原因实则很复杂:既有几段特殊的历史时期,造成的人才流失和科研阻力;也有企业界选择市场,弃研发而重进口重销售;更有学术造假和腐败问题对产业的致命打击。
今天的落后,不是历史的意外,而是多方共同造就的遗憾。
二、芯片制造
在集成电路出现的头二十年,虽然我们起步落后于美日,但至少是领先韩国和中国台湾地区的。这时的半导体行业,难的是制造,即生产晶体和晶体管,制造加工设备。此时的芯片企业一般是设计、制造、封测都自己做,非常看重资本实力。
首先填坑,把芯片往大里做不现实,这其实跟芯片的材料有关。芯片的原料是这颗星球上最不值钱的二氧化硅,但需要提纯,纯度低的可以用来太阳能发电,不值钱但我们产量足以对外出口;电子级的高纯硅要求纯度极高,不便宜但我们几乎全仰仗进口。
硅提纯的时候,用的是中学生物课常用的提纯方法,旋转。成品自然是圆的,也叫“晶圆”。几何知识告诉我们,使用圆形的材料时,对材料利用率最高的做法,一定是正方形越小,边上浪费的材料就越少,这样就能降低成本。
其次值得说明的是,如今做芯片依然要经历设计、制造、封装、测试这一系列流程,其中的主要环节是设计和制造。但通常情况下,这些环节是分离的,由不同企业负责。
我们今天所说的芯片实力,关注的芯片企业,则更多是指芯片设计。
原因很简单,芯片制造业有了一个遥遥领先的龙头企业,一己之力占据世界芯片代工的半壁江山—中国台湾的台积电。即使是来势汹汹杀入芯片行业的巨头阿里,也只是设计针对自身业务的定制芯片,然后制造环节找台积电和中芯国际代工。
芯片制造需要重资金投入,还得度过非常长期的技术积累阶段。遍观目前全球五大芯片制造地-美国、欧洲、日本、韩国、中国台湾,无一不是在上世纪全球产业分工调整的时期,靠堆积政策和资金崛起的。
当时半导体行业最好的切入点,就是DRAM,也就是电脑里的内存条。因为其设计简单,更看重制造工艺,所以无论在哪都是首选的半导体产品。领先地位的美国和日本中,日本崛起打的美国企业无力招架;落后地位的韩国和中国台湾,三星受益于美日之争,买下了许多破产企业的生产线,台积电则认准芯片行业会产生分工,专心做芯片制造代工厂,也都翻了身。
不高不低的中国,则先是落后于美日,又被韩国和中国台湾赶超。好不容易国家主导了几次工程,但效果也都不明显,最终国家领导人出访韩国参观了三星,回国后总结出四个字:触目惊心。
908工程尚未竣工验收,909立刻上马,国务院动用财政赤字成立了华虹。但华虹刚出点成绩,稍微有了丁点盈利时,就迎来了暴击。2001年,美国互联网泡沫破裂,芯片价格受波动暴跌,华虹巨亏。
幸好这一年,张汝京被台积电排挤到大陆,在上海张江办的中芯国际开始试产,到2003年冲到了全球第四大代工厂。
台积电的分工理念很正确,企业们早就受够了又要设计又要建厂还要不停更新生产线的高昂成本。台积电开创性的转型做芯片代工,降低了芯片设计的技术门槛和资金风险,试水芯片设计的企业越来越多,订单如江河入海般向台积电涌来。
台积电的创立者张忠谋选对了理念,台积电的科学家们则突破了技术。之前说过,过去的芯片进步基本仰仗摩尔定律,通过提升晶体管密度来提高计算能力,而提高密度的关键,就是提升芯片生产时的精度。
芯片制程曾在157nm处卡过壳,当时就有摩尔定律失效的说法。全球头部厂商砸进几十亿美金,技术提升却微乎其微。
这时一位华人出手拯救了产业界,林本坚几乎以一己之力,改变了台积电在芯片制造业的地位。
早年,林本坚效力于蓝色巨人IBM,当时就曾提出IBM与产业界一直追求的“X光”光刻机不是正确的方向。后来他辗转来到专注芯片制造的台积电,继续不走寻常路。
本来光刻机都是干式的,以空气为介质,产业界想在光刻机的“光”上做文章;林却想做浸润式的光刻机,在介质上下功夫,采用液体的水。芯片行业实行分工理念,有专门生产光刻机的企业,例如当时领先的尼康和佳能,还有落后的ASML。
