观点丨半导体，一万年也要搞出来–中国的芯片设计国产化

中国的经济升级，最大的两个领域是汽车制造工业和集成电路工业。反过来说，我们要实现最终打垮西方列强，也就是要在这两个超级产业完成逆袭。未来的十年，我们要做好长期战斗的准备, 如果我们成功了，那中国就是真正的超级大国。如果这两个领域我们失败了，中华民族复兴就不能称之为成功。

这个地球上最强大的国家美国，它有哪些百亿美元利润级别的公司？除开能源和金融行业以外，有大约17家左右。Facebook，通用电气，IBM，思科，英特尔，宝洁，强生，微软，苹果，沃尔玛，迪士尼，通用汽车，甲骨文，Alphabet（谷歌母公司），Verizon，AT&T，Comcast，再具体一点，零售业1家，日化业2家，娱乐业1家，汽车业1家,其他制造业（通用电气）1家，总共6家。ICT领域呢，11家！17家百亿美元净利润公司有11家在ICT领域，因此可以说，ICT产业已经成了美国的立国之本了。谷歌，亚马逊，脸书，思科，IBM，英特尔，微软，甲骨文，Verizon，AT&T为美国贡献了巨大的利润。

美国的强大是什么撑起来的？是这些伟大的公司。反过来说，这些公司没有了，强大的美国也就不存在了。我们可以看到，在美帝立国之本的ICT领域，非常显然中国是美国的最大挑战者，中国移动，华为，中兴，阿里，百度，腾讯，网易，小米，浪潮，紫光等不仅在中国本土获得了优势，而且在对外扩张中，同时这些公司大多数净利润超过10亿美元，要知道全球净利润超过10亿美元的公司全部算在一起也就是三四百家。这也是为什么美国对中国集成电路产业如此关注的原因，集成电路是ICT领域的上游技术，是硬件的基石，如果中国集成电路产业也起来了，受到冲击最大的还是美国，而这是美国的核心领域之一。

中国目前每年进口的工业品，只有两个大类超过了500亿美元，一个是汽车及其零部件，我们每年进口746.1亿美元，另外一个超过500亿美元的进口工业品，就是大家熟知的集成电路了，中国每年进口的工业品，集成电路进口遥遥领先所有其他工业品，排在第一位，其进口金额2271亿美元，是第二名的汽车及其零部件746亿美元的三倍。

我们看看下面一组数字，在过去的七年，我们的进口替代进行的如何？答案是令人遗憾的。和其他行业我国制造能力逐渐上升，逆差逐渐减少不同，集成电路的逆差在过去七年处于不断上升的状态。从2010年的1277.4亿美元上升到了2016年的1657亿美元：

2010年集成电路进口1569.9亿美元，出口292.5亿美元，逆差1277.4亿美元

2011年集成电路进口1702亿美元，出口325.7亿美元，逆差1376.3亿美元

2012年集成电路进口1920.6亿美元，出口534.3亿美元，逆差1386.3亿美元

2013年集成电路进口2313.4亿美元，出口877亿美元，逆差1436.4亿美元

2014年集成电路进口2176.2亿美元，出口608.6亿美元，逆差1567.6亿美元

2015年集成电路进口2307亿美元，693.1亿美元，逆差1613.9亿美元，

2016年集成电路进口2271亿美元，出口613.8亿美元，逆差1657.2亿美元

到2017年，这个趋势仍然没有扭转，1-5月中国集成电路（芯片）进口额为954.8亿美元，同比上涨17.9%，出口256.6亿美元，同比增长11.3%，逆差继续拉大。

要看到差距，也要看到进步。

首先我们要知道集成电路这个产业，全球市场容量有多大?不同的机构有不同的数据，都稍微有误差，我们就以IHS的数据为例子，2016年全球半导体市场规模达到3389.3亿美元，同比小幅增长1.1%。当然，全球市场规模的数据各家机构不一样，有的是3300多亿美元，有的是3400多亿美元，不过基本是在这个区间。

