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3月7日早上，一个朋友给笔者打电话：“中兴停牌你知道不？美国政府禁止中兴采购了”。此时笔者的注意力还集中在今年女生节新出的条幅上，不以为然的答道："看到报道了，估计美国政府也就做做样子吧"。然而两天过后，事件发酵，先有中兴网友爆出，除了不允许采购芯片之外，美国供应商已经全面停止对中兴的技术支持：不再回复邮件，打电话过去，对方说，“你的邮件我就当没看到，电话以后也别打了，否则我会有麻烦。”接着，看到中兴宣布正在配合美国政府申请出口许可，虽然这种申请通常会被驳回。再后来，听说ARM这家英国公司，因为公司大部分研发放在美国，也被迫停止对中兴的支持和商务合作。如此种种，让笔者深吸一口凉气，看来这次美国玩儿真的了。 对于这次事件的反应，有些人认为没什么大不了，努比亚没了高通，不是还有中兴微电子么，用自己的呗。有些人认为，最好全部禁运，此刻正是国产芯片的好机会。但笔者却认为，若美国政府的断货制裁持续过久，会带来中兴乃至整机产业的灭顶之灾。所谓皮之不存毛将焉附，对于国产芯片而言，若失去国产整机厂作应用支撑，又谈何发展机会。所以，目前当务之急是让美国政府尽快解除禁运，度过眼下难关，再图将来。 虽然这些年，国内集成电路产业发展突飞猛进，自给率逐年提高。华为海思最新的麒麟芯片可以和高通骁龙820一比高下；龙芯积累了十多年，也终于可以和北斗卫星一起上天；随便拆开一个蓝牙音箱、机顶盒、冰箱洗衣机，里面的核心芯片已经大部分是国产品牌。但不可忽视的现状是，这些国产芯片的成功应用大多在消费类领域。在对稳定性和可靠性要求很高的通信、工业、医疗以及军事的大批量应用中，国产芯片距离国际一般水平差距较大。尤其是一些技术含量很高的关键器件：高速光通信接口、大规模FPGA、高速高精度ADC/DAC等领域，还完全依赖美国供应商。 进入二十一世纪第二个十年，西方国家遏制中国，限制高技术产品出口中国的瓦森纳协议依然生效。上述几种芯片是限制出口的重灾区。如果想看看中国这几个方向的真实水平，每年查查瓦森纳协议的更新就可以了。而现代相控阵雷达里面，他们都是必需品，只能通过”你懂的”渠道获得。每生产一台国产示波器，里面的ADC都需要美国政府的同意才能进口，同时要承诺不被转做军事用途。打开中兴、华为出产的基站，电路板上除了几颗数字基带芯片是自产的，通信链路上RF，PLL，ADC/DAC乃至外围测量电源电压的芯片都见不到国产供应商的身影。虽然整机厂通过自产基带芯片掌握核心算法，但是，却无法解决被国外芯片供应商“卡脖子”的问题。了解整机产业的人都知道，一台基站假如有100颗芯片，其中只要有1颗被禁运，整台基站就无法交付。就算找到团队重新设计，根据IC研发的固有规律，一颗芯片从设计、测试到量产至少要1年以上，高可靠性的工业级芯片需要时间更长。如果制裁持续1年，这期间中兴的所有产品全面断货，合同无法履行，完全没有收入，结果不言而喻。唇亡齿寒，就算国产ICer们一年后把芯片给中兴做出来，又有什么用呢？这一次，美国政府是捏住了中兴的脉门。 诚然，这些年来中国电子整机行业水平突飞猛进。华为超越爱立信成为世界第一大通信设备公司。逼的其他几家公司只能不断合并，最后中兴得以挤进世界前四。联影、迈瑞等国产大型医疗器械的产品水平直逼GE、飞利浦等巨头。国产雷达完成主动相控阵的跨越式超越，052C/052D、歼16等高性能武器服役，其雷达制式和性能已经直逼美国，超越欧洲和俄罗斯。就在军迷们弹冠相庆，裤衩红的不能再红的时候，不能掩盖的事实是缺”芯”的命门其实一直掌握在美国人手中。 纵览历史，中国电子整机产业的突破其实也是电子技术演进和世界分工变化的结果。电子设备的核心是算法、软件和硬件。算法和软件有其自身的特点，中国人依靠聪明和勤奋容易完成赶超。客户需要一个feature，华为可以连夜派工程师加班编写；都是4G基站，华为可以做到一键配置完成，而对手需要按照操作手册一步步完成。