2002年,风暴降临,传统介质的193光刻机走到了末路,几位继承者集体发难。光刻机生产商尼康和佳能终于烧出了一点成绩,做出了157nm干式光刻机。林本坚则出席了一场国际研讨会,抛出了自己的浸润式光刻机理论,业界一片哗然;一种13nm的紫外线光刻机EVU,也被人提出。
这两个不被看好理论,最后都和落后的ASML捆绑在一起。成品实现后,代表了其两个时期的最高水平。先做出产品的是林本坚设计出原型概念的193nm浸润式光刻机,EVU从193nm进步到13nm的步子太大,还要研究。
193nm浸润式光刻机成品出现后,原先订购了157nm干式光刻机的IBM等十多个大厂纷纷退单,改旗易帜。
到2007年,IBM直接放弃了芯片制造业务,专注设计。台积电则靠着芯片代工成为了一家利润率超过苹果,本土利润仅次于ICBC的庞然大物。
到如今,最常用的光刻机依然是193nm浸润式光刻机,但最先进的则是已经实现的EVU光刻机。
2018年5月21日上午,ASML向华虹六厂交付的一台193nm双级沉浸式光刻机入驻上海浦东新区,黄色的大吊车和四根缆绳上的大红花,书写着“中华芯片制造梦”。
几乎同时,中芯国际又向荷兰ASML公司下单了EVU光刻机,预计排队到2019年初交付。遗憾的是今年初一场大火,烧到了ASML荷兰供应工厂,我们想要实现7nm芯片的制造,恐怕还得再等等。
光刻机被誉为人类最精密复杂的机器,站在整个半导体行业食物链的制高点,ASML的成功不是它一家企业的成功,而是西方世界无数寡头和财团用经费鼎力支持烧出来的,其中也包括台积电,但不包括华虹和中芯国际。
芯片行业一年进口超2000亿美金,超过原油。冰箱、电视;汽车、机器人;服务器、电脑、手机;智能音箱、智能安防摄像头。我们都必须取得每个领域芯片设计上进步,但同样重要的是芯片制造,如今总算真正被国内重视起来的中芯国际等代工企业,还得星夜兼程。
即使EVU光刻机交付后,光刻机这样的遏住整个芯片行业喉咙的机器,也值得我们重视。没有制造生产设备和利用设备制造芯片的能力,除了烧得起钱的特殊领域,我们所探讨的一切种类的芯片设计的机会,都是无根之水。
当然,芯片除了设计、制造、还有地位略次的封装(刻蚀机)和测试两个环节。封测逐渐专业化,国内芯片企业倾向于选择大陆封测厂商,是如今的趋势。这两个环节大陆做的不错,在全球第一梯队,基本与台湾、美国三足鼎立。
三、华为与IBM陷阱
并不是所有半导体企业都屈服于资金投入、时间投入,从而选择了芯片分工制造。目前依然有实力强劲的巨头把持着从设计、制造、封装、测试到销售的整个链条,这种模式叫IDM模式,其中最大的是美国的Intel、其次是韩国的三星和SK海力士。
世界前十的IDM厂商中没有中国企业,因为我们基本采用着分工合作的Fabless+Foundry(设计+代工)模式。
前文大篇幅介绍了代工过程中生产技术和设备的重要性、大陆目前的现状及机会,接下来的重心将转为芯片设计。正如前文所述,现在我们谈及的芯片实力多指芯片设计。
所谓的5G芯片、AI芯片,不管是巨头还是独角兽,基本也都是着眼于芯片设计。
我们说国内芯片行业孱弱实际上是有些片面的。经过几十年的不断前行,我们终究还是积累出了近两千家芯片设计公司,位列世界首位。但论及总营收,却只占全球芯片营收的13%左右。
由此可见,国内的芯片企业大多着眼于中低端产品,利润很低。尤其是近年来芯片产业迎来发展,不到十年间数量翻了三倍,可以想象有多少同质化的产品。就中低端市场而言,国内的芯片设计企业不但不缺,反而泛滥,销售难度甚于科研。
而据IC insights 2017年报告,全球营收前十的芯片Fabless(设计)公司中,中国占了三席:联发科、海思、紫光。其中,华为旗下的海思半导体,可谓风头最盛。当然,这份名单排除了欧美日韩那些既设计又生产的IDM企业。
