半导体，中国的芯片设计产业需要怎样突破？

　　长江存储现在研发进度如何?根据长江存储 CEO 杨士宁介绍，其 32 层 3D NAND 芯片顺利实现了工艺器件和电路设计的整套技术验证，通过电学特性等各项指标测试，达到预期要求，2017年底将提供样片，继续向64 层 3D NAND 发展，乐观估计2019年量产。

　　目前韩国三星已经在2017年量产64层 NAND，可以看出中国和韩国的技术差距在2年，2年看似很短，其实在竞争激烈瞬息万变的市场，已经是极大的差距了。抗韩将是长期的进程。

　　但是，大家也不要觉得韩国半导体不可战胜，事实上，韩国人在半导体领域表现强势的也就是NAND FLASH和DARM存储器领域，以三星为首的韩国公司早在上个世纪九十年代就开始了存储器的研发，早了我们二十年，我们要想超过他们，当然必须付出时间的代价，这个时间不是三五年，能够十年追上就已经非常了不起。

　　另外，韩国虽然存储器强大，但在存储器以外的其他领域，除了三星手机自产处理器和基带芯片外。由于都不是大集团研发，韩国的芯片设计产业在中国的冲击下衰退非常严重。

　　以2017年上半年为例，根据韩国媒体Business Korea的报道，在韩国上市的韩国前15大IC设计公司中，有10家上半年营业利润出现下降，50%的企业出现亏损，营收和利润都增长的只有两家。

　　原因就是中国冲击，例如液晶面板上面的驱动芯片，例如手机和平板电脑上的触控芯片，以及摄像头等用的中低端图像传感器。

　　我在上一篇文章写过，全球显示面板向OLED转移的趋势已经不可逆，我国有一家做OLED驱动芯片的公司就在高速增长，那就是中颖电子，2017年上半年，中颖电子公司实现营业收入3.12亿元，同比增长30.65%;净利润为6208.01万元，同比增长61.8212%;每股收益为0.30元。

　　因此，全球目前只有中国的疯狂的投入存储器的研发和制造，韩国人在存储器领域未来被颠覆，只有可能是被中国，确切的说的是长江存储公司。

　　未来的希望：寒武纪

　　为什么要特别提一下寒武纪，人工智能是人类所有产业发展的大势所趋，在这个领域，专用芯片将会成为未来的主流。几乎所有的ICT科技公司，不管是国内的百度，阿里，腾讯，华为，还是美国的谷歌，facebook，亚马逊，微软，都在朝人工智能方向发展

　　2017年8月，由中国科学院计算技术研究所(中科院计算所)陈云霁、陈天石两兄弟创立的寒武纪科技(CambriconTechnologies)宣布完成阿里巴巴领投的1亿美元A轮融资，此轮融资令寒武纪估值达到10亿美元。这也是中国第一家集成电路产业的独角兽公司(估值超过10亿美元)，这可以算作一个里程碑。

　　值得一提的是，寒武纪团队成员的平均年龄只有25岁，很多骨干成员在校期间已开始从事相关领域的工作。创始人陈云霁和陈天石是兄弟俩，都是学霸。

　　陈云霁14岁进入中科大少年班，在创立寒武纪前，陈云霁在大学的最后一年，就参与了中国第一块通用CPU芯片龙芯1号的研制项目，2002年，陈云霁来到了中科院计算所，跟随现在的龙芯公司董事长胡伟武研究员硕博连读，成为当时龙芯研发团队中最年轻的成员。博士毕业后，他留在了计算所。25岁时，陈云霁就已经成为8核龙芯3号的主架构师。

　　他在2015年入选《麻省理工科技评论》35岁以下的全球最佳35名创新人士。

　　非常有意思，寒武纪推出的人工智能芯片型号名字叫DianNao，也即是中文电脑的拼音，目前DianNao已衍生出1A、1H等多个型号。DianNao这个型号名字来自寒武纪研发团队里一位法国人，这个法国人叫OlivierTemam，来自法国国家信息与自动化研究所(Inria)，他建议说，与其取一个平淡的英文名字，还不如反其道而行用中文的拼音来命名，这样对外国人来说是“外语”，他们反而会觉得十分“洋气”。

　　最值得一提的是，DianNao芯片不仅是寒武纪的自主架构，而且是寒武纪自主开发的指令集，名字也很有意思，叫DianNaoYu(电脑语)， 这是世界首个深度学习指令集，DianNaoYu指令集的论文在2016年的计算机体系结构领域顶级国际会议ISCA2016(International Symposium on Computer Architecture)所接收，其评分排名所有近300篇投稿的第一名。具有突破性的意义。之前中国自主研发的龙芯芯片，也是使用的MIPS指令集免费授权的形式，虽然可以自主修改，也不会被限制，但是使用指令集还是来自国外。

　　用中科院计算所的话来说意义是这样的“指令集是计算机软硬件生态体系的核心。Intel和ARM正是通过其指令集控制了PC和嵌入式生态体系。寒武纪在深度学习处理器指令集上的开创性进展，为我国占据智能产业生态的领导性地位提供了技术支撑。”

