芯片战赢在教育部拔尖计划2.0

芯片战赢在教育部拔尖计划2.0

   （摘编自2020年6月24日上海“观察者”网文）

文/ 君临

   

2020年6月19日教育部召开的“基础学科拔尖学生培养计划2.0基地遴选工作会议”的精神是：“让拔尖学生在国际竞争中成长为全球科学领军人才”。

疫情后，君临旗帜鲜明地指出：要拿出亮剑精神，国与国的较量来不得半点侥幸。任正非的态度很能说明问题，这场没有硝烟的战争，远比想象的困难。芯片战，我们肯定要打下去。可知己知彼，百战不殆，才能找差距、补短板、促提升。

半导体产业链极其复杂，包括上游的材料、设备、EDA软件，中游的设计、制造，以及下游的封测等。但凡在某方面做到极致，就有牛掰的资本，比如日本原材料底子厚，就敢扇韩国，台积电在制造称雄，就能把台湾的门面撑起来。残酷的事实是：全球半导体产业分工体系是由美国主导。按照产业模式，半导体行业有IDM和垂直分工两种。先看IDM这块，销售额占到半导体行业的半壁江山，美国自然重兵囤积。从各国主要厂商看：美国有英特尔、美光科技、德州仪器、亚德诺、安森美等，占到全球49%的市场份额。其中英特尔2019年营收为719.65亿美元，美光234.06亿美元，德州仪器143.83亿美元。在IDM领域，只有韩国能勉强与美国扳手腕，底气就是三星和SK海力士两大巨头。

其中三星半导体2019年营收557.08亿美元，仅次于英特尔，SK海力士营收也有231.54亿美元。全球IDM企业营收超百亿美元的就这5家，其余国家都是小猫两三只，英飞凌、意法半导体、恩智浦等都在百亿美元以下。再看垂直分工，这块是设计，同样美国独大，接近全球70%的市场份额。高通和博通营收超200亿美元，英伟达营收也有117.16亿美元，其余还有AMD、微芯科技、赛灵思、Skyworks等营收数十亿美元的厂商。

第二阵营，就是中国军团。华为海思2018年营收75.73亿美元，2020年Q1已挤进半导体设计前10，是中国的领头羊。其余还有瑞声科技、韦尔股份、紫光展锐、中兴微电子、紫光国微、华大半导体、兆易创新、汇顶科技、澜起科技等企业。虽然实力不是很强，但数量管够。最后就是联发科技为首的台湾，市场份额不足10％。

IDM和设计是半导体产业链价值最高的部分，销售额超过行业整体的60%，且这两个领域都是美国称霸，把最赚钱的部分死死地捏在手中。中游的制造，销售额接近行业整体的15%。这块毫无疑问是台积电的天下，2020年Q1在全球晶圆代工的市场份额达到54%。原来的IDM巨头们，英特尔、三星和AMD拆分出来的格芯都能与台积电竞争，特别是英特尔制程工艺曾长期优于台积电。可英特尔主要自用，格芯2018年宣布停止7nm工艺的研发，唯有三星能咬住台积电，但良品率问题却如附骨之疽，被台积电压得死死的。

中芯国际在梁孟松的帮助下虽已进入14nm，但市占率只有5%，还不如台联电。看似这块美国不占优，可台积电和三星没啥两样，大部分股份都在华尔街手中。设备这块，销售额超过行业整体的10%。总的来讲，美国在晶圆加工的前道设备强，日本在后道封装设备和测试设备更优。具体来看，美国的应用材料、泛林科技和KLA都排在行业前五，合计市占率接近40%。应用材料是全球最大的半导体设备公司，横跨除光刻机外的几乎所有领域，在PVD、CVD等领域都处于垄断地位。泛林和KLA则分别强于刻蚀设备和光学检测，三家几乎把晶圆处理的主要设备包圆了。

日本除东京电子能排进前五，其余企业实力都较小，但优点是多兵团作战，跨度广，在全球15大设备厂商中，日本有7家，垄断了更多设备种类。光刻机领域毫无疑问是荷兰ASML垄断，占据85%的市场份额，在设备厂商中排第二。ASML的背后同样有华尔街资本，且需要美国提供光源以及计量设备支持，ASML根据瓦森纳协定不向我们出口光刻机，原因正在于此。如果没ASML的EUV光刻机，中芯国际进军7nm将困难重重，指望长期停留在90nm的上海微电子显然不现实。我们在半导体设备领域，目前只有中微半导体在刻蚀设备上达到国际先进水平，7nm工艺已通过台积电验证。

