中国集成电路产品需先做大后做强

2018-09-26 11:45:49 37

 王志华 王老先生的酒肆絮语 

中国集成电路产品需先做大后做强

——集成电路存量市场是必争之地

 

王志华

清华大学教授,IEEE fellow

 

【引言】去年,2017,在南京某场合我曾经说过,集成电路对现代信息社会人们的作用,虽然没有“空气、水、粮食”那么重要,但是可以比作衣服。“现代社会人们都衣冠楚楚的行动,你非要裸奔,你裸奔也没有人出来打死你,但你裸奔就意味着你离开了文明社会;信息社会,人们已经离不开以集成电路和运行在集成电路之上的软件,你若坚持不使用以集成为基础的电子信息产品,则意味着你离开了现代社会”。

 

既然用“衣服”比喻了人们对集成电路的需求,接着再用纺织品行业对比一下集成电路产业。中国大陆的纺织产业,纺织协会官方的说法是“中国纺织产量已占世界一半,大而不强问题急待解决”,笔者不知道纺织协会的这个数据是不是准确,但是已知的事实是,在世界各地的超市中都可以看到Made in China的纺织品。

 

再对比集成电路产业的数据,中国是全球电子产品制造的大国,但电子产品中使用的集成电路芯片,却多是来自进口。2017年全球集成电路销售额约4300亿美元,按照2017年12月31日的汇率,中国集成电路产品的销售额只占约7.3%的份额。显然,在全球集成电路产业中,中国大陆的集成电路产品只是个“小萝卜头”。

 

笔者认为,中国的集成电路产业发展,必须经过的路径是:先要成为集成电路大国,然后再(也只有然后才能)成为集成电路强国。任何其他捷径都是不存在的,先做大、再做强,是必经之路。

 

在没有成为集成电路大国之前,中国不可能变成集成电路强国。任何单点技术上的突破,都可能对集成电路产业发展做出贡献,但中国集成电路产品的销售额在全球占比很低的现在,任何“一鸣惊人”的产业新闻,多是“忽悠”,会误导大众。

一、过数年中国集成电路产品销售额全球占比很小

 

图1是从1999~2017年间中国集成电路产品的销售额与全球销售额的对比。按照2017年12月31号的汇率,中国集成电路产品年销售额大致占全球销售总额的7.3%。看官不要挑剔这数据的准确性,数据是我抄来的,按照学术论文的标准,抄的数据给出出处就好。全球的数据抄自SEMI,中国的数据来自半导体行业协会集成电路设计分会的数据。

 

有人可能会说此数据没有包含SMIC等企业的制造业,也没有包含已经是世界第三的的集成电路封装业,很正确,您说对了,本文全部的讨论都没有包括制造业和封装业。这个数据是按照“集成电路产品的销售额”画出的图,没有包含“中间产品的价值”,在同一种“产品”定义下做对比,数据才有价值,数据才能说明问题。本文对集成电路产业,采用的是“集成电路产品的定义”

 

中国大陆集成电路产业与世界其他地区集成电路对比,强弱的唯一准则,就是这个数据的对比,就是“集成电路(芯片)产品”的销售额的对比。中国大陆做到集成电路产业的大国,就需要“集成电路产品的销售额占全球的半壁江山”。任何其他指标,如果不对这个数据有所改变,估计多是“自嗨”、是“忽悠”。

 

因此,每当我读到下面斜体标出的这类文字时,多数情况下都会怀疑是不是“自嗨”。“自主研发技术已全面突破欧美技术封锁,中国制造走向世界前列!”;“这一消息一经发布,真是大快人心!美国人可能永远没想到,封禁了中兴、制裁了华为,国企业却在短短3个多月里使出了亢龙有悔!“;“最强反击!我国宣布大消息,振奋人心!”;“一个中兴倒下去,千千万万个中国芯片公司站起来!”;“这意味着中国芯片全面突破欧美封锁,这是中国芯片胜利反击的辉煌一刻,更是中国科技发展的历史一刻!”