来看看芯片设计有多难。首先,企业要确定芯片种类和用途,在此基础上选用恰当的设计架构。架构这个词,非常关键,之后会大量提及;其次,要付出高昂的成本,来购买设计工具EDA软件,它可以辅助电路设计提高效率。遗憾的是,美国的三家EDA企业几乎垄断了全球EDA市场,据称华为海思每年为此付费在千万级别。
海思,原本是一家相当低调的企业,创建之时华为还远没有今天财大气粗。1996年,海思日后的掌门人何庭波才刚念完北邮硕士加入华为。这一年,华为芯片事业起步,为了让团队用上国外的EDA软件,任正非不惜欠下高利贷。
华为的事业成长很快,何庭波也很快被委以重任,开始带团队。直到2004年,在国内市场选错了技术方向的华为,凭借在欧洲市场的优势成功突围。任正非缓了一口气,思考良久后,决定收回“谁再胡说(做手机),谁下岗”的决定。
但任正非也有顾虑,当时的手机芯片基本都是西方的,华为要做手机就不能把心脏攥在西方的手上,海思由此诞生。即使是台湾联发科,直到2006年也都还在做一站式手机解决方案turnkey,跑偏在了中国“山寨机王”的路上。
任正非想起了有3G芯片研发的何庭波,把她找来做手机芯片。
华为手机发展有了起色,虽然国内的3G牌照一直卡着不发,但华为跑到了欧洲给运营商做定制手机,勉强立住了脚跟。2009年,好事儿都赶到了一块:国内3G牌照发放、华为有了第一款安卓手机、海思发布了首款应用处理器K3V1。
最后一件好事儿,以惨败收场。K3V1的制程为110nm,远远落后于人,能耗和兼容表现都很差,被自家手机放弃,只有山寨机愿意用它。
海思刚发出第一声啼哭,就被市场教育得体无完肤。
又过了三年,海思用尽全力做出了K3V2,成功的安在了华为D1四核手机上。2012年是四核ARM的爆发年,K3V2是中国大陆首个四核心智能CPU,市场期待很高,但K3V2的能耗问题依旧堪忧,被失望的用户调侃为“暖手宝”。
之后,两年时间海思没有再出新芯片。于是后来的D2手机也用了这款芯片,结局亦是惨淡,D3手机更是胎死腹中。
等于说海思的K3V2芯片,成功拖死了华为的D系列手机,海思众人几乎心灰意冷,K3系列再无续章。
“做得慢没关系、做得不好也没关系,只要有时间,海思总有出头的一天”,喜欢被称作工程师的何庭波,带着海思熬到2014年,八核芯片麒麟系列问世。以麒麟910为始,麒麟系列一扫K3系列的颓势,掀起了一段波澜壮阔的逆袭。
一直到今天的麒麟980,海思气势如虹,制程达到了全球最领先的7nm,性能与功耗的平衡也堪称业界绝佳。
华为海思芯片,再也不是华为手机嫌弃的对象,而是它的一张王牌。何庭波和她的海思,不仅是“工程师”,也是“攻城狮”。
手机芯片之难,小米也曾碰过钉子。手机芯片的设计,不同于电脑芯片,要考虑的点甚至更多。因为设计架构归属方的不同,手机芯片的市场竞争激烈程度也远高于电脑芯片。手机芯片,真·不好做。
早年,雷军也曾有过芯片梦,他的愿望是未来能按沙子的价格卖芯片,于是有了“澎湃芯片”系列。
澎湃S1,由小米5C搭载,出道即绝唱。发布会上,雷军哽咽的看向身后的黑色荧幕,“大规模量产的中高端芯片”,几个月后匆忙下架了这款手机。澎湃S1也再没能出现在其他小米手机上。
澎湃S2,雷军不敢再冒进,扎扎实实的烧进去了不少经费。芯片终于设计妥了,拿去让台积电小规模试产了一批流片,发现问题很大需要大改;第二第三次试产流片,无法亮机;第四次试产后推到重来;第五次试产后,“仍在研发,请给小米一点时间”。
此后近一年,澎湃一直杳无音信,直至最近传来团队分拆重组的消息。无数经费也没能换回“量产”这两个字,芯片设计真不是门容易活。
再说点时髦的,最近AI热潮带火了AI芯片,也带火了几个比较相似的词。AI最重要的是算力,也就是处理数据的能力,早先用于AI运算的芯片一般为CPU(中央处理器)。后来人们发现GPU(图像处理器)适合并行计算,可以用来训练深度学习;再后来谷歌打造出了TPU,是一种专为机器学习量身定做的处理器;现在,又有了NPU(嵌入式神经网络处理器)这种加速AI落地的特殊芯片。