北方华创虽然涉及领域广，在技术上还有很长的路要走。EDA作为芯片设计的主要和必备工具，美国自然也不会放过。新思科技、楷登电子和明导国际合计占全球市场的份额超过60%，把海思卡得死死的，国内的华大九天、芯愿景等企业暂时还指望不上。原因很简单，借助晶圆代工厂的大量测试数据，EDA公司才能把控整个流程，逐步优化改进软件，可以他们的实力，大厂不会使用，自然很难提高。可以说在整个半导体产业链，美国把价值最高的设计、制造、设备等环节都攥在手中，真正其他地区占优的只有半导体材料和封测。

半导体材料，销售额同样超行业的10%。日本在这方面的优势地位无需赘言，19种核心材料中，有14种的市占率超过50%，在材料的全球市占率达到52%。美国虽说不占优，但也有15%的市占率，底子就是那么厚，且分分钟可以启动进攻模式。以光刻胶为例，技术含量最高的那档，日本市占率超90%，的确很厉害。可日韩半导体打架后，韩国到处找外援，美国杜邦在1月已宣布将在韩国建厂生产光刻胶，这就是全球霸主的底蕴。最后再说封测，这块市场规模小，销售额占行业整体不足5%，且技术含量是产业链中最低的，属于美国"放"的部分。这道环节，台湾军团是主力。

全球10大封测厂商，台湾就有五家，以日月光为首占据着全球53.9%的市场份额。中国在封测上也不错，以长电科技为首，加上华天科技、通富微电子等占据全球20%以上的市场份额。就算封测比较鸡肋，美国也没放过，安靠科技牢牢占据着行业老二的位置。2018年，美国半导体产业产值2260亿美元，占全球半数市场份额，规模是韩国的两倍，日本的五倍，欧洲的六倍，中国的十五倍。且通过资本开道，三星、台积电、ASML等巨头都或多或少受其控制，在半导体行业真的可以为所欲为。建国敢到处惹事，底气就在这里。但罗马非一日建成，发展半导体谁也不比谁轻松，都是靠时间堆出来的。

先说美国，我们都知道威廉·肖克利发明晶体管，标志着硅时代的到来。其后诺伊斯发明集成电路，仙童“八叛逆”将半导体行业发展壮大。可为何起源在美国，兴盛也在美国？我们先把时间拉回到那个年代。都知道高科技产业人才很关键，美国在1895年GDP已是世界第一，但科技却远不如英法德。诺贝尔奖作为硬核指标，在此后数十年里，仍是英法德霸榜。1900-1930年，德国获得诺贝尔奖29个，英国16个，法国14个，美国和荷兰、瑞典并列，都只有6个，且美国还有2个是和平奖。当时的美国，和现在的中国何其相似。

可美国够努力，同时运气非常好。为发展经济，美国在1862年颁布《莫雷尔法案》，通过联邦政府资助赠地办学的模式，创建大批量的农业和农业教育学院。经济发展壮大后，激发了美国的民族自信，为与欧洲在文化、教育领域竞争，从1876年开始创办致力于“学术生产”的研究型大学。美国大学开始大扩招，斯坦福、麻省理工、加州理工等名校都是在此期间成立，美国经济的发展也是享受了工程师红利。美国的发展机遇更是独天得厚。两次世界大战和希特勒的“排犹政策”，导致欧洲大批高级知识分子到美国避难。

以德国、奥地利为例，在1933年-1941年，有7622名知识难民流入美国，其中1090人是科学家，70%以上都是教授。这些知识难民还包括爱因斯坦为首的6位诺贝尔奖得主，以及后来的11位新得主，他们大多数进入美国大学，从事科学研究与研究生培养。美国大学的学术水平得以迅速提升到世界前沿，全球科技中心也自此从欧洲转移到美国。为保持科研的领先，美国还成立了诸多著名的实验室。以肖克利发明晶体管的贝尔实验室为例，这个星球上曾经最伟大的实验室。成立于1925年成立，重点在基础理论方面，致力于数学、物理学、材料科学、计算机编程、电信技术等各方面的研究。