 

图1还有“致命性的缺陷”,就是中国集成电路设计企业的某几个大户,其产品多在自己系统内部(手机或者电力系统)消化,其集成电路产品定价不公允,但这这种误差只会使得中国集成电路产品的实际销售额小于图1中的统计数字,不影响本文的结论。

 

酒肆絮语,我随便写,看官随便看。有错误是肯定的,欢迎拍砖。


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图1. 中国集成电路产品年销售额与全球销售额的对比

 

二、中国集成电路企业做大,需要努力占领存量市场


观察集成电路存量市场,先要看集成电路的存量市场现在被哪些企业占领。图2是笔者对全球12个重要集成电路企业在过去10年的市场情况的汇总。这12个集成电路企业包含了2017年全球统计机构Garter统计得出的全球前十大集成电路企业之中的8个(没有包含2017年Top 10之中的Western Digital和Toshiba),增加了ADI (Analog Devices Inc),Xilinx,Nividia以及AMD (Advanced Micro Devices Inc.)等4个企业。除了12个企业的全球销售额之外,还给出了近10年的全球集成电路市场销售总量,也包含了12个企业的集成电路产品销售额之和,图中用Sub-Total标出。

 

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图2. 全球12个重要集成电路企业过去10年的销售额(2008~2017)

 

多人对这些重要企业的销售数据做过不同解读及分析。可以看出,过去10年,这12个集成电路企业的销售额之和占全球集成电路销售总额的比例,从200年的47%增加到了2017年的63%。这意味着集成电路行业是高度垄断(集中)的行业,若不能在这些“垄断企业”名单中增加中国大陆企业的名字,中国大陆依然是“集成电路小国”、“集成电路弱国”。

 

在对此分析的基础上,笔者可以似乎立即可以得出一个结论:在近期未来(数年),全球集成电路市场的绝对值,仍将以全球现有集成电路大企业为主;尽管大陆地区企业的集成电路产值也会增加,而且增加速度会很快,但是由于现有基数较小,集成电路增量市场的绝对值,短期内仍将是“大者恒大”,而且这“恒大”的集成电路企业群体之中,很难看到中国大陆企业的身影。

 

换一种积极的说法:中国大陆要做到集成电路产品自主,技术上不受制于人,需要做成集成电路强国;实现这一目标的必经之路是中国大陆(先)做成集成电路大国;而做成集成电路大国的必须步骤是大陆的集成电路企业“抢占现有集成电路的存量市场”。

 

再把结论说的更清楚些,中国大陆的集成电路企业,必须占领全球市场的“半壁江山”,中国才是集成电路产业的大国,占领半壁江山一定需要占领集成电路产品的存量市场。假定忽视现有的4300亿美元的集成电路存量市场,大陆一定建不成集成电路大国,更别奢望集成电路强国。采用所谓的“弯道超车、换道超车”的做法,建成的一定集成电路产业一定是“海市蜃楼”,任何试图“遇到困难绕着走”,换道就可以做成集成电路大国的说法(做法),都是自欺欺人。

 

三、中国集成电路企业,有可能占领现有集成电路存量市场


纵观60年来集成电路产业的发展,降低成本是“集成电路产业发展的核心驱动力”,增加wafer的尺寸,提高加工精度、降低线条尺寸,主要目的都是“提高集成电路产品性能,降低集成电路产品成本”。为集成电路产业带了半个多世纪的迅速发展,为人来带来了信息社会,为消费者带来了丰富多彩的信息服务。在降低集成电路线条尺寸接近达到极限的今天,就是通常说摩尔定律接近终结的今天,是否还有可能降低集成电路产品的成本?笔者针对图1中列出的这12个主要集成电路企业的情况,分三个大类,对现有的集成电路产品存量市场上主要企业的数据做点滴分析。

 

1.  存储器类产品

 

各类存储器是集成电路产品的最重要的部分,图3列出了三家全球最主要的存储器企业近10年的销售额,也给出了全球集成电路企业近10年集成电路产品的销售总额。图中可以看到,仅仅是3家企业的集成电路销售额占据了全球集成电路产品销售额的28.2%,这个占比数据在10年前的2008年,仅仅是15.8%。国内众多智者一定是研究过存储器市场的现状,以长江存储、晋华集成、长鑫集成为代表的国内企业,正在努力研发存储器产品,实现研发、投产、量产,目标是最终占据全球半导体存储器的一定市场份额。

 

从资金、技术、市场诸多方面投入存储器类集成电路的研发,是占领集成电路产品存量市场的主战场。从这个意义上讲,国人在中国企业占领集成存储器的存量市场的征途中,应该给长江存储、晋华集成、长鑫集成这样的企业“宽容、耐心、支持”,只要他们在认真做事情、只要他们在为集成电路产业发展添砖添瓦,都应该支持他们,而不应该是看热闹、看笑话、讽刺、挖苦,当然更不应该给他们增加阻力甚至破坏。

 

再过5年、10年,假如中国大陆真正成长集成电路产业的大国甚至强国,再回头看今天投入这个行业的人们,那时我们应该向他们致敬。今天这些人可能会成功,变成行业领袖,成为大富大贵之人;但也可能依旧是已经渐渐老去的普通人,成为行业“先烈”。无论如何,在中国大陆成为集成电路大国的途中,抢占集成电路产品存量市场都是必经之路,集成电路存量市场中规模最大的部分就是集成存储器,今天的这些企业以及投身这些企业的人,将会被这个时代记住。至少被集成电路产品这个小小、窄窄的领域的许多人记住。

