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晨楓:美國在芯片領域“卡脖子”,中國有哪些應對?
最后更新: 2023-02-14 12:08:45中國市場作為銷路對美國芯片不可靠,但會是中國高端芯片發展的另一半動力。
美國芯片還可以向印度和越南出口,兩家正在成為緊追中國的手機大國。但越南手機集中在三星,三星自己提供芯片,美國較難插足。印度手機則有強制合資和強制技術轉移的問題,因為印度不滿足于掙辛苦錢,要通過合資和技術轉移打造自己的工業化,這是美國不愿意的。一個中國已經夠頭大,再跟進一個印度,Pax Americana(“美國治下的和平”,觀察者網注)就要繃不住了。
2020年初到2021年中世界半導體月銷售在計算機、通信和消費電子板塊的同比增長情況 圖源:SIA
手機的更大問題是增長趨弱,2021年通信板塊增長只有1.2%,在很大程度上是被手機拖累了。相比于計算機板塊,通信板塊似乎進入了“平臺期”,這可能反映了人們的“手機換代疲勞”。新功能、新款式“為新而新”,消費者的買單熱情有所退潮,連一貫高大上的蘋果在推出iPhone 13的時候,也推出“iPhone 8的殼子、iPhone 13的瓤子”的iPhone SE,售價差不多比iPhone 13減半,以拉回被日增夜漲的價格嚇走的消費者。iPhone 14則被嘲為史上最物非所值的換代,對重啟增長一點幫助也沒有。
除了通信板塊增長趨平,消費電子板塊的增長有下滑的勢頭。當然,不要誤讀,平臺期還是下滑期都是指增長速度,現在都還在保持正增長。換句話說,計算機板塊還在加速增長,通信板塊進入等速增長,消費電子有減速增長的勢頭。
芯片的研發成本隨節點尺寸的下降而急劇升高,制造成本也同步升高 圖源:IBS
芯片的設計、制造開支隨著節點尺寸的縮小而迅速升高,5nm、3nm、2nm雖然靚麗,但說到底,銷路才是王道,這些高端芯片只有高價才能盈利。但過高的價位對應用是有打壓作用的。
高端芯片大量用于手機。手機對尺寸、耗電敏感,多年來“算力軍備競賽”成為推動芯片技術前沿的主要動力,但手機增長放慢對高端芯片是壞消息。臺積電等已經在關停部分EUV,主要涉及7nm以下的產能,以適應高端芯片需求冷卻的新現實。這對即將上線的美國產能是巨大的壓力。便秘與饑餓是同樣痛苦的事情。
通信板塊也是技術脫鉤的領域,但對中美是不同的挑戰:不管是5G/6G還是手機,中國優勢在于完整的領域知識和供應鏈,美國優勢在于高端芯片和部分關鍵技術。中國擁有沃土,美國擁有良種。鹿死誰手,也未可知。
家電和一般的消費電子產品是芯片消耗大戶,但對高端芯片的要求很低,需求以中低端芯片為主。在這方面,從芯片到下游產業鏈,都是美國的短板、中國的長項,美國芯片曲高和寡,中國芯片反而是瞌睡送枕頭。
消費電子在進入減速增長期,家庭智能化沒有如預期的那樣增速發展,即將到來的歐美經濟蕭條帶來進一步冷卻效應。但長期的正增長還是可以預期的。
工業電子的主體為機器人、自動化系統、儀器儀表等。這是與消費電子一樣大的板塊,而且增長強勁,達到8.2%,反映了工業數字化、互聯化的大潮。在這方面,美國領先,中國在追趕。有意思的是,這一塊對高端芯片的要求并不高,但對芯片的成熟、可靠的要求很高。
比如說,霍尼韋爾是DCS的領頭羊,但基本控制單元的CPU還是摩托羅拉68040。這是華強北都難淘的骨灰級芯片了,芯片工藝在今天鏈中端都算不上,但是成熟可靠穩定,性子摸透了,在任何時候都不出意外,而且性能夠用,所以到現在還在用。霍尼韋爾只是因為芯片來源枯竭,并有硬件虛擬化的驅動,才轉向軟件仿真替代。
中國在工業DCS(還有PLC)方面依然在追趕,已經解決了從無到有的問題,還沒有解決從有到好的問題,但問題不在于芯片。自動化系統需要各種控制、數據處理算法和組態的支持,這是領域知識的問題。在可靠性方面,需要多余度冗余、熱備份等。更需要保證實時性,不能出現因為某一進程卡住而全系統宕機的現象,危急時如何丟卒保車是一門學問。另一個不同就是注重輸入輸出流量處理,但對數值計算復雜性要求相對不高。工業DCS(以及PLC)的重點在于軟件和系統架構問題,而不是芯片絕對性能的問題。
高端儀器儀表也是中國的短板,但問題在于具體的檢測和機電技術、信號和數據處理算法,芯片性能同樣不是大問題,鮮有需要高端芯片的情況。
