钛都研究院:全球产业链重构下的芯片机遇
在《新一代企业级技术投资者投资研究院》21期，钛金资本邀请了芯片领域的专家石鑫博士回答相关问题。石鑫博士是Imagination公司负责中国战略市场和生态的高级总监。他在处理器设计和软件生态方面拥有丰富的行业经验。在加入Imagination之前，他在华为公司担任智能计算业务部业务拓展总监。此前，施博士在AMD、ARM、Synopsys和三星半导体韩国总部等国际公司担任过不同的技术和商业职务。石鑫博士毕业于中国科学院声学研究所。他的研究方向是处理器设计，他还拥有北京大学的MBA学位。
半导体是元素周期表中的一些元素，如硅、锗、碳等。在特定条件下具有导电或绝缘特性。半导体大致可以分为几类:第一类是传感器，包括传统传感器和MEMS(微机电系统)传感器。传统传感器包括压力、温度、气体、磁场、惯性、指纹、声音等传感器，MEMS技术可以做得更小；第二类是光电器件，包括常用节能灯上的发光二极管，手机或电视面板等电子面板，包括华为折叠屏手机，也属于半导体器件；第三类是分立器件，包括晶体管、功率器件、模拟或射频；第四类是集成电路，包括数字集成电路、模拟集成电路和射频集成电路。
我们今天讨论的主要是第四类——集成电路，尤其是数字集成电路(集成电路也包括模拟集成电路和射频集成电路，今天不详细讨论)。比如一些高速AD，也就是模数转换和数模转换的专用电路，也包括一些射频集成电路，比如天线。目前，大多数常用的芯片都是基于硅的，因此芯片从业者经常自嘲为“硅农”还有其他元素，如钾基砷化镓和氮化钾，它们在功率器件和微波器件中具有优势，而碳作为替代硅的下一代半导体材料，在学术界已经流行了很长时间。
世界上芯片发展相对先进的国家和地区:美国是半导体的发源地，芯片是在美国的实验室里发明的，硅谷这个名字的由来也与之有关；有一段时间，日本的芯片发展的不错，但是因为被打压，最后恢复了；台积电这个台湾省发展比较好的代工厂，如果没有张忠谋教父的个人能力和当时中国台湾省在电子方面的进步，是不可能崛起的。事实上，韩国可以通过类似于财阀的机制发展，将资源集中在大事上。三星从内存起家，现在不仅包括内存，还包括逻辑芯片和面板。韩国和台湾省的存储和面板产业的对比就是一个明显的例子。存储和面板产业都需要庞大的资金支持，台湾省也有政策资金支持，但比较分散。韩国相对集中在三星，所以最后台湾省在面板和存储方面完全被韩国甩在后面。从这个角度来说，像存储、代工、面板等需要巨额资金的行业，不应该分散精力，而应该集中精力把事情做好。
2018年全球芯片公司Top15榜单。可惜都不是中国公司。据海关总署统计，2017年我国芯片进口总额约26万亿元，2018年继续增长13%。我国集成电路自给率约为1%~10%，年进口量居高不下。所以在很多场合都说中国每年花在进口芯片上的钱比进口原油还多，要尽快发展自己的芯片产业。
投资人可能更关心下一个英伟达是怎么投的，是人工智能大火的GPU公司。玩游戏的人可能都知道NVIDIA是做显卡的，GPU是显卡用的主要芯片。在芯片行业，GPU和显卡没有特别的区分。
如果要投下一个英伟达，就要看哪些赛道更有可能出现巨头新兴公司:2018全球芯片公司Top15榜单中，内存公司最多，有三星、海力士、镁光；第二大是处理器公司，英伟达的GPU是处理器；另一个容易成为巨头的赛道是制造通信相关的芯片，比如高通和博通。榜单中很多公司都是IDM机型，即既有芯片设计，又有自己的生产线，比如Intel、三星、TI、st、NXP等公司；高通、博通、英伟达都是无厂模式，也就是只做芯片设计。
上个世纪，很多芯片公司都要自己做设计和生产。随着台积电代工模式的出现，一种叫做Fabless，或IC设计屋的模式应运而生。这些公司只设计芯片，把生产交给第三方公司代工。