早年的华为靠这些逐步建立起市场优势。而硬件随着IC技术的发展，芯片集成的功能越来越多，实际上技术含量都集中到了芯片中。以前一块电路板上上百个元件，调试和良率都是门槛，而现在变成一两颗芯片。只要你能买到芯片，照着参考电路设计一下，八成能用。除了军用的高端芯片，华为中兴之流几乎可以买到世界上最先进的商用芯片。尽管有瓦森纳协议，但美国供应商们在巨大的利益诱惑面前，也在帮助我们想办法绕过限制。于是，买了一流的芯片，就有了一流的硬件，再加上勤奋铸就的软件和聪明凝聚的算法，打败懒惰的欧洲通信商们就是顺理成章的事情。于是中国成了世界工厂，有着世界上最大的半导体消费市场。但3月7日，美国政府的制裁来了，我们才发现，世界领先的整机产业实际上是建立在沙子一般的地基之上，皇帝的新衣被人扒的一干二净。 互联网我们有BAT可以和facebook/google过过招，电子整机有华为中兴可以对抗思科爱立信，IT行业里面为什么独独集成电路，没有能跟美国抗衡的能力呢？这还要从IC设计产业的特点来说起。IC设计相对于互联网和整机设备，有两个重要特点，试错成本高和排错难度大。互联网做一个app，可以一天出一个版本，有些bug没关系，第2天就可以修复，试错和修改的成本几乎为零。整机硬件的电路板设计周期在1天到1个月之间，生产周期在3天到2周之间，出了错重新投板费用在几百到几千之间，最多数万块钱。而IC设计，不算架构设计，从电路设计开始，到投片，最少要半年时间。投片送到工厂加工生产，一般要2个月到3个月。最重要的是一次投片的费用最少也要数十万元，先进工艺高达一千万到几千万。如此高的试错和时间成本对一次成功率的要求极高，不得不把流程拖长，反复验证，需要多个工种密切配合，团队中一个人出错，3个月后回来的芯片可能就是一块儿石头。修改一轮，又三个月出去了。 与试错成本高并存的是排错难度大。互联网编个软件，调试起来几乎可以在程序任意地方设断点，查看变量当时的状态或者打出log。硬件电路板上，几乎任何一根信号线可以拉到示波器上看波形。而一颗手指甲盖大小的芯片，里面有上亿个晶体管，而最终能在电路板上测量到的信号线却只有十几根到几百根。如何根据这少得可怜的信息，推理出哪个晶体管设计错误，难度不言而喻。 两大特点导致对IC从业人员的素质要求极高，试错周期长需要逻辑严谨细致的工作态度，排错难度大需要一套科学的实验方法。而这两方面，恰恰是国内教育的软肋。过分重视知识的记忆，而忽略逻辑和方法。所以当软件工程师们靠自己的聪明和勤奋，不断快速迭代的时候，ICer们却经常遇到猪队友的困惑，导致原地打转。加班已经不能再多，却还是一次次的delay，上市时间依然落后。更有很多bug无法找到原因，反复投片实验也无结果，最后只能以项目失败收场。 高难度的产业背后蕴藏的是巨大的利益和商业价值。集成电路被誉为电子工业的粮食，除了对国家和行业安全有着巨大的意义，利润率也随着技术含量水涨船高。芯片本身的材料是二氧化硅，成本极低，上面凝聚的技术就决定了利润。消费类芯片产品一般毛利率在30%~40%，工业用产品一般能在50%~60%以上，更有甚者，以高性能模拟芯片为主的美国Linear公司，平均毛利率能达到90%！很多我们无法设计的芯片，例如高端交换芯片，毛利率都在99%以上。一旦中美开战，即便没有禁运，美国政府利用行政手段把自己电子武器的批量成本压到我们的1/10是分分钟的事情，细思极恐。 4 h7 i/ y( O- @