正是基础理论的研究，开启了贝尔实验室的辉煌时代。晶体管、传真机、激光器、太阳能电池、发光二极管、数字交换机……可以说，人类迈向文明的每一步，都与贝尔实验室息息相关。贝尔实验室为何能成功？母公司AT&T占据着美国电话领域90%的市场份额，在雄厚财力支持下，贝尔实验室营造了非常宽松舒适的环境。没有KPI考核，没有业绩要求，没有进度检查，没有任务汇报，没有各种束缚和监视……领导都是技术权威，同事关系胜过上下级关系，上级不会干涉下级的研究项目。简直就是科研人员追逐梦想的天堂，研究成果的沃土。类似的还有劳伦斯伯克利国家实验室，位于加州大学伯克利分校，共培养了5位诺贝尔物理学奖得主和4位诺贝尔化学奖得主。

麻省理工的林肯实验室，芝加哥大学的阿贡国家实验室，田纳西大学和Battelle纪念所共管的橡树岭国家实验室……正是对人才和基础学科的高度重视，美国在基础科研方面逐渐呈现碾压之势，在1931年-2018年的652名诺贝尔得主中，美国独占373位，超过其他国家的总和。半导体行业起源于美国，理所当然！在此后的发展中，美国更是一路保驾护航。要知道半导体最开始无法商业化，私人资本不愿投入，全靠政府支持。贝尔实验室研发晶体管时，美国军方占到其研发经费的38%，50年代中期更是高达50%，德州仪器、IBM、仙童的最大客户同样是军方。1955年到1970年，美国政府占半导体设备采购全部出货量的40%以上，企业70%到80%的研发经费都来自政府采购。正是政府不遗余力的推动，企业能通过规模效应迅速降低成本，使产品实现大规模商用，走上自我研发、市场扩张，螺旋上升的产业发展道路。除此之外，还有其他组织机构鼎力支持。

例如艾森豪威尔成立的DARPA，先后启动了VLSI计划、MIMIC计划、推动MRAM技术发展、为SEMATECH提供资金支持等，可以说贯穿美国半导体行业发展的始终。2017年6月，DARPA还启动了电子复兴计划，旨在振兴美国本土电子产业，持续保持领先优势。同时还有SIA在背后摇旗呐喊，80年代阻击日本半导体，今年6月1日提出370亿美元的半导体领先计划。美国半导体行业离不开人才和政策扶持，日韩同样如此。

我们都知道日韩半导体崛起，离不开美国的帮助，也是其全球分工的结果。在50年代为扶持日本发展，美国将各种先进技术成批量地转让给日本，日本工程师也被允许访问美国公司，能相对自由地接触到美国半导体生产现场。日本半导体行业的前辈们也够拼，他们从1948年就组成“轮读会”废寝忘食地集体研读英文资料、紧密跟踪半导体理论和实践的最新发展。正是靠着持之以恒地钻研，日本才涌现出大批半导体科技工作者，为日本的逆袭打下坚实的基础。

这方面韩国靠的是“拿来主义”：一方面是以陈大济为首的海归人才；另一方面就是挖日本的墙角。在政策扶持上，日韩都相同，以举国之力攻克半导体技术。全额财政拨款设研究院、天量的信贷支持、各公司通力合作头脑风暴……台湾更不说了，人才全部是海归。

以台积电为例，张忠谋是德州仪器出来的，首任技术执行官胡正明是加州伯克利大学教授，前共同营运长蒋尚义是德州仪器出来的，前CEO蔡力行是康奈尔大学博士……再说中国的半导体行业，可以概括为底蕴不足，力度不够。虽然我们不惜财政赤字，从80年代开始，发动了三大战役：531战役、908工程、909工程。可满打满算就数百亿，人才培养更是无从谈起，已经面临断代的窘境。直到千禧之年，武平、陈大同等硅谷精英的回归，半导体行业才有所发展，但政策扶持又没跟上。真正进步快就是推出半导体大基金后，靠着买买买和在硅谷、新竹科技园区挖人，勉强把阵型摆出来。

我们必须承认这很了不起，短短四五年就已实现全领域布局。但技术上普遍落后三四代，仅海思、中微半导体等少数企业能跟上趟，就这样国内已经出现很多浮躁的声音，各种“重大突破”、“领先全球”。任正非、尹志尧曾多次批评这种捧杀行为。我们能否赶上国际先进水平呢？还是拿数据说话，半导体一二期合计资本金3428亿元，带动数万亿投资，可这真的多吗？我们抛开政府和各类机构，仅从企业看：2019年，英特尔研发投入133.62亿美元，占营收比重的18.57%；高通研发投入53.98亿美元，占营收的22%；博通研发投入46.96亿美元，占营收的21%；

