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力荐!!关于芯片的十二种迷思(合集):硅谷工程师解读对芯片的

2022-07-01 19:09:57 来源:雷竞技急速体现 作者:雷竞技能不能玩 浏览量:7

  原标题:力荐!!关于芯片的十二种迷思(合集):硅谷工程师解读对芯片的片面认知

  最近整理了一些来自各行各业的同学和朋友垂询关于芯片的各种困扰,和我的个人见解“愚说“如下:

  愚说:在现代社会,基本上任何用电的装置或者设备,都会用到复杂程度大相径庭的各类芯片。像手机电脑等,因为对性能的极端追求和对尺寸的极度限制,部分核心元件必须用到非常复杂,高度集成而昂贵的芯片,然而其中也会用到较为廉价,甚至几分钱一颗的小芯片。我们平时所接触到的家用电器,汽车,仪表,充电器等等,如果把盖子打开,无一没有各种芯片在背后各司其职地默默运转,来做信号处理,数据计算,通讯,传感,电力变换等等的复杂任务。2021年,全世界芯片销售额达到了历史新高,非常惊人的5800亿美元。可以说城镇居民每天接触的设备中,加起来可能有数以千计的芯片,比如一辆普通的燃油汽车,就需要上千颗各类芯片,而电动汽车更是需要翻倍。

  芯片行业数十年来已经发展成为非常庞杂的产业链。其中如专门负责制造生产的晶圆厂,必须规模化经营,必须采购极其昂贵的设备,建起建筑标准极高的厂房,研发复杂的先进生产工艺。新建的晶圆厂即使采取成熟工艺,采购二手的生产设备,只加工8寸大的较便宜晶圆,投资仍然需要几十亿人民币,而如果要做业界最先进的12寸晶圆,则各项开支急剧上升,需要几百亿级别的投资,庞大的工程团队,困难的工艺研发过程,面临难以计数的困难。

  而芯片设计公司则运营形态完全不同,设计公司将制造生产完全外包给晶圆厂,而自身则专注在产品定义和研发,供应链管理,销售和客户支持上。其创业门槛和启动投入较低,甚至极限情况下两三个人就可以拥有自己的芯片产品而销售给客户。部分芯片设计公司拥有独特的设计和市场嗅觉,其产品销售毛利往往超过做代工的晶圆厂,这样的设计公司,甚至只需要不超过几千万人民币的投入,就可以开始设计一些简单产品而生存得很好。当然也有一些专注于需要复杂工艺的芯片而需要亿元级别投资的设计公司,但是总体来说,开创一家芯片设计公司,并不需要像开设晶圆厂那样花很多钱,而且即使不成功,投资人也在很早期就可以止损。

  我们今天看到国内在一两年间涌现了数千家注册了芯片业务的公司,其大多数都是设计公司。未来的几年,我们会看到行业发生很大的变化。

  愚说:现在有一些熟悉互联网的投资人进入芯片投资的领域,认为可以重复互联网的经验,通过降价补贴–垄断市场–提高价格的打法来抢占芯片市场,也许可以先亏损再盈利。然而芯片是To B的行业,优秀客户需要的是长期合作伙伴,不应该接受价格经常浮动和经营不稳定的供应商。像华为这样的优秀企业,一般对芯片的目标价格定得相当不低,就是希望能够吸引有能力,有资质的供应方。

  也有一些芯片公司,自身的产品没有稀缺性,处于纯粹的红海竞争,而通过低价来抢市场。其整体公司可能亏损,但是销售额可能做得很好看。这样的公司因其基因限制,很难有长远的发展。如果一家芯片公司销售数字已经很大,出货量以亿为单位,然而仍然亏损或者毛利极低,那么去这家公司工作的人和做财务投资的人就要非常小心。

  还有的公司集合了一些著名人士撑起门面,刚刚建立就号称要成为中国的高通,博通,英伟达等等而开始大量烧钱。其实这些业界领先的公司,无不是从较简单的产品开始打造,在几十年间积累了庞大的团队和知识体系,而逐渐成为业界领袖的,个别人的离职根本无损于其分毫,而其位于中国的团队,多以销售或者客户支持为主,并没有主创过产品。这样的公司往往开始就要做非常复杂,涉及生态的SoC或者大型处理器芯片以吸引投资人眼球,其长期的亏损可能是不可避免的。