　　寒武纪人工智能芯片和传统的通用处理器如何比较?寒武纪是人工智能的专用芯片。请注意专用两个字，因此寒武纪的芯片和通用处理器并非替代关系。

　　由于CPU和GPU基本框架结构都不是为人工智能设计，如果要用通用处理器搭建一个人脑规模突触的神经网络，可能需要建一个电站来给它供电。AlphaGo下一盘棋动用了1000个CPU和200个GPU，每分钟的电费就高达300美元，而网络规模只有人脑的千分之一。”

　　寒武纪AI芯片恰恰解决了这一问题——它能在计算机中模拟神经元和突触的计算，对信息进行智能处理，还通过设计专门存储结构和指令集，每秒可以处理160亿个神经元和超过2万亿个突触，功耗却只有原来的十分之一，未来甚至有希望把整个AlphaGo的系统都装进手机。

　　其他的FPGA方案虽然迭代快，但从计算速度和能耗比来说，和专用的人工智能芯片相比仍然有差距。因此除了寒武纪以外，其他国外公司也在跟踪寒武纪的研究成果，比如谷歌的TPU

　　寒武纪的AI芯片在两个大型产业都可以有广泛的应用，一个是云端，一个是终端。在目前云计算蓬勃发展的情况下，云端服务器面临更大的大数据计算压力，AI芯片逐渐必不可少。另外终端的智能化程度和计算要求不断提升，也需要使用AI芯片。

　　2017年9月2日，华为在德国IFA展上发布麒麟970处理器，首先用于华为Mate 10智能手机上，虽然没有公开宣布，但其背后的AI芯片就是来自寒武纪，麒麟970整合的人工智能芯片，华为称之为NPU(NeuralProcessingUnit，神经处理单元)

　　搭上了华为这条大船，寒武纪的销售额将会迅速增加，目前猜测，华为和寒武纪采取的是IP授权的形式，寒武纪作为全球第一家人工智能芯片独角兽公司，也是全球第一家大规模量产人工智能芯片的公司，同时芯片架构和指令集完全自主，在未来大有可为。

　　我现在就盼着寒武纪什么时候上市了，人工智能会是有一个超级产业，理论上所有的硬件都会需要实现人工智能深度学习功能。

　　半导体行业，美国超级强势，韩国在存储领域优势大，

　　欧洲有三家一流的半导体公司，NXP,英飞凌和意法半导体，其中NXP在和高通谈并购，如果高通并购NXP并购成功，那么欧洲只剩下两家了。

　　日本有三家一流半导体公司，瑞萨电子，索尼的CMOS图像芯片和东芝半导体。这其中索尼的CMOS图像处理芯片是近年来日本公司几乎仅有的实现大逆转的产业，索尼凭借图像处理芯片大大提升了市场份额，获得了大量利润。东芝在寻求出售，等东芝出售成功，那么日本也只剩2家半导体公司。

　　我们可以看到，美国超级强势，中国，韩国都在上升，欧洲和日本在小幅衰退，

　　除此之外，另外一个衰退比较严重的是台湾了，台湾半导体协会预估2017年台湾半导体产业整体产值较2016年小幅成长1%，而2017年全球半导体市场规模将较2016年成长9.8%，也就是台湾“生命线”半导体产业世界份额在不断下降。

　　以整个半导体产业的产值比较，2017年上半年台湾为新台币11440亿元，大陆约新台币9900亿元，台湾半导体产业险胜，但大陆在整个半导体产业发展速度明显超过台湾，

　　根据中国半导体行业协会统计，2017年1-6月中国集成电路产业销售额为2201.3亿元，同比增长19.1%，而台湾呢，以2017年第二季度为例子，是衰退4.8%。

　　半导体的设计，制造，封测三大部分，设计和封测大陆均已经超越台湾，台湾在IC产业唯一有优势的还是制造业，台湾GDP 2016年大约为5600亿美元左右，而台积电的半导体制造一年贡献100亿美元净利润，另外提供数万个年薪40万人民币的岗位，以及大量税收，以台积电为首的半导体制造业不愧是台湾经济的基石。台湾有三家半导体公司进入全球20强，和日本，欧洲并列都是3家。其中2家是制造(台积电，台联电)，1家是设计(联发科) 2017年上半台湾IC设计的产值为新台币2904亿元、大陆为新台币3735亿元，大陆已经在IC设计产业追过台湾;

　　IC制造业领域则是台湾半导体的大本营，比较2017年上半两岸的情况，台湾IC制造的产值为新台币6268亿元、大陆产值为台币2570亿元，台湾守住优势， 在IC封装和IC测试方面，2017年上半年台湾的IC

　　IC制造业领域则是台湾半导体的大本营，比较2017年上半两岸的情况，台湾IC制造的产值为新台币6268亿元、大陆产值为台币2570亿元，台湾守住优势， 在IC封装和IC测试方面，2017年上半年台湾的IC封测产值为新台币2268亿元，大陆产值为新台币3600亿元，这部分大陆也已经超越台湾。

