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晨枫:美国在芯片领域“卡脖子”,中国有哪些应对?
最后更新: 2023-02-14 12:08:45中国市场作为销路对美国芯片不可靠,但会是中国高端芯片发展的另一半动力。
美国芯片还可以向印度和越南出口,两家正在成为紧追中国的手机大国。但越南手机集中在三星,三星自己提供芯片,美国较难插足。印度手机则有强制合资和强制技术转移的问题,因为印度不满足于挣辛苦钱,要通过合资和技术转移打造自己的工业化,这是美国不愿意的。一个中国已经够头大,再跟进一个印度,Pax Americana(“美国治下的和平”,观察者网注)就要绷不住了。
2020年初到2021年中世界半导体月销售在计算机、通信和消费电子板块的同比增长情况 图源:SIA
手机的更大问题是增长趋弱,2021年通信板块增长只有1.2%,在很大程度上是被手机拖累了。相比于计算机板块,通信板块似乎进入了“平台期”,这可能反映了人们的“手机换代疲劳”。新功能、新款式“为新而新”,消费者的买单热情有所退潮,连一贯高大上的苹果在推出iPhone 13的时候,也推出“iPhone 8的壳子、iPhone 13的瓤子”的iPhone SE,售价差不多比iPhone 13减半,以拉回被日增夜涨的价格吓走的消费者。iPhone 14则被嘲为史上最物非所值的换代,对重启增长一点帮助也没有。
除了通信板块增长趋平,消费电子板块的增长有下滑的势头。当然,不要误读,平台期还是下滑期都是指增长速度,现在都还在保持正增长。换句话说,计算机板块还在加速增长,通信板块进入等速增长,消费电子有减速增长的势头。
芯片的研发成本随节点尺寸的下降而急剧升高,制造成本也同步升高 图源:IBS
芯片的设计、制造开支随着节点尺寸的缩小而迅速升高,5nm、3nm、2nm虽然靓丽,但说到底,销路才是王道,这些高端芯片只有高价才能盈利。但过高的价位对应用是有打压作用的。
高端芯片大量用于手机。手机对尺寸、耗电敏感,多年来“算力军备竞赛”成为推动芯片技术前沿的主要动力,但手机增长放慢对高端芯片是坏消息。台积电等已经在关停部分EUV,主要涉及7nm以下的产能,以适应高端芯片需求冷却的新现实。这对即将上线的美国产能是巨大的压力。便秘与饥饿是同样痛苦的事情。
通信板块也是技术脱钩的领域,但对中美是不同的挑战:不管是5G/6G还是手机,中国优势在于完整的领域知识和供应链,美国优势在于高端芯片和部分关键技术。中国拥有沃土,美国拥有良种。鹿死谁手,也未可知。
家电和一般的消费电子产品是芯片消耗大户,但对高端芯片的要求很低,需求以中低端芯片为主。在这方面,从芯片到下游产业链,都是美国的短板、中国的长项,美国芯片曲高和寡,中国芯片反而是瞌睡送枕头。
消费电子在进入减速增长期,家庭智能化没有如预期的那样增速发展,即将到来的欧美经济萧条带来进一步冷却效应。但长期的正增长还是可以预期的。
工业电子的主体为机器人、自动化系统、仪器仪表等。这是与消费电子一样大的板块,而且增长强劲,达到8.2%,反映了工业数字化、互联化的大潮。在这方面,美国领先,中国在追赶。有意思的是,这一块对高端芯片的要求并不高,但对芯片的成熟、可靠的要求很高。
比如说,霍尼韦尔是DCS的领头羊,但基本控制单元的CPU还是摩托罗拉68040。这是华强北都难淘的骨灰级芯片了,芯片工艺在今天链中端都算不上,但是成熟可靠稳定,性子摸透了,在任何时候都不出意外,而且性能够用,所以到现在还在用。霍尼韦尔只是因为芯片来源枯竭,并有硬件虚拟化的驱动,才转向软件仿真替代。
中国在工业DCS(还有PLC)方面依然在追赶,已经解决了从无到有的问题,还没有解决从有到好的问题,但问题不在于芯片。自动化系统需要各种控制、数据处理算法和组态的支持,这是领域知识的问题。在可靠性方面,需要多余度冗余、热备份等。更需要保证实时性,不能出现因为某一进程卡住而全系统宕机的现象,危急时如何丢卒保车是一门学问。另一个不同就是注重输入输出流量处理,但对数值计算复杂性要求相对不高。工业DCS(以及PLC)的重点在于软件和系统架构问题,而不是芯片绝对性能的问题。
高端仪器仪表也是中国的短板,但问题在于具体的检测和机电技术、信号和数据处理算法,芯片性能同样不是大问题,鲜有需要高端芯片的情况。
机器人也是一样,“功夫在芯片外”。