  更有甚者,是国内的资本去欧美公司洽谈,投资收购了一些毛利低或者亏损,面临淘汰的产品线,转而利用国内外的信息差和国内对科技股的高市盈率偏爱,包装一下冲击上市,我自己就有好几次被问到能不能牵这样的线。这样的公司,上市是其终点,当然只能最后割股民的韭菜。

  欧美近年来比较成功的芯片初创公司,一般都是找到一个很小的客户痛点,打造专门产品而一炮而红,这些公司一般需要的投资轮数很少,一两次流片就足以开始盈利,投资人的回报非常丰厚。

  总之,芯片行业无疑需要研发,但是研发的目的是为了盈利(即使是为了解决芯片技术卡脖子的问题,企业生存仍然是最基本的需求),优秀的芯片初创公司,总是很快就开始赚很多的钱。

  愚说:应该修改为:中国的芯片公司在代工制造和少部分产品种类上世界领先,而欧美日韩在垂直整合型的公司,和多数产品种类上领先。

  首先,在纯晶圆代工方面,台湾地区的台积电长期占据世界第一并遥遥领先。而上海的中芯国际,华虹,台湾的UMC(联电),Vanguard(世界先进),PSMC(力积电)也都排在世界前十位,客户遍及全球;而欧美在晶圆代工方面,能拿得出手的不过是格罗方德,X-Fab等寥寥几家,市占率也不高(值得关注的是,英特尔正在加大投资建厂,打算进入晶圆代工行业)。

  其次,在封装测试领域,台湾地区的ASE(日月光)同样是世界第一,而江苏长电,南通的通富微电,甘肃天水华天都位居世界前十。封测界排名世界前列的公司几乎都在东亚和东南亚。封装测试相对毛利水平略低,然而同样极富科技含量和需要一定积累,绝不是低附加值的行业。

  产品方面,目前中国芯片公司主要还是以国产替代为主,少数公司在部分细分产品种类上(如半导体照明,MEMS麦克风,功率芯片,氮化镓芯片等)可以排到世界前几位。因为中国是全世界芯片的第一大市场(2021年进口4400亿美元之巨),而生产制造又有相当份额,可以想见,中国本土芯片公司的成长空间是极大的。

  题外线亿美元的采购额,其中虽然相当部分是欧美公司做出的采购决定,而由其中国分公司进行实际采购,然而也有极大份额是来自本土电子公司自行的决定。硅谷不少芯片设计公司,使用全部出于亚洲的供应链,雇佣亚洲的工程师来服务亚洲的客户,而利润大多留在美国,这样的好日子可能不会再持续太多年。

  欧美日韩较为领先的芯片企业,主要是将设计,制造,生产,测试等环节全部垂直整合的超大型公司,比如英特尔,三星,SK海力士,美光,德州仪器,英飞凌,意法电子,瑞萨电子等等。这些公司有几十年,两三代工程师的技术和产品积累,形成了庞大而完整,覆盖全工业界大多数终端应用的芯片组合和品牌联动效应。目前国内如华润,士兰微之类的垂直整合型公司,形成历史较短,在细分的产品领域有一定竞争优势,但在跨越多条产品线的整体规模上尚难与国际大型的IDM匹敌。不过国内的IDM公司与客户距离既近,而近年受到资本的加持,制定了宏大的发展战略,未来非常可期。

  在芯片设计公司方面,华为海思一度排名接近世界前十,后来由于受限使用台积电代工,排名下滑严重,不过其产品主要供华为使用,在整体电子业界影响较小(苹果虽然有规模很大的芯片业务,然而也只供自己所需)。在前十位的设计公司中,有台湾地区的联发科(MediaTek),联咏科技(Novatek)和瑞昱半导体(Realtek),其余为美国品牌,最知名的可能是高通,博通,英伟达和AMD。而国产芯片设计公司虽然加在一起的产值相当可观,然而其力量非常分散,未来我们会看到很多并购案而诞生更有影响力的厂商。