在2017无晶圆厂公司Top10榜单中，十家公司中有六家来自美国，一家来自新加坡，一家来自中国台湾省，两家来自中国大陆(华为的海斯和清华旗下的嘉里集团)，而欧洲和日本则无缘榜单。考虑到博通把总部搬到美国，意味着美国占了7家，这是非常惊人的。其中海思2018年收入近74亿美元。此前有消息称，如果海思2019年的营收能保持20%的增速，可能会在图1中超越恩智浦，但在当前形势下这一挑战的难度大大增加。
从2000年左右到现在，国产芯片虽然是高科技产业，但主要是低端产品。国内芯片企业被戏称为“第一代冠军”，意思是缺乏用某一款产品继续引领市场的能力。比如2000年左右，全球MP3所有的芯片都来自中国南方的一家公司，但是当MP3市场萎缩的时候，这家公司很难找到下一个市场品类。
另一方面，国内芯片公司的技术进步主要取决于摩尔定律，也就是说，更多取决于代工厂、EDA工具和ip公司的技术进步。同时，国内芯片公司严重依赖第三方ip，导致产品同质化严重。在IP公司和EDA公司，经常有客户抱怨公司就像跑步机一样，要不停的跑。这也从另一方面说明，芯片公司在技术上并没有能够领先EDA和ip，而是一直跟随。
好消息是国家非常重视芯片产业。不仅给予国家科研支持，如“863计划”和2001、2002年数十亿的专项投入，还给予很多产业基金的支持。2014年，国务院发布了《国家集成电路产业发展纲要》，奠定了未来集成电路的战略发展方向。同年9月，在工信部和财政部的指导下，国家集成电路投资基金有限公司成立，被称为“大基金”。大基金的参与者都是国内比较有实力的企业，第一期总募资规模超过1300亿元，超过原定目标15%。基金的所有权人为基金电路产业投资有限公司，采用市场化管理模式和公司化管理模式，与以往的政府项目补贴模式有本质区别。从2014到现在，第一期大基金起到了明显的拉动作用。现在大基金二期已经启动，募集规模将超过一期。投资方向也要围绕国家战略和新兴产业来规划，比如智能汽车、智能电网、物联网等。，并尽可能支持设备和材料行业。
芯片产业链的主要环节如上图所示，最上面是用户，可以是ToB用户，也可以是ToC用户。比如可以是运营商使用的5G设备，也可以是普通消费者使用的智能手表或智能家电。用户下面有系统解决方案提供商，比如智能手机公司，有两个要求:一是硬件供应商，主要是芯片供应商；二是软件厂商，比如需要AP和基带的智能手机。包装测试非常重要。比如Android，从芯片系统厂商那里拿到之后就进行封装和测试。封装测试的门槛在整个产业链中并不是最高的。中国很多工厂都做得很好。比如长电在世界上排名很好。其芯片主要用于封装和测试，芯片本身由代工厂制造，包括台积电、三星和SMIC。
芯片代工厂的要求包括:第一，根据芯片设计公司的设计文件，生产制造芯片；第二，芯片设计和芯片生产都需要技术支持，比如EDA工具和ip模块，这些不仅存在于芯片设计公司的上游，还与芯片代工厂有技术交流和合作。比如代工厂需要做7nm工艺的研发，就必须和Synopsys等EDA工具提供商沟通，确认其工具是否能支持7nm的设计，甚至需要一起开发。开发IP模块，还需要确定其在7nm下能否正确实现功能和性能，这可能需要多方的配合。甚至对于CPU，芯片代工厂不仅为客户提供CPU的设计，还与代工厂一起开发可能用于该CPU的特殊基础库。如果没有基本的物理库，CPU和IP就无法在客户的最终片上系统中正确使用。
芯片代工厂的上游是台积电和国内的SMIC。他们也有上游。例如，超过90%的掩模对准器由荷兰阿斯麦提供。整个芯片生产线涉及的设备很多，其中光刻机的技术门槛最高，还有离子注入、刻蚀等其他设备。芯片代工除了设备，在芯片生产过程中还需要准备耗材或者原材料。比如所有芯片最终都会在晶圆上，包括每个工艺节点光刻用的光刻胶等原材料，都需要供应商。所以芯片产业链有很多环节。没有任何一个环节，链条就会中断，无法实现。
考虑到中国目前的情况，没必要担心上图中用白色标注的是什么。中国是全球最大的市场之一，用户是最重要的。包装测试在国内也有很好的基础。虽然前十的芯片设计不多，但至少有一两家。
