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功夫财经|最大威胁来了！美国在这个领域，正式宣战……


作者：陈经 来源：功夫财经
台积电在2020年9月后将不再为华为代工芯片 ， 中芯国际也发公告称不能代工 。 传华为自建芯片产线应对 ， 中国最顶尖的技术公司与美国的斗争进入高潮 。
华为是不是在自建芯片生产线、能不能搞出光刻机、芯片产线什么时候能用上 ， 这方面的信息目前不多 ， 还在很早的阶段 。 除了华为与相关公司的消息 ， 还需要去了解芯片生产各个环节 ， 要有深入的研究 。 这正说明 ， 美国对中国发起的技术战争 ， 双方的斗争进入了深层次的实操阶段 。
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另一方面 ， 美国会不会在其它领域也发起攻击 ， 同样值得关注 。 即使不深入细节 ， 起码要对美国攻击的总体态势有个把握 。 芯片是一个显然的斗争领域 ， 那其它行业又是什么情况？
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芯片之外的领域威胁小得多
我们发现 ， 美国的主力部队 ， 其实就是在情况很特殊的芯片领域 ， 其它领域的威胁明显要小得多 。 可以认为 ， 芯片就是中美技术战争的主战场 。
以《科技日报》2018年总结的35项卡脖子技术为例 ， 这35项技术分别是：
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科技日报的信息来源不太可能覆盖所有产业 ， 各类技术层级也很不相同 ， 但是也算是尽力去寻找各种技术短板 。
芯片相关的技术在其中最为突出 。 芯片产业影响大、技术难度高、美国主导 ， 目前在中美技术斗争中处于核心地位 。 35个技术中 ， 光刻机、光刻胶、射频芯片、超精密抛光工艺、工业软件 ， 都是与芯片制造相关的 ， 加上芯片本身 ， 一共占了六项 。 如果往下细分 ， 还能加几十上百项进来 。
操作系统、数据库管理系统 ， 这些是美国主导的软件核心技术 ， 但威胁就不像芯片断供这么直接 。 中国觉得卡脖子 ， 是觉得这些软件被美国垄断 ， 希望自己能有市场份额 。 这些公开发售的软件 ， 能复制多份 ， 组成共生的技术系统 ， 是软件生态环境的范畴 ， 不是单纯的技术问题 ， 和硬件相关的技术逻辑很不相同 。 个人认为不适宜用“卡脖子”的概念 ， 更多是信息安全、行业生态的范畴 。
但是这些技术 ， 美国技术与产品占优的不多 ， 只有激光雷达、医学影像设备等少数领域 。 还有两项是高端电阻电容、高端轴承钢 ， 算是能用在多个领域的部件 。
高端轴承钢其实中国已经攻克 ， 高铁轴承是“洛阳造”了 ， 国产高端轴承钢还出口到日本、欧洲 。
高端电阻电容也是日本占优的领域 ， 这很难说是一个卡脖子技术 ， 中国也能造 。 中国生产工艺还有问题 ， 批次质量不整齐 ， 在大批量供应的消费电子领域竞争力不足 ， 手机制造商采购日本质量整齐的产品方便做品控 。 但如果日本断供了 ， 国产的供应没有问题 。
如2020年5月10日 ， 国产掘进机主轴承通过验收测试 ， 取得了重大突破 。 2019年苏州纳微生产的微球打破了日本技术垄断 ， 每年节省上百亿 。 锂电池隔膜领域 ， 上市公司恩捷股份占全球市场份额50% ， 成为宁德时代的供应商 ， 并不是被卡脖子的状态 。
总体而言 ， 像科技日报这样列单项技术 ， 是能列出不少卡脖子的 ， 值得重视 。 但对中国的威胁没那么大 ， 一是随时被突破 ， 二是单项技术影响的领域小 ， 三是主要的单项技术掌握在日本、德国等国企业手中 ， 和美国无关 。 即使找出更多细分领域的卡脖子技术 ， 性质上也差不多 ， 不会忽然发现一个让人冒冷汗的东西 。
这些单项技术 ， 中国产业链齐全 ， 基本没有空白 ， 都有对标的中低端技术 。 有实际在运作的生产线 ， 有研发基础 ， 随时取得突破是符合规律的 。 中国各种单项生产技术 ， 可以说每天都有突破 ， 一年年下来成果已经非常可观 。
美国为什么单项技术感觉还不如日本、德国？并不是美国技术不行 ， 而是和美国选择的产业技术发展路径有关 。 美国可以说是系统级控制的大师 ， 对单项技术就没那么在意 。 美国会注意核心领域的控制力 ， 一些单项技术由日本德国这些盟国来搞 ， 只要美国控制力足够 ， 不怕日德等国和美国对着干 。