  就更广泛的芯片产业来说,在芯片公司的供应商方面,如设备,材料,工程软件等方面,欧美日韩目前较具领先地位。

  愚说:这个观点不能算对。在芯片设计方面,以华为海思为例,已经可以设计世界上最为复杂的处理器芯片,完全站在与世界前列平起平坐的地位。对于大多数的芯片种类,著名的设计类教科书早已翻译成中文,很多欧美日韩的芯片公司在国内也有设计分部,而晶圆厂的工艺,也是对所有客户都公开,因此芯片设计,几乎与程序设计一样可以公开学到。在芯片设计方面,国内每年培养的人才总量也不在少数,基本上对于任何类别的芯片,在国内总能找到做过相关项目的设计人员,而对于高端人才,在海内外都是很稀缺的。当然,一时国内总没有那么多有经验的设计人员可以满足数千家设计公司的需求。

  从经验角度,可能我国整体还有所欠缺。芯片设计特别是模拟设计部分,非常看重经验,只有最好的模拟电路工程师才能设计出最好的性能,可说是越老越吃香,有些高端的模拟芯片可以卖出90%以上的毛利,就是因为其定义的新颖和性能的稀缺。而数字芯片已经有很多开源的架构,可买到的IP和可移植的模块,设计数字芯片的门槛,已经今非昔比。

  晶圆厂所需的芯片制造和工艺其实是更加缺乏的技术,因为其能力几乎只能从实际项目中来锻炼,而且只有整个团队经过多年磨合,多轮失败的尝试以后才能形成真正的战斗力;而不像编程或芯片设计,从书本中就能学到很多。

  愚说:芯片行业不同于大基建这样的规模经济,不能以多投资– 多拿地– 多盖房 – 多赚钱的理念来发展芯片。我见到在芯片投资热潮下,某初创公司老总说:“突然投资机构给了很多钱,不知道怎么用法“。对于很多初创公司,拿较少的钱比拿得多要好。

  芯片公司应该做“更聪明“而不是”更大量”的投资,否则只会累死自己而公司不见发展,这需要产品线经理有战略和战术的眼光。芯片行业的特点是其永远是在高速发展的,今天一台薄薄的iPad的计算能力已经超过了90年代比冰箱还大的克雷超级计算机,每台激光打印机的数据处理能力都能超过Nasa当年载人登月的处理器。即使引入巨资,如果只是仿照前人的成功经验重复投资,等到产品出来之时,已经被更有眼光的竞争对手又抛到后面,大量失败的芯片产品是在产品战略和战术上出了严重问题,而不是资金缺乏的问题。我看到有公司花了几亿的投资来购买EDA软件,四处购买IP和设计服务,最后流片做一颗复杂的SoC芯片,但是功能和性能仍然是照抄对手,居然不能做出任何创新。

  愚说:事实上芯片行业需要各种各样的人才,而且很多完全不必懂得如何用电烙铁或者写程序。

  比如说,芯片设计公司很重要的是项目经理和供应链管理的人才,就不需要懂得多少技术,而需要懂得管理,善于沟通,富有责任心和能够应对复杂局面。

  此外,我见过最好的芯片销售之一,是旅游专业毕业的。德州仪器最有名的产品经理之一,原来是音乐专业的,其功夫全在后天修行。

  愚说:问题的实质是,两弹一星是全国统筹下做的大型战略项目,在最早期缺乏经验的情况下,可以全国一盘棋,不计投入,只求成功。

  但是芯片公司并不是倾其全力,做出了某一颗优秀芯片就能成功的。世界领先的芯片公司,或者拥有数万种不同产品,覆盖了绝大多数电子应用;或者不断推出业界最先进的拳头产品,而拥有世界范围的开发者生态系统。其单种产品的复杂度或许远不如两弹一星,但是其广度和持续的投入却不是一个级别。

  在研发之外,今天我们即使雇用了业界最强的技术人员,艰苦攻关以后终于把一颗符合客户需求的优秀芯片放在其桌上,仍然会面对客户一系列的发问(这些都是经常能听到的):