其他方面可能更令人担忧。软件算法方面，大部分如操作系统OS、专用软件、底层数学库等都受制于美国。EDA工具和IP模块几乎完全被美国控制。在两天前对华为的制裁开始后，Cadence、Synopsys和Mentor Graphics等几家EDA公司已经切断了对华为的供应，不仅向华为提供技术支持，也不再更新软件。在IP模块，顶级IP公司也以飞快的速度停止了对华为的支持。
上图是IP公司列表。这些知识产权公司几乎都来自或受制于美国。排名第一的公司是ARM，原本是英国公司，后来被日本软银集团收购，但也受制于美国。所以所谓的禁令出来后，很快就停止了和华为的合作。第二家和第三家是Synopsys和Cadence，都是美国公司。Ceva是以色列公司，虽然不是美国公司，但是美国的盟友。Imagination公司原本是ARM这样的英国公司，2017年被中国资本完全收购，所以目前完全是中国资本所有。同时，技术并不来自美国，因为美国的技术在被中国国资收购之前都被剥离出去了，所以目前不用担心这家公司。
IP公司主要分为两类:第一类主要是处理器IP，如CPU、GPU、MPU、DSP等。比如ARM是移动端的CPU，包括手机、汽车电子等等；另一个是接口IP，比如设备会使用DDR内存接口，比如PCIE接口，USB接口等等。
以上是芯片设计的上游，芯片设计的下游对于解决方案非常关键，尤其是对于处理器。一些刚开始做芯片相关投资的投资者，可能往往会忽略这一点。芯片公司的软件实力往往是芯片公司成功的关键。很多号称做AI处理器和硬件芯片工艺的公司，前端、后端、营销、融资都有大咖带起后方，团队里却没有一个软件大咖。如果这个芯片公司和软件公司合作，或者软件公司投资定制芯片，可能还好，但是如果这个芯片公司独立推向市场，用户可能往往发现不了。
大家都喜欢拿英伟达做比较，但是很多人不知道，卖GPU芯片盈利的英伟达，软件工程师远远多于芯片设计工程师。相比AMD的GPU，英伟达的GPU可能有自己的优势。为什么英伟达的GPU在市场上的占比远大于AMD的GPU，主要是因为软件生态好。整个CUDA软件生态系统不仅支持各种AI框架，还包括各行各业的基础计算库，如天文学、科学计算、气象学等。在专用处理器方面，这是一个非常复杂的工程，硬件出身的专家不可能完全照顾到，因为他们不懂应用软件，往往会忽略软件工具链的开发。设计专用处理器需要经历需求分析、架构设计、硬件实现等多个步骤。，而且软件工具链的开发很重要，比如处理器上的软件编程环境怎么样，用什么编译器，提供什么SDK和函数库，是否能支持所有的卷积运算、矩阵运算、FFT运算等。AI要求的。除了芯片本身的软件工具链，还有更多的软件生态。以智能手机为例。手机芯片上不能运行安卓就麻烦了。Android还运行微信、支付宝、Tik Tok和其他应用。所以芯片做出来之后，只是万里长征的开始，后面还有更多数量级的工作。
芯片面临的另一个问题是人才和资金的巨大缺口。虽然中国在这个领域的投入已经很多年了，但是目前可能还不够。2018年，中国电子信息产业发展研究院(CCID)和工信部软件与集成电路促进中心(CSIP)联合发布了《中国集成电路产业人才白皮书》(2017—2018)，其中提到我国集成电路人才短缺约30万，值得深思。
十几年前，据说我国集成电路人才缺口每年都在几十万左右。很多专家学者和大咖都一直在呼吁。很多大学也开设了芯片设计相关的专业，每年培养了很多人。为什么人才荒持续这样？白皮书中也有分析，每年培养的人才，有80%左右毕业后转行做互联网或者金融，因为在芯片设计行业赚不到钱。芯片设计工人赚不到钱不是因为芯片设计的老板小气，而是因为芯片设计公司的老板自己不赚钱。