与手机芯片“只要没大毛病就用最新的”不同,工业电子芯片“只要性能够用就用最成熟的”。在工业电子方面,中美的差距不在于芯片,美国新建芯片产能并不能从美国的领域领先获益,中国的发展也不会因为芯片瓶颈而受阻。中美可说机会均等。
军工和航空航天也是一样,而且需求与其他领域相比,还是较小,不足以成为主要拉动力。2020-21年高达-11.8%的跌落可能是疫期民航市场萎缩的缘故。
另一方面,汽车电子虽然还略有萎缩(-0.3%),可能成为新的生长点。
与工业电子相似,汽车电子的可靠性要求很高,但对芯片尺寸、发热、耗电不敏感。美国大量进口中国中低端芯片,主要去处就是汽车工业。
传统的发动机、变速器、底盘控制依然是大头,车内娱乐和车联网成为新的刚需,但这些都不需要高端芯片。中美的应用技术水平难分高下,在需求拉动方面没有实质性差别。中国芯片产能还因为适合需要而获益更多。
全电和插电汽车就是另一回事了,电池和电机控制是新的需求。特斯拉或许在技术上依然领先,但挡不住中国军团人多势众。碾压世界的全电和插电产量是最大的沃土,美国芯片根本无缘插足。
美国也在大力发展全电和插电,但受制于电池。彼得森国际经济研究所的同一报告指出,中国锂电池占美国市场的一半,其中大头是汽车工业,美国制造的使用锂电池的小家电产能可以忽略不计。锂电池本身就需要芯片管理,这一半中国锂电池用的当然是中国芯片。美国芯片再次无缘插足。
不过汽车电子的另一个动力来自自主驾驶,这需要人工智能和堆算力,有可能成为高端芯片的切入点。但也可能走工业电子的路:算力上瞄准现实,算法上“量入为出”,可靠性第一。那样高端芯片又只能在场外观望了。
自主驾驶的最大难点不在于技术,而是法律和信任。事故责任是老问题了,用户信任也是大问题。人工智能很强大,但有时做出的决断人类很难理解。在复盘“阿尔法狗”大战人类棋手的时候就有这个问题,有些看似莫名其妙的棋路最后可能对胜局有用,但就当时的棋势,人类实在无法理解怎么会走出那样的棋。
这样的事情发生在自主驾驶时就危险了。比如说,在碰撞不可避免的时候,自主驾驶选择正面撞上去,用防护更好的正面硬刚。但从车上人来看,这就是完全违反常理的决策,在任何情况下都应该尽全力避开,只有避不开的时候才硬刚。在技术上,“不可避免”也不是非黑即白的,中间有很大的灰色区域,但门槛必须是清晰的。如何划定门槛也是个问题。
不能放心使用的全自主人工智能是没法使用的。在很长时间里,辅助驾驶会继续发展,但自主驾驶还是局限在有限应用,比如用在封闭段高速公路的大卡车,而不是买菜通勤的日用车上。作为主要需求拉动,可能还有距离。
美国重建芯片产能的起点很高,直奔最先进的5nm甚至2nm工艺,但发展的可持续性其实很不确定。综合下来,只有计算机这一块是沃土,但这只占市场的32.3%。通信板块占31.2%,但中美半导体工业由于不同的原因都不能获益。剩下的36.5%里,反而是中国的中低端成熟芯片在多数情况下更有利于获益。
看起来,中美大体平手,还是美国芯片在山上,中国芯片在山下。但问题在通信这一块。中国芯片在日拱一卒,逐步推进到高端芯片是时间问题。坊间对全国产高端芯片的时间表不乏悲观,但美国军政界并不这么看。针对美国战略界预测中国要在2027年才能做好解放台湾的准备,美国海军作战部长吉尔代公开指出,中国从来都在承诺(尽管中国从来没有承诺过要在2027年前解放台湾)的时间点之前提前交卷,所以美国海军需要在2022、23年就做好准备。美国要是没有看到中国对高端芯片突破在即,也未必会现在加强技术封锁,力图打乱中国的步伐。
在中国打通高端芯片瓶颈和美国打通通信板块供应链之间,中国可能会先拔头筹。这可能激发中国芯片与需求之间的正反馈。相反,缺乏下游产业链对美国新建芯片产能可能是负反馈。在芯片战中,中国弹药充足,美国武器精良。这是一场硬仗。
中低端芯片依然有利可图,但中国不会满足,而是依托中低端芯片,“养大”高端芯片。这是可持续的发展。中国碾压世界的钢铁工业就是这样养大的。不管是革命战争时代,还是在世界经济上坐二望一,农村包围城市本来就是中国最大的成功经验。钢铁工业不能盯着圆珠笔钢和潜艇钢,芯片工业也一样。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 郭涵 
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