宁南山谈中国的芯片设计产业：半导体，一万年也要搞出来

本文节选自“宁南山”微信公众号，作者为宁南山，原标题为《半导体，一万年也要搞出来--中国的芯片设计产业》。

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。

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。

看下图，世界集成电路三强：英特尔，三星，高通。光是高通和英特尔两家，每年就能带给美国八九百亿美元的营收，养活数万美国工程师，还能带来一百多亿美元的净利润。

除了英特尔和高通，美国还有德州仪器，Nvidia，博通，美光等一大票半导体公司，这个产业对美国的重要可想而知。

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，一个是汽车和零部件，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。

当然其实中国曾经有个工业品每年进口超过了500亿美元，那就是液晶面板，例如仅仅5年前，进口液晶面板就有大约510亿美元多点。

但是随着以京东方为首的国产巨头相继崛起，在中国市场不断增长的情况下，液晶面板进口反而不断下降，2016年已经下降到了318.5亿美元。随着今年所有国产面板厂家都在疯狂提高份额和利润，我们有理由相信，在未来几年，液晶面板进口还会持续下降。战场转移到OLED面板领域，竞争对手只有韩国。

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，

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。

本文今天探讨的核心是，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。

各位把这个数字，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。

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。

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，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。

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。

我们从设计，制造，封装三个环节依次谈起。本文先只看设计部分。

首先是芯片设计，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。

在21世纪初，可以说中国唯一像样的芯片厂家是珠海炬力科技，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。”

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）,澜起科技（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。

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。

目前全球存储芯片主要有三类产品，根据销售额大小依次为：DRAM、NAND Flash以及Nor Flash，其中Nor Flash尽管排名第三，但与前两者相比，市场规模仍然较小，仅为30亿美元，而前两者大致在400亿美元级别和300亿美元级别。

这三个究竟有什么区别呢？DRAM就是我们手机里面的1G，2G…..内存，NAND Flash就是我们手机里面的32G，64G，128G….

Nor Flash虽然也是存储，但是容量比较小，一般是64Mb以下，用于存储一些驱动电路的算法和代码之类，手机，汽车电子，工业控制等领域都会用到，因为很多电路的算法和代码相对复杂，难以全部集成到IC里面，需要用nor flash来进行存储。

在Nor flash这个仅有三四十亿美元的小市场里面，我国的兆易创新是世界主要玩家之一，当然这个主要玩家，也就是世界第五，世界第一到第四分别是中国台湾旺宏，美国Cypress，美国美光，台湾华邦。

兆易创新2016年8月上市后，应该是半导体存储行业唯一的A股上市公司。

2015年、2016年度兆易创新分别实现营业收入11.89亿元、14.89亿元、分别实现净利润1.42亿元、1.51亿元。到今年，由于nor flash多次涨价，兆易创新一季报业绩增长迅猛。主要因为Nor flash行业的大佬在逐渐退出，排名第三的美光退出NOR Flash业务，有可能被排名世界第四的台湾华邦接手，排名第二的Cypress关闭中小容量的Nor Flash生产线，加上AMOLED面板对nor flash有需求，因此带来行业景气。

另外，兆易创新还做MCU（单片机）产品，用于汽车和物联网，2016年兆易创新的MCU销售收入为1.97亿元，同比增长55.2%。

在内存和闪存领域，韩国拥有绝对的优势，而我国的长江存储担负起了打破韩国垄断的使命。

存储器领域，DRAM和NAND FLASH，韩国三星和海力士都绝对的霸主，尤其是三星。

DRAM是最大的存储器领域，因为目前全球DRAM存储器价格在疯长，2017年第二季度，三星电子、SK海力士、美光科技三家业内巨头DRAM销售额达44.3亿美元，比上季度增长了30.1%。

下图是2017年第一季度的全球市场份额，三星+SK海力士份额为73.5%，美国美光为21%，三巨头为94.5%，剩下的台湾三家厂商南亚科，华邦，力晶占了4.6%. 全球其他公司占了0.9%。

全球六强之外，在这个仅仅0.9%的市场份额里面，有一家中国小公司，北京矽成控股的ISSI，这是一家设计公司，在全球DRAM市场排在第八位，不过这个第八位，几乎可以忽略不计。

兆易创新曾经试图收购ISSI，进入DRAM领域，毕竟Nor flash市场还是太小，不过根据2017年8月的消息，收购没有成功。不过在DRAM领域，ISSI太小了，即使兆易创新收购ISSI成功，也不可能对抗韩系厂家和美光。

而在NAND Flash市场，DRAMeXchange的数据显示，三星、东芝、闪迪、海力士、美光和英特尔几乎垄断了全球100%的市场。尤其是三星和海力士，合计占了全球几乎一半的份额。

我们可以明显的看出，在DRAM和NAND FLASH领域，中国几乎没有存在感，在这个领域要突破，还是需要靠国家队。

2015年7月，中国紫光集团曾经向全球第三大DRAM厂商美国美光科技，提出230亿美元的收购要约。结果被拒绝，背后就是美国政府的阻挠。

为什么要收购美光呢？不管是DRAM领域还是NAND FLASH，美光相对于韩系的三星和海力士，都处于弱势地位，尤其是在DRAM领域，美光的市场份额在韩国竞争下呈现不断下跌的态势，从2016年的28%下降到2017年上半年的18%左右。

