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复杂数字芯片难不难?全球AI排名中海思曾位列12,寒武纪排23

2021/6/9 17:25:00

文章来源:电子发烧友网

作者:黄山明

在全球芯片竞争加剧以及严重缺货的大环境下,国内芯片半导体行业正式驶入快车道。据相关数据统计,仅在2020年,中国就新增超过2万家半导体相关企业,增速达到32%。仅在芯片设计领域,截至去年底,国内已有超过2000家芯片设计公司。

中国IC设计企业规模|中国半导体行业协会

遗憾的是,数字多并不等于实力强,2000多家芯片设计公司中,绝大多数技术实力单薄。有数据统计,国内芯片设计公司中,绝大多数技术能力储备不足、产品及市场高度趋同、利润堪比白菜价。一位业内人士坦言:“一些小的芯片设计公司,只做系列接口芯片,在低制程工艺上实现高速IP,月出货量可达几十万颗;深圳华强北有很多芯片公司员工仅四到五人,产品半年左右就能上市,通常采用0.11μm、0.13μm、0.18μm或者更落后的制程工艺。部分企业能将电源芯片成本做到6分钱左右,售价只有7分钱,就赚几厘钱。”说起MCU就更夸张了,按一些华强北商户分享的信息来看,8位MCU能做到2毛钱,带无线功能的MCU也顶多1块钱左右。

技术的白菜化,加之竞争者多,造成低端市场不断内卷:盘子就那么大,利润也触底,技术还无法形成差异化优势,只能依靠庞大的出货量赚取低廉的“辛苦钱”。反观全球半导体竞争格局,国际巨头更倾向于布局在以核心技术实力比拼的高端数字芯片市场,这条公认的更具前景的赛道看起来投入高,但收益更高,让各大巨头赚的盆满钵满的同时,也从根本上改变着世界半导体产业的格局。然而,在高端数字芯片领域,看似繁荣的中国半导体行业却近乎集体缺席:时至今日,中国2000家芯片设计企业中,能设计出CPU、GPU、DSP和FPGA等高性能数字芯片的企业依然凤毛麟角。

复杂的数字芯片

要看一个行业的技术壁垒是否够高,先看看这个行业的顶级玩家是多是寡。纵观国内外,从事高端数字芯片设计的企业,通常会采用国际领先的先进制程工艺、购买多个厂商的专利授权及模块、进行复杂的集成与调试、强调规模化的运作和各部门分工配合。各企业之间比拼的是综合实力,这就使得从事高端数字芯片设计研发的企业多是重视规模和资本支出的大厂,尤其是在CPU、GPU、AI芯片、存储芯片等数字芯片的领域,国外巨头只有英特尔、AMD、英伟达、三星等,国内相同领域的头部企业仅有海思及寒武纪等。

因为数字芯片具有下游应用广泛、生产技术工序繁多、技术更新换代迅速、投资高且风险大、回报周期长等行业特性,曾有业内人指出:不同于其他领域,数字芯片企业的“生死周期”是以季度为单位,全过程涉及到产品定义、流片、量产、产能爬坡,一般来讲至少耗费一年半到两年的时间,不能一次流片成功的话,企业至少得再等两年,这个过程极其复杂、磨人,非常考验企业的综合实力,容错率极低。

有专家坦言:“数字芯片企业就像个冰山,大众常常关注到水面之上的部分,比如已有几款产品几条产线、已出货多少颗芯片、采用什么芯片制程工艺等等,然而水下庞大的系统工程却鲜为人知。做数字芯片不仅需要十几年的芯片研发硬件经验,更需要强大的软件支撑和快速迭代调试的生态服务能力,不然芯片就会是毫无价值的‘硅疙瘩’;而少数定位于数字芯片设计的平台型企业,还必须通晓芯片设计的底层技术,比如智能处理器的指令集、智能处理器微结构等核心技术,需要企业具备较高的原创技术能力,否则很难达成产品的通用型特征。除此之外,平台型数字芯片设计企业想要可持续发展,还需要尽可能多的开发通用核心组件以提升产品的灵活度和迭代速度,从而降低开发成本、提升造芯效率。每一个步骤,都需要耗费企业大量的人力、物力、财力。”

