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让网友“沸腾”的中国芯片产能到底如何?| 陈经

转载 何建分2021/06/29 23:27:21 发布 来源:微信公众号 作者:风云之声 32 阅读 0 评论 0 点赞

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导读



对中国来说,将来很长的一段时间,芯片产能都是远远不足的,需要大幅提升占比。

【文/陈经】


一.华为“芯片叠加”是怎么回事?

上周末,爱国画家@乌合麒麟 因为一个转发,被嘲“什么都不懂瞎沸腾”上了热搜。


事情的核心在于对“国产14nm芯片是否有望在明年实现量产”的质疑,加之@乌合麒麟 转发的博主@菊厂影业Fans 对相关新闻的评论时,称两个14纳米芯片“叠加优化可以比肩7nm性能”,“功耗和热度不错”,相关言论被嘲“两杯50度的水,倒在一起成了100度”。


实际上,关于华为海思专利芯片叠加,所谓“两个14nm芯片实现7nm芯片”,其实是加速数据流的处理。

这个专利本身就是说一些同步信号,看着没什么,但就不知道想干什么,十分晦涩难懂。一些人就说是两芯片叠加,就扯出了两个14nm芯片叠加加速后等于一个7nm芯片的说法,跳跃太大。


这个专利或者说架构,和CPU性能没有关系,每个芯片还是一样的。7nm的芯片性能强于14nm是肯定的。但是关键在于,芯片或者CPU在系统中应用时,已经不再是整体性能代表,代表性能的变成了数据处理能力。


例如我们用手机时,一般任务都不卡的,但是要同时浏览多图、刷新信息流等涉及大量数据的任务时,手机就显出区别了。数据处理完,就如同一堆数据流过芯片,流得快速流畅,手机表现就好。单个芯片性能好有助于数据流速高,但是最终还是需要看整体表现。例如一些图形任务需要用GPU加速。


两个芯片叠加,信号同步,就能一起来紧密配合处理数据流。一般逻辑任务不需要这个,也不用加速。但是数据流处理,经常是可以并行加速的。等于一股水流分成两股来处理,整体流速就加快了。


数据流不能乱,就需要同步好来处理。理想情况下,一个数据量大小为T的大数据包有节奏地流过一个芯片,处理时间为t;这个双芯片叠加的架构中,数据包就会有节奏地流过两个芯片,每个处理T/2数据量,用的时间是t/2。这样数据流处理速度就加快了,节奏不乱处理也是正确的。


这个架构是对这类数据流很有效,用到手机上应该会有加速的感觉。但是这并不是说两个14nm芯片性能就等于一个7nm芯片了,很多任务是没法加速的。具体体验如何很难说,收益能不能抵消代价需要评估。


二.“国产14nm芯片明年量产”?


“国产14nm芯片明年量产”消息刚出来,6月23日我就分析了,什么是“国产14nm芯片”。所有生产设备全部国产是不可能的,不符合技术规律。感觉可能是媒体发的初稿对于“国产芯片”的理解出了问题,搞出一个“沸腾了”的大消息,让人以为100%国产的14纳米芯片很快就能量产了(或至少相关的国产光刻机行了)。

文章发出来后,专家本人或者有关部门发现舆论理解不太对,就修改了内容,删去了专家关于“国产14nm芯片明年量产”的内容,这是严谨的,确实不应该高调,也不符合技术规律。这也说明芯片知识比较专门,容易出理解问题。

实际应该是介绍中芯国际搞的去美化产线的进展。这和很多人以为的“所有设备都是自研的国产芯片”,差距极大。实际光刻机等关键设备和材料还是需要外购,就像国产大飞机。国产替代有很大进展,但要完整支持产线还要好几年。


所以正确的口径应该是,“芯片国产化快速发展”、“是100%国产芯片的起点”,而不是100%国产芯片已经快有了。这种量产的产线作用是,国产化不断进步比例不断上升,而不是已经全部国产化了。用5年时间实现100%国产就不错了,3年就是奇迹。


为什么不可能很快全国产化?其实业界很多人都说过,芯片生产各种设备多得很,国产设备份额极小。短期内全部设备都换成国产没法搞,肯定是逐步换,有先有后,基础好容易突破的先替代,难的后替代。不可能忽然一下就从几乎没有,到全部都替代好了。


中芯国际要搭去美化验证线,也不可能激进地进行全国产的规划,肯定是引入部分条件成熟的国产设备,先保证2022年底调试量产成功。成功了,再从这个起点逐渐加多国产设备,哪里不对,也能回退调试。一起全部国产设备,出错了也不知道怎么调。


三.中国芯片产能到底有多少?


