盘点2022年半导体行业：国产替代路在何方

  【天极网企业频道】过去一年，全球缺芯已经演变成为一场覆盖半导体行业上下游产业链、波及全球消费者的“灾难”。

  其中，汽车厂商出现减产、关停部分工厂，减配出货等情况;智能手机厂商同样困于芯片紧缺，产品研发与出货速度都受到了影响。

  但在全球“缺芯”背景下，中国半导体产业正处在发展最为迅速的一个时期。以眼下世界芯片格局来看，中国半导体行业通过政策支持、资本刺激，将大量技术转移到以芯片制造业为主导产业中。

 

  我们发现，近些年，中国诞生了很多优秀芯片公司，它们大部分的发展历程都是从低端芯片产品的国产化入手，利用价格优势切入市场，再积累实力和经验走向中高端，最终他们有望成为中国半导体行业的中流砥柱。

  半导体行业国产替代在路上

  目前，在中国进口的产品中，芯片已经连续多年超过石油成为中国进口最多的商品。芯片也关系到国家安全和主要经济命脉。因此，中国政府一直在推动芯片的国产化。按照中国政府发布的《中国制造2025规划》，到2025年，中国要实现70%的芯片自给自足。

 

  半导体技术起源于美国，国外半导体公司发展多年，芯片在性能和产品种类上都要优于国内的芯片。因此在很长一段时间，虽然中国政府推动芯片国产化多年，但民间的终端公司的主要芯片来源还是以国外的芯片为主，国内芯片公司获得的订单很少。

  第三代半导体材料行业是我国重点鼓励发展的产业，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。为加快推进第三代半导体材料行业的发展，国家层面先后印发《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019版)》《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》等鼓励性、支持性政策;而地方层面也积极响应，通过政策将实质性的人、财、物资源注入，推动着各地半导体材料产业的集聚和发展。

 

  但对中国半导体产业而言，自主桌面处理器要想成功，一个需要迈过的坎儿是如何绕开不成功路线的干扰，中国处理器厂商数量全球最多，从x86、MIPS、Arm到PowerPC，以及新晋网红RISC-V，只要历史上叫得出的处理器架构，在中国都有人在做。

 

  但过去主流，并不以市场化生存为目标，总想着向“两弹一星”看齐，这种科研独行方式并不适合桌面处理器这样一个高度商业化的细分产业。我对自主处理器产业有信心，但我判断，十年后自主处理器占据市场优势地位的那一天，龙头企业一定不是口号喊得最响的那几家。

  GPU等其他产品的困境与机遇，与CPU颇为接近。当然GPU和CPU市场生态有差异，当前在资本推动下的打法也和之前CPU打法有明显不同，是否能蹚出一条路来，还要待时间来检验。

  但中国必须作出困难预计，尤其是自己还没有发展好的时候，这些产品因政治影响而断供的风险非常高，真正等自主产品成熟可用上规模，外部借此来威胁中国的筹码也就将失去价值。因此接下来两三年，几个关键领域的本土公司发展节奏至关重要。

  但伴随摩尔定律放缓，工艺演进难以像过去一样有效降低芯片价格，再加上新的过亿出货量的规模应用相对较少，那么通过疫情和产能错配引发的机会来制造供应紧张，并因之提升芯片售价，除了终端用户，半导体整个生态链上的从业者都喜闻乐见，只有终端芯片价格上涨，晶圆代工、封测和原材料才有机会涨价，全行业才有可能迎接十年未见的高增长，而短期利益尤其明显的渠道商更是施展浑身解数来放大缺货状况——历史级行情可遇而不可求，不把握住这次机会，等到行业下行周期又要过苦日子了。

  中国半导体行业的未来在哪里

  在过去的一年里，半导体、5G等板块受到了热情地关注，成为更多人认可的未来发展方向。其实这些趋势从长远来看肯定是顺理成章的，甚至可以成为未来的主流赛道，但从短期来看，这只是一个话题。

 

  从2020年开始，国家大力支持半导体产业发展，希望国内相关企业能够加紧研发。

  随着半导体行业的再次崛起，其实来自更多应用场景带来的好处。如上所述，越来越多的智能家居产品不断涌现，而这些产品都需要芯片来控制，包括新能源汽车的兴起，也需要芯片控制工程网络的大量版权，这些都在推动半导体企业向前发展。

  但是，这些场景和产品对芯片的要求并不高。与手机不同，它们不需要最先进的工艺来满足当前消费者的需求。基本上都是低端芯片产品。但这样的产品只能说提升了芯片厂商的性能和利润，对其企业技术升级和未来发展的好处非常有限。

  芯片研发和生产耗时耗力，大多数厂商对研发持谨慎态度。也许当我们刚刚完成7nm工艺时，国外的3nm就可以立即实现大规模生产。在这种情况下，虽然我们取得了进展，但仍然很难实现研发。

  对于中国半导体领域来讲，2022年是高速发展的一年，也是摆脱困境寻求突破的一年。这也促使我们对2023年充满期待。

  后摩尔定律芯片制造行业如何发展

  随着摩尔定律经过数十载的发展，目前片上晶体管的尺寸已经离技术极限不远。这意味着按照摩尔定律进一步缩减晶体管特征尺寸的难度越来越大，半导体工艺下一步发展走到了十字路口。在逼近物理极限的情况下，新工艺研发的难度以及人力和资金的投入，也是呈指数级攀升，因此，业界开始向更多方向进行探索。

  在半导体行业，制成工艺的不断迭代，是维持摩尔定律的重要底层驱动因素。现在半导体工艺上所说的多少nm工艺其实是指线宽，也就是芯片上的最基本功能单位门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。目前先进制成已经发展到5nm。

  先进的制成，带来两个好处：其一，缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，而且在相同的芯片复杂程度下可使用更小的晶圆，于是成本降低了;其二，缩小线宽可以提升工作频率，缩减元件之间的间距之后，晶体管之间的电容也会降低，晶体管的开关频率也得以提升，从而整个芯片的工作频率就上去了。

  对于头部的晶圆厂来说，一方面，维持摩尔定律，就意味着每年超过百亿美元的资本投入和研发投入，是一项非常高的成本支出;另一方面，先进制成的大部分场景是在消费电子领域，如手机的高端旗舰机或者笔记本电脑，这部分市场加起来，仅占整个半导体市场的25%左右，随着全球智能手机和笔记本电脑的出货量已经到达高点并开始下滑，先进制成带来好处是在下降的。

  由此可见，维持摩尔定律的收益有限，头部的晶圆厂商也开始放缓先进制成迭代的速率，在资本研发投入和先进制程带来的收益之间，找到一个平衡。

  距离“摩尔定律”的提出(1965年)，已经过去五十多年了，站在今天这个时点回顾，我们会发现摩尔定律已经不能再准确地描述半导体先进制程的迭代速度了。而这背后蕴含的经济规律是：维持先进制成迭代需要的成本，逐渐超过他所带来的价值，因此先进制程迭代速度的放缓，也是顺理成章了。

  然而另一方面，先进制成工艺发展的放缓，并不意味着计算芯片性能发展的放缓。我们依然能看到诸如增加AI计算能力、针对场景优化的垂直一体化整合等设计思路，推动计算芯片性能的不断进步，给用户带来各方面体验的提升。

  2022年，在半导体领域中，大国竞合，巨头交锋，整体看上去一片荣景，向内看却是错综复杂，险象环生。变幻的是国际风云，不变的是科技创新这一主流。摩尔定律并未消亡，借力制程、封装、器件、高性能材料和新一代信息技术，未来即使穷尽元素周期表，也定会柳暗花明又一村。