 

 

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图3. 近十年(2008-2017)间全球存储器市场的主要企业

(不包含Intel公司的非挥发存储器)

 

 

2.  中央处理器类产品

 

由于移动通信及移动互联网大迅速发展,尽管PC电脑早已不是集成电路产业的最核心的市场,但是处理器芯片依然是集成电路诸多产品中“皇冠上的明珠”,Intel是处理器芯片的垄断性供应厂家,探讨处理器市场的存量市场,必须研究Intel公司。图4是Intel的近10年的部分运营数据。

 

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图4. 近十年(2008-2017)间Intel公司的部分运营数据

 

分析图4可以得出很多有意思的信息。首先Intel公司的两大类产品都很PC处理器产品垄断全球,数据中心处理器产品也是独领风骚。图4中最下面的红色的接近水平的横线,是Intel公司的销售额在全球销售额中的比例,这个数据在十年前的2008年是15.1%,而在去年,2017年Intel公司的产品销售额是15.2%。这个数据说明,在移动互联网时代,尽管在智能移动终端产品市场,Intel公司没有分得一勺羹,但Intel公司的产品,与全球集成电路产品的市场增量是一致的。尽管根据本文图2的数据,可以看到Sumsung公司2017年的集成电路产品的销售额超过了Intel,但是“Intel宝刀未老”,在近期的未来,从Intel公司的市场中分得一羹,仍是十分艰巨、十分困难的。

 

图4中最上面的一条绿色的横线是Intel公司的毛利率,过去十年这个数据一致保存在接近60%的水准。参考图4中最下面表格,过去10年,Intel公司全球雇员的数字从8.3万人增加到10.2万人,其单位(人均)产出却一致在增加,从2008年的45万美元增加道2017年的61万美元。Intel毛利率及人均产出在全行业中都是名列前茅的。

 

据此分析,并考虑到Intel公司掌握全球最先进的集成电路制造工艺,可以得出的结论,处理器的存量市场,应该是大陆企业最晚抢占的存量市场,近期未来,在这个细分领域,大陆企业不存在在处理器存量市场做大的机会。不时看到很多网文,某某公司研制了CPU产品,采用了如何如何先进的制程(40nm,16nm,甚至更先进的工艺制程),远超Intel公司或者直追Intel公司的产品。这种文字铁定是“忽悠”,试想当年Intel公司采用时下看来“落后的工艺制程”,设计、制造出了处理器芯片,达到了某种性能指标,假定我们采用“更先进的工艺,实现了类似的指标”,这不标志着我们更强,只标志着我们与先进集成电路企业存在“明显的差距”。

 

集成电路设计企业,采用先进的工艺制程技术,设计出某些芯片,例如比特大陆、嘉楠耘智等企业采用先进工艺设计出满足区块链计算需求的芯片,当然意味着其团队的设计能力非常之高,但任何“对半导体行业发展的战略意义”、“让浙江半导体行业有机会引领全球”的说法,都是言过其实。区块链计算所需要的芯片,在集成电路产业中,当归属本文第四部分所讲的“集成电路增量市场”,集成电路增量市场确实也是国内企业应该关注的市场,作为个例的企业关注这些市场,研制满足这些市场需求的集成电路产品是合理的、应该的。但是当全社会为这些个例企业大唱赞歌的时候,当全社会用这些个例“集体群欢”的时候,我们要问两个问题:(1)若没这个企业的这个产品,中国大陆的集成电路产业会怎么样?对电子信息整机产业会有什么影响?(2)这个产品的销售额,在全球半导体市场销售总额中占什么地位?持续发展是不是可以帮助中国的集成电路产业在世界上占领“一席之地”,帮助中国大陆成为集成电路大国?当你对这两个问题有了明确的回答之后,你就会对“引领全球”之类的说法有了清晰的认识,你就不会头脑发热的忽悠自己,更不会用此种个例为依据忽悠别人。

 

 3.  移动终端(通信)用集成电路产品


    通信终端中的集成电路产品,是中国大陆唯一在全球范围内占据了可观份额的集成电路产品。图5是清华大学魏少军教授在2017年亚洲固态电路会议A-SSCC上给出的数据。可以看出,中国在通信终端用集成电路产品上的发展确实可圈可点。移动终端中的应用处理器在细分市场中占据了大致18%的市场份额;通信终端中的协议处理器则中国大陆企业则占比大致22%。

     