我们把这个数字和我国每年进口2271亿美元集成电路的数字对比下，我国一年的进口额是全球市场的67%，这并不奇怪，因为全球90%的笔记本电脑，90%的智能手机，还有其他的大量电子设备，都是在中国制造，中国世界工厂的名称，不是吹出来的，而是实实在在的。因此，在我国集成电路产业世界份额达到全球70%之前，我们都是要进口集成电路的。我国进口集成电路多，并且还在不断增长，一方面固然是我国集成电路产业比起美国，欧洲，韩国，日本差距巨大，另一方面是因为我们下游的制造业和自主品牌发展太迅猛，世界市场份额不断向中国品牌集中所致。以2017年为例子，中国品牌智能手机已经占到世界份额50%左右，而苹果和三星手机也大多是在中国制造。

基于这个现实：中国不仅是世界制造中心，而且在下游的消费电子品牌的份额也在呈现向中国品牌集中的趋势，所以相当长一段时间内，我国还会维持集成电路高进口额的趋势。

所以中国国务院在2015年发布的《中国制造2025》的报告里面说，2020年中国芯片自给率要达到40%，2025年要达到50%，这其实是一个非常高的目标，因为这意味着2025中国集成电路产业规模占到全世界35%，也就是超过美国位列世界第一。当然这个是指总体产值，就产业结构而言，仍然是美国在高端，中国在中低端和部分高端。

如果按照工信部的规划更激进，2025年要达到70%芯片自主化，也就是中国集成电路产业规模要占到全球49%, 这意味着什么呢，2025年中国集成电路产业从产值来说将是世界最高的国家，不仅能够供给全中国的需要，而且还要抢占相当一部分的世界市场。

不过我们也要注意，不管是国务院还是工信部的规划，都是把在华外资企业算到国产里面的，也就是说，即使2025年完成了70%自主化这一目标，我们占到了世界的49%，其中仍然有一部分是在中国的外资企业完成的。

那么我们能不能达到这一目标呢？或者说，现在处于什么什么水平呢？下图是IC insight发布的2016年全球半导体20强，竟然前20位都没有中国公司，这是非常罕见的现象。在其他几乎任何一个地球上存在的大型产业，世界前20位都没有中国公司的，几乎找不到。有9家公司营收超过100亿美元，前20强的门槛是44.55亿美元。

不过大家也不要灰心，我国半导体产业销售额最大的公司是华为旗下的海思半导体，2016年销售额为303亿人民币，折合美元也是大约44.5亿美元，刚好和第20名的44.55亿美元几乎不相上下。所以不出意外，今年海思半导体将会中国第一家冲进全球20强的半导体公司。这将是历史性的突破。当然，这意味着会有一个倒霉蛋被挤出全球20强，没办法，人生就是这么的残酷。

2016年中国集成电路产业销售额达到4335.5亿元，同比增长20.1%，集成电路分成三个部分，设计、制造、封测三个产业销售额分别为1644.3亿、1126.9亿及1564.3亿，增长速度分别为24.1%、25.1%及13%。这里面有一个好消息和一个坏消息，好消息是增速20.1%,这是非常快的，四年翻一倍，8年后就是现在4倍的规模，这是非常惊人的。坏消息是什么呢，我国集成电路产业这个4335.5亿元销售额是包括了在华外资企业的。所以要摸清我国集成电路产业的真正实力，还是要看血统纯正的中国公司。

本文先从集成电路的设计部分看起。

首先是芯片设计，大家都知道，在PC机的时代，Intel和AMD垄断了电脑CPU市场，中国公司和他们的差距可以说隔着一个银河系，只能站在地球上仰望外星文明。在21世纪初，可以说中国唯一像样的芯片厂家是珠海炬力滚球体育 ，做出了mp3芯片，成为世界最大的两家mp3 芯片供应商之一，我们看下当年新闻的原文：“2005年炬力的SoC芯片出货量达到了4980万片，比2004年的1220万片增长了308%。该公司的MP3播放器SoC芯片的销售额也从2004年的5410万美元增长到了1.479亿美元。”一家中国芯片公司，在十几年前能够做到这个水平是相当不容易的，然而炬力滚球体育 当然崛起的前提，也是国产MP3品牌在市场上占据了大量份额，那个时候mp3播放器非常昂贵。

