【中興為什麼願繳8.92億美元巨額罰金?因為缺“芯”,被美國捏住了脈門】

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虎嗅注:本文是去年3月的舊文,今天再發出來,主要是想從中興通訊認罰,願繳8.92億美元罰金的事情上看中國工業級芯片應用是怎麼被美國捏住命門。本文來自水木社區。

3月7日早上,一個朋友給筆者打電話:“中興停牌你知道不?美國政府禁止中興采購了”。此時筆者的注意力還集中在今年女生節新出的條幅上,不以為然的答道:"看到報道了,估計美國政府也就做做樣子吧"。

然而兩天過後,事件發酵,先有中興網友爆出,除了不允許采購芯片之外,美國供應商已經全面停止對中興的技術支持:不再回複郵件,打電話過去,對方說,“你的郵件我就當沒看到,電話以後也別打了,否則我會有麻煩。”

接著,看到中興宣布正在配合美國政府申請出口許可,雖然這種申請通常會被駁回。再後來,聽說ARM這家英國公司,因為公司大部分研發放在美國,也被迫停止對中興的支持和商務合作。如此種種,讓筆者深吸一口涼氣,看來這次美國玩兒真的了。

對於這次事件的反應,有些人認為沒什麼大不了,努比亞沒了高通,不是還有中興微電子麼,用自己的唄。

有些人認為,最好全部禁運,此刻正是國產芯片的好機會。但筆者卻認為,若美國政府的斷貨製裁持續過久,會帶來中興乃至整機產業的滅頂之災。

所謂皮之不存毛將焉附,對於國產芯片而言,若失去國產整機廠作應用支撐,又談何發展機會。所以,目前當務之急是讓美國政府盡快解除禁運,度過眼下難關,再圖將來。

國產芯缺少工業級應用

雖然這些年,國內集成電路產業發展突飛猛進,自給率逐年提高。華為海思最新的麒麟芯片可以和高通驍龍820一比高下;龍芯積累了十多年,也終於可以和北鬥衛星一起上天;隨便拆開一個藍牙音箱、機頂盒、冰箱洗衣機,里面的核心芯片已經大部分是國產品牌。

但不可忽視的現狀是,這些國產芯片的成功應用大多在消費類領域。在對穩定性和可靠性要求很高的通信、工業、醫療以及軍事的大批量應用中,國產芯片距離國際一般水平差距較大。尤其是一些技術含量很高的關鍵器件:高速光通信接口、大規模FPGA、高速高精度ADC/DAC等領域,還完全依賴美國供應商。

進入二十一世紀第二個十年,西方國家遏製中國,限制高技術產品出口中國的瓦森納協議依然生效。

上述幾種芯片是限制出口的重災區。如果想看看中國這幾個方向的真實水平,每年查查瓦森納協議的更新就可以了。

而現代相控陣雷達里面,他們都是必需品,只能通過”你懂的”渠道獲得。每生產一台國產示波器,里面的ADC都需要美國政府的同意才能進口,同時要承諾不被轉做軍事用途。

打開中興、華為出產的基站,電路板上除了幾顆數字基帶芯片是自產的,通信鏈路上RF,PLL,ADC/DAC乃至外圍測量電源電壓的芯片都見不到國產供應商的身影。

雖然整機廠通過自產基帶芯片掌握核心算法,但是,卻無法解決被國外芯片供應商“卡脖子”的問題。了解整機產業的人都知道,一台基站假如有100顆芯片,其中只要有1顆被禁運,整台基站就無法交付。

就算找到團隊重新設計,根據IC研發的固有規律,一顆芯片從設計、測試到量產至少要1年以上,高可靠性的工業級芯片需要時間更長。

如果製裁持續1年,這期間中興的所有產品全面斷貨,合同無法履行,完全沒有收入,結果不言而喻。唇亡齒寒,就算國產ICer們一年後把芯片給中興做出來,又有什麼用呢?這一次,美國政府是捏住了中興的脈門。

誠然,這些年來中國電子整機行業水平突飛猛進。華為超越愛立信成為世界第一大通信設備公司。逼的其他幾家公司只能不斷合並,最後中興得以擠進世界前四。

聯影、邁瑞等國產大型醫療器械的產品水平直逼GE、飛利浦等巨頭。國產雷達完成主動相控陣的跨越式超越,052C/052D、殲16等高性能武器服役,其雷達製式和性能已經直逼美國,超越歐洲和俄羅斯。