  愚说:欧美从60年代半导体产业开始飞速发展,其间曾经诞生了难以计数的芯片公司和周边专注于设备,工程软件,EDA,IP等企业。经过几十年来的大浪淘沙和收购兼并,留下来的芯片相关公司几乎都具有相当规模。比如说:德州仪器从1996年开始,曾经收购了多达14家规模不等的芯片公司或者部分业务和工厂,其中收购Unitrode,Burr-Brown和NationalSemiconductor三次收购案,直接让德州仪器成为全球模拟芯片第一,并且在近20年都保持领先地位。现在欧美虽然也有一些芯片初创公司,然而其投资规模与互联网行业差距很大。在欧美日韩,芯片行业已经是类似汽车,化工,制药这样非常成熟的产业,小公司成长成巨头的空间已经很小。

  在中国,目前尚未出现在世界芯片市场举足轻重的大型芯片公司,还处于战国群英的阶段,然而已经面临同质化的问题,往往如小米这样的大公司开始招标时,有十几家芯片公司会用一模一样的规格,来自同一供应链的芯片来竞争。这样的红海竞争其实类似各地的共享单车坟场,对社会资源和自然资源其实是一种极大的浪费。

  比如我们看到美的控股了两家芯片设计公司美仁和美垦,2021年已经生产1000万颗MCU(单片机)芯片。因为美的自己就是MCU的大客户,规格需求完全清楚,那么这样的芯片公司,至少都有规模稳定的第一大客户,可谓旱涝保收,而且随着进一步发展,可以辐射到全行业。其他类型的电子公司,如小米,比亚迪等,对于自己用量最大的部分芯片做出投资,非常合理而有意义。

  如前所述,芯片的供应链和客户往往已经在亚洲,如果芯片设计和其他工程团队仍然在亚洲的话,那么这样的团队已经没有必要再给欧美的管理层打工(美光最近解散中国内存设计团队并给出移民美国选项,估计就是出于此考虑)。这样的本土团队参与过科学的管理流程,成功的希望很高。比如上海的南芯,创始人来自德州仪器,提前看到了市场机会,又了解芯片的具体运营,短短数年已经将赴科创板上市。

  我所了解最好的案例,是2008年南车时代电气收购英国Dynex公司。英国公司拥有国内当年没有的铁路用高压,大功率IGBT芯片技术,然而可能受限于市场,发展相当一般。南车用非常便宜的价格解决了卡脖子问题,然后在中国建厂,将此技术完全吸收,依靠广大的中国市场来发扬光大。考虑到南车可能有国资背景,此收购案的难度可想而知,但是这个团队迎难而上,而且做得这么漂亮,虽然我不知道当年主事的人是哪几位,但是真是要击节赞赏!

  对于海归,最可能成功的是有足够领导力带整支队伍回来的人。海归中最了不起的有像硅谷前辈,通用材料公司前副总裁,中微公司的尹志尧先生带领的整支海归团队。

  愚说:尽管中国是世界最大芯片市场,然而现在看到很多哪怕是稍有规模,尚未上市的国产芯片公司都纷纷到海外设点。仅限于我所知道的,在硅谷就至少有十几家中国芯片厂商,除了中芯,华虹这样规模已经很大的晶圆厂,还有包括矽力杰,希荻微,英诺赛科等多家芯片公司,其出海的原因,主要有这么几点:

  (1)国内的晶圆厂有不少客户本来就在欧美,至少占到10-20%的比例。在当地有必要设销售和客户服务中心。而芯片公司也开始在海外销售。

  (2)国内市场竞争激烈,而且商业环境经常不理想。比如不少厂商会去反向挖掘某芯片的供应链信息和设计细节,来整体抄袭。所以经常看到几家国产公司以同样的芯片规格,低于成本的价格在拼命抢某个大客户的订单。而如果将销售战场转移到海外,对手变成欧美公司,在某些市场经常更容易赢。

  (3)某些芯片在海外的市场要大于国内市场,比如数据中心,医疗仪器,汽车电子等。主攻这些细分市场的公司,更有主动出海的需求。

  (4)国内的人力成本极高。因为现在国内芯片公司极多而有经验人才奇缺,因此薪酬已经达到很夸张地步,有几年工作经验的设计工程师已经喊到百万年薪,这个价格已经高于欧洲和美国东部的平均工资,也许只低于硅谷,但是在欧美能雇用到更有经验的人才。

