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视觉中国文
钛资本研究院
近期的中美贸易战，既是挑战也是历史性机遇，将影响不少产业的国际产业链进行格局重组、重构甚至推倒重来。而芯片是本次中美贸易战的重点，由于华为受到的各种影响，全球芯片产业被置于国际聚光灯下。
在贸易战的背景下，芯片产业链的哪些环节会产生哪些变化？这些变化会对创业投资产生哪些影响？其中蕴含着哪些新的机会？年6月6月，中国发放了首批5G牌照，比原定年5G商用时间表提前了整整一年，这说明推动历史发展势在人为。
在新一代企业级科技投资人投研社第21期，钛资本邀请芯片领域专家时昕博士对相关问题进行解答。
时昕博士是Imagination公司主管中国区战略市场与生态的高级总监，拥有处理器设计及软件生态的丰富行业经验，加入Imagination之前在华为公司担任智能计算业务部业务发展总监，此前，时博士曾在AMD、ARM、Synopsys、三星半导体韩国总部等国际公司担任不同的技术与商务岗位职责。时昕博士毕业于中科院声学所，研究方向为处理器设计，同时拥有北大MBA学位。
半导体和芯片
半导体，是元素周期表的某些元素，如硅、锗、碳等等，在一定条件下有导电或绝缘的特性。
半导体大致可以分成几个大类：第一类是传感器，包括传统的传感器和MEMS（微机电系统）传感器，传统的传感器包括压力、温度、气体、磁场、惯性、指纹、声音等传感器，MEMS工艺可以做得更小；第二类是光电器件，包括现在常用节能灯上的发光二极管，以及电子面板如手机或电视面板，包括华为折叠屏手机用面板也属于半导体器件；第三类是分立器件，包括晶体管、功率器件、模拟或射频；第四类是集成电路，包括数字集成电路、模拟集成电路、射频集成电路。
半导体与集成电路
我们今天讨论的主要是第四类——集成电路，特别是数字集成电路。此外，集成电路中也包含存储器、模拟集成电路（如模数转换器等）和射频集成电路如天线）等，这些我们今天也不做详细讨论。
目前常用的芯片较多基于硅，所以芯片从业者经常自嘲是“硅农”。还有其它的元素，如基于钾的砷化镓、氮化钾在功率器件和微波器件方面很有优势，而碳作为替代硅的下一代半导体材料，在学术界也已经火了很久。
全球芯片产业链现状
全球芯片发展比较领先的国家和地区：美国是半导体的发源地，芯片就是在美国实验室里发明的，硅谷的名字由来也与之关；日本有一段时间芯片发展得比较好，但因为受到打压，最后一蹶不振；台湾地区发展比较好的是TSMC这种代工厂，TSMC的崛起离不开张忠谋教父级人物的个人能力，以及当时中国台湾在电子方面的进步；韩国能够发展起来，实际上是用类似于财阀的机制，集中资源办大事，三星是从存储器起家，目前发展到不仅包含存储器，也有逻辑芯片和面板。
韩国和台湾地区的存储器和面板产业对比是很明显的例子，存储器和面板等产业都需要巨额资金的支持，台湾地区也有政策资金的支持但比较分散，韩国相对来说比较集中投给了三星，所以最终在面板和存储方面，台湾地区完全被韩国抛下了。从这个角度来说，像存储、代工、面板等需要巨量资金的这种行业，不要分散力量，集中力量才能把事办好。
图1：年全球芯片公司Top15榜单
图2：年Fabless公司Top10榜单
图1是年全球芯片公司Top15排行榜，可惜其中没有一家中国公司。据海关总署的统计数据，年中国芯片进口总额大概为26万亿元，在年还继续同比增长13%。中国集成电路的自给率大概是~10%，每年的进口额高居不下，所以很多场合都说中国每年用于进口芯片的资金已经超过进口原油，一定要尽快发展自己的芯片产业。
投资人可能比较关心的是，怎样投出下一个NVIDIA，也就是随着人工智能大火的GPU公司。打游戏的人可能知道NVIDIA是做显卡的，GPU是显卡上用的主要芯片，在芯片行业里没有特别区分GPU和显卡。
想要投出下一个NVIDIA，要看在哪些赛道上出现巨型新兴公司的可能性比较高：在年全球芯片公司Top15排行榜中，内存公司最多，有三星、海力士、镁光；第二是处理器公司，NVIDIA的GPU就是一种处理器；另一个比较容易出巨头的赛道，就是做通信相关的芯片，像高通、博通；然后比较容易出巨头的就是面板公司。