事实说明 ， 用单项技术来控制产业很不现实 ， 产品做得好受到市场欢迎 ， 但要想控制产业 ， 那还差远了 。
美国对全球的控制有政治、军事、金融层面的 ， 但是技术层面的控制也很重要 。 美国的技术控制路线主要有两个 ， 一个是以软件为代表的应用生态控制 ， 一个是以芯片业为代表的产业链控制 。 二者结合在一起 ， 体现为美国对IT业的控制 。
IT业正是美国相对日本欧洲最大的技术优势 ， 也代表了国际产业技术潮流的先进方向 ， 从美国60-70年代黄金发展时期一直延续到现在 ， 仍然在蓬勃发展 ， 是美国国力最大的技术支撑 。
所以 ， 科技日报去找卡脖子的项目 ， 关于美国的就是系统级别的 ， 芯片业、软件业、航空业 ， 这种控制是真正厉害的 ， 比日本德国那些单项技术对中国的威胁要大得多 。
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美国通过芯片业进行产业控制的技术背景
为何美国选择芯片业与软件业来进行产业控制？这是有深刻技术背景的 。 可以用摩尔定律来解释 。
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▲摩尔定律：芯片上的晶体管数量每隔24个月增加一倍
摩尔定律好的方面是 ， 芯片的元器件数量与性能不断翻倍提升 ， 价格还越来越便宜 。 从消费者角度看 ， 芯片产业的技术进步好到和做梦一样 ， 性价比的提升简直逆天 ， 和其它行业完全不一样 。 几乎没有消费者直接买芯片来用 ， 使用芯片开发要一定技术 。 但是芯片的间接消费者迅速扩展到所有地球人 ， 人均芯片数量还在急剧上升 。
芯片的直接消费者 ， 是海量的电子产品商家 。 产品设计者将通用或专属芯片加入产品设计中 ， 就能实现种类繁多的各种功能 。 如一度火爆的测温枪 ， 其实能生产的厂家很多 ， 核心器件就是测温芯片 ， 行情好的时候能采购到芯片就发财了 。
华为在90年代早期也在这个层面 ， 将程控交换机的功能做进板子 ， 把芯片用起来 。 当时没多少公司在琢磨这事 ， 但现在已经成了白菜化的技术了 ， 光深圳能做这类开发的公司就不计其数 。 绝大多数中国消费电子公司都在这个层面 ， 也足够了 ， 能把芯片用起来水平不低了 。
这个层面的通用技术可能是PCB（printed circuit board）制板 ， 把芯片、电阻等各种元器件在板上实现电气互连 。 虽然在中国是白菜化了 ， 但能搞PCB设计的 ， 就能算是高科技企业了 ， 发展中国家不一定玩得起来 。 在这个层面搞开发 ， 已经是潜力无穷 ， 是中国科技主要的竞争力表现形式之一 。
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▲PCB板
大多数中国搞技术的 ， 搞来搞去就是在这个框架里 。 要么就是软件 ， 要么就是这个软硬件架构 。 很多不是学计算机的 ， 最后也转来这个框架里 ， 变成搞IT或者软硬件开发的 。
这个架构的意义非常大 。 日本以前就是靠一套架构发财的 ， 电子产品横扫天下 。 但是后来芯片性能快速进步 ， 软件越来越强大 ， 开发技术大规模扩散 。 本来以为是大公司才能搞的 ， 山寨小厂也能玩起来了 ， 这事就变味了 。
【功夫财经|最大威胁来了！美国在这个领域，正式宣战……】中国厂家随手能开发出来的东西 ， 日本公司再拿出来主打就没有格调了 ， 得去开发一些独家的核心器件与功能 。 有时日本公司会搞些奇奇怪怪的产品功能 ， 算是技术上有难度 ， 但就走歪了 。
这涉及到计算机行业与其它产业的关系 。 比如汽车 ， 在传统汽车里面加入一些计算机元素 ， 搞搞汽车电子 ， 是一个自然的思路 。 如果是在计算机体系架构里 ， 加入汽车元素 ， 就是另一种更激进的发展方向 。 总体来说 ， 计算机体系架构有强大的扩展能力 ， 标准化做得最好 ， 软硬件天然就是全球分工合作 ， 又能自由开发 ， 技术扩散速度极快 。
中国软硬件应用的开发人员数量世界最多 ， 水平也不错 。 和各行业齐全的产业链结合 ， 中国芯片应用持续火爆高增长 。 中国的主力出口产品就是机电产品 ， 占了一半以上 ， 占比还越来越高 。
这个技术体系是美国主导搞出来的 ， 一半的芯片 ， 主要的系统软件、工具软件 ， 是美国公司开发的 。 美国是通过芯片和软件 ， 实现对这个技术体系的控制 。 美国人更大的兴趣是做芯片、做系统软件、工具软件 ， 关注整个技术生态 。