其中CPU和NPU都比较有聊头。CPU是所有人都很熟悉的,电脑和手机的大脑。谁都想要一颗更聪明的大脑,同样也想要性能更好的CPU,因此芯片上的电子元器件越多越好,也因此必须要按合理的设计架构来设计电路。
Intel占据先机,提出了x86架构,从此几乎垄断了整个电脑芯片市场。装在电脑里的Intel芯片虽然体积稍大一点,用电多了点,但性能极佳。同期一家叫ARM的企业,提出了一种体积小巧又省电的芯片架构,在PC电脑时代芯片这完全是鸡肋,反倒是性能不足的缺点显得致命。
直至移动互联网时代逼近,商务机和智能机横空出世,体积小巧又耗能低的ARM架构成为首选,几乎垄断了手机芯片。ARM公司并没有像Intel一样,借助架构成为垄断地位的行业霸主是因为,在上世纪末,ARM还没等到真正的春天时,为了继续活下去,决定不再自己做芯片,而是授权给其他公司,赚取授权费。
终端的电脑和手机芯片,就这样对应着X86和ARM两种架构,分别诞生出Intel和高通两大芯片霸主。因为ARM的存在,高通在手机芯片领域达不到Intel在电脑芯片领域的成就,至少华为海思和台湾联发科,也都在手机芯片领域走出了自己的路。
但华为并不仅仅有终端,事实上,作为全球五大通信设备商之首,华为最值得骄傲的产品是自家的基站。想要用上5G,既要看用户的手机能否接入5G网络,还得看运营商的基站能否提供5G网络。
华为作为全球最大的通信设备供应商,又独揽着5G标准的1600多项核心专利,早在今年1月24日就发布了首款5G基站芯片—天罡,同时宣布截至当时已获得30份5G商用合同,其中18份来自欧洲。
而手机芯片,大体分为三块:射频芯片、基带芯片、应用处理器。其中基带芯片才是我们常说的5G芯片的真正作用点,其是把信号编译成即将发射的基带码,或把接受到的基带码译为信号。
目前来看,5G芯片TOP 2的玩家,大概率就是高通和华为。
现在即使高通的手机SoC芯片(系统级芯片),也都还没有办法将5G基带芯片集成进去。业界普遍采用的办法是,在原本集成了4G基带的SoC芯片上,外挂5G基带(如麒麟985)。据报道,高通本季度将“流片”首款集成5G基带的SoC芯片,华为可能会迟些。
前段时间,苹果和高通闹别扭,就曾放出风声有意购买华为的5G基带,外挂到苹果自身的A系列芯片上(三星以产能不足为名已经拒绝了苹果)。虽然华为积极回应,对销售5G芯片保持开放态度,但有常识的人都知道这事儿大概率没戏。
紧接着,苹果就服软与高通达成了和解,双方继续合作。苹果随后也重组了自己的5G基带研发团队,据外媒称等苹果亮剑可能要到2025年了。值得注意的是,目前华为着重发力的5G芯片,可能面临着和IBM当年卖服务器是一样的困境。
去IOE行动曾是阿里云发展的强助推力之一,棱镜事件爆发,使国内互联网不再信任以IBM小型机为首的IT基础设施,国内企业普遍具有对自研芯片和自研服务器的渴望。
其实小型机更“高大上”,成本昂贵,只是在金融电信行业较为常见。反而是随着互联网不断推进,因为X86架构在PC端的优势,所以服务器端也几乎是X86架构的天下。X86服务器开源,能生产X86服务器的厂商众多,IBM就曾是其中佼佼者。
但IBM显然有更大的野心,干脆在2014年把自己的X86服务器业务卖给了联想,继而专心开发自家的Power架构。诚然,IBM的Power架构优点很多,性能也很好,但IBM注定无法用它撼动IntelX86服务器的地位。
我把它形容为“IBM陷阱”:IBM野心太大满盘通吃,无论是芯片、系统还是产品都亲自上阵。但有一个问题,IBM既生产服务器芯片,又生产搭载这种芯片的服务器。试问,哪家服务器生产商愿意用Power架构芯片呢?