从另一个维度看，榜单里有很多家是IDM模式，也就是既有芯片设计，也有自己的生产线，像top2的Intel、三星、还有另外的ST、NXP等几家公司也是有自己的生产线的；高通、博通、NVIDIA都是Fabless模式，也就是只做芯片设计，而将芯片的制造外包出去。
在上个世纪，很多芯片公司都要自己做设计和生产，随着台积电代工模式的出现产生了一种模式叫Fabless，或者说叫ICdesignhouse，这些公司只做芯片的设计，而把生产交给第三方公司做代工。
在图2中，年Fabless公司Top10榜单，十家公司中六家来自美国，一家来自新加坡，一家来自台湾地区，两家来自祖国大陆（华为的海思和清华下的展锐），而欧洲和日本在榜单上都出局了。再考虑到博通把总部迁移到美国，那就意味着美国占了七家，比例非常惊人。
其中比较看好的是海思，海思在年的营收将近74亿美金，年的增速如能达到20%以上，就能达到90亿美金，既可以超过上一个榜单中的NXP和ST，不过在现在的形势下这个挑战的难度大大增加了。
我国芯片产业链的发展
从年左右到现在，国内的芯片虽然是高科技行业，却是以中低端产品为主。国内芯片公司被戏称为“一代拳王”，就是说凭借某一款产品盛极一时，却缺乏持续引领市场的能力。比如，年左右全世界MP3里的芯片基本都来自中国南方的一家公司，但当MP3市场萎缩后，该公司就很难找到下一类别的市场。
另一方面，国内芯片公司的技术进步主要依靠摩尔定律，也就是说更多是依靠代工厂、EDA工具和IP公司的技术进步，产品的同质化非常明显，很难做出差异化产品。在IP公司和EDA公司里，经常听到客户抱怨EDA和IP的新技术像跑步机，芯片公司必须不停地跟着跑，另一方面说明芯片公司没有能够从技术方面引领EDA和IP，而是只能跟随。
好的消息是，国家对芯片产业很重视。不仅给予国家级科研支持，像“计划”和、每年几十亿的专项投资，而且还从产业基金方面给与了很多支持。在年时，国务院发布了《国家集成电路产业发展纲要》，奠定了未来集成电路的战略发展方向；同年9月，在工信部和财政部的指导下，设立了国家集成电路投资基金股份有限公司，被称做“大基金”。
大基金参与方都是国内比较有实力的企业，募资的总规模多亿元，超募了原定目标的15%。基金所有权为基金电路产业投资股份有限公司，采取了市场化机制的管理模式和公司制的经营模式，跟以往的政府项目补贴模式有本质不同。
大基金的一期从年到现在将近五年的时间，拉动作用显著，现在已经开始启动大基金二期，募资规模将要超过第一期且投资方向也要围绕国家战略和新兴行业进行规划，比如智能汽车、智能电网、物联网等等，尽量向装备材料业给予支持。
芯片产业链和我国的薄弱环节
集成电路的产业链各构成环节
芯片产业链中主要的环节如上图所示，最上方是用户，既可以是ToB用户也可以是ToC用户。比如既可以是运营商使用的5G设备，也可以是一般消费者使用智能手表或智能家电等等。在用户下面有系统解决方案的提供商，像做智能手机的企业，他们会有两方面的需求：一是硬件供应商，主要指芯片等零部件的供应商；二是软件供应商，比如智能手机上要跑操作系统和APP。
封装测试很重要，像系统厂商从芯片商拿到是封装和测试后的芯片。封装和测试在整个产业链里相对来说门槛不是最高的，中国有很多工厂做的不错，像长电在全球排名不错。芯片封装里的硅晶片本身由代工厂制造，包括TSMC、三星、中芯国际等公司。
芯片代工厂的需求包括：第一，根据芯片设计公司的设计文件，生产制造芯片；第二，无论是芯片设计还是芯片生产都需要技术支撑，像EDA工具和IP模块，不仅存在于芯片设计公司的上游，还会与芯片代工厂有技术沟通和合作。
比如代工厂需要做7nm工艺的研发，就要跟EDA工具提供商如Synopsys沟通确认，其工具能否支撑7nm的设计，甚至需要共同开发。开发IP模块，也要确定其是否能够在7nm上正确实现功能和性能，这可能要几方合作。甚至对于CPU，芯片代工厂提供给客户的不仅仅是CPU的设计，还要跟代工厂共同开发针对此CPU可能会用到的特殊基础库，没有基础物理库，CPU、IP也无法在客户最终系统级芯片里正确使用。