在消费电子领域无法和美国竞争，中国芯片产业却意外的从电信产业发展中受益，由于巨大中华（巨龙，大唐，中兴，华为）在电信产业的崛起，中国逐渐开始实现了通讯设备制造的自主化，通信设备制造产业的崛起，却意外的给中国带来了一个没有料到的结局，那就是中国的芯片产业开始伴随着中国通信产业崛起开始萌芽。华为的海思，中兴微电子，大唐都成为中国最大的芯片厂家之一。到了手机和平板电脑时代，由于中国本土手机厂家和平板电脑厂家的崛起，中国的展讯，全志，瑞芯微等公司也获得了发展机会。

下图是IC insight的报告，全球纯芯片设计公司50强，2009年中国只有一家，也是中国第一家闯入世界50强的是华为旗下的海思公司，2016年增长到了11家，包括海思，展讯，中兴，大唐，南瑞，华大，锐迪科，ISSI，瑞芯微（Rockchip），全志（All winner），澜起滚球体育 （Montage）。

可以看到前面九名，海思，中兴，大唐都是电信产业出生，南瑞是为智能电网提供芯片，全志，瑞芯微，展讯等是为手机，平板电脑等提供芯片。可见中国在通信，电网，消费电子产业的发展对上游的带动作用。所以一个国家产业的发展，必然是整体性的，下游发展不起来，上游也一定发展不起来，中国芯片产业不可能脱离中国整体产业升级的大环境而独立发展。2016年，中国已经有了160家芯片设计企业销售额超过了1亿元人民币，可以说芯片设计正在中国全面开花。中国最大的两家芯片设计公司海思和紫光展锐都已经跻身世界前十，2015年海思是世界第六，紫光展锐是世界第十，而且在前十名里面，海思和紫光展锐增长速度最快。2017年第一季度，中国芯片设计产业整体增长高达23.8%，销售额达到351.6亿元，中国自主设计芯片全球市场占有率已经高达全球8%，中国市场占有率达到13%以上。

按照中国半导体行业协会的中国芯片前十名，和IC insight的排名有所不同，下图是2016年中国半导体行业协会公布的中国IC设计公司排名，可以看出，通过紫光集团对展讯和锐迪科的整合，中国已经出现了两家金额超过100亿人民币的本土IC设计巨头，海思和紫光展锐。

这10家公司里面真正算有前途的就五家：海思，紫光（包括展讯，锐迪科），汇顶，中兴，士兰微。例如杭州士兰微2017上半年财报。公司上半年实现营业收入12.98亿元，同比增长22.90%；实现净利润8442.55万元，同比增长243.77%。保持了高增长的势头，利润也开始逐渐恢复。其他五家：华大，大唐，智芯就是吃国家的饭。敦泰是台企，中星微主要做监控安防摄像头之类的图像芯片，技术水平一般，发展前景不明。

十强以外，还有一些很有意思的中国IC设计公司。首先是存储芯片领域，中国每年进口的集成电路之中，存储芯片和CPU占了大概75%. 可见存储芯片的地位。在存储芯片领域，有两家中国公司在试图进击，一个是兆易创新，一个是长江存储。

未来的希望：寒武纪

为什么要特别提一下寒武纪，人工智能是人类所有产业发展的大势所趋，在这个领域，专用芯片将会成为未来的主流。几乎所有的ICT滚球体育 公司，不管是国内的百度，阿里，腾讯，华为，还是美国的谷歌，facebook，亚马逊，微软，都在朝人工智能方向发展。2017年8月，由中国科学院计算技术研究所(中科院计算所)陈云霁、陈天石两兄弟创立的寒武纪滚球体育 (Cambricon Technologies)宣布完成阿里巴巴领投的1亿美元A轮融资，此轮融资令寒武纪估值达到10亿美元。这也是中国第一家集成电路产业的独角兽公司（估值超过10亿美元），这可以算作一个里程碑。