为什么？因为芯片设计行业的特点就是投入很高，第一张幻灯片可能就几百万。如果新技术是10nm和7nm，投资顺序可能不变，但单位会变成美元，第一次滑不一定成功，甚至第二次滑也不一定成功。除了电影流媒体的成本，还有EDA成本，IP成本，员工养家糊口的工资。这些投入都很高，一个芯片项目的基本周期在一年半左右。因为周期比较长，投入比较大，也有非常高的风险，即使一年半前定下的产品需求一次成功，上市时能否满足市场需求，一年半后上市时才能确切知道。正因为这个原因，民营资本非常不愿意进入芯片行业，其财务回报率IRR等指标与大型创新型互联网公司相比并不好。
所以如果考虑投资芯片行业，可能要做好和团队长跑的心理准备。很难像互联网一样在一两年内得到一个理想或者至少是明确的回报。刚开始的时候，一个公司很难做出技术上的判断。很多时候要看所选团队的技术积累和技术能力、团队的市场潜力、团队能否长期合作等更重要的指标。
在芯片行业，除了ip、EDA、代工等物理组织，还有一些关键环节，比如标准。WIFI联盟、蓝牙联盟等行业组织先是取消了华为的会员资格，几天后又恢复了华为的会员资格。虽然这是一场闹剧，但还是让人捏了一把汗。还有IEEE学术组织，也在美国政府禁令的影响下对华为进行了一些限制，后来又放开了。关于标准，可能有人会认为标准制定后就是公开的，那就去做吧，你不是标准制定委员会的成员也没关系。这很简单。有两个因素需要参与标准的制定:一是每个公司的技术积累和布局不完全一样。参与标准的制定，有利于标准向自己更擅长技术的方向倾斜，这一点很重要——有句话叫“三流公司做产品，二流公司做专利，一流公司做标准”；第二，如果不能在早期参与标准的制定过程，可能很难在早期深入理解和获取标准的发展方向，所以很难制定出一个三年甚至更长时间的产品规划图。作为芯片公司，在与客户沟通时，没有清晰的产品规划路线图，客户的信任度可能会打折扣，公司的未来也会受到质疑。而且每个公司的技术积累方向也不一定完全一样。如果标准能更倾向于自身积累的方向，那么科技公司就能获得更好的领先优势。
之前的很多分析可能有点悲观，但其实我们不必太悲观。前段时间可以看到一个趋势。芯片行业在中国的发展非常明显。尤其是2014国家“大基金”启动后，芯片设计公司数量几乎翻倍，大幅增长。
在中国，政府的指导方针非常重要，所以我们必须重视它们。大基金第一期的工作中，有一个饼状图显示了投资的重点，65%投资于制造业。因此，SMIC近年来的进步是非常明显的。虽然与台积电或三星还有代沟，但对于大多数芯片公司瞄准的中端用户来说，这几乎足够了。
大基金已经启动二期，募集规模将超过一期，围绕国家战略和新兴产业进行投资，尽力支持设备和材料。第一期设计投入约17%，第二期设计公司占比应该会明显提高。同时，在芯片行业，设计公司相对来说比制造要便宜，所以应该会有比较明显的拉动。大基金二期目标募集6543.8+0500亿人民币，未来可以期待这方面的大力支持。
国家大力扶持芯片产业，有一个根本原因。中美之间的博弈不是针对一家公司的，不能再用过去的眼光审视中美之间的博弈。谁能占领科技发展的制高点？所以对于国内企业来说，从去年的中兴、福建的金华，到现在的华为，再到后来的DJI、海康等AI小龙，我们看到的目标都是高科技企业，那么这场战争是持久战吗？比如华为囤货半年或者一年就可以用自己的备胎从容应对？
如果真的是两国博弈，就要占领未来科技发展的制高点。如果只有设计公司，芯片的设计部分是完全不够的。比如芯片的上游EDA和IP，以及芯片的上游代工和代工厂，都掌握在别人手里。如果要重新连接产业链，其中相当一部分环节还得重新开始自己的建设。虽然国内也有EDA公司，但是起点很低，如果不是新的话。
上图从几个方面分析了中国离世界水平还有多远:不用担心包装检测；在设计方面，基本具备终端设计的能力；在代工方面，由于投入巨大，需要一定的时间。这些方面目前都有差距，但差距对从业者来说既是挑战也是机遇。在应对这些挑战时，我们需要远离浮躁，能够坚持。一个芯片项目要一年半，甚至可能要熬很久，对从业者来说也是极大的考验。