同时,高端数字芯片的设计制造已经成为各国高科技竞逐中的关键赛点,不计回报的布局和投资进一步加剧了行业竞争。高强度的资本支出、人才抢夺拼的都是企业的硬实力,这也迫使国内众多的小型芯片设计企业宁愿在低端市场内卷至死,也不敢贸然涉足高端数字芯片设计。而国内跻身第一梯度的数字芯片设计企业们,也身处投入不足、无法盈利的艰难困境。

国内外数字芯片设计企业差距巨大

以数字芯片为代表的高端芯片领域一直以来被国外大厂盘踞,长期以低端芯片设计制造为主的国内芯片行业直到“中兴事件”之后才幡然醒悟,在高端芯片领域,国内设计公司可提供的产品寥寥无几。虽然经过数年的埋头发展,海思、寒武纪等数字芯片公司开始崭露头角,但相比国际巨头,仍有较大差距。

数据来源:GMI

从市场占有率来看,国内芯片企业与国际巨头的差距显著。据市场调研公司GMI的报告显示,2019年AI芯片市场规模超过80亿美元,预计到2026年增长至700亿美元,年复合增长率达到35%左右,但主导者仍然是以英伟达为首的欧美企业。

从头部梯队的企业数量来看,国内芯片上榜企业更是屈指可数。据市场调研机构Compass Intelligence在2018年发布的一份全球AI芯片企业榜单中可以发现,排名前十的是欧美韩日企业,中国大陆企业海思位列12,寒武纪仅排23位。

另一个显著的特征是,与国外巨头相比,国内数字芯片企业在研发投入上明显“底气不足”。据芯思想发布的全球研发支出排名显示,2019年排名第一的英特尔研发投入达到133.62亿美元,足足领先了中国大陆唯一上榜的华为海思5倍之多。要知道,排名靠前的大厂并非只在这一年投入巨额研发经费,而是通过长达数年甚至数十年的持续规模化投入,才能让企业在全球市场中站稳脚跟。

图源:芯思想

反观榜单上的国内玩家,海思在2019年研发投入人民币155.56亿元、寒武纪2019年研发投入为5.4亿元,2020年也仅为7.68亿元。另据相关数据显示,2018年,国内排名靠前的芯片设计企业研发投入多的不足5亿,最少的甚至不足5000万,如此高强度竞争下,不敢于研发投入,基本等同于放弃了未来高技术产品的竞争力,更会无缘“赢者通吃”的高利润红利。

高端数字芯片的发展史就是一个不断“烧钱”的技术变革史,没有投入就没有数字芯片的明天。事实是,国内的研发投入对比国际巨头的巨大差距,也是造就国内外芯片技术差距的一个关键原因。缺乏资金的支持,数字芯片就难以持续研发迭代技术,难以维系生态建设,应用落地更无从谈起。目前看来,在研发投入的绝对值和持续性等方面,国内芯片企业想要迎头追赶,只能靠钱换时间,拿技术抢市场。

对于巨大的差距,业内专家直言,部分投资者和大众是在用农业思维投资芯片,认为“一分耕耘,一分回报”,不愿意做指数型增长的事情。但硬科技的投资曲线是:前十年“十分耕耘,一分回报”,一旦过了拐点,呈现的便是指数型增长的态势。硬科技赚的是长钱、慢钱,但最终是大钱。这没有捷径可言。

不成者众 成者即大成 谁会成为下一个中国芯片巨头

全球芯片设计是一个巨大市场,更是一个门槛极高的技术领域。中国拥有全球最大的集成电路市场,2020年芯片进口额达到近3800亿美元,这虽给了许多初创公司生存的土壤,但一味地满足于低端芯片市场,满足于挣些快钱、小钱并不可取,数十年来雄踞市场的国际芯片巨头显然更愿意挣技术领先、赢者通吃的“份子钱”。

通过持续的、巨额的研发投入、打造领先的技术壁垒,是国际巨头赚取高利润的经营手段。因为无论何时何地,一旦某款芯片产品形成技术壁垒,就容易成为爆款,让公司营收和利润得到大幅提升。