值得一提的是，寒武纪团队成员的平均年龄只有25岁，很多骨干成员在校期间已开始从事相关领域的工作。创始人陈云霁和陈天石是兄弟俩，都是学霸。陈云霁14岁进入中科大少年班，在创立寒武纪前，陈云霁在大学的最后一年，就参与了中国第一块通用CPU芯片龙芯1号的研制项目，2002年，陈云霁来到了中科院计算所，跟随现在的龙芯公司董事长胡伟武研究员硕博连读，成为当时龙芯研发团队中最年轻的成员。博士毕业后，他留在了计算所。25岁时，陈云霁就已经成为8核龙芯3号的主架构师。他在2015年入选《麻省理工滚球体育 评论》35岁以下的全球最佳35名创新人士。

非常有意思，寒武纪推出的人工智能芯片型号名字叫DianNao，也即是中文电脑的拼音，目前DianNao已衍生出1A、1H等多个型号。DianNao这个型号名字来自寒武纪研发团队里一位法国人，这个法国人叫OlivierTemam，来自法国国家信息与自动化研究所（Inria），他建议说，与其取一个平淡的英文名字，还不如反其道而行用中文的拼音来命名，这样对外国人来说是“外语”，他们反而会觉得十分“洋气”。

最值得一提的是，DianNao芯片不仅是寒武纪的自主架构，而且是寒武纪自主开发的指令集，名字也很有意思，叫DianNaoYu（电脑语）， 这是世界首个深度学习指令集，DianNaoYu指令集的论文在2016年的计算机体系结构领域顶级国际会议ISCA2016（International Symposium on Computer
Architecture）所接收，其评分排名所有近300篇投稿的第一名。具有突破性的意义。之前中国自主研发的龙芯芯片，也是使用的MIPS指令集免费授权的形式，虽然可以自主修改，也不会被限制，但是使用指令集还是来自国外。用中科院计算所的话来说意义是这样的“指令集是计算机软硬件生态体系的核心。Intel和ARM正是通过其指令集控制了PC和嵌入式生态体系。寒武纪在深度学习处理器指令集上的开创性进展，为我国占据智能产业生态的领导性地位提供了技术支撑。”

寒武纪人工智能芯片和传统的通用处理器如何比较？寒武纪是人工智能的专用芯片。请注意专用两个字，因此寒武纪的芯片和通用处理器并非替代关系。由于CPU和GPU基本框架结构都不是为人工智能设计，如果要用通用处理器搭建一个人脑规模突触的神经网络，可能需要建一个电站来给它供电。AlphaGo下一盘棋动用了1000个CPU和200个GPU，每分钟的电费就高达300美元，而网络规模只有人脑的千分之一。”寒武纪AI芯片恰恰解决了这一问题——它能在计算机中模拟神经元和突触的计算，对信息进行智能处理，还通过设计专门存储结构和指令集，每秒可以处理160亿个神经元和超过2万亿个突触，功耗却只有原来的十分之一，未来甚至有希望把整个AlphaGo的系统都装进手机。其他的FPGA方案虽然迭代快，但从计算速度和能耗比来说，和专用的人工智能芯片相比仍然有差距。因此除了寒武纪以外，其他国外公司也在跟踪寒武纪的研究成果，比如谷歌的TPU。

寒武纪的AI芯片在两个大型产业都可以有广泛的应用，一个是云端，一个是终端。在目前云计算蓬勃发展的情况下，云端外围是什么意思 器面临更大的大数据计算压力，AI芯片逐渐必不可少。另外终端的智能化程度和计算要求不断提升，也需要使用AI芯片。2017年9月2日，华为在德国IFA展上发布麒麟970处理器，首先用于华为Mate10智能手机上，虽然没有公开宣布，但其背后的AI芯片就是来自寒武纪，麒麟970整合的人工智能芯片，华为称之为NPU（NeuralProcessingUnit，神经处理单元）。搭上了华为这条大船，寒武纪的销售额将会迅速增加，目前猜测，华为和寒武纪采取的是IP授权的形式，寒武纪作为全球第一家人工智能芯片独角兽公司，也是全球第一家大规模量产人工智能芯片的公司，同时芯片架构和指令集完全自主，在未来大有可为。