如果中国芯片想在某些方面有所突破，在哪些方向或轨迹上有可能出现未来的黑马？
首先，存储器、代工、封装、测试等芯片相关领域基本都非常庞大，有可能以几十亿的资金参与。这些地区可能需要更多地依靠国家战略来追赶甚至赶超；
其次，IDM厂商。全球TOP 15有很多IDM厂商，比如Intel，三星，中国。年轻公司还是有机会的，比如华为海思。海思因为有持续的资源保障，十几年来得到了华为的帮助和投资，如今在国内芯片领域排名第一。国内还有其他的IDM，比如无人机，还有很多成功的互联网公司，也在尝试开发芯片。在手机厂商和家电厂商中，除了华为，我还没听说有哪个品牌或者资源特别厉害，应该有更多的手机厂商去尝试；
再次，很多人说中国要做自己的EDA公司，EDA公司几十年的历史证明，初创EDA公司最好的结局就是被三巨头收购。除非未来国内的EDA公司和美国处于同一个世界，否则几乎需要从零开始发展EDA行业，否则这个方向不太可能出现更大的公司；
第四是IP公司。直到2017年底收购Imagination，前十大IP公司榜单中还没有一家国内公司。在榜单上，我们可以看到近年来IP公司的营收情况。IP公司活得很辛苦，市场份额很少。如果只是单个IP公司，没有机会做CPU或者GPU等大空间IP，单个或者几个IP公司很难生存。如果以后非要开发自己的ip，唯一的办法就是一些有号召力的机构一起做一个聚合平台，把很多单个的IP聚合在一起，让芯片公司采用。
最后，芯片设计行业的机会更多，芯片设计方向也多。主要考虑:第一，开源处理器也有隐患。未来它们需要完全来源于中国的自主处理器架构，无论是MCU微控制器，手机AP(应用处理器)的MPU，还是一些特定场合需要特定指标的数模转换器件和射频器件。
希望投资机构能做好陪队长跑的心理准备。中国的优势在于市场巨大，所以可以基于本土市场继续领先，而不是成为“一代冠军”。像安全和AI行业一样，中国不仅有巨大的市场，而且有许多在算法和软件方面具有技术领先地位的AI初创企业，以及能源和汽车等行业，这些行业肯定会在国内供应商中占有重要的一席之地。
此外，中国基金全资收购英国IP公司Imagination也是一种可行的方式。除了美国，在其他一些地方，尤其是欧洲，有一些小而美的公司，可以进行国际并购，获得财务控制权，然后慢慢消化吸收，引进人才等等。
此前，钛金资本在2018(见钛金资本微信账号)2月的“新一代企业级科技投资人投资研究会”第九期线上研讨会上，邀请了湖山资本创始人苏分享中国半导体领域的投资挑战与机遇。当时认为未来十年中国芯片产业链将重构，这是最大的整合机会。传统模式已经变得越来越低效。未来世界会越来越扁平，信息流会越来越短，数据传输效率会提高，会带来新的应用模式。整个产业链将被重构，产业价值将聚焦于芯片、云、数据。
2065438+2009年6月，随着中美贸易战的升级和持续，中国芯片产业的历史机遇窗口开启。美国禁令出台后，国际芯片产业链上的很多公司都切断了对华为的技术供应，这将极大地警醒和影响中国的技术投资流向。相对来说，半导体行业的新技术并不多，驱动力在大多数情况下并不是新技术。科技投资的流向将影响全球半导体产业的发展。以前没有中美贸易战，科技投入更注重应用创新和产业链整合。在中美贸易战的影响下，科技投资将可能集中在重建世界不同地区的半导体生态，以确保在国际竞争中的可持续发展。
中国提前一年发放5G商用牌照，大大提升了中国在全球半导体产业链中的市场地位，也为国内半导体产业发展和创业创新提供了广阔的试验田和产业空间。现在需要的是更大胆、更有创造性的想象力和想象空间——如果我们要在亚太和欧洲市场重建整个半导体产业和生态，我们能不能换一种方式去做，比如，我们还需要专业人士来完成芯片设计，还是人工智能可以做到？好消息是，整个半导体产业发展至今的历史都可以借鉴和标杆，我们需要思考如果重来，是否有更好的途径、方法和路径。不是每个行业都有重塑自我的机会，但在巨大的挑战面前也是巨大的机会。