中美科技战中的国产半导体产业现状[二] 具体应用芯片产品

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在上一篇文章中，我们简要介绍了国内半导体设计和生产能力的概况，但半导体的制造业离不开市场需求的支撑，毕竟要实际卖出去才能保证生产和消费的循环。从消费市场的视角来看，国内的半导体芯片的设计和生产能力都不完善，性价比和产量上都难以和发展成熟了几十年的“洋钉洋火”相比。
但意外的是，懂王对付中国半导体产业的手段也不走寻常路，摈弃了靠低价倾销摧毁起步产业的传统艺能，而走上了不太彻底的技术封锁方式。从2018年贸易战起，国家下定决心全面推行政府办公设备的全面国产化替代计划，给相对落后的国内半导体技术提供了市场需求和发展机遇。今年8月4日，国务院发布了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，给出了2025年国产芯片自给率要达到70%的目标。今天就来介绍一些近两年来国内有代表性的具体应用芯片设计、生产能力的现状。
CPU/SoC/ASIC
中央处理器是所有设备的大脑，小到单片机，大到框框数不完的服务器集群，都需要性能、体积和功耗各异的CPU，以及各种规模的ASIC芯片。如果没有特别说明，以下举出的有代表性的企业产品均为芯片设计企业[Fabless]，毕竟目前能完整掌握原创芯片设计专利到流片生产的企业也只有英特尔一个特例，而且从目前英特尔的股市表现来看，单一企业产业链过长有时也会拖累市场竞争力。
兆芯陆家嘴架构系列处理器产品




X86处理器：在上世纪90年代，活跃在X86处理器消费市场的不仅仅是英特尔和AMD，还有Cyrix[后被威盛并购]、全美达等也推出过686级别的兼容型处理器，但这些企业的技术很快落后于时代。威盛最后的X86技术也已经停留在12年前的Isaiah[以赛亚]架构。虽然已经完全没有竞争力，但对于决心全面发展的中国半导体产业计划而言，X86这种在个人电脑中占统治地位的产品空白应及时填补，因此通过资本运营和人才输送等方式将威盛这个最拿得出手的技术转为内地企业拥有，同时VIA当年相当出名的主板IO芯片以及GPU技术也一并拿到，也就是今天大家熟知的兆芯科技。兆芯科技目前最新架构为“陆家嘴”，采用16nm台积电工艺，从去年起HP、联想方正等OEM厂商都已经提供了以此为基础的笔记本电脑、台式机和服务器解决方案。从架构来说，陆家嘴仍然属于Isaiah架构基础上的增补，强化了IO和对现代硬件的支持，具体技术指标比较落后，内置源自S3技术的图形单元性能也不靠谱，但实现了大体上保证国产以及完整运行Windows桌面系统的能力。
天津海光：在AMD最困难时期[推倒推土机架构重来，将半导体生产业务分离为格罗方德]，中国资本通过资金援助方式获得了AMD锐龙架构的技术授权共享。通过运营天津海光的方式向国内出售锐龙架构的IP设计，1代锐龙虽然目前算是稍有落后，也算是国内能接触到的最顶级主流性能的处理器设计了。当然其中AMD和英特尔的指令集交换授权、格罗方德代工、美国高技术出口限制等问题始终绕不过去，这个漏洞也毫无意外的很快被堵上，中科曙光和天津海光在去年就已经被列为实体清单，因此目前项目进展较为低调。
ARM架构处理器


ARM架构：和门槛极高的X86不同，来自英国的ARM采用了公开技术授权的方式出售技术IP，并提供了扩展灵活度极高的方案，智能手机和平板电脑的兴起，IoT物联网设备普及，云服务、数据中心、网络路由交换等，Windows+X86体系在这些新兴领域反而没有多少拿得出手的项目，在用户群众基础上ARM已经和X86达成了势均力敌。同时云办公和移动办公的兴起，ARM架构能胜任的个人工作也越来越多。
海思


在ARM芯片的设计和应用案例上，国内企业数量相当多，华为旗下的海思是国内最有影响力的Fabless企业，除零售市场的个人电脑、服务器外，小到手机电视盒，大到5G基站和数据中心的商用技术方案都以ARM架构为主导，其能力和规模都远超国内同行，全球TOP5级别，手机中的CPU、基带、无线、电源管理、音频等环节的集成芯片都能实现自研设计，视频监控等部分领域上海思更是垄断地位。在科技战打响后，虽然华为终端产品可以暂时通过联发科、紫光展锐或是培养其它供应商等途径解决芯片供应问题，但随着美国对华为的制裁内容不停地打补丁，华为重要的技术根基海思的芯片生产代工途径都成了很大麻烦。
而另一家主打ARMv8解决方案的天津飞腾名气很规模相对较小，得到长城、中兴等企业的支持，其2020年上半年的营业额已经突破3.5亿，超过了2019年一年的成绩。当然，基于ARM方案的处理器设计厂商还有瑞芯微等规模相对小、应用门类相对“独”一些的企业。
龙芯3A3000主板