半导体行业，美国超级强势，韩国在存储领域优势大，欧洲有三家一流的半导体公司，NXP，英飞凌和意法半导体，其中NXP在和高通谈并购，如果高通并购NXP并购成功，那么欧洲只剩下两家了。日本之前有三家一流半导体公司，瑞萨电子，索尼的CMOS图像芯片和东芝半导体。这其中索尼的CMOS图像处理芯片是近年来日本公司几乎仅有的实现大逆转的产业，索尼凭借图像处理芯片大大提升了市场份额，获得了大量利润。东芝目前已被海信并购了，那么日本也只剩2家半导体公司。我们可以看到，美国超级强势，中国，韩国都在上升，欧洲和日本在小幅衰退，除此之外，另外一个衰退比较严重的是台湾了，台湾半导体协会预估2017年台湾半导体产业整体产值较2016年小幅成长1%，而2017年全球半导体市场规模将较2016年成长9.8%，也就是台湾“生命线”半导体产业世界份额在不断下降。

另外网友比较关注的我国超级计算机上用的国产芯片，例如全球速度最快的神威太湖之光超级计算机，芯片就是国产化的申威，指令集和架构都是在美国DEC公司的Alpha架构下扩展而来，但是这款芯片只适用于超算领域，在民用市场由于生态问题和性能问题，不会有竞争力。因此也是小众芯片。

另外就是龙芯了，胡伟武博士是个坚持自主研发的人，他也培养出了寒武纪创始人陈云霁，培养出了一批自主研发芯片的人才，我觉得这才是龙芯的最大贡献。至于在商业化上面，龙芯几乎没有什么希望，建立生态必须要有强大的商业实力和地位，目前龙芯芯片只能在一些专业领域，例如北斗卫星上用的防辐射芯片，或者一些专用领域比如外围是什么意思 器，工控，嵌入式控制等等。龙芯能在这些领域占据较大市场份额，就是一种成功了。龙芯2015年销售首次过亿元人民币，是一家非常弱小的公司，2016年相信销售额也是1亿元多点的规模，而2016年中国销售额过1亿人民币的芯片设计公司有160家，龙芯在里面毫不起眼。 胡伟武是个技术人才，龙芯现在的待遇，以及类似科研院所和国企的运行体制，也暂时无法获得优秀的高端商业人才。龙芯在未来十年能够做到10亿人民币，20亿人民币就很不错了。即使到2027年能做到100亿人民币的规模，10年增长100倍，到那个时候龙芯也进不了中国芯片的第一集团。

中国芯片产业的未来必须要走商业化可盈利的路，从这条路来看，只有以海思，紫光，寒武纪为首的国产芯片公司，以及华大，大唐，士兰微，汇顶滚球体育 等第二梯队，以及未来可能成长起来的第三梯队才是中国芯片设计产业的未来。

而芯片设计这个产业，从中国，美国，欧洲，韩国，日本，中国台湾六强的发展趋势来看，中国保持现状20%的发展速度，每四年翻一倍，到2025年将是现在的4倍，是未来美国最大的挑战者，韩国依靠对存储芯片的高强度投资，将保持世界列强地位。中国紫光的存储芯片2019年才能够量产64层的NAND Flash，那个时候距离三星和海力士还是有技术差距，所以短期内韩国存储芯片产业是打不垮的。DRAM目前还不知道什么时候能量产。而欧洲，日本，中国台湾，由于其下游消费电子品牌的衰落，不可避免会影响到上游芯片的产值，这其中最危险的是台湾，因为欧洲和日本还有蓬勃发展的汽车电子产业，消费电子这边衰落了，还可以从汽车那边来弥补。例如日本，虽然东芝在衰落，但是瑞萨电子的汽车业务发展就挺好。台湾就比较危险了，芯片设计业不断下滑是大趋势，因为消费电子品牌不断往中国大陆集中，而大陆的自产芯片占有率在不断提高，而台湾又没有汽车品牌产业来弥补损失，设计业下去了，保住台积电的制造业是台湾面临的首要问题，从这个意义上来讲，发展中芯国际抵消台积电的发展，就是促进两岸统一。

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