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美国总统科学技术咨询委员会:确保美国半导体的领导地位(报告全文)
关键字: 半导体附:美国半导体产业现状
从营收上看,总部位于美国的半导体公司在全球拥有巨大的市场份额,但在过去的是十年内,半导体产业的全球化现状日益明显。
在过去的二十年内,美国半导体企业的销售额占了全球半导体半数以上的销售额。而其他同样而优秀公司则位于南韩、日本、台湾和欧洲。再过去的二十年,并没有中国大陆的公司进入前二十名。
美国半导体的销售与全球半导体的销售占比
但美国公司的业务开始转变了。他们开始将制造业务移向国外,或者只专注于设计业务,将制造付托给TSMC这样的FAB。在2015年,美国本土的FAB份额降至13%,与1990年的30%,1980年的42%有了很明显的落差(尽管很多工厂还是归属于美国公司)。尤其是存储产业,在过去四十年,发生了大范围的转移,首先从美国转向日本,再转向韩国,现在似乎有往中国转移的趋势。
典型的全球半导体制造模式
现在看来,美国依然在半导体的重要领域拥有领先的市场地位。美国同样拥有全球大多数的IC设计企业和Fab工厂,这两项占了半导体市场的的80%。而在集成电路领域,美国在逻辑、模拟方面更是拥有不可比拟的优势。特别说明一下,美国在智能手机和设备用到的高端微处理器、通信芯片方面拥有全球领先的优势,另外在路由器、互联网和固定电话交换用的网络器件方面,美国也是当之无愧的一哥。全球最大的的IDM(Intel)、前三大的fabless公司和全球前三大的EDA设计公司都在美国;另外,从营收上看,三大设备商中的两大总部也位于美国。
三、进化中的挑战
首先我们要明白一点,全球半导体市场从来没有完全自由过:因为从半导体的发展史来看,基本上都是由政府和学术界推动的。这就使得当中很多的应用被限制应用在国防安全和主动防御中。因此这就使得半导体成为国家政策紧盯的产业。当然,市场力量也在当中扮演一个中心和重要的角色。但美国政策制定者对目前市场力量的猜测会导致不同的效果。尤其是在和其他国家的相关产业政策交锋时,挑战更为严峻。
为了让大家明白半导体产业目前的现状和缓和直面的主要风险,深入了解中国通过制定政策,将全球产业中动态竞争的产业转移到中国这个趋势,直面技术转变带来的挑战的事实,我们特意总结了一下这些挑战和威胁:
(1)技术和市场
半导体创新模式一直以来都非常简单,至少从规则上看,是这样。
过去,大家都遵循摩尔定律,每十八到二十四个月将晶体管上集成的晶体管数量提升一倍,并同时降低芯片成本。这个规定在过去几十年一直指导着半导体的创新。根本上,这个定律就是推动产业界往更快的计算,更高的集成度,更低价格方向发展。从本质上看,就是提高CMOS技术的集成度。
但从现在看来,延续这个定律需要直面两大基本挑战:首先是由于物理性质限制,现在缩小晶体管尺寸变得越来越难,在未来的某一天,这会变成不可能任务;其次,先进制程工艺的推进步伐也变得越来越慢。
现在,将芯片商晶体管的数量提升两倍的周期已经延长到三十个月,在未来,这个时间将会继续延长。另外,由于现在半导体传统计算转向了包括移动设备、汽车、大数据中心和云计算等领域,这就使得创新和的转移和扩张变得日益重要。另外,在这过程中我们不但需要考虑制程的推进速度,还需要考虑制程提升带来的能源消耗。SoC、功能和其他方向也在我们的考虑范围。
在过去,几乎所有的大公司都是为了同一个目标而努力——那就是提升芯片的晶体管数量,降低芯片的成本。公共和私有资源也是为了这个共同目标而服务的。现在,这些公司在不同的技术方向,有了不同的奋斗目标,这就使得在产业内的策略和投资调整变得更加困难。
半导体还需要面对产业高度集中的挑战。
现在,全球前前五大半导体公司的销售额占了全球销售额的40%,较之2006年的32%,提升了8个百分点。现在成本的压力正在推动半导体公司抱团取暖。举个例子,为了满足速度和小型化的技术挑战,美国本土的Fab在先进逻辑工艺上花费的成本需要高达120亿美元,而在五年前,相应的成本只要50亿美元。这些高额的成本来自于设备花费、低迷的经济规模和政府物理限制带来的研发成本。因为这些原因,VC在半导体领域的投资锐减,这就让新公司进入半导体行业的难度大增,新的竞争也无从谈起。