  此外,出海的益处还有海外销售平均毛利更高,更易寻找合作和收购兼并的机会等等。

  愚说:曾经有报道说华为可能与中芯国际合作来建晶圆厂,进而生产自己所需的芯片,后来被辟谣。如前所述,电子大厂培养自己的芯片设计公司是非常好的战略,然而一般不会经营自己的晶圆代工厂,这是由于:

  (1)芯片设计公司的形式相当灵活,可以使用来自不同代工厂的不同工艺,来生产规格迥异的产品,很少有代工厂擅长从最先进到最成熟的全部工艺。

  (2)电子大厂有自己的产品周期,比如每两年出新一代的消费电子产品,在更换设计的期间许多芯片的需求量都需要调整,有些芯片不再采购,有时需要引入新的供应商等。但是晶圆厂为了利益最大化,必须尽量全产能100%运转,任何空着的设备机台每天都产生惊人的折旧损耗,因此电子厂很难与单一晶圆厂同时在运营规划上匹配。晶圆厂一般也不希望只与单一大客户合作,在产能吃紧时,甚至会推掉一些大客户的生意以平衡风险。

  (3)华为及其关联公司在进口所有美国产品和技术之时都需要向美国商务部申请许可,而目前对先进制程的芯片生产技术,华为是受限使用的。同样,目前全世界任何晶圆厂,包括中芯国际,都需要向美国申请进口一些关键产品、材料和设备,因此华为即使不是与中芯合作,转而寻求与三星或台积电合作建晶圆厂,仍会受到与目前一模一样的限制。

  愚说:我的产品线曾经发布过几颗氮化镓芯片的驱动和控制器,和全球几家著名的氮化镓公司都有合作,我还在氮化镓的参考书中写过一个小节,另外我对碳化硅的主要应用都比较了解,参与定义过一个碳化硅模块,所以大概还有一点发言权。

  所谓第三代半导体材料,其实是国内炒作出来的名词,好像暗示着可以取代传统的硅基材料,其实是非常误导的。国外根本没有这个说法,而称为宽禁带材料,是半导体发展的一个分支,而不是主要的方向。

  碳化硅目前只能用于高压的功率器件上,而氮化镓除了高压功率器件,还可以用于低压器件,光电,和高频功率放大器上,应用略广。

  碳化硅在电动汽车,轨道交通,工业电机,光伏逆变等应用上替换传统的IGBT,高压MOSFET等功率器件已经非常成功,特斯拉在要求最严格的电动车主逆变器上将一直采用的IGBT全部换成碳化硅器件,在车载充电器里也使用碳化硅二极管,就是最好的证明。

  氮化镓虽然应用更广,但是目前唯一爆款的应用只有手机快速充电器一种。因为以苹果为首的手机厂家开始取消附送的充电器,而充电标准的统一使得用户可以用同个充电器对多种装备充电,产生了小型化的需求,而氮化镓的出现正当其时。在其他应用上,4G和5G基站对氮化镓功放有需求,在电机控制上也可与其他功率器件有所竞争,氮化镓也希望进入数据中心相关的电源模块市场,然而面临各种挑战,不如碳化硅在高压市场那么顺利。氮化镓有另外比较成功的两个极细分市场:一是宇航市场,因其抗辐照能力更强;二是高保真音响市场,放大器可以工作在更高频率,对专业听众来说音乐更为舒适,当然量都不会很大。

  总体来说,即使以非常乐观的估计,宽禁带材料在未来数年可能会成长为几十亿美元的市场,占整体功率芯片的市场估计十分之一,占所有半导体市场更是最多百分之一,在大多数应用上都无法取代硅器件,要想用氮化镓材料做处理器芯片,从物理上就是不可能的。

  美国某著名氮化镓芯片公司的销售副总裁曾亲自对我说,他很确定全世界没有一家氮化镓公司目前是盈利的。目前世界上唯一上市的氮化镓企业Navitas在2021年Q3录得5.6百万美元收入,和6.8百万美元净亏损。另外一家知名的碳化硅上市企业Wolfspeed也是类似的情况。

  所以,谈弯道超车对芯片行业或者多数高科技行业都只是抱着投机的侥幸心理。欧美的芯片行业比我国至少多了整整一代人的积累,不可能颟顸到把最有潜力的市场拱手相让。而我国的企业也只能迎难而上,在已有的赛道上努力创新,努力追赶。

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