有道是“无欲则刚”,Intel的X86服务器架构成功垄断市场,恰恰是因为它只钻研服务器芯片,却坚决不生产服务器,留出一部分利润给下游。华为,如果既想卖5G基带芯片,又想卖5G手机,需要警惕IBM陷阱。当然,行业也有全产业链成功的案例——三星。
另外,如今的服务器市场可能还会有新变故。X86架构的电脑大量普及,帮X86架构服务器铺好了生态,身在2019年的我们不应该忘记,智能机的普及也帮ARM架构铺好了生态,做ARM服务器是有希望的。
身为ARM架构手机芯片阵营里的话事人,高通早就意识到了这一点并曾大胆尝试,但很遗憾以失败放弃告终。《经济观察报》指出,由高通和贵州省管企业华芯合作建立的华芯通,经历高调成立、疯狂挖人后,首款产品量产不足半年便迅速倒下,近日进入破产清算流程。
但这并不意味着ARM阵营的全面溃败,毕竟ARM早已被大范围授权,手机芯片不是高通一家的生意。华为,在2016年研发出了首款ARM服务器芯片;软银斥巨资收购ARM后,也表现出对中国市场和中国企业的期待,国内的芯片热潮未必不会波及服务器领域。
能把握5G时代芯片机会的毕竟还是少数,对多数企业而言,机会在于即将到来的AI时代。当然,手机上也需要搭载一些人工智能方案,比如华为海思的麒麟970、麒麟980都集成了寒武纪的人工智能模块。
但华为只是买了寒武纪的人工智能模块集成进自己芯片而已。余承东在国外的发布会上,将AI能力作为麒麟970芯片的核心卖点重点介绍,且在演示时并未点明这一项,只是将其描述为麒麟的NPU(嵌入式神经网络处理器)。
四、AI芯片新机遇
中国最有机会以弱胜强的领域,还在于AI芯片。寒武纪,背景是中科院孵化,目前估值位列全球AI芯片独角兽之首。
在AI芯片这条赛道上狂奔的企业,主要分三类:针对自身业务开发AI芯片的巨头,比如阿里、华为、特斯拉;针对自身业务开发芯片的AI创业企业,比如这两天靠着发布芯片登上新闻联播的依图;还有一类就是寒武纪之类的AI芯片创业公司。
这条赛道能这么火热,既得益于中兴事件引发的对中国“缺芯少魂”的民族情绪,更得益于AI的特殊性。AI至今经历了三次浪潮,之前已经有了两轮铺垫,这一次又爆发于互联网浪潮兴起后,在此基础上引发了激烈的商业和技术革命,因此显得格外剧烈。
AI目前的现状是,落地场景复杂,细分领域繁多,业务差异明显,除了有我们熟知的几家独角兽外,还有许多长尾集中。但偏偏,随着这些企业的算法不断优化,普通芯片已经难以提供满足他们利用的计算力。只有设计针对算法的强耦合的专用芯片,才能充分出芯片的潜力。
波音737max连续坠机悲剧的根源,足以告诉我们,硬件有问题的时候,只想从软件着手修正是多么愚蠢。不管在什么系统里,硬件软件的兼容和谐,都至关重要。如果是用来运算的芯片不给力,优化AI算法,只是空谈而已。
传统的芯片企业们,强在这么多年积累下来的技术经验,强在他们设计出的芯片可以更好地找到性能、成本、功耗之间的平衡点。但这一切都基于我们前文强调的一个词,架构。
服务器、PC、手机等等都有各自合适的架构,在此基础上设计电路的技术壁垒,在需要构建新的体系架构的AI领域,几乎荡然无存。
AI企业在中国遍地开花。如果说AI领域要打仗,AI芯片就是军火。无数人盯上了这门生意,依图这样的AI独角兽打起了自建“军工厂”的念头,更有无数资本闻风而动想分一杯羹。值得反思的是,我们所熟悉的那套融资烧钱打消耗的互联网打法,是正确的吗,适用于芯片行业吗?