機器人也是一樣,“功夫在芯片外”。
與手機芯片“只要沒大毛病就用最新的”不同,工業電子芯片“只要性能夠用就用最成熟的”。在工業電子方面,中美的差距不在于芯片,美國新建芯片產能并不能從美國的領域領先獲益,中國的發展也不會因為芯片瓶頸而受阻。中美可說機會均等。
軍工和航空航天也是一樣,而且需求與其他領域相比,還是較小,不足以成為主要拉動力。2020-21年高達-11.8%的跌落可能是疫期民航市場萎縮的緣故。
另一方面,汽車電子雖然還略有萎縮(-0.3%),可能成為新的生長點。
與工業電子相似,汽車電子的可靠性要求很高,但對芯片尺寸、發熱、耗電不敏感。美國大量進口中國中低端芯片,主要去處就是汽車工業。
傳統的發動機、變速器、底盤控制依然是大頭,車內娛樂和車聯網成為新的剛需,但這些都不需要高端芯片。中美的應用技術水平難分高下,在需求拉動方面沒有實質性差別。中國芯片產能還因為適合需要而獲益更多。
全電和插電汽車就是另一回事了,電池和電機控制是新的需求。特斯拉或許在技術上依然領先,但擋不住中國軍團人多勢眾。碾壓世界的全電和插電產量是最大的沃土,美國芯片根本無緣插足。
美國也在大力發展全電和插電,但受制于電池。彼得森國際經濟研究所的同一報告指出,中國鋰電池占美國市場的一半,其中大頭是汽車工業,美國制造的使用鋰電池的小家電產能可以忽略不計。鋰電池本身就需要芯片管理,這一半中國鋰電池用的當然是中國芯片。美國芯片再次無緣插足。
不過汽車電子的另一個動力來自自主駕駛,這需要人工智能和堆算力,有可能成為高端芯片的切入點。但也可能走工業電子的路:算力上瞄準現實,算法上“量入為出”,可靠性第一。那樣高端芯片又只能在場外觀望了。
自主駕駛的最大難點不在于技術,而是法律和信任。事故責任是老問題了,用戶信任也是大問題。人工智能很強大,但有時做出的決斷人類很難理解。在復盤“阿爾法狗”大戰人類棋手的時候就有這個問題,有些看似莫名其妙的棋路最后可能對勝局有用,但就當時的棋勢,人類實在無法理解怎么會走出那樣的棋。
這樣的事情發生在自主駕駛時就危險了。比如說,在碰撞不可避免的時候,自主駕駛選擇正面撞上去,用防護更好的正面硬剛。但從車上人來看,這就是完全違反常理的決策,在任何情況下都應該盡全力避開,只有避不開的時候才硬剛。在技術上,“不可避免”也不是非黑即白的,中間有很大的灰色區域,但門檻必須是清晰的。如何劃定門檻也是個問題。
不能放心使用的全自主人工智能是沒法使用的。在很長時間里,輔助駕駛會繼續發展,但自主駕駛還是局限在有限應用,比如用在封閉段高速公路的大卡車,而不是買菜通勤的日用車上。作為主要需求拉動,可能還有距離。
美國重建芯片產能的起點很高,直奔最先進的5nm甚至2nm工藝,但發展的可持續性其實很不確定。綜合下來,只有計算機這一塊是沃土,但這只占市場的32.3%。通信板塊占31.2%,但中美半導體工業由于不同的原因都不能獲益。剩下的36.5%里,反而是中國的中低端成熟芯片在多數情況下更有利于獲益。
看起來,中美大體平手,還是美國芯片在山上,中國芯片在山下。但問題在通信這一塊。中國芯片在日拱一卒,逐步推進到高端芯片是時間問題。坊間對全國產高端芯片的時間表不乏悲觀,但美國軍政界并不這么看。針對美國戰略界預測中國要在2027年才能做好解放臺灣的準備,美國海軍作戰部長吉爾代公開指出,中國從來都在承諾(盡管中國從來沒有承諾過要在2027年前解放臺灣)的時間點之前提前交卷,所以美國海軍需要在2022、23年就做好準備。美國要是沒有看到中國對高端芯片突破在即,也未必會現在加強技術封鎖,力圖打亂中國的步伐。
在中國打通高端芯片瓶頸和美國打通通信板塊供應鏈之間,中國可能會先拔頭籌。這可能激發中國芯片與需求之間的正反饋。相反,缺乏下游產業鏈對美國新建芯片產能可能是負反饋。在芯片戰中,中國彈藥充足,美國武器精良。這是一場硬仗。
中低端芯片依然有利可圖,但中國不會滿足,而是依托中低端芯片,“養大”高端芯片。這是可持續的發展。中國碾壓世界的鋼鐵工業就是這樣養大的。不管是革命戰爭時代,還是在世界經濟上坐二望一,農村包圍城市本來就是中國最大的成功經驗。鋼鐵工業不能盯著圓珠筆鋼和潛艇鋼,芯片工業也一樣。
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