从营业利润率来看，三星DRAM的营业利润率高达40%这个水平，美光只有20%这个水平，三星只要一降价，美光就是生死存亡，可以说三星完全掌握了美光的生死。

目前存储器自主研发的国家队是紫光集团控股的长江存储。

长江存储成立之后，由于大量资金注入，在坚持自主研发的同时，开始大量从中国台湾和韩国挖人。紫光从台湾挖了多少重量级人才过来呢？除了全球执行副总裁高启全，，紫光集团还挖来了晨星创办人杨伟毅出任紫光旗下长江存储公司CTO，又延揽晶圆代工厂联电前CEO孙世伟，担任全球执行副总裁一职。这两位都是台湾半导体业界鼎鼎有名的大佬级人物，像晨星，当年就是和联发科并列的台湾两大芯片研发企业之一，后来晨星被联发科吞并。

目前长江存储在同时进行NAND FLASH和DRAM的研发，根据2017年4月高启全接受记者采访时透露，“长江存储的研发团队里面，美国人、日本人、南韩人都有，绝不是只有挖台湾工程师，长江存储内部是规定要用英文沟通，因为外籍主管很多，以国际化的规格在打造企业。”

长江存储成立至今也招募将近700人，共计1900人左右，目前研发人员总共约500人，其中台湾人约50名。

根据2017年9月的消息，长江存储将会在美国设立研发中心，并且趁着日本东芝在处于出售状态的机遇，挖角日本的存储器研发人才，日本很多年轻的工程师，受制于日本职场论资排辈文化的压制，薪资和发展通道上本有很多不满，加上东芝已经风雨飘摇自顾不暇，在中国高薪诱惑下，必然会有人加盟。

目前长江存储的重心放在3D NAND flash的开发上面，同时也在推进20/18nm的DRAM开发。

NAND Flash肯定是长江存储最先量产的产品，因为传统2D转3D NAND技术后，半导体机台设备几乎都要换新，所以这时候投入是对的，每一个存储器阵营都站在同一个出发点。

而DRAM技术，每转进新一代制程技术仅增加20%的半导体机台设备，意思是，既存的半导体大厂的多数机台设备都已经折旧光了，新加入DRAM技术的人去买新设备来生产，成本非常贵，竞争力会很差。从这个角度而言，中国要做好在存储器领域长期烧钱的准备。

长江存储现在研发进度如何？根据长江存储CEO杨士宁介绍，其32层3D NAND芯片顺利实现了工艺器件和电路设计的整套技术验证，通过电学特性等各项指标测试，达到预期要求，2017年底将提供样片，继续向64层3D NAND发展，乐观估计2019年量产。

目前韩国三星已经在2017年量产64层NAND，可以看出中国和韩国的技术差距在2年，2年看似很短，其实在竞争激烈瞬息万变的市场，已经是极大的差距了。抗韩将是长期的进程。

事实上，韩国人在半导体领域表现强势的也就是NAND FLASH和DARM存储器领域，以三星为首的韩国公司早在上个世纪九十年代就开始了存储器的研发，早了我们二十年。另外，韩国虽然存储器强大，但在存储器以外的其他领域，除了三星手机自产处理器和基带芯片外。由于都不是大集团研发，韩国的芯片设计产业在中国的冲击下衰退非常严重。

以2017年上半年为例，根据韩国媒体Business Korea的报道，在韩国上市的韩国前15大IC设计公司中，有10家上半年营业利润出现下降，50%的企业出现亏损，营收和利润都增长的只有两家。

我在上一篇文章写过，全球显示面板向OLED转移的趋势已经不可逆，我国有一家做OLED驱动芯片的公司就在高速增长，那就是中颖电子，2017年上半年，中颖电子公司实现营业收入3.12亿元，同比增长30.65%；净利润为6208.01万元，同比增长61.8212%；每股收益为0.30元。

因此，全球目前只有中国的疯狂的投入存储器的研发和制造，韩国人在存储器领域未来被颠覆，只有可能是被中国，确切的说的是长江存储公司。

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科技公司，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科技(CambriconTechnologies)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25岁时就已经成为8核龙芯3号的主架构师。

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）。

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，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。

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，云端服务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Mate 10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）

预计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：XP、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。东芝在寻求出售，等东芝出售成功，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。中国半导体产业的进步有目共睹。2017年上半年，中国大陆芯片设计业同比增长21.1%，销售额为830.1亿元，继续保持世界最快增长速度。未来海思，紫光，寒武纪三大势力将成为中国芯片产业的主力军，寒武纪也必将崛起成为一方诸侯。

在三巨头以外，很多专业领域的中国芯片供应商也会崛起，例如提供显示面板驱动芯片的中颖电子，提供指纹识别芯片的汇顶科技等等。

另外，在国有企业大军里面，也会有很多像大唐微电子，华大这样的芯片公司来保证国家安全，比如下面这则2017年9月16日的新闻，华大发布的北斗导航定位芯片，再比如应用于超级计算机的申威芯片等等。

还有像中国电子科技集团下面的中科芯公司，这家公司2008年在无锡成立，我们最近天上在对接的天舟一号飞船的电子控制防辐射芯片，就是来自中科芯公司，这也是为了保证自主化和国家安全，但是航天飞行器在产业规模上注定不会像海思，紫光，寒武纪的市场那么大。

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，龙芯在一些专业领域，例如北斗卫星上用的防辐射芯片，或者一些专用领域比如服务器，工控，嵌入式控制等等，都占据较大市场份额。

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，汇顶科技等第二梯队，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，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。(编辑：张鹏艳)