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    图5. 各集成电路产品细分市场大陆企业所占比例

     

    前文提到,中国大陆集成电路产品的销售额在全球集成电路产品市场份额中占比大约7%,而大陆企业在细分市场占比最大的产品都集中在移动终端产品需求的集成电路上。究其原因,主要移动终端制造企业在中国不是是造成这个现象的唯一的原因,更重要的原因是“随着摩尔定律的终结,工艺制程技术不再是集成电路技术(及产品)的唯一驱动力,应用产品的驱动时代,中国的企业有可能在世界上占有一席之地”。事实上,在欧美发展集成电路的上世纪中期,中国大陆没有形成自己的产业基础,因此在存储器、中央处理器等等诸多细分领域市场,中国大陆的企业现在处于追赶的状态。而移动互联网时代才产生的智能终端,在近10年间才成为市场的重要驱动,中国大陆的个别企业在这个单点市场领域,起步几乎与世界同步,这也是中国芯片企业能在这个细分领域占领较大市场份额的重要原因。因此,我们们看到了华为海思、紫光展锐等国内芯片企业的兴起。

     

    另一方面,正是由于中国大陆企业参与全球竞争,使得欧美细分同类产品的企业面临巨大的市场竞争。图6是移动通信终端芯片世界最大企业高通近10年运营的部分数据。从图6可以看出,高通公司近10年集成电路产品的市场销售额依然在增长,从2008年的约67亿美元增长为2017年的约165亿美元;但其集成电路产品部分的利润率却在震荡式下降,从2008年的约27.3%下降到2017年的16.7%。这个利润率远远低于欧美其他集成电路产品企业的利润水平,不能不说是中国大陆企业参与竞争的原因。

     

    进一步解读高通公司的运营数据,在充分竞争的移动终端芯片市场,中国大陆的企业可以竞争出线,从而可以得出推论:在欧美企业占主导的其他集成电路产品的存量市场,中国大陆的企业努力耕耘,有可能在存量市场中抢占一席之地。

     

    图片关键词

    图6  Qualcomm公司近10年运营的部分数据

     

    4. 其他主要集成电路企业


    图2中列出的12个集成电路产品供应商,去掉除存储器、中央处理器、通信、FPGA产品企业之后,得到的5个集成电路企业如图7所示。这5个企业中无论是规模较大的如Broadcom+Avago,或者是德州仪器公司,年销售额大于15亿美元;规模较小的惬意如Analog Devices Inc,年销售额在50亿美元以上。无论规模大小,近千年来其毛利率都在50%以上,特备是Analog Devices Inc, 其历年毛利率都在60%以上,甚至达到70%­。

     

    企业维持如此之高的毛利率,至少说明两个问题:(1)企业的产品在电信信息产品中有不可替代的价值;(2)在细分市场中不存在可以与其竞争的对手。中国集成电路产业的发展,必须努力抢占这些企业的存量市场,才能发展成集成电路大国。随着集成电路工艺制程技术的升级换代变慢,客观上具备抢占这次存量市场的条件。

     

    再过数年,当我们再次翻开这些集成电路企业的运营数据,看到类似移动通信终端中集成电路类似的数据,中国大陆企业在这些领域中也占了半壁江山,就可以自豪的说,我们已经是集成电路产业的大国。在此之前,我们全行业、全社会都应该“忍辱负重、卧薪尝胆”,少忽悠、多干活儿。只有你的产品抢占了竞争对手的市场,才能说明你比竞争对手强。除了市场占有率之外大其他任何指标,都近乎“耍流氓”。

    五、不是终结的结论

    集成电路产品领域,现在的情况中国大陆还是小小国,要想成为集成电路产业大国,不可避免的要去努力占领集成电路存量市场。占领存量市场,需要行业内人士的努力、刻苦的工作;也需要社会的支持。除了最近社会上谈论较多的资金、技术、人才匮乏,需要社会投入之外,(合理、符合惯例的)政策的支持也是重要的方面。

     

    416事件之后,整机企业应该看到了集成电路产品供应链中的“禁运风险”。在国际政治面前,整机企业辛辛苦苦建立的以经济利益为核心的供应链,可能一文钱都不值,部分企业有建立“集成电路器件第二货源”的意愿。在这种前提下,政府若制定相关政策法规,要求涉及国计民生或者是政府采购的电子信息产品,都必须提供其主要部件的“第二货源”,定会有效会促进行业的发展。回想上世纪日如中天的Intel公司允许AMD神一样的存活,就是这个“第二货源”政策的活生生的例子。

     

    结论:中国要成为集成电路的强国,必须首先成为集成电路大国。若想成为集成电路的大国,集成电路的存量市场是必争之地。