申威26010众核处理器




除了X86和ARM外，CPU架构还有MIPS、OpenSparc[开源版SUN Sparc]、DEC Alpha、RISC-V等方案，天津飞腾在全面转型ARM前主要以OpenSparc为主，MIPS典型代表则是名字响亮的龙芯，当然对这方面技术领域不太熟悉的网民来说，龙芯和汉芯弄混是也是上网冲浪中常见的误区。这类芯片主要用于对性能和通用性不敏感、但又需要完整运算功能的设备上。例如龙芯很早就瞄准了太空、军用等特殊应用领域，成为北斗系统的核心处理器，勉强保证了2018年全面国产化替代需求前企业的生存。在通用处理器领域，国内的产业已经形成一定规模，努力方向依然是解决有无而非性能和成本，毕竟具备独立设计X86处理器能力的企业在全球范围内也是非常罕见的。DEC Alpha架构最出名的产品自然是目前超算TOP500排第四的神威太湖之光所使用的申威众核处理器。
除了CPU外，DSP、FPGA等信号处理器、协处理器也越来越多地使用了嵌入式ARM/MIPS架构，强化其处理性能和数据吞吐量，DSP部分由于市场日渐萎缩，国产化替代也主要是替代相对落后的TI、ST等旧芯片方案，在市场需求更大的FPGA上，Xilinx、英特尔/Altera等企业借助先进工艺，技术领先幅度相比CPU要明显，由于设计成本高，市场需求相对少，国产FPGA、CPLD芯片仅能满足中低端市场的需求，发展道路更为坎坷。
存储
在目前市场上，消费者已经可以购买到兆芯、飞腾、龙芯等芯片的整机或主板产品。但想要使用还是少不了内存、硬盘等存储器的。存储器市场需求巨大。不过在存储芯片方面2020年国内有两家重要的企业实现批量投产后，国产存储芯片已经有能力进入主流消费市场，技术差距大幅缩小。
采用长鑫颗粒的DDR4内存


合肥长鑫[CXMT]：由英飞凌存储器业务分离出来的奇梦达，在2009年由于遭遇金融危机打击，母公司和德国政府拒绝资助而破产。合肥长鑫抓住这一机遇购买了奇梦达DRAM部分技术，并吸纳核心人才，加上与ASML等上游企业合作，直接将目标瞄准在19nm工艺的DDR4 DARM上。2019年年底，长鑫实现了稳定的试量产，目前已经少量出现在零售和整机市场。目前长鑫即使达到满负荷工作的4~5万片/月产能，在全球DARM产能占比也只能达到3%。二期厂房已经开始建设，并计划于2021年完成17nm工艺DRAM的研发，长鑫内存颗粒在价格和性能方面表现均为消费市场主流水准，另外用于手机等移动平台的LPDDR4X也实现量产。
长江存储


长江存储：今年，固态NAND Flash闪存的生产商长江存储，顶着武汉疫情下实现了一期工厂投产，目前也已经实现稳定量产，长江存储以自研Xtacking技术为基础，目前销售产品主打产品为64层TLC，零售市场上也有少量成品固态硬盘出现，并在4月发布了128层QLC技术，是目前密度最高的存储芯片之一。固态硬盘的正常工作也离不开主控芯片，这一部分属于ASIC领域，目前SSD主控有联芸、国科微、英韧、亿芯等企业提供解决方案，在市场中也处于主流性能水平。


显示面板


屏幕面板是我们国产化进度相对比较好的部分，京东方[BOE]、华星光电[TCL]、深圳天马等是国产面板厂商中知名度和产能规模较大的三家。在惨烈的市场竞争后，三星和LG都在逐步关闭大尺寸LCD产线，全面转向利润率更高的OLED生产。电视机使用的大尺寸LCD面板，中低端LCD市场基本被国产面板占据，不过在台式机、笔记本电脑屏幕面板上，鸿海富士康旗下的群创、友达等台系企业也比较常见。
华星光电展示的柔性OLED屏


在高端的OLED领域仍以三星和LG为主导，但国内面板企业小尺寸柔性OLED屏量产已经初步实现，2019年市场占有率超过10%，国产OLED面板的手机已经比较常见，目前国内含在建的OLED生产线共有26条，还有较大的进步空间。

OmniVision OV64C感光器


在其它细分领域，不少国内或中资厂商也在相应的市场上占有一席之地，例如CMOS光学器件的OmniVision[豪威科技]，是目前第三大CMOS厂商，而且在中资整合后将向排名第二的三星发起冲击。此外，图形处理、蓝牙、无线射频、电源管理、模拟IC等每一项单拉出来都是百亿甚至千亿级别的市场规模，国产芯片厂商目前也初步实现了国产化的方案供市场选择。
虽然中国每年需要进口大量的芯片，但同时也要看到，国产半导体芯片自给率为30%，芯片出口量也是世界第一。只是在产业链上，国产半导体主力仍以中低端产品为主，中高端产品处于技术攻关和初步量产阶段。在国家大力扶持的背景下，2025年国产化率翻倍是较为务实的目标。

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梅兰里

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