从使用设备来看,AI芯片分为终端和云端两种。
终端很好理解,比如手机里除了5G基带芯片,当然也需要一些跑AI算法的芯片当然也会需要一些:华为的AI芯片更多的是服务摄像头拍出更好的照片,苹果的AI是为了更好的图像处理效果。云端芯片也有依图、寒武纪、阿里、百度等等选手参与,一种商业模式是先找好架构,针对自身擅长的业务设计出契合的芯片,再自己使用加强自己的算法,然后对外直接输出服务而不是买芯片。
从算法步骤来看,AI芯片分为训练和推断两类。
机器学习一般就分为这两步:先输入大量数据,训练出网络模型;再利用此模型,推断新数据的结果(比如语音识别说了什么,面部识别此人是谁)。其中训练过程设计海量数据和深度神经网络结构,目前主流选择是适合并行运算的英伟达GPU,但这并不是最优解,谷歌为此设计出了自己的TPU芯片,阿里也有此意向;而推断环节的可用芯片更是五花八门。
从CPU到GPU,再到偏通用的FPGA芯片和针对功能定制的ASIC芯片,其针对特定AI功能的倾向逐渐加深。这意味着从通用芯片年代积累下来的技术少,壁垒低,未来可探索空间高,机会更多。
更何况,这些都只是基于冯·诺依曼架构的芯片,运算器和存储器分离,只能单纯的提升运算速度,却很难压缩数据访问消耗的时间。因此,类脑芯片的构想也逐渐出现在了学术界和产业界。
因此可以说,AI芯片几乎是一个另类的领域。不说是一片空白,但它至少很新,给了AI芯片从业者们“回到过去”重新竞争的机会。其中更有国家队的身影和为科技创新注入新活力的科创板问世,互联网已经诞生了无数的巨头独角兽,下一颗未来之星难保不会是芯片企业。
当然,赛道热领域多并不意味着谁都可以随意蹭热度。国内四大AI独角兽之一依图内部人士的看法是:算法即芯片的时代,相近的算法和应用的需求同样会导致产生相近的芯片设计。由此,也会产生竞争。
比如以人脸识别技术领先著称的依图,和以自动驾驶技术领先的特斯拉,本质上都是要有视觉识别能力,这就导致算法对AI芯片提出了相似的设计需求。“不该说今年是AI芯片爆发的一年,而是AI芯片交卷的一年,AI芯片良莠不齐的乱象即将面临考核。”上述依图内部人士表示。
五、结束语:想要中国芯,这是最好的年代
细数半导体行业,PC时代诞生了英特尔,移动互联网造就了高通和苹果,5G和人工智能时代这个全新的机会,谁又能成为霸主呢?
不管是追精度、还是设计新架构、亦或是给晶体管裹铁皮,甚至是直接追求化学物半导体(泛指各种不以硅为基础的半导体材料),芯片到底该怎么追,很难讲,但可以肯定的是,能不能成为AI时代里的Intel,跟能不能打败现在的Intel基本没有关系。
这已经是一种幸运了,中兴事件给我们敲响的警钟,余音绕梁, 5G时代AI时代我们没有理由不奋起直追。
想要中国芯,这是最好的年代。