缺芯之惑

張帥

2021年8月25日，臺積電于通過內(nèi)部決議確定，自2022年第一季度開始，調(diào)高晶圓代工報價。其中，16nm及以下制程工藝代工的價格上調(diào)近10%，16nm以上的成熟制程則上調(diào)至10%～20%，本次價格上調(diào)將于2022年第一季度生效。隨著消息經(jīng)“非官方”途徑被廣泛傳播，人們對由于全球“缺芯”所帶來的芯片供需關(guān)系失衡，以及由此可能對更多下游產(chǎn)所帶來的負(fù)面影響，擔(dān)憂又增加了一分。

實際上，自2019年底突發(fā)的新冠疫情打斷了全球產(chǎn)業(yè)鏈以后，芯片制造商在2020年就已經(jīng)連續(xù)提升了四次芯片價格：與2019年同期相比，2020年芯片廠商的漲價幅度大多在20%至60%之間，其中單就8寸晶圓價格上漲了近50%。而這部分價格的增長，到了經(jīng)銷商手里時，價格就會同比暴增10倍，甚至20倍。

“眼下的芯片價格不是常規(guī)的出貨價格，屬于異常的價格交易。在芯片短缺的情況下，漲價才有可能買的到?！弊鳛橹袊潮就疗嚻髽I(yè)的采購人員，任卉怎么都沒有預(yù)料到，一場看似突然而至的“缺芯”問題，正在從最初的芯片“拉鋸戰(zhàn)”，變成完全由芯片企業(yè)主導(dǎo)的“殲滅戰(zhàn)”?！巴晷酒挠嗀浿芷谠谌齻€季度之久，現(xiàn)今卻變?yōu)橐荒晟踔粮??！比位軓娬{(diào)，現(xiàn)在整個芯片供應(yīng)鏈中，不僅上游芯片原材料及供應(yīng)商的價格逐步攀升，而且即便下游應(yīng)用商接受日益提高的單價，也仍無法按時提貨，只能被迫延長訂貨周期：“上游廠商在目前擁有供需關(guān)系中的絕對領(lǐng)導(dǎo)權(quán)?！?/p>

受芯片持續(xù)緊缺影響的汽車企業(yè)，只是其中一枚多米諾骨牌：根據(jù)高盛一項最新的研究報告顯示，全球有多達(dá)169個行業(yè)在一定程度上受到了芯片短缺的打擊，包括從鋼鐵產(chǎn)品、混凝土生產(chǎn)到空調(diào)制造、啤酒生產(chǎn)等所有行業(yè)，甚至連肥皂制造業(yè)也受到了影響。高盛的研究表明，那些在芯片上的花費超過行業(yè)GDP1%的產(chǎn)業(yè)將受到芯片短缺的影響。比如，汽車行業(yè)在芯片上的花費就占到這一行業(yè)GDP的4.7%。不僅如此，芯片短缺給企業(yè)帶來生產(chǎn)壓力，商品價格也將隨之上漲。高盛經(jīng)濟學(xué)家斯賓塞·希爾表示，盡管隨著封鎖逐步放開，消費也將得到提升，但芯片短缺將令美國2021年國內(nèi)生產(chǎn)總值萎縮多達(dá)1%，同時，商品價格漲幅將達(dá)到1%到3%。

全球經(jīng)濟的發(fā)展，儼然被芯片卡了脖子。

芯片產(chǎn)業(yè)“失能”從摩爾定律失效開始？

芯片作為一個商品，從商業(yè)邏輯上分析，此次全球缺芯完全是產(chǎn)能不足造成的。而產(chǎn)能不足問題所暴露出來的，在很大程度上是整個芯片產(chǎn)業(yè)自身的發(fā)展遇到了瓶頸。

回溯芯片產(chǎn)業(yè)的歷史，1965年戈登·摩爾（GordonMoore）提出的摩爾定律一直是該行業(yè)嚴(yán)格遵守的一項黃金法則：當(dāng)時，戈登·摩爾在一本雜志上發(fā)表了一篇文章指出：我們將會看到集成芯片上的元件數(shù)量每年增加一倍，從 1965年到1975年持續(xù)10年。此后，各種版本的“摩爾定律”就逐漸多起來。最后被業(yè)界廣泛接受的摩爾定律版本成了：集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個月便會增加一倍，換言之，處理器的性能每隔兩年翻一倍。