就在軍迷們彈冠相慶,褲衩紅的不能再紅的時候,不能掩蓋的事實是缺”芯”的命門其實一直掌握在美國人手中。

縱覽曆史,中國電子整機產業的突破其實也是電子技術演進和世界分工變化的結果。電子設備的核心是算法、軟件和硬件。

算法和軟件有其自身的特點,中國人依靠聰明和勤奮容易完成趕超。客戶需要一個feature,華為可以連夜派工程師加班編寫;都是4G基站,華為可以做到一鍵配置完成,而對手需要按照操作手冊一步步完成。

早年的華為靠這些逐步建立起市場優勢。而硬件隨著IC技術的發展,芯片集成的功能越來越多,實際上技術含量都集中到了芯片中。以前一塊電路板上上百個元件,調試和良率都是門檻,而現在變成一兩顆芯片。

只要你能買到芯片,照著參考電路設計一下,八成能用。除了軍用的高端芯片,華為中興之流幾乎可以買到世界上最先進的商用芯片。盡管有瓦森納協議,但美國供應商們在巨大的利益誘惑面前,也在幫助我們想辦法繞過限制。

於是,買了一流的芯片,就有了一流的硬件,再加上勤奮鑄就的軟件和聰明凝聚的算法,打敗懶惰的歐洲通信商們就是順理成章的事情。

芯片試錯和時間成本對一次成功率的要求極高

於是中國成了世界工廠,有著世界上最大的半導體消費市場。但3月7日,美國政府的製裁來了,我們才發現,世界領先的整機產業實際上是建立在沙子一般的地基之上,皇帝的新衣被人扒的一干二淨。

互聯網我們有BAT可以和Facebook和Google過過招,電子整機有華為中興可以對抗思科愛立信,IT行業里面為什麼獨獨集成電路,沒有能跟美國抗衡的能力呢?

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這還要從IC設計產業的特點來說起。IC設計相對於互聯網和整機設備,有兩個重要特點,試錯成本高和排錯難度大。

互聯網做一個app,可以一天出一個版本,有些bug沒關係,第2天就可以修複,試錯和修改的成本幾乎為零。

整機硬件的電路板設計周期在1天到1個月之間,生產周期在3天到2周之間,出了錯重新投板費用在幾百到幾千之間,最多數萬塊錢。而IC設計,不算架構設計,從電路設計開始,到投片,最少要半年時間。

投片送到工廠加工生產,一般要2個月到3個月。最重要的是一次投片的費用最少也要數十萬元,先進工藝高達一千萬到幾千萬。

如此高的試錯和時間成本對一次成功率的要求極高,不得不把流程拖長,反複驗證,需要多個工種密切配合,團隊中一個人出錯,3個月後回來的芯片可能就是一塊兒石頭。修改一輪,又三個月出去了。

與試錯成本高並存的是排錯難度大。互聯網編個軟件,調試起來幾乎可以在程序任意地方設斷點,查看變量當時的狀態或者打出log。

硬件電路板上,幾乎任何一根信號線可以拉到示波器上看波形。而一顆手指甲蓋大小的芯片,里面有上億個晶體管,而最終能在電路板上測量到的信號線卻只有十幾根到幾百根。如何根據這少得可憐的信息,推理出哪個晶體管設計錯誤,難度不言而喻。

兩大特點導致對IC從業人員的素質要求極高,試錯周期長需要邏輯嚴謹細致的工作態度,排錯難度大需要一套科學的實驗方法。而這兩方面,恰恰是國內教育的軟肋。過分重視知識的記憶,而忽略邏輯和方法。

所以當軟件工程師們靠自己的聰明和勤奮,不斷快速迭代的時候,ICer們卻經常遇到豬隊友的困惑,導致原地打轉。加班已經不能再多,卻還是一次次的delay,上市時間依然落後。更有很多bug無法找到原因,反複投片實驗也無結果,最後只能以項目失敗收場。

高難度的產業背後蘊藏的是巨大的利益和商業價值。集成電路被譽為電子工業的糧食,除了對國家和行業安全有著巨大的意義,利潤率也隨著技術含量水漲船高。

芯片本身的材料是二氧化矽,成本極低,上面凝聚的技術就決定了利潤。消費類芯片產品一般毛利率在30%~40%,工業用產品一般能在50%~60%以上,更有甚者,以高性能模擬芯片為主的美國Linear公司,平均毛利率能達到90%!