成立于1969年的AMD,起初靠山寨英特尔芯片艰难求存,一度濒死。直到上世纪90年代后期,陆续开始独立生产x86级CPU K5/K6、K7架构的速龙处理器及世界上首款1GHZ的速龙处理器,才一举成名。2003年K8架构速龙64发布之后,AMD一跃成为英特尔最大的竞争对手。2017年锐龙Ryzen 7亮相,更让AMD惊艳了业界,据AMD资料显示,锐龙架构的研发耗时整整四年,性能上有了极大提升。经过多年的浮沉,AMD虽一直处在巨头英特尔的阴影下,但屡败屡战、愈挫愈勇,坚持打磨技术。如今,经过52年技术磨炼的AMD,从芯片性能来看已经可以和英特尔分庭抗礼,公司利润也持续上扬。AMD 2021财年第一季度财报显示,其净利润为5.55亿美元,与上年同期的1.62亿美元相比增长243%。

另一个巨头英伟达,1993年成立之后也一度籍籍无名,2012年凭借卡皇英伟达GTX680系列一战成名,因该系列开创性的采用了开普勒架构,一举击败老对手AMD Radeon HD7970显卡,比前一代英伟达GTX 580更加热卖,销量一路看涨,六个星期内已经比前辈的同期销量超出60%。此后英伟达市值一路水涨船高,2020年7月8日美股收盘后,英伟达首次在市值上实现对英特尔的超越,成为美国市值最高的芯片厂商。

国内芯片巨头企业海思,成立于2004年,但直到2009年才发布了第一款芯片K3V1,但因其技术尚未成熟,最终未能走向市场。2012年,海思的四核处理器K3V2大获成功;两年后,海思再下一城,推出第一次在CPU的性能上超过高通旗舰801的麒麟920/925/928;如今,麒麟9000的性能表现已经不输高通,搭载麒麟芯片的华为手机市场份额也曾一度问鼎全球。有差距就要追赶,而这一切海思走了十多年,研发投入花费上千亿。

而国内AI芯片企业寒武纪2021年第一季度营收同比增长212.75%,也是由于边缘端新品思元220销售同比大幅增加。寒武纪于今年初推出的云端训练新品思元290,在性能功耗比上已与英伟达A100、海思昇腾910对齐,为国内高算力应用场景提供了除国际巨头产品外的更多选择。寒武纪成立5年来,研发投入占比始终大幅度领先行业,仅2020年,寒武纪研发投入就达7.6亿元,在科创板芯片设计类企业中遥遥领先。

寒武纪高昂的研发投入,也引发了一些投资者的质疑,但不论是花费50多年时间追赶对手的AMD,凭借产品迅速称霸的英伟达,十年沥血埋头造芯最终苦尽甘来的海思,还是成立5年坚持投入研发的寒武纪,芯片行业遵从和称赞的是毅力和耐力,更是持续投入、保持身位、力争以产品争夺市场、用技术获取高利润的发展战略。从半导体行业近60年的长周期发展历史来看,国内数字芯片设计企业必须沉下心来,摒弃外界杂言,提升原创技术,修炼内功,才有可能在十几年后比肩国际巨头,成就下一个芯片创业神话。半导体业内人士坦言,半导体企业的发展与其他行业的发展周期不同,营收利润不会像消费类产品一样在最初1-2年呈线性增加,而半导体企业的发展规律是早期投入占比高,营收呈线性缓慢上涨,到某一个技术攻克并实现规模化出货后,便会呈现跳跃式增长,帮助企业和投资者获得丰厚收益,时间周期为5-10年。

芯片行业赛程很长,“成”是不容易的,但能成,就是大成,就会成为下一个巨头。虽然目前很多人缺少对寒武纪乃至整个数字芯片设计行业的正确理解,但只有凭借数量更多的、敢于高强度投入且有资源投入的“寒武纪”们一同努力,才有中国硬科技强国的明天。

小结

当前我国拥有全球最大的芯片销售市场,这也为数量庞大的半导体企业提供了生存的土壤及发展的空间。但与火热的市场相比,技术上、投入上、人才上的竞争力仍然不及国际巨头。目前国内仅有少数企业敢于啃“硬骨头”并与巨头争夺市场,但难度之大不言而喻,与其挣快钱,挣小钱,国内芯片企业们更应当夯实技术基础、促进产业集群健全、做好长期投入、打持久战的准备,这才是芯片行业乃至整个中国高科技发展的正确路径。

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