美国有5家企业研发投入全球前十，10家企业研发投入超10亿美元，全行业研发投入398亿美元，占营收比重的16.4%。中国企业中，华为海思2019年研发投入24.39亿美元，营收占比21%，排全球第九位，其后的企业就差距甚远。中芯国际2019年研发投入47.44亿，为台积电的22.27%；闻泰科技20.9亿，韦尔股份14.94亿，汇顶科技10.8亿，除此之外再无上10亿的企业，全行业研发投入营收占比8.3%。绝对金额不如别人高，研发占营收比重也不如别人高，别人还有先发优势，拿什么比？

正如那句话所说，我几代人的努力，还不如你十年寒窗苦读？可以毫不客气地说，最好把“弯道超车”从字典里抹去。再从国家研发投入看：2018年，我国共投入研究与试验发展经费19677.9亿元，同比增长11.8%，占GDP的2.19%。真的不算少，美国也就5623.94亿美元。可如果分活动类型看，基础研究经费1090.4亿元，占比只有5.5%，与美国15%的差距非常明显。正如任正非的观点：只有长期重视基础研究，才有国家和工业的强大，没有基础研究，产业就会被架空。芯片行业尤其明显，有强大的基础科学支持，才有半导体设备和材料的底层突破，才有EDA、IP和晶圆代工的突破，才有芯片设计乃至消费电子等应用层的创新。

我们的研发现在主要在技术应用层面，要想真正实现赶超，更大的挑战是基础研究和创新。在人才培养上，也只有任正非提的最多，落实的最好，比如百万年薪招天才，而我国的电商、游戏商们只会提"福报996"。美国在这方面非常敏感，看到梁孟松、高启全、蔡力行等转战大陆带领我们突围，又开始限制人才。5月29日，特朗普签署禁令：“暂停部分中国学生和研究者进入美国。”这"漏洞"堵得非常彻底。再具体看各国半导体发展的时间：韩国和中国台湾用了15至20年，才分别成为内存和晶圆制造的全球领导者。日本在芯片设计和制造领域被美国打趴后，也苦熬20年，才在半导体材料及设备领域重新崛起。简言之，即使我们继续All In半导体，没二三十年不要妄谈赶超。但我们发展半导体并不是全无优势，相反我们掌握着最核心的变量—市场。

我们先回顾美日半导体贸易战，根据《日美半导体协议》：日本被要求开放半导体市场，保证5年内外国公司获得20%份额，美国对日本出口的芯片征收100%惩罚性关税。这个协议归根结底是围绕市场作文章。美国增加在日本的市场份额，日本减少在美国的市场份额。作为当时最大的半导体消费市场，美国只要把市场对日本关闭，日本产品再NB都只能干瞪眼。后来美国把市场份额让给韩国，就这样把日本KO了。顾客是上帝，这在半导体行业尤为适用。

比如日本打压韩国，最开始是日本得意，可自韩国寻求国产替代后，国内备胎开始上马，杜邦已准备在韩国建厂生产光刻胶，我们也怒蹭热点。虽然性能上日本最优，可三星和SK海力士是最大的买方，只要肯咬牙磨合，迟早把配套企业扶持起来。这事谁笑到最后，尚未可知。再比如台积电在美建厂，底气也是因为美国市场占台积电营收的59%，不愿意就把订单交给三星，性能差点就差点。美国早期发展半导体，也是靠军方带动，不然哪来的学习曲线效应。这无不证明半导体是买方市场。

2019年，我国进口芯片3040亿美元，占全球市场份额的70%，最大的半导体消费市场正是我们。再从美国各企业在华营收占比看：根据高盛的数据，高通65%的营收来自中国，博通超50%，英伟达50%，英特对华依赖度也高达40%……商人无国界，这些企业的利益和中国高度绑定，打压中国可以，但不可能完全捶死我们，不然产品卖给谁？谁给钱搞研发？阻挡他们发财，即使建国再横也不可以。所以别看中美贸易战搞了一年多，却是停留在嘴炮上居多，压根没有完全堵死我们。这不6月15日，人民日报钟声：“中美两国人民友好不可阻挡。”6月16日，美国商务部投桃报李，将允许美国公司与华为合作制定5G网络标准。

斗而不破，实乃王道。对我们来说，全面开放金融市场也好，搞海南自贸港也好，都是为了保持我们全球最大生产市场和消费市场的地位。这点国家门清，要把朋友搞得多多的，所以才坚定不移深化改革开放。在坐拥市场这最大的利器后，我们再来看美国的持续打压，就会发现这是鞭策，是在帮我们下决心。不然以美国半导体的强大，以及国内弥漫的“快钱”思维，君临压根不认为我们有机会。