那么,大家关心的中国芯片产能到底有多少?这里用数据说话,可以看出情况确实不容乐观。


2020年中国芯片产量2613亿块,全球10015亿块。进口5435亿块,出口2598亿块(指芯片直接出口,放在电子产品中出口的不算)。这么看,中国芯片产量按数量计,超过全球四分之一,好像还不错,但这是错觉。


中国这个2613亿块,很多是封装测试后的产出。2019年中国封装测试产能2420亿块,是我国集成电路行业四大领域中市场份额占比最高,技术差距最小的。封测、设计、制造、设备,我国行业地位依次递减。芯片制造设备份额只有6%差距极大,封测市场份额有20%以上还将大幅增长。行业龙头长电科技市场份额约10%,是中国所有芯片企业里全球市场占比最高的。


封测难度相对较低(也是高科技),不是芯片生产瓶颈。我国大量封测包装出的芯片成品,其实是进口进来的经过光刻加工的半成品加盖加引脚,就和以前的电子产品组装类似,不应该算有效芯片产能。这种芯片封测完之后又得出口,其实相当于赚一个加工费。当然是很有技术含量的高级加工,越多越好,但一般不当成重要的芯片产能数据。


比较合理约定俗成的芯片产出占比的统计方法有两种,一种是看芯片设计公司是哪个国家的。设计出来生产方式有两种,自己设计自己生产的IDM方式,以及纯设计让别人代工的Fabless模式。美国占比约50%,2018年中国大陆纯设计占比约13%。这个方法还是比较合理的,芯片生产完是归设计芯片的公司,能代表实力。


中国芯片设计销售额在以每年20%-25%的高速增长,2015年全球占比还只有6%。芯片设计就是搞软件和软硬件结合调试为主,中国企业能快速学会。但是,从华为海思设计了芯片却无法生产来看,这个统计方法被美国破坏了,关键变成了芯片制造。


另一种统计芯片产能的办法,就是看芯片晶圆光刻加工工厂的产能。这是芯片制造最关键的环节,很有道理。晶圆主要是12寸和8寸直径的,这个是英寸,8寸约200毫米,还有6寸4寸的比较落后可忽略。12寸晶圆面积约相当于8寸的2.25倍,就这样折算成“8寸晶圆等效产能”。然后看每个月能加工多少万片8寸晶圆。


例如我国有22家实体单位(可能是一个集团的,如中芯国际就有6家,不包括外资企业)已有或将要有12寸晶圆厂,已有总产能是每月38.9万片12寸晶圆。还有22家实体已有或将有8寸晶圆厂,目前产能是每月74万片8寸晶圆。我国企业总的晶圆等效产能就是每月:38.9*2.25+74=161.5万片,单位为8寸晶圆。


这个是什么水平?韩国三星一家,晶圆等效产能就有每月310万片,全球占比14.7%。也就是说,我国所有企业加一起也只有三星的一半多点,全球占比7.6%。这其实是非常低的,所以中国才要进口那么多芯片和光刻好的半成品。


中国还引进了四家大的芯片制造外企,西安三星、无锡海力士、南京台积电、大连INTEL,别的就小多了。加上外企在中国的等效晶圆产能,中国芯片产能占比就是13.9%。这个份额还算有点基础了,但是比起中国的芯片用量远远不足。



芯片产能堆积不容易,哪怕未来几年我国企业等效晶圆产能翻倍,加上外企全球占比也没法超过20%,远远不够。所以对中国来说,将来很长的一段时间,芯片产能都是远远不足的,需要大幅提升占比。


关于世界上的芯片产能过剩,这是历史上多次发生的,一会过剩一会短缺,不能当做长期决策依据。中国决策已经定了,就是不管世界上短缺还是过剩,中国都要狠狠扩大产能。过剩了,新厂子产品卖不出价可能赔钱,但这不叫事,顶过去不是问题,中国总能等到短缺的时候一把回本。这都是不需要争论的,芯片产能的战略意义已经远远高于一时的过剩或者短缺,中国产能占比这么少,加产能就一定没错,在战略层面中国产能就是极度短缺。


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背景简介本文者笔名陈经,中国科学技术大学计算机科学学士,香港科技大学计算机科学硕士,科技与战略风云学会会员,《中国的官办经济》作者,微博@风云学会陈经。文章2021年6月28日发表于 观察者网陈经:让网友“沸腾”的中国芯片产能到底如何?https://m.guancha.cn/chenjing/2021_06_28_596111.shtml) ,风云之声获授权转载。
责任编辑杨娜
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