尝试突破 我们一直努力，从未放弃。 高校。有些高性能关键器件芯片规模不大，看起来挺适合高校来作为突破的主力军。但多年下来，业内公认是高校的水平不如工业界。这不是中国特有的，美国也这样。这和前述集成电路产业的特点密切相关。高校的优势是出新idea，对于算法这类领域挺合适，仿真实验看到结果快且准，仿出来有效果基本实际就会有效，顶多实现复杂度太高。芯片试错成本高，流程长，参与协作的工种多，任何一个环节出问题，就看不到好结果。能把一个芯片做成业界普遍水平，不掉坑里，就已经不容易，需要多年积累。学生们积累少，纵有好的idea，往往躲不过路上无数的暗坑，还没看到idea的效果，就死在半路了。学校的特长是做更前沿的研究，适合弯道超车。而集成电路恰恰不好弯道超车，尤其是模拟芯片，你不解决100MHz的问题，到200MHz的时候那些问题还在。 仿制、抄袭。军迷们引以为自豪的山寨能力，就是看美军有什么，我们就抄一个。集成电路也可以抄，学名反向设计。虽然芯片很小，电路密度极大，但仍然可以通过显微、照相等方式获得他的全部版图信息，然后复制一份，送到工厂生产，似乎看起来就可以得到一模一样的产品了。其实不然，版图相当于软件编译后的机器代码，可读性很差，无法了解其原理和架构。而版图提取本身存在物理误差和人为错误，尤其对于高性能的模拟混合信号芯片，对工艺又非常敏感，稍有不一致都可能导致芯片性能和良率的巨大差异。而此时设计人员无法了解原理，定位错误犹如一个盲人在大海里捞针。军工研究所普遍采用这种方法，每次反向犹如一场赌博，有时候做出来OK最好，一旦出现问题，基本束手无策。所以多年下来，除了电路比较简单的射频和功放芯片，上述高性能PLL，ADC等关键器件反向成功，能量产装备的例子寥寥无几。 科研项目。国家近十几年来，一直通过863/973/核高基等国家级科研计划对关键器件进行支持，投入巨大。后期也要求工业界和整机厂加入，以解决应用脱节的问题。但这些年下来，真正能量产并转化为实际产品的成果寥寥。究其原因，一个是目标脱节。IC界有个说法，实验室测试通过只是迈出了一小步，到量产还有巨大的工作量。科研项目只需要在评审的时候能够提供几颗样片，演示出所需性能即可拿到尾款。而工业级应用需要在各种温度和环境变化条件下保持性能稳定，以及解决批量生产的良率问题。如何保证量产是需要从设计一开始就考虑的，有些科研单位选择的架构本身就决定了成果只能交差，而不能量产。二是指标脱节。科研项目的立项单位不考虑国内实际水平，盲目追赶世界领先水平。不管上一周期的项目是否完成，今年的指标一定要更近一步。申请单位恶意竞争，不考虑自身实力，申请时竞报指标，谁提的指标高谁拿到项目，才不管2年以后如何交差。这样的制度下，本来按照已有技术积累，做100MHz还能量产，指标竞价完成后目标变成500MHz，最后谁都搞不定。 人才引进。2000年前后，国家利用人才政策吸引海外留学人员归国创业。这期间有陈大同、武平回来创立了展讯，魏述然回来创立了锐迪科等一批国产IC设计公司。这批公司一开始也许有想做工业级产品、关键器件的雄心，但很快发现产业环境不合适，中国整机还没有强大到今天华为中兴的地位，市场容量小，技术可靠性要求高，design-in周期长，所以这批中成功活下来的这批企业都是靠消费类市场和08年附近一波中国山寨手机热潮完成了原始积累，进入良性循环。然而对于引入工业级、关键器件的人才就没有那么一帆风顺。 首先合适的人选就非常少。例如在美国，由于瓦森纳协议的限制，华人无法进入ADI/TI等公司最核心的ADC产品研发部门，即使在他们设立在中国的研发中心，大陆工程师可以通过网络看到绝大部分母公司的设计，但高性能的ADC产品除外。这简直是90年代气象局被玻璃房子锁住超级计算机的另一个翻版。 2009年从美国ADI公司回来了一位李博士，通过非法手段带回了高性能DAC产品的版图，一下子提高了国产DAC产品的性能指标。但2013年事件被曝光，遭到ADI和美国政府的抗议。李事件导致美国政府对华人参与关键器件研发的控制更加严格，并对往来中国的留学生进行更严格的审查，相继查出Vanchip剽窃RFMD事件和天大教授张浩被FBI诱捕事件，不论是真是假，对海外留学生归国从事关键器件研发造成了心里阴影，很多人为了保住往来美国的人身自由，放弃参与国内高性能的关键器件研发工作的机会。 于此同时，在国际市场上，华为中兴需要遵守国际知识产权的游戏规则，李的方法和产品无法被正规整机厂采用，实际上并没有解决工业界的问题。