晶片設計和裝置才是半導體產業短板

一直以來,網路上有一種聲音,認為中國晶片設計能力可以與歐美比肩,但製造能力不行,所以被卡脖子。把當下某些品牌晶片“絕版”的責任推給晶片製造企業。

事實上,中國晶片製造能力在全球來看屬於較強水平,從市場份額來看,中芯國際的市場份額已經可以和聯電扳扳手腕,中芯國際與華力微電子的市場份額之和與三星相當,超過了GF。

晶片設計和裝置才是半導體產業短板

就技術水平而言,中芯國際的12/14nm工藝已經成熟,N+2工藝(相當於臺積電7nm)在2021年就曾經給礦機晶片代工,現在主要的問題是良品率偏低和成本偏高,相信通過幾年的產能爬坡和良率提升,良率和成本將不在是問題。

從技術水平和市場份額上看,中國晶片製造能力不僅不弱,反而挺強,除了臺積電高高在上,在技術上與三星有一定距離,從技術上和市場份額上超越垂暮的GF只是時間問題。即便是現在的水平,中芯國際也是全球名列第五。

相比之下,中國IC設計公司則缺乏像中芯國際、華力微電子這樣的龍頭企業。

以在中美貿易摩擦前常年位居中國大陸IC設計企業排行榜榜首的H為例,雖然在商業上非常成功,但在設計上依賴ARM授權,在製造上依賴臺積電工藝。

晶片設計和裝置才是半導體產業短板

由於其CPU核、GPU核高度依賴ARM授權,H從K3到QL990,在十多年裡,QL晶片的CPU核、GPU核全部從ARM等外商購買,屬於重複引進,反覆引進,其手機晶片基本不具備獨立實現CPU、GPU技術迭代的能力。H做的事情是把買來的GPU、GPU核“組裝起來”,類似於搭建樂高積木。在遭遇制裁之後,既失去了ARM授權,又失去了臺積電工藝,QL晶片隨即“絕版”。

2022年,H推出了桌面級ARM CP隨身碟古900。由於只能基於ARM已經授權,且在市場中缺乏競爭力的老舊CPU核設計SoC,加上只能使用境內12/14nm工藝,盤古900的單核效能是QL9006C的50%左右(QL9006C的指令集、微結構均從ARM購買),單核效能倒退到2015年的QL950水平。

有人說,效能倒退是工藝問題。但事實上,根本原因還是H設計能力不行。

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舉例來說,龍芯3A5000使用與盤古900同等級的工藝,但龍芯的IPC比盤古900高了50%,主頻高了35%,龍芯採用自主指令集,自主設計CPU,而盤古900則依賴ARM授權。

請注意,從今往後,在CPU領域,自主技術性能優於ARM這種引進技術會成為常態,千萬不要有奴才心態,先入為主的認為自主技術不行。

龍芯3A6000則在使用與3A5000同等工藝的情況下,把CPU效能提升40%至60%。

這並非孤立,在3A3000與3A4000時代,兩款同樣採用28nm工藝,3A4000的效能相對於3A3000提升了80%。

更有趣的是,龍芯3B1500採用32nm,龍芯3A2000採用40nm,在工藝倒退的情況下,龍芯對CPU核進行了升級,CPU效能反而提升了50%。

這才是真正掌握了核心技術,具備CPU核心設計能力。

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相比之下,

那些離開了ARM最新IP授權,離開了臺積電尖端工藝,效能就大幅下滑的CPU,其設計團隊到底掌握了多少能力,是值得商榷的。

也許這時候有人會那廠商自我標榜的kp920,鼓吹H具備類似蘋果的獨立設計能力。

事實上,一款CPU橫空出世是違背事物發展規律的,蘋果公司也是一開始在ARM公版上改了好幾代,多代迭代之後,才走上自主設計道路,英特爾、AMD、IBM、ARM都是如此。最近幾年RISC-V興起,各家的RISC-V處理器也不存在一步登天的情況,也是多代演進。

至於kp920這種橫空出世的CPU(之前的1610/1612/1616是a57,a72,是arm在迭代),其CPU核到底是100%自己寫,還是站在巨人肩膀上,就是一個迷了。

另外,如果真正吃透了KP920的原始碼,在川普下令制裁臺積電斷供後,H完全可以換套工藝到境內流片。

在臺積電斷供的時候,H依然可以在境內晶圓廠流片,雖然採用5/7nm工藝晶片渠道破滅,但成熟工藝流片渠道並不受影響。

時至今日28nm工藝依然不受限,在美國2022年10月修改出口管制規定前,14nm也不受限制,只卡臺積電5/7nm,10月美國修訂規定後,美國只限制14nm以下工藝,20/22/28nm工藝根本不受限制。

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換工藝對於任何一家有能力的IC設計公司而已,並非難事。IBM的Power8最早是SOI工藝的,國內引進的Poewr8就是基於SOI工藝,但IBM把工藝切換到Finfet工藝並沒費多少力氣。