客觀來看，摩爾定律并不是物理法則，更像是對芯片發(fā)展趨勢的一種分析和預(yù)測。只不過在芯片技術(shù)持續(xù)不斷地發(fā)展趨勢下，摩爾定律正一步步地被推向“盡頭”——晶體管電路愈加接近性能極限，這一定律是否會走向失效？

中國工程院院士、浙江大學(xué)微納電子學(xué)院院長吳漢明今年早些時候接受媒體采訪時曾經(jīng)談到：摩爾定律最初給社會及經(jīng)濟帶來了巨大的效益，讓芯片的成本在幾十年內(nèi)降低了百萬倍。但是在2014年左右，芯片工藝從28nm進階到20nm過程中，100萬晶體管的價格已經(jīng)從大約2.7美分漲到2.9美分，這也就是意味著：從此刻開始，當(dāng)初摩爾定律所帶來的經(jīng)濟效益，已經(jīng)失效。

需要注意的是，隨著經(jīng)濟效益的反向增加，芯片性能的提升反而在持續(xù)下降：在2002年以前，每年的芯片性能提升約57%，到2010年每年提升23%，到2010年每年提升12%，直到近期，性能提升約為3%。

于是有關(guān)“摩爾定律正在放緩”又或者“摩爾定律已經(jīng)失效”的爭論甚囂塵上，就連英偉達(dá)（Nvidia）CEO黃仁勛以及AMD公司CTO Mark Papermaste在內(nèi)的行業(yè)專家也參與其中。

要知道，“摩爾定律”對于芯片產(chǎn)業(yè)來講，不僅僅是所有廠商公認(rèn)的黃金定律，甚至整個芯片產(chǎn)業(yè)的構(gòu)成都是依據(jù)摩爾定律的原則形成的：芯片設(shè)計公司根據(jù)市場需求設(shè)計芯片；芯片代工廠按照設(shè)計方案進行晶圓制造；封測廠將制造好的晶圓封裝測試為芯片成品；整機廠商完成電子設(shè)備硬件的制造組裝和軟件安裝——而隨著摩爾定律本身正在逼近物理極限，企業(yè)芯片性能和功耗、加工成本和技術(shù)手段，以及經(jīng)濟成本都已經(jīng)達(dá)到了一個瓶頸，那么整個芯片產(chǎn)業(yè)實際上可以發(fā)展的空間就非常有限了。這，實際上才是整個芯片產(chǎn)品產(chǎn)能始終難以與市場需求相匹配的最底層邏輯。

解開死結(jié)，或者繞開死結(jié)

由于全球“缺芯”的根源是產(chǎn)能受限，產(chǎn)能受限的原因是芯片產(chǎn)業(yè)黃金定律的失效，而黃金定律的失效就意味著，整個產(chǎn)業(yè)以往50年賴以維系的產(chǎn)業(yè)模式、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成、產(chǎn)品研發(fā)理論……所有該產(chǎn)業(yè)中以往被證明有價值的知識，都存在失效的風(fēng)險：摩爾定律實際上已經(jīng)把整個芯片產(chǎn)業(yè)帶到了一個難以逾越的壁壘面前——不打破摩爾定律的束縛，整個芯片產(chǎn)業(yè)將無法真正提高產(chǎn)能，突破供貨瓶頸。

如果在一時之間，沒有辦法徹底改變整個芯片產(chǎn)業(yè)，那么全球的各個產(chǎn)業(yè)就要繼續(xù)忍受因為芯片供應(yīng)不足帶來的影響，直到問題從芯片產(chǎn)業(yè)內(nèi)部得到解決嗎？

當(dāng)然不是。從商業(yè)邏輯上，存在供需雙方，當(dāng)供方出現(xiàn)供貨問題時，需求方最明智的做法，是尋找替代方案。具體到全球缺芯的問題，就是繞開“芯片死結(jié)”，或許能夠發(fā)現(xiàn)破除行業(yè)發(fā)展阻礙的正確邏輯。

“摩爾定律商用化，本身就是一個與現(xiàn)實相違背的邏輯，繼續(xù)延續(xù)下去，只有物理上會限制行業(yè)的門檻與發(fā)展的多樣性。”從事云端技術(shù)開發(fā)多年的資深I(lǐng)T技術(shù)人員劉青強調(diào)：“當(dāng)一個技術(shù)，甚至是關(guān)乎各項領(lǐng)域命脈的技術(shù)被限制時，那么其未來的發(fā)展只會越來越窄，這是當(dāng)代芯片行業(yè)的弊端。所以必要也需要從當(dāng)下的芯片應(yīng)用價值著手，來思考行業(yè)核心的應(yīng)用形態(tài)?！?/p>

事實上，從芯片需求側(cè)角度考慮：從PC時代過渡到數(shù)據(jù)中心時代，再進階到如今的云計算時代，無論是個人用戶還是企業(yè)用戶，獲得IT能力的方式都已經(jīng)不再僅僅依賴芯片本身性能和功能的增加。

疫情期間，居家辦公的需求成就了一款筆記本，其銷量甚至一度超越了戴爾和蘋果，這就是Chromebook——這個價格更低廉、沒有硬盤、所有應(yīng)用都是通過SaaS的服務(wù)獲得的網(wǎng)絡(luò)筆記本電腦，與傳統(tǒng)更強調(diào)芯片性能的筆記本不同，其全部的性能和功能都取決于網(wǎng)絡(luò)。而這種模式正在由于移動網(wǎng)絡(luò)、云計算、5G等新興技術(shù)的廣泛應(yīng)用，被越來越多的企業(yè)級用戶和個人接受。

“現(xiàn)在一個強調(diào)團隊作戰(zhàn)能力的時代，早就不是以前那個講究單打獨斗的時代了?！绷硗庖晃粡氖略朴嬎慵夹g(shù)研發(fā)多年的本土云計算廠商技術(shù)研發(fā)主管王強認(rèn)為：云計算是利用“團隊作戰(zhàn)”提高整個IT在實際應(yīng)用中的作用，而單純依靠芯片性能的提高，獲得更大IT能力，則更像過時的“個人英雄”時代，既不現(xiàn)實，也不持久。因此在他看來，眾多行業(yè)將自己的IT能力需求與芯片行業(yè)技術(shù)和能力的提升進行強綁定，本身就是問題，對于企業(yè)和個人用戶而言，算力集中并分配至終端運行才是當(dāng)今算力最佳的選擇。

于是我們注意到，解決全球缺芯問題就有了兩個主要方向：其一，是在芯片產(chǎn)業(yè)內(nèi)部，盡快找到“后摩爾定律”時代的發(fā)展邏輯，從而在內(nèi)部解決產(chǎn)能天花板的問題；其二，在用戶群中，找到繞開芯片產(chǎn)能的限制，用其他方式獲得同等的IT能力——前者實際上是為了尋求技術(shù)發(fā)展規(guī)則上的突破，而后者則是給不同應(yīng)用場景以更靈活的解決邏輯。

中國的后發(fā)優(yōu)勢

有數(shù)據(jù)顯示，2019年底，我國芯片的消耗量占世界芯片消耗量的42%，國產(chǎn)芯片的自給率，卻不足30%。因此，作為信息產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵部件，芯片至今仍然是中國科技發(fā)展的短板，因此還是中國經(jīng)濟發(fā)展的“卡脖子”項目，因此對于中國而言，如何找到“后摩爾定律”時代的發(fā)展軌跡，是重中之重。

2020年8月，國務(wù)院發(fā)布了《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》。文件中提到，要不斷探索構(gòu)建社會主義市場經(jīng)濟條件下關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)新型舉國體制。同時，在“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱中也提出，要深入實施制造強國戰(zhàn)略，加快補齊基礎(chǔ)零部件及元器件、基礎(chǔ)軟件等瓶頸短板，推動集成電路等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

在產(chǎn)業(yè)界，吳漢明強調(diào)：后摩爾時代下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨緩，創(chuàng)新空間和追趕機會也隨之?dāng)U大，而高性能計算、移動計算、自主感知成為芯片技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動方向。

另據(jù)中國科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)黨委常委、副校長毛軍發(fā)的觀點：半導(dǎo)體芯片未來繞道摩爾定律的途徑中，異構(gòu)集成是其中一種。而所謂異構(gòu)集成是指可以通過融合不同半導(dǎo)體材料、工藝、結(jié)構(gòu)和元器件或芯片的優(yōu)點，實現(xiàn)強大復(fù)雜的功能，具有優(yōu)異的綜合性能，突破了單一半導(dǎo)體工藝的性能極限，從而使得芯片產(chǎn)品突破摩爾定理的束縛，具有靈活性大、可靠性高、研發(fā)周期短等優(yōu)點。

顯而易見，從在芯片產(chǎn)業(yè)內(nèi)突破摩爾定律束縛方面，中國無論是從背負(fù)的歷史包袱、產(chǎn)業(yè)集中度、技術(shù)研發(fā)能力等方面，都更具有后發(fā)優(yōu)勢。由此，中國造芯的邏輯基本明了：不僅要挑戰(zhàn)物理極限的技術(shù)難度，還要進入業(yè)界主流。而在此過程中，中國下游芯片應(yīng)用的發(fā)展，實際上是推動了中國對于新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，加速了云、網(wǎng)、邊、端的加速變化，從而實現(xiàn)了在用戶側(cè)一端的技術(shù)和應(yīng)用場景進階。

IDC咨詢最新的《中國公有云服務(wù)市場（2020H1）跟蹤報告》顯示：2020年H1中國公有云服務(wù)整體市場規(guī)模（IaaS/PaaS/SaaS）達(dá)到84億美元，同比增長51%。其中（IaaS+PaaS）市場規(guī)模為64.05億美元（約416億人民幣）。IaaS市場同比增長57.1%，PaaS市場同比增長64.4%。在提供云服務(wù)的系統(tǒng)廠商中，阿里云、騰訊云和華為云，分別以41.6%、12%和8.4%位列前三，市場占有率超過60%。而跨國提供云服務(wù)的AWS和Azure分別以7.2%和2.8%僅名列第五和第八位。

與此同行，就是不久前，中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）最新發(fā)布的第48次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告》顯示，中國5G商用發(fā)展已實現(xiàn)規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量和應(yīng)用創(chuàng)新三大領(lǐng)先：在規(guī)模上，中國已開通建設(shè)5G基站99.3萬個，覆蓋全國所有地級市、95%以上的縣區(qū)和35%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，5G終端手機連接數(shù)超過3.92億戶；在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量上，中國5G標(biāo)準(zhǔn)必要專利數(shù)量占比超過38%，居全球首位；在應(yīng)用創(chuàng)新上，中國5G應(yīng)用案例已超過1萬多個，覆蓋了鋼鐵、電力、礦山等22個國民經(jīng)濟的重要行業(yè)和有關(guān)領(lǐng)域，形成了一大批豐富多彩的應(yīng)用場景。

而工信部等十部門2021年7月聯(lián)合發(fā)布的《5G應(yīng)用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》顯示：到2023年，中國5G個人用戶普及率將超過40%；在垂直行業(yè)領(lǐng)域，大型工業(yè)企業(yè)的5G應(yīng)用滲透率超過35%；在社會民生領(lǐng)域，還將打造一批“5G+智慧教育”“5G+智慧醫(yī)療”“5G+文化旅游”樣板項目，“5G+智慧城市”建設(shè)水平進一步提升——所有的以上的信息都說明，在繞開芯片產(chǎn)能發(fā)掘新興技術(shù)能力、應(yīng)用場景等方面，中國已經(jīng)做好了準(zhǔn)備。

沒有芯片不行，但只有芯片也不行。對于中國來說，國產(chǎn)芯片水平也許還不太行，但其他方面實在太行了。因此行業(yè)圍繞芯片而興，芯片反作用于行業(yè)而成，這是一個正常的技術(shù)邏輯，也是中國產(chǎn)業(yè)界用“兩條腿走路”的邏輯解決確信困惑的理論依據(jù)。

結(jié)語

無論如何，芯片產(chǎn)業(yè)目前已經(jīng)成為牽動各個行業(yè)、甚至全球經(jīng)濟走勢的一個節(jié)點——有人甚至將其類比成石油，這一問題始終都將被解決，困惑始終會消散，取而代之的，是在此過程中，誰找到了更合適的方式、用了更明智的方法，贏得了更多的先機？那么它就將具有主導(dǎo)下一個人類進化階段的節(jié)奏。從技、市場和后發(fā)優(yōu)勢上分析，中國的勝算，很大。