　　从以前的仰望，到现在超过台湾，并且在追赶日本，韩国和欧洲的路上，中国半导体产业的进步有目共睹。2017年上半年，中国大陆芯片设计业同比增长21.1%，销售额为830.1亿元，继续保持世界最快增长速度。

　　对中国的芯片发展要抱有信心，未来海思，紫光，寒武纪三大势力将成为中国芯片产业的主力军，寒武纪虽然现在销售额不多，也还没有开始盈利，但是这家公司必将崛起成为一方诸侯。

　　寒武纪需要解决的是商业经验问题，创始人是中科院搞技术出身，在商业市场搏杀，需要有商业经验积累和助阵，这是寒武纪需要解决的问题。

　　在三巨头以外，很多专业领域的中国芯片供应商也会崛起，例如提供显示面板驱动芯片的中颖电子，提供指纹识别芯片的汇顶科技等等。

　　另外呢，在国有企业大军里面(不要鄙视国企，紫光也是国企)，也会有很多像大唐微电子，华大这样的芯片公司来保证国家安全，比如下面这则2017年9月16日的新闻，华大发布的北斗导航定位芯片。北斗产业以后会是一个大型产业。

　　再比如应用于超级计算机的申威芯片等等。实事求是的说，这里面大多数企业商业上不会很成功，例如像大唐这样的国企，主要做各种金融和社保的芯片，虽然公司一直亏损，国家也得养着。当然北斗芯片可能是个例外，因为北斗未来会成为一个大产业。

　　还有像中国电子科技集团下面的中科芯公司，这家公司2008年在无锡成立，我们最近天上在对接的天舟一号飞船的电子控制防辐射芯片，就是来自中科芯公司，这也是为了保证自主化和国家安全，但是航天飞行器在产业规模上注定不会像海思，紫光，寒武纪的市场那么大。

　　另外网友比较关注的我国超级计算机上用的国产芯片，例如全球速度最快的神威太湖之光超级计算机，芯片就是国产化的申威，指令集和架构都是在美国DEC公司的Alpha架构下扩展而来，但是这款芯片只适用于超算领域，在民用市场由于生态问题和性能问题，不会有竞争力。因此也是小众芯片。

　　另外就是龙芯了，胡伟武博士是个坚持自主研发的人，他也培养出了寒武纪创始人陈云霁，培养出了一批自主研发芯片的人才，我觉得这才是龙芯的最大贡献。至于在商业化上面，龙芯几乎没有什么希望，建立生态必须要有强大的商业实力和地位，目前龙芯芯片只能在一些专业领域，例如北斗卫星上用的防辐射芯片，或者一些专用领域比如服务器，工控，嵌入式控制等等。龙芯能在这些领域占据较大市场份额，就是一种成功了。

　　龙芯2015年销售首次过亿元人民币，是一家非常弱小的公司，2016年相信销售额也是1亿元多点的规模，而2016年中国销售额过1亿人民币的芯片设计公司有160家，龙芯在里面毫不起眼。 胡伟武是个技术人才，龙芯现在的待遇，以及类似科研院所和国企的运行体制，也暂时无法获得优秀的高端商业人才。龙芯在未来十年能够做到10亿人民币，20亿人民币就很不错了。即使到2027年能做到100亿人民币的规模，10年增长100倍，到那个时候龙芯也进不了中国芯片的第一集团。

　　中国芯片产业的未来必须要走商业化可盈利的路，从这条路来看，只有以海思，紫光，寒武纪为首的国产芯片公司，以及华大，大唐，士兰微，汇顶科技等第二梯队，以及未来可能成长起来的第三梯队才是中国芯片设计产业的未来。

　　而芯片设计这个产业，从中国，美国，欧洲，韩国，日本，中国台湾六强的发展趋势来看，中国保持现状20%的发展速度，每四年翻一倍，到2025年将是现在的4倍，是未来美国最大的挑战者，韩国依靠对存储芯片的高强度投资，将保持世界列强地位。中国紫光的存储芯片2019年才能够量产64层的NAND Flash，那个时候距离三星和海力士还是有技术差距，所以短期内韩国存储芯片产业是打不垮的。DRAM目前还不知道什么时候能量产。

　　而欧洲，日本，中国台湾，由于其下游消费电子品牌的衰落，不可避免会影响到上游芯片的产值，这其中最危险的是台湾，因为欧洲和日本还有蓬勃发展的汽车电子产业，消费电子这边衰落了，还可以从汽车那边来弥补。例如日本，虽然东芝在衰落，但是瑞萨电子的汽车业务发展就挺好。

　　台湾就比较危险了，芯片设计业不断下滑是大趋势，因为消费电子品牌不断往中国大陆集中，而大陆的自产芯片占有率在不断提高，而台湾又没有汽车品牌产业来弥补损失，设计业下去了，保住台积电的制造业是台湾面临的首要问题，从这个意义上来讲，发展中芯国际抵消台积电的发展，就是促进两岸统一

　　在后面的文章，我们聊聊芯片制造业和封测，半导体制造以及上游的设备是中国最大的短板。