但我们也无可否认,产业的集中,也是有利的:例如公司之间竞争的减少,可以投入更多的钱来做长期的创新。但是高度集中也会带来更多的风险。更高的市场集中度就意味着更少的竞争,这就意味着企业没有动力去降低成本,提高质量和保持在新产品和技术的投资。
高度集中还会带来公司定位的风险。
下面我们举一个极端的例子,如果一个领域内的所有产品都被一个非美国公司所把持,这就使得某个产业会被国外所控制,损害美国的利益(编者按:美国人的报告告诉我们中国,更要发展半导体)。相反地,如果在一个充分竞争的市场,那么产品和公司的多样化,带来的影响就没那么大。
(2)中国半导体策略带来的影响
创新的缓慢、市场的转变还有产业的集中化会给他们带来巨大的挑战。但这也不及中国带来的影响巨大。
现在中国通过非市场手段,利用各种方针策略,期望在半导体的设计和制造领域获得全球领先的位置。伴随着中国半导体产品消耗的增长,这让半导体产业面临的挑战更加错综复杂。
按理说,中国的入局会给产业界和消费者带来巨大的利好。但是从现在中国半导体的策略上看,他们的发展会给半导体创新和美国国土安全带来威胁(编者按:美国的半导体那么强,对中国没威胁?)。
中国在半导体技术方面的追随是远远落后于美国,这是毋庸置疑的。中国的先进逻辑制造技术跟美国、台湾和其他先进的半导体玩家比较,也是大大不如的。现在中国有很多半导体Fab,但都比当前主流的工艺落后1到1.5个世代。在存储方面,虽然中国正在大力投入,但可见的是,目前中国并没有本土相关量产企业,现在中国本土量产的先进存储都是国外公司在中国的投资企业产出的。由于这些外国公司都无一例外地,不选择中国公司作为合伙人,因此中国就选择投入大量的资金,去建立本土的存储产业。
同理,中国缺少Tier-One的半导体设备公司,但有一个Tier-Two设备公司在上海,那就是AMEC。这个公司制造半导体Fab厂所需的某种制造工具。
在这种环境下,中国半导体只能通过收购海外包括美国、日本、欧洲、韩国和台湾)的先进半导体公司或者其某些部门来提高其竞争力。而中国在这方面的投入也是明显增加。
现在看来,中国半导体表现最突出的领域就是Fabless。根据我们统计,中国现在有400家IC设计公司(编者按:根据魏少军教授在ICCAD2016上的演讲,中国的IC设计公司有1300多家),当中大多数正在快速成长。但坦白说,中国这些Fabless和国外先进同侪相比,还是有比较大的差距。从目前看来,大部分的中国fabless都是瞄准低端和中端市场。假设这些公司将保持高速增长,或许他们未来会针对中国市场做定制化的芯片。这对于国外的FAB来说,也许是一个激励,在最后还会给设备公司带来利好。
出于对经济和国土安全的考虑,中国政府公开宣称,将会打造一个比现在更先进、更完善的半导体产业链,以降低对国外的依赖。在经历了十年失败的半导体尝试之后,中国在2014年颁布了“IC推进纲领”来促进中国半导体产业的发展。在纲领里面,包含了营收要求和技术目标。这个纲领也获得了包括习近平主席在内的众多中国高级领导的支持。当中一个主要目标就是——中国希望到2030年,将其半导体产业链重要领域的水平拉升到全球第一阵营。
中国的半导体策略依赖于其庞大的经费支持。这是一个包括国家基金和私募资产在内的,金额总额达到1500亿美元,周期长达十年的投资。而其中技术的获取,中国则希望通过对先进企业的投资和收购获取。美国过去五年共230亿美元的并购规模与其对比,那就是小巫见大巫。现在很多中国投资机构依循政府的方针,开启了疯狂的并购。
这和中国在其他领域的投资是一致的。中国现在也正在推动本土的技术创新和转移。
中国现在在半导体领域的逆风投资,就是看在未来半导体创新的缓慢,这就让中国可以利用其政策扶持,推动其本土产业跟上世界先进业者的步伐,逐渐取替他们。
纵观中国半导体的建设策略,主要由两个方面组成:一是补贴;另一方面则是零和博弈(编者按:这是博弈论的一个概念,属非合作博弈,零和博弈表示所有博弈方的利益之和为零或一个常数,即一方有所得,其他方必有所失。在零和博弈中,博弈各方是不合作的。)
- 原标题:白宫阻碍中国半导体崛起的报告全文曝光 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑:孙武
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