相反华为中兴对引入国产供应商在知识产权上更加担心，要求国产厂家自证清白，有的甚至到了要求国产供应商的创始人不能有ADI/TI履历的夸张地步，进一步导致国产替代进度的严重落后。最后，在没有知识产权问题的军用领域，由于受2013年被曝光的影响，到目前还没有看到李博士的产品被装备使用，甚是可惜。 整机厂自己努力。国内真正算在高性能关键器件领域有所突破的应该只有华为旗下的海思了。海思因为有华为不计成本的投入，麒麟的成就众所周知，在高速光通信及交换芯片上也有突破，已经在慢慢从低端蚕食broadcom等多年来构筑的技术壁垒。但之前任总的一篇讲话中，给海思的定位是备胎，任总要求华为一定要用最好的器件给客户提供最好的性能，海思做不到性能最优就不采用。实际上这个思路，笔者觉得是有问题的。芯片行业有个特点，很多问题在实验室是测不出来的，必须在大规模应用的时候才能发现、改进和提高。如果一看指标不好就不用，那永远没有机会发现问题，那这个备胎永远是个纸糊的，一上路就碎。实际上，正是华为终端部门被要求捏着鼻子也要用K3V2，才成就了今天的麒麟。 国家层面也看到了上述问题，2013年9月国务院副总理马凯调研集成电路产业，随后国家出台了新的集成电路产业振兴规划。改为成立产业基金，通过股权投资的方式对集成电路企业进行帮助。同时以紫光为首的国内民营资本结合政府基金，开始了国际市场上的疯狂扫货。展讯、RDA、OmniVision等企业纷纷被收归旗下。但时光转到2015年，紫光和大基金系的扫货开始遇到障碍，收购美光，西数，试图以此突破nandflash产业遇挫，华润报价Farchild被拒。连飞利浦照明业务的收购也因为美国政府担心功率半导体技术外泄而终止。回过头来看，除了展讯这类本来就是国内公司、OmniVision本来就是华人公司，国家通过收购的方式并未采购到货真价实的核心技术，更不要说可以有军事用途的射频、ADC等关键器件技术，可以断定美国人是不可能卖的。 如何破局？ 对于突破集成电路高性能关键器件，笔者认为有三个因素：有足够的资金支持，有整机厂的通力合作和有耐心的团队。 资金怎么解决，“十八大”要求让市场在资源配置中起决定性作用。芯片研发是高投入高风险，最后运气好才有高产出。现在政府通过大基金的方式来决定资源分配，并不一定总能选中最后的胜利者，而且有国有资产保值增值的压力，道德风险，都会让其投资行为走形。另外，国资的大规模投入还会造成挤出效应，减少民营资本在产业中的投入量。 笔者认为最好的方式还是吸引民间资本。民间资本只要有足够大的市场，足够大的利润，他就会心动。而一开始团队技术水平跟先进水平有差距，无法参与全球竞争，可以攫取的市场规模必然没有那么大。这个时候应该是国家出马，通过补贴和奖励整机厂商的方式，在不损害整机厂家成本竞争力的前提下，在初期允许国产芯片商卖一个高价，获得超额利润，弥补巨额研发的投入，吸引民间资本进入。后期，根据芯片累计装备的数量，逐步减少补贴，最后达到市场定价，进入国际市场参与竞争。这种政策好处是钱肯定都花到有竞争力的市场主体中，谁最后装备，谁做的东西能用，就补贴谁。当然要注意防范骗补的问题。 至于研发风险和选择错误风险，让民间资本来去承担。民资花自己的钱，自然会慎重选择团队，即使研发失败，也能坦然接受。这样一份国家补贴，可以吸引多份民间投资，只要其中一份儿成功量产，国家就赚到了。 当然所有的前提是我们还有一个强大的，有国际竞争力的整机产业。只有他们，才有动力去试用还在襁褓中的国产IC。笔者在推广国产IC的过程中，最感动的就是这群整机厂家的技术人员，不需要任何的利益驱动，他们是发自内心的愿意去帮助国产IC，有时上司都允许放弃了，他们还加班加点帮助国产供应商查找问题。 塞翁失马，焉知非福。也许多年后回过头来看，这次中兴事件对国产IC产业是个转折点。但不管怎样，当下真心希望他能度过难 | 
发表于 2018-4-18 18:01:23
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