中国半导体行业如何从芯片到生态整体突围?

http://zhimingj.cn/2019-07-11 22:07:13

最近半导体行业被推上舆论的风口浪尖,各种盘点分析都层出不穷。我在半导体行业已经工作了十余年,曾在世界顶级半导体公司从事过技术、市场、销售等各类工作,也经历过数个市场从无到有,从高速发展到平稳成熟的周期。现在国内芯片行业一片大干快上的声音,很多人很可能对这个行业的凶险没有深刻的认识,一味蛮干后果只可能是血本无归,但如果认清其中的规律,这么艰难的市场也不是全然没有逆袭的机会。

半导体行业101

半导体行业好像很神秘,但其实它也符合市场发展规律,典型的先垂直后水平发展。垂直指的是所有事情都自己干,在20 世纪 50 年代半导体公司从头干到尾,类似早期的电脑、手机行业,在刚开始厂家自己写底层软件、应用软件、设计电路板,生产等等,全部是在公司内部完成,慢慢发展就有了专业ODM(设计代工厂),专门做生产的EMS(生产制造服务商),还有品牌商OEM(原始品牌制造商)等。半导体行业先是工具类业务包括 EDA(电子设计自动化)等逐渐独立出来,到80年代IC设计和晶圆制造(Foundry)分开产生了专业的生产厂, 90年代开始有公司专门做独立的核心 IP供应商,21 世纪初晶圆制造又再细分,封测厂成为独立的一个大产业。经过半个多世纪发展,全球半导体产业形成目前环环相扣的深度分工模式, EDA 工具、IP(知识产权)供应商、IC 设计、晶圆制造厂、封测厂都形成大规模的产业,这就是形成水平化的产业格局了。

半导体产业一般分为集成电路和分立器件两大类。集成电路又分为数字电路和模拟电路。总体来看,数字电路中的微处理器为主平台类芯片,有软件操作系统在其上运行,需要构建生态系统,其他的都可看作元器件类芯片,无需软件操作系统。主平台类芯片及其产业联盟基本决定市场的方向,比如PC时代有Wintel(微软加英特尔), 手机时代联发科、高通等加上安卓系统(Android)等。

运作半导体行业的难点

半导体市场是极难掌控的,做出产品就已经很难,历经千辛万苦做出的芯片,但其实直到进入市场,真正残酷的竞争才刚刚开始。以英特尔之强,尚且完美错失手机市场,这么大的一块蛋糕一点没切到,中间还错过无数个中小型市场,近期宣布的可穿戴部门解散只是其中一个而已。几十年累加起来,投入到各种市场,颗粒无收的太多了。从芯片设计到市场推广,估计消失的无影无踪的资金不止几百亿美元。

主平台类芯片厂商维持一个生态系统是很昂贵的。从软件方面看,一个主平台芯片,在投入市场之前,必须保证要将所有的系统在芯片上能调试好。以安卓系统为例,典型的架构如下:

中国半导体行业如何从芯片到生态整体突围?

SOC芯片上集成了多个IP Core, 虽然这些IP的提供者如ARM会提供相应的库、驱动,但SOC厂商要负责集成、调试驱动,进行HAL(Hardware abstraction layer 硬件抽象层)的开发,设计测试用例,验证芯片。如果Android 有框架的升级和变动,必须由芯片厂家进行适配。涉及到图像单元、安全、网络等重要模块,开发工作量就很大。指令集,编译器、所有的软件都围绕主平台来开发,即使有一些跨平台的中间件,将上层软件隔离,中间件本身也要与平台对接、适配。一个主芯片平台还要同时适配不同的操作系统,如在PC市场,每个平台都要支持Windows, Linux, Mac OS, 涉及到的软件如驱动开发,操作系统移植,编译器优化等耗资巨大。在基础的底层软件、操作系统之上还有大量的应用软件,依赖于特定的指令集生态环境,例如x86架构兼容老旧应用程序的能力是出了名的。8086把8位的8080升级为16位的时候,80386升级到32位的时候,都完全兼容旧有的程序。直到今天,Intel的处理器依然支持虚拟8086模式,在此模式下,可以运行30多年前的8086程序。多年积累下来,形成了很高的行业壁垒,这是另一个大话题,此处不展开讨论。

围绕消费周期,主平台厂家必须每一个环节都牢牢掌握。如PC市场每年一个销售季节巡回,从Spring refresh(春季), back to school(开学季)到holiday season(圣诞新年假日), 按照消费者购买周期倒推出各环节必须完成的时间点。比如如果要赶在美国的黑色星期五(black Friday) 市场上市,那么9月初就要做出产品,送上货船,为了9月份大规模出货,从产品的PVT(小批量过程验证测试), DVT(设计验证测试), 到EVT(工程验证测试), 每个环节倒推,一般1、2月份开始设计主板。芯片的设计、流片、测试、围绕芯片的软件开发、参考设计都要在ODM开始设计之前准备好。在客户开始设计主板时,芯片已经至少要到ES(研发样品)状态。大概两年左右环环相扣的工作,才能保证使每年一代一代的电脑产品赶上消费季节。每一代产品如果在规划时没有把握好市场的方向,在执行时把握好节奏,那么在上市时可能会错过市场热点而使业绩大打折扣甚至全盘失败。

对元器件类半导体行业的把控相对简单,但元器件类半导体很考验基本功,涉及到材料、工艺、制造及各种专利技术,基本上都是硬骨头。最近这段时间大量的报道都在强调做芯片很难这个观点,确实很难。中国在各环节掌握的关键技术和市场份额都比较少,有的更是尚需零的突破。虽然国内号称芯片设计盈利企业已达500家以上,但是这些企业在整个半导体产业格局中的分量如何呢?媒体刚刚报道了中国资本成功收购了安世半导体Nexperia是全球领先的分立元件、逻辑元件与 MOSFET(金氧半场效晶体管)元件的专业制造商,其前身为恩智浦的标准产品部门,于2017年初开始独立运营。Nexperia注重效率,生产稳定可靠的半导体元件,年产量超过900亿颗,在数个细分市场排名世界前三,其很多产品系列符合汽车产业的严格标准。Nexperia工厂生产的小型封装也是业内领先,不仅具有较高的功率与热效率,还是同类品质之最。买到了国际一流公司的核心技术及其优质资产,填补了我国在该领域高端芯片及器件的技术空白,非常期待这类收购能对中国整个半导体行业发展产生良好的影响。

从全球半导体销售额同比增速上看,全球半导体行业大致以4-6年为一个周期,景气周期与宏观经济、下游应用需求以及自身产能库存等因素密切相关。巨头们为了能更好的把控市场,在下游的设计公司、代工厂、品牌商、渠道、零售、消费者各个环节层层布局,有专门的团队负责和相应的政策支持。在产业链整体管理上,市场预测,原材料购买,生产排期等等都有精兵强将把持,稍有差错就供应不足或缺货断货。这样的派兵布阵,才能在保证公司的运营稳定,减轻半导体行业周期的影响,业绩持续增长。

这种超长周期的产品操作,不仅对于研发、生产等环节提出极高要求,更是需要公司决策层能够准确预见几年后市场的方方面面变化,这基本上已经大大超过绝大部分中国公司管理决策水平的极限了。

突围之路


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