很多我們無法設計的芯片,例如高端交換芯片,毛利率都在99%以上。一旦中美開戰,即便沒有禁運,美國政府利用行政手段把自己電子武器的批量成本壓到我們的1/10是分分鍾的事情,細思極恐。

科研目標同應用脫節

有些高性能關鍵器件芯片規模不大,看起來挺適合高校來作為突破的主力軍。但多年下來,業內公認是高校的水平不如工業界。這不是中國特有的,美國也這樣。

這和前述集成電路產業的特點密切相關。高校的優勢是出新idea,對於算法這類領域挺合適,仿真實驗看到結果快且準,仿出來有效果基本實際就會有效,頂多實現複雜度太高。

芯片試錯成本高,流程長,參與協作的工種多,任何一個環節出問題,就看不到好結果。能把一個芯片做成業界普遍水平,不掉坑里,就已經不容易,需要多年積累。

學生們積累少,縱有好的idea,往往躲不過路上無數的暗坑,還沒看到idea的效果,就死在半路了。學校的特長是做更前沿的研究,適合彎道超車。而集成電路恰恰不好彎道超車,尤其是模擬芯片,你不解決100MHz的問題,到200MHz的時候那些問題還在。

仿製、抄襲。軍迷們引以為自豪的山寨能力,就是看美軍有什麼,我們就抄一個。集成電路也可以抄,學名反向設計。雖然芯片很小,電路密度極大,但仍然可以通過顯微、照相等方式獲得他的全部版圖信息,然後複製一份,送到工廠生產,似乎看起來就可以得到一模一樣的產品了。

其實不然,版圖相當於軟件編譯後的機器代碼,可讀性很差,無法了解其原理和架構。而版圖提取本身存在物理誤差和人為錯誤,尤其對於高性能的模擬混合信號芯片,對工藝又非常敏感,稍有不一致都可能導致芯片性能和良率的巨大差異。

而此時設計人員無法了解原理,定位錯誤猶如一個盲人在大海里撈針。軍工研究所普遍采用這種方法,每次反向猶如一場賭博,有時候做出來OK最好,一旦出現問題,基本束手無策。所以多年下來,除了電路比較簡單的射頻和功放芯片,上述高性能PLL,ADC等關鍵器件反向成功,能量產裝備的例子寥寥無幾。

科研項目。國家近十幾年來,一直通過863/973/核高基等國家級科研計劃對關鍵器件進行支持,投入巨大。後期也要求工業界和整機廠加入,以解決應用脫節的問題。

但這些年下來,真正能量產並轉化為實際產品的成果寥寥。究其原因,一個是目標脫節。IC界有個說法,實驗室測試通過只是邁出了一小步,到量產還有巨大的工作量。科研項目隻需要在評審的時候能夠提供幾顆樣片,演示出所需性能即可拿到尾款。

而工業級應用需要在各種溫度和環境變化條件下保持性能穩定,以及解決批量生產的良率問題。如何保證量產是需要從設計一開始就考慮的,有些科研單位選擇的架構本身就決定了成果只能交差,而不能量產。

二是指標脫節。科研項目的立項單位不考慮國內實際水平,盲目追趕世界領先水平。不管上一周期的項目是否完成,今年的指標一定要更近一步。申請單位惡意競爭,不考慮自身實力,申請時競報指標,誰提的指標高誰拿到項目,才不管2年以後如何交差。

這樣的製度下,本來按照已有技術積累,做100MHz還能量產,指標競價完成後目標變成500MHz,最後誰都搞不定。

人才引進。2000年前後,國家利用人才政策吸引海外留學人員歸國創業。這期間有陳大同、武平回來創立了展訊,魏述然回來創立了銳迪科等一批國產IC設計公司。

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這批公司一開始也許有想做工業級產品、關鍵器件的雄心,但很快發現產業環境不合適,中國整機還沒有強大到今天華為中興的地位,市場容量小,技術可靠性要求高,design-in周期長,所以這批中成功活下來的這批企業都是靠消費類市場和08年附近一波中國山寨手機熱潮完成了原始積累,進入良性循環。然而對於引入工業級、關鍵器件的人才就沒有那麼一帆風順。

首先合適的人選就非常少。例如在美國,由於瓦森納協議的限制,華人無法進入ADI/TI等公司最核心的ADC產品研發部門,即使在他們設立在中國的研發中心,大陸工程師可以通過網絡看到絕大部分母公司的設計,但高性能的ADC產品除外。這簡直是90年代氣象局被玻璃房子鎖住超級計算機的另一個翻版。

2009年從美國ADI公司回來了一位李博士,通過非法手段帶回了高性能DAC產品的版圖,一下子提高了國產DAC產品的性能指標。但2013年事件被曝光,遭到ADI和美國政府的抗議。

李事件導致美國政府對華人參與關鍵器件研發的控製更加嚴格,並對往來中國的留學生進行更嚴格的審查,相繼查出Vanchip剽竊RFMD事件和天大教授張浩被FBI誘捕事件,不論是真是假,對海外留學生歸國從事關鍵器件研發造成了心里陰影,很多人為了保住往來美國的人身自由,放棄參與國內高性能的關鍵器件研發工作的機會。