芯片代工厂的上游是TSMC以及国内的中芯国际。它们也有上游，比如光刻机90%以上由荷兰ASML提供。整个芯片生产线牵扯到的设备非常多，其中技术门槛最高的是光刻机，还有其他设备比如离子注入、蚀刻等等。
除了设备之外，芯片代工还需要准备芯片生产过程中的耗材或原材料，比如所有的芯片最终都要做到Wafer，也就是晶圆上，包括每个工艺节点上要做光刻还需要有光刻胶等等原材料，都需要供应商。所以，芯片产业链条中的环节非常多，欠缺了任何一个环节，链条就会被打断，无法实现。
结合中国目前的现状，上图中用白色标出来的是不需要担心的。中国是全球最大的市场之一，最不缺的就是用户了。封装测试在中国也有不错的基础，芯片设计虽然在排行榜中排前十的不多，但至少有一两家公司。
其它的方面可能比较让人担心。软件算法方面，像操作系统OS、专用软件、底层数学库等大部分的技术都源自美国。EDA工具和IP模块几乎完全受制于美国。前两天对华为的制裁开始后，EDA公司中的三巨头Cadence、Synopsys、MentorGraphics，都已经切断或部分切断向华为的供应，不仅不再给华为提供技术支持，也不做软件更新。IP模块中，排名靠前的IP公司也以很快的速度说停止对华为的支持。
IP公司Top10榜单
上图是IP公司的榜单。这些IP公司几乎全部来源于美国或受制于美国。排名第一的是ARM公司，原来是一家英国公司，后来被日本的软银集团收购了，但它也要受制与美国，所以所谓禁令出来后，很快就停止了与华为的合作。排名第二、第三的两家公司是EDA三巨头中的Synopsys、Cadence，都是美国公司。Ceva是一家以色列公司，虽然不是美国公司，但是美国的盟友。
整个榜单只有用红色标出来的第四家IP公司，Imagination，原来跟ARM一样是一家英国公司，在年被中国的资金完全收购了，所以目前在所有权上完全属于中国资金所有；同时技术也不来源于美国，因为在被中国国资收购前，把所有的美国技术全部剥离出去了，所以目前这家公司在与国内的技术合作方面完全没有顾虑。
IP公司主要分成两类：第一类主要是处理器IP，像CPU、GPU、MPU、DSP等等，比如ARM是移动端的CPU，主要用于手机AP等等；另一类是接口IP，比方在很多电子设备中都会用到的DDR的memory接口，还有PCIE接口、USB接口等等。
四个需要重视的问题：软件、人才、标准、开源
上边说的是芯片设计的上游，芯片设计的下游对于解决方案来说非常关键的是软件公司，特别是对于处理器来说。有些刚开始做芯片相关投资的投资人，可能经常会忽略掉这一点，芯片公司的软件实力经常是决定一家芯片公司能否成功的关键。
很多号称做AI处理器、硬件芯片流程的公司，前端、后端、市场、融资都有大咖压阵，但是团队里居然没有一个软件大咖。如果这个芯片公司是与软件公司一起合作或由软件公司投资定制的一款芯片，那可能还好，但如果这家芯片公司独立地往市场上推，可能经常用户都找不到它。
大家都喜欢类比NVIDIA，但很多人都不知道，靠GPU芯片盈利的NVIDIA公司，软件工程师的人数远远多于芯片设计工程师的人数。NVIDIA的GPU和AMD的GPU比起来可能在硬件架构和性能方面各有千秋，为什么市场上用NVIDIA的GPU的比例要远大于AMD的GPU，主要就在于软件生态做得好，整个CUDA软件生态，不仅有对AI各种框架的支持，也包括在各行各业，像天文、科学计算、气象等领域的很多基础函数库。
因此在设计专用处理器时，我们要了解这是一个非常复杂的工程，不能完全由硬件出身的专家负责，因为硬件专家很可能不了解应用软件。
另外，做处理器设计的很多人也经常会忽视软件工具链的开发。设计一个专用处理器需要经历很多步骤，比如需求分析、架构设计、硬件实现和工具链开发准备等等，而软件工具链的开发在其中是非常重要的，比如处理器上的软件编程环境如何、用什么样的编译器、提供什么SDK和函数库，是否能够支持AI所需的所卷积运算、矩阵运算、FFT运算等等。芯片本身软件工具链之外，还有更多的软件生态。
以智能手机为例，手机芯片上如果不能跑安卓系统就比较麻烦，安卓上还跑