对于具体的计算机应用 ， 美国人也做得很厉害 ， 但就有些挑 。 例如美国公司对计算机特效应用到电影行业非常狂热 ， 软硬件算法技术进步非常厉害 ， 从90年代起依靠技术优势 ， 一举将好莱坞推到了全球超级垄断的霸权地位 ， 将美国文化推广到全球 。
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另一个美国非常热衷的应用是互联网 ， 美国成为全球互联网霸主 。 这两个应用收益极大 ， 中国日本德国在那辛苦搞软硬件开发的“小行业” ， 美国人不一定看得上 ， 丢掉也不是太关键 。 但是有一个行业美国人认为丢得很可惜 ， 就是移动通信 ， 走错了技术路线 ， 败给了中国与欧洲 。
如果排除互联网这个赢家通吃的行业 ， 在IT计算机应用这个领域 ， 美国公司并没有特别占优 ， 中国电子消费品之类的应用更为活跃 。
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芯片设计能力的全球分布
在IT与计算机应用的下一个层级 ， 是芯片设计 ， 也是受摩尔定律的支配的 。 芯片复杂度越来越高 ， 芯片制程却越来越短 ， 会受微观世界的一些特殊规律影响 ， 芯片设计的难度是在上升的 。
IT应用 ， 写完代码经过不多几步就可以跑出结果进行调试 ， 代价不大 。 芯片设计就难多了 ， 整个流程高度依赖工具软件 ， 要经过很多步才能出结果 ， 复杂芯片的设计开发成本越来越高 。 有的公司只能赌博式开发一款芯片 ， 失败了钱就烧完了 。
在芯片设计这个层面 ， 美国公司的优势就要大多了 ， 2018年全球市场份额52%超过一半 。 这是因为芯片设计门槛高多了 ， 美国芯片设计公司的先发优势很大 。
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芯片设计公司分两类 ， 一类是自己设计自己生产的IDM模式 ， 一类是设计出来让别人代工的Fabless模式 。 美国这两类都厉害 ， 英特尔、德州仪器、美光是自己有工厂生产芯片 ， 而且是从芯片产业发展之初就是如此 ， 市场份额46% 。 美国Fabless模式的芯片设计大公司更多 ， 苹果、高通、博通、AMD、英伟达等都是业界巨头 ， 市场份额更是高达68% 。
中国大陆虽然全球份额只有3%排第六 ， 但其实已经算是值得一提的玩家 ， 在纯设计领域13%的市场分额不算小能排第三 ， 海思已经是全球排名靠前的芯片设计巨头 。 可以预计中国的纯设计市场份额会不断上升 ， 已经有不少小有名气的芯片设计公司冒头 。
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▲国科大“一生一芯”CPU项目的开发时间表
从设计角度来看 ， 芯片越来越复杂 ， 对从业人员的要求在提升 。 但是有自动处理仿真软件 ， 也有ARM这样的架构服务简化开发难度 ， 同等性能芯片上手的难度其实降低了 。 国科大的五个本科生在几位指导老师带领下 ， 四个月就设计出了基于RISC-V架构的CPU芯片 ， 110nm制程 ， 在中芯国际流片 ， 成功跑起了linux操作系统 。
中国芯片设计公司的数量近年来在快速增长 ， 在高投入和人才数量积累到一定程度后 ， 芯片设计能力可以跟上甚至超过全球行业的发展 。
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芯片制造的噩梦难度
但是 ， 中国短板是芯片制造 ， 自有工厂的芯片设计公司几乎没有 ， 在前六里这个短板最严重 。
芯片设计再向下的层级就是芯片制造 。 芯片设计受摩尔定律影响 ， 难度越来越高 ， 但还可以接受或者克服困难 ， 对中国问题不算特别难 。 芯片制造的难度就象噩梦一般 ， 正好与芯片消费者的美梦对应 ， 摩尔定律的坏处集中体现在制造这一端 。
芯片元器件越做越小 ， 制程小到几十纳米 ， 甚至几纳米 ， 相当于头发丝的千分之一到万分之一的宽度 。 不仅容易出错 ， 有时还会碰到旧路线绕不过去的障碍 ， 需要新的技术原理 。 对研发人力、资金、时间的要求都越来越高 ， 失败了就得重来 。
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▲贴片电阻
花了极高的研发成本搞出来的设备 ， 需要多生产芯片平摊成本 。 所以 ， 晶圆要往大里做 ， 8寸升12寸 ， 一片做上千个晶圆 ， 一炉子加工一堆晶圆 ， 并行处理 ， 单个芯片的成本才能降下去 。 这样 ， 就需要扩大芯片厂规模 ， 初始设备投资也非常高 。