類似的,龍芯3A2000用的是境內40nm工藝,3A3000用的是ST 28nm工藝,龍芯切換工藝只用了1年。

從3A4000到3A5000,龍芯指令集和製造工藝都換了,CPU核也進行了改動,也就用了2年時間。

就3A5000而言,有兩個流片渠道,A渠道主頻是2。3G至2。5G,B渠道是2。5G至2。7G,龍芯從A渠道切到B渠道,也只用了不到1年。

在2020年,中芯國際就為H代工14nm的QL710A,這說明14nm工藝流片渠道在2020年是沒有問題的。

如果H真正吃透了核心技術,或者有憂患意識做境內工藝備份,切換到境內工藝,至少2年前就可以量產境內工藝版本的KP920,無非是工藝從7nm倒退到14nm,主頻會低一些,IPC不會損失多少。這個效能比2022年才問世的盤古900強太多。

再退一步說,即便14nm工藝受限,但28nm工藝未受美國限制,一直可以正常流片,完全可以把工藝切換到28nm。

別抨擊28nm工藝不行,7nm的KP920,單核效能與英特爾32nm的SNB都有差距,只要自己能力過硬,完全可以用28nm工藝達到英特爾SNB的水平。

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如果真正掌握核心技術,H完全可以學龍芯,徹底拋棄ARM指令集,直接更換自主指令集,改KP920的CPU核,用境內工藝,H的人力資源是龍芯的數倍,龍芯只用了2年時間,以狼性著稱的H,擁有數十倍的資金和人力,1年多時間足夠幹成了。

對於這種現象,合理的解釋是國產ARM晶片,很多東西是ARM已經幫國內廠商做好了的,由於長期都是ARM做的,國內企業沒有這方面的經驗和能力,因而當國際形式風雲突變後,自己單幹頂不上去。

具體來說,7nm 和 16nm 有很多不一樣的地方,不能把 7nm 的設計直接放到16nm 裡面去用,從架構到設計都不一樣,唯有重新最佳化。而這就是國內ARM CPU公司在換工藝時躊躇不前的原因。

從實踐上看,國內一些ARM CPU失去了臺積電工藝後,一方面能夠用境內工藝量產D2000、盤古900這樣IPC與A72相當的CPU(A72就是ARM針對14/16nm工藝設計的),但卻無法用境內14nm工藝量產那些ARM針對5/7nm工藝設計的CPU,大機率是因為改不動。

因而苦等境內工藝突破5/7nm,否則只會在PPT上迭代CPU,而且某司是用PPT迭代了3代CPU,或者用自媒體小道訊息鼓吹下一代產品如何牛逼,這種現象非常耐人尋味。

可以說,製造被卡是表象,根子是國產arm設計能力不行,高度依賴arm授權和製造工藝提升效能,脫離了arm和臺積電,就原形畢露了。

另外,不僅僅是CPU,

即便是不依賴尖端工藝的晶片,國內企業同樣被外商壓著打。

德州儀器、ADI、Skywoks、Qorvo、博通、英飛凌、恩智浦、ST等公司的模擬晶片製造工藝大部分都在14nm以上,從工藝上看,是不存在卡脖子的。

國內市場被外商壟斷,根本還是國內的IC設計公司水平不行。

晶片設計和裝置才是半導體產業短板

半導體裝置也是不亞於設計的短板行業,中國半導體裝置廠商在國內市場僅佔17。2%的市場,近83%左右的市場,全部被國外的裝置所佔據,這還是這幾年因中美貿易摩擦下對本土廠商有一定政策傾斜的結果。

放眼全球,中國半導體裝置廠商的市場份額僅為5。2%。就技術水平來說,中國裝置商與國外寡頭差距明顯,上海微電子商業量產的光刻機只能加工90nm晶片,與ASML差距在10年以上。在刻蝕裝置、離子注入裝置、薄膜裝置等方面,國內企業與應用材料、泛林、東京電子等國際大廠均存在一定差距。

總之,

當下中國半導體產業最大的短板是設計和裝置,然後是原材料,晶片製造反而是發展的比較好的。

至於某大佬說“我們能設計,但造不出來”,這純粹是文過飾非了,無非是以前沸騰體調子太高,現在被揭穿皇帝新衣,不好下臺,找個藉口把責任歸咎於晶片製造企業,保持企業的光環和形象而已。

企業為了營造品牌形象信口雌黃也就罷了,麻煩的是很多不明真相的網友還真信了,以為中國晶片設計能力已經很美國差不多了……這就夜郎自大了。

偉人說,

戰略上藐視,戰術上重視。

如今,一些公司是反著來的,一方面各種叫囂,不懼制裁,另一方面,在核心技術上不願意另起爐灶,獨立自主,始終站在洋人地基上造房子,ARM遵守美國禁令制裁後,依然死抱ARM大腿。這種做法最終只會自食惡果。

鐵流斷言,

中國CPU的未來屬於最紅最革命的團隊,那些跟在洋人身後吃土,在洋人地基上造房子的團隊雖然前期可以靠“洋爹”逞兇,但最終會淪落到只能靠政商關係混飯吃,被人民群眾和市場拋棄。