於此同時,在國際市場上,華為中興需要遵守國際知識產權的遊戲規則,李的方法和產品無法被正規整機廠采用,實際上並沒有解決工業界的問題。相反華為中興對引入國產供應商在知識產權上更加擔心,要求國產廠家自證清白,有的甚至到了要求國產供應商的創始人不能有ADI/TI履曆的誇張地步,進一步導致國產替代進度的嚴重落後。

最後,在沒有知識產權問題的軍用領域,由於受2013年被曝光的影響,到目前還沒有看到李博士的產品被裝備使用,甚是可惜。

整機廠自己努力。國內真正算在高性能關鍵器件領域有所突破的應該只有華為旗下的海思了。海思因為有華為不計成本的投入,麒麟的成就眾所周知,在高速光通信及交換芯片上也有突破,已經在慢慢從低端蠶食broadcom等多年來構築的技術壁壘。

但之前任總的一篇講話中,給海思的定位是備胎,任總要求華為一定要用最好的器件給客戶提供最好的性能,海思做不到性能最優就不采用。

實際上這個思路,筆者覺得是有問題的。芯片行業有個特點,很多問題在實驗室是測不出來的,必須在大規模應用的時候才能發現、改進和提高。

如果一看指標不好就不用,那永遠沒有機會發現問題,那這個備胎永遠是個紙糊的,一上路就碎。實際上,正是華為終端部門被要求捏著鼻子也要用K3V2,才成就了今天的麒麟。

國家層面也看到了上述問題,2013年9月國務院副總理馬凱調研集成電路產業,隨後國家出台了新的集成電路產業振興規劃。改為成立產業基金,通過股權投資的方式對集成電路企業進行幫助。

同時以紫光為首的國內民營資本結合政府基金,開始了國際市場上的瘋狂掃貨。展訊、RDA、OmniVision等企業紛紛被收歸旗下。

但時光轉到2015年,紫光和大基金系的掃貨開始遇到障礙,收購美光,西數,試圖以此突破nand flash產業遇挫,華潤報價Farchild被拒。連飛利浦照明業務的收購也因為美國政府擔心功率半導體技術外泄而終止。

回過頭來看,除了展訊這類本來就是國內公司、OmniVision本來就是華人公司,國家通過收購的方式並未采購到貨真價實的核心技術,更不要說可以有軍事用途的射頻、ADC等關鍵器件技術,可以斷定美國人是不可能賣的。

如何破局?

對於突破集成電路高性能關鍵器件,筆者認為有三個因素:有足夠的資金支持,有整機廠的通力合作和有耐心的團隊。

資金怎麼解決,“十八大”要求讓市場在資源配置中起決定性作用。芯片研發是高投入高風險,最後運氣好才有高產出。現在政府通過大基金的方式來決定資源分配,並不一定總能選中最後的勝利者,而且有國有資產保值增值的壓力,道德風險,都會讓其投資行為走形。另外,國資的大規模投入還會造成擠出效應,減少民營資本在產業中的投入量。

筆者認為最好的方式還是吸引民間資本。民間資本只要有足夠大的市場,足夠大的利潤,他就會心動。而一開始團隊技術水平跟先進水平有差距,無法參與全球競爭,可以攫取的市場規模必然沒有那麼大。

這個時候應該是國家出馬,通過補貼和獎勵整機廠商的方式,在不損害整機廠家成本競爭力的前提下,在初期允許國產芯片商賣一個高價,獲得超額利潤,彌補巨額研發的投入,吸引民間資本進入。

後期,根據芯片累計裝備的數量,逐步減少補貼,最後達到市場定價,進入國際市場參與競爭。這種政策好處是錢肯定都花到有競爭力的市場主體中,誰最後裝備,誰做的東西能用,就補貼誰。當然要注意防範騙補的問題。

至於研發風險和選擇錯誤風險,讓民間資本來去承擔。民資花自己的錢,自然會慎重選擇團隊,即使研發失敗,也能坦然接受。這樣一份國家補貼,可以吸引多份民間投資,只要其中一份兒成功量產,國家就賺到了。

當然所有的前提是我們還有一個強大的,有國際競爭力的整機產業。只有他們,才有動力去試用還在繈褓中的國產IC。

筆者在推廣國產IC的過程中,最感動的就是這群整機廠家的技術人員,不需要任何的利益驅動,他們是發自內心的願意去幫助國產IC,有時上司都允許放棄了,他們還加班加點幫助國產供應商查找問題。

塞翁失馬,焉知非福。也許多年後回過頭來看,這次中興事件對國產IC產業是個轉折點。但不管怎樣,當下真心希望他能度過難關。

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