每一次升级 ， 耗资就上一个台阶 ， 搞到后来一个工厂需要上百亿美元 。 各种设备都有专属的公司来研发 ， 光刻机、刻蚀机 ， 工序上百道 ， 非常讲究配合 ， 光自己努力不行 。
在针尖上玩花活的加工环节难度如同噩梦 ， 是芯片制造的核心技术难点 。 在微观世界搞完了 ， 回到宏观世界搞封装、测试 ， 这也需要海量的自动机器 ， 但难度一下就回到传统水平 ， 可以忽略不计了 。
总体来说 ， 芯片制造是研发花钱多、技术路线越来越难、建产线花钱更多、花了钱也未必能成 。 这里没有一关是轻松的 ， 都需要砸钱砸人花时间去克服 。 而且就算一关打过去了 ， 下一关更深的地狱级别难度还在前面等着 ， 如果要升级 ， 这个苦难就一直没完没了 。
芯片设计虽然难 ， 但还是开放性的 ， 只要努力就能加入 ， 投钱有信心 ， 越来越多的玩家会进入 。 芯片制造就不是了 ， 制程越来越小以后 ， 已经是个极端封闭的领域 。 从描述就能看出 ， 这就是要求最高的制造业领域了 。 新玩家几乎不可能来加入 ， 旧玩家都会受不了退出 。
确实不断有芯片制造公司宣布“不玩了” 。 美国格罗方德是全球第二大代工厂商 ， 2018年宣布7nm放弃了 。 台湾第二大代工厂商联电 ， 在稍早就宣布放弃了 。 英特尔近年来也在芯片制造上卡住了 ， 7nm产线良率迟迟未能提升 ， 被称为“牙膏厂” ， 芯片技术进步象挤牙膏一样 。 2020年7月下旬业界震动 ， 英特尔让台积电代工18万片晶圆的6nm芯片 ， 后面还可能有5nm、3nm等更短制程CPU芯片代工的需求 。
只有台积电像开了挂一样 ， 多次选对了技术发展方向 ， 7nm、5nm量产 ， 3nm、2nm也有消息了 。
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当然芯片制造厂不是说破产不干了 ， 其实还是会有营运利润 ， 只是用现有的制程能力来接单 。 大多数芯片逻辑芯片并不需要太高的制程能力 ， 28nm就足够应付需求了 。 14nm就算是高精尖了 ， 更高的只有高端手机芯片等少数需求了 。
发展中国家作为芯片的间接消费者 ， 没有问题 。 如果能作为厂商把芯片加入产品里 ， 这就算是过得去的有些技术的国家了 ， 也不算罕见 ， 时间一长多少总能搞一点 。 芯片设计难度就更高些 ， 需要特别的努力 ， 但如果有决心还是有机会 。 可以断定 ， 芯片制造是发展中国家绝对不会去做的 ， 只会做一些封装测试的非核心环节 。
在IT计算机产业链上 ， 中国作为芯片消费者情况很不错 ， 芯片设计也是上升势头 。 但是从技术原理就能看出 ， 芯片制造会是最后最难的大关卡 。
不仅如此 ， 在整个全球技术体系里 ， 芯片制造对中国的技术体系都有终极意义 。 可以说 ， 再没有一个技术短板能与芯片制造有同等的战略意义 。 如果把芯片制造这关也打过去了 ， 那么就再没有任何技术能够阻挡住中国技术体系了 ， 中国人的技术信心会得到根本性的提升 。
因此 ， 中国将会不计代价地投入芯片制造体系的攻关 ， 克服任何可能出现的困难 。 而且 ， 中国并不是从零开始 ， 也有多年的持续投入和积累 。
中芯国际14nm已经良率95%量产出货 ， 进入了先进制程行列 ， 10nm取得了突破 ， 标准较低的7nm也有了进展 。 其实仅从单一的制程表现来看 ， 差距并不很大 。 但是主要问题在于技术受制于美国 ， 中芯国际也不能给华为代工 。
中国发展芯片制造的任务已经升级 ， 不仅要做出先进制程 ， 还需要实现去美化 。 芯片制造是中国面对的最高难度的制造业任务 ， 也成为了中美技术战争的核心环节 。 虽然极其困难 ， 但中国仍然有条件有信心逐步完成这个终极任务 。
中国发展芯片路线是明确的 ， 业界已经走过来了 ， 并不需要去试别的道路 ， 路线确定就是对研发最大的帮助 。
另外 ， 芯片制造也不需要一次成功 ， 可以逐步上难度 ， 先完成一个去美化的芯片制造产业链就是极大的阶段性成功 。 全球芯片制造业进步速度也慢下来了 ， 中国总体是追赶而不是被甩开 。
最大的悬念只是时间 ， 这么困难的制造业难题 ， 中国各方一起发力 ， 进展会有多快 。 也不需要最终胜利 ， 见到胜利的曙光就可以了 。 到那时 ， 我们就可以宣称 ， 中美的斗争迎来了转折点 。
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