摩爾定律還將延續，半導體在技術(shù)上向亞納米走是可行的，但經(jīng)濟上不可行。全球集成電路產(chǎn)業(yè)危機，并購成為重要的手段。中國IC制造工藝仍落后國際同行兩代
魏少軍，清華大學(xué)教授，博士生導師；教育部“211工程”電子系統集成與專(zhuān)用集成電路技術(shù)研究中心主任；中國電子學(xué)會(huì )高級會(huì )員，IEEE有價(jià)值會(huì )員。曾任電信科學(xué)技術(shù)研究院副總工程師，大唐電信科技股份有限公司總裁。
3月14日，UBM 旗下企業(yè) eMedia Asia Limited 于近日公布了由其五大媒體 (《電子工程專(zhuān)輯》大陸版/臺灣版、《EDN 電子技術(shù)設計》大陸版/臺灣版、《國際電子商情》) 聯(lián)合舉辦的 2016 年度大中華 IC 設計調查報告和大中華 IC 設計成就獎結果。在大中華 IC 設計成就獎頒獎現場(chǎng)，清華大學(xué)魏少軍教授進(jìn)行了《資本與技術(shù)雙輪驅動(dòng)下的中國集成電路產(chǎn)業(yè)報告》，以下為魏教授的演講實(shí)錄：
摩爾定律的成功在于它符合人性
加州理工工程學(xué)和應用科學(xué)名譽(yù)教授卡弗米德說(shuō)：摩爾定律不是一個(gè)物理定律，它是人類(lèi)本性的一個(gè)定律，這句話(huà)說(shuō)得非常有哲理。后面加以解釋?zhuān)喝藗冎朗裁丛谖锢砩鲜强赡軐?shí)現的，而且對之深信不疑，因此大家去照著(zhù)做。
這句話(huà)說(shuō)什么呢？今天我魏某人站在這里提出一個(gè)所謂的魏氏定律，誰(shuí)信呢？沒(méi)人信。
我想這個(gè)世界上有很多人都想學(xué)習戈登摩爾提出一個(gè)所謂的定律出來(lái)，但是有多少能夠被世界承認呢？很少。但是一旦被承認了，他所發(fā)揮的能量是巨大的。
所以我們看到的是，當人們知道在物理上可實(shí)現，并且深信不疑的時(shí)候，他們在全身心用自己的力量在推動(dòng)摩爾定律的前進(jìn)。所以摩爾定律雖然是摩爾提出來(lái)，但卻是整個(gè)行業(yè)所有的從業(yè)者共同努力的結果。如果沒(méi)有人相信這個(gè)定律，摩爾定律不會(huì )發(fā)展到今天。
這是今天我想講的第一個(gè)點(diǎn)，我們一定要繼續相信摩爾定律。
半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，如果不相信這個(gè)事情是沒(méi)辦法繼續走下去的。摩爾定律的社會(huì )意義在哪呢？我們可以算出來(lái)，在過(guò)去50年當中，因為摩爾定律引發(fā)的社會(huì )變革是非常巨大的。
英特爾公司高級主管比德 戴維德曾提出一句話(huà)，“五十多年前，傳遞信息不僅非常緩慢，而且很昂貴。所以我們把人們移動(dòng)到距離信息很近的地方，比如說(shuō)沃爾瑪。今天不一樣，現在有了亞馬遜、阿里巴巴、京東，我們把信息推送到人的身邊，讓人們在家里看完以后就可以下單去買(mǎi)。”
所以這樣一種變化，實(shí)際上是摩爾定律在引發(fā)整個(gè)物理基礎設施的改變。今后會(huì )發(fā)生什么變化我不知道，但是我們可以看到摩爾定律數字的變化會(huì )帶來(lái)一些本質(zhì)性的變化。
最近炒作得比較熱的，比如說(shuō)大數據、云計算。我們都在講這些東西很重要，但是他們背后真正的力量在哪？在摩爾定律。
摩爾定律遭遇到哪兩大挑戰？
大家都在說(shuō)摩爾定律還能持續多久？這個(gè)最近炒得很多，很多會(huì )上都在討論，摩爾定律是否會(huì )走到終結？
我覺(jué)得這個(gè)話(huà)說(shuō)得有點(diǎn)片面，我這里舉了三個(gè)人的話(huà)：
第一個(gè)是加州大學(xué)伯克利分校電子工程與計算機科學(xué)家胡正明博士，它提到：“沒(méi)有哪種指數增長(cháng)是可以一直延續下去的”，這是真理。但是，“與其燦爛無(wú)比又一閃而逝，穩定而緩慢的增長(cháng)顯然是更好的。”他并沒(méi)有說(shuō)，摩爾定律停止以后，半導體業(yè)就停止了。
摩爾定律可以停止，半導體業(yè)會(huì )長(cháng)期存在。至少我們今天沒(méi)有看到任何能代替半導體的任何新的可用的技術(shù)出現。
我們認為摩爾定律肯定還可以持續一段時(shí)間，那么影響摩爾定律發(fā)展的因素有哪些呢？
美國超級計算機首席設計師Alan GALA說(shuō)：“我們最大的挑戰是能效問(wèn)題。” BM阿爾馬登研究中心的科學(xué)技術(shù)主任Spike Narayan說(shuō)：“很多人開(kāi)始在硅芯片上尋找新方法來(lái)提升芯片性能，以延續摩爾定律的預言。所以現在的材料研究和創(chuàng )新才這么熱，大家在尋找新的材料和結構用來(lái)制造芯片。”所以我們說(shuō)在未來(lái)，有兩大問(wèn)題必須要解決：一個(gè)是能量效率問(wèn)題；一個(gè)是新材料新結構的問(wèn)題。
三大技術(shù)路線(xiàn)延續后摩爾時(shí)代
其實(shí)早在2007年，我們的前輩和同事就發(fā)現，我們不可能一直按照現有的技術(shù)路線(xiàn)一直走下去。未來(lái)國際半導體技術(shù)的發(fā)展將沿著(zhù)三條路線(xiàn)向前：
第一條是more moore，繼續提升工藝極限。
毫無(wú)疑問(wèn)，more moore還是可以繼續。去年EETIMES發(fā)表一篇文章，5納米的光刻技術(shù)已經(jīng)成功了，而且這是一個(gè)混合的光刻技術(shù)。把193I和EUV混合起來(lái)，甚至用到四次曝光。這是最佳的更經(jīng)濟的一種方式。
所以我估計5納米不是極限，可能3納米。很可能還會(huì )做到2.5納米，當然走到1.8納米的時(shí)候是否還能繼續向下走？我覺(jué)得技術(shù)上可能沒(méi)問(wèn)題，但是成本上是否劃算的問(wèn)題。
第二條是more than moore，目的是把芯片和一些主動(dòng)被動(dòng)元器件實(shí)現系統級的集成，去尋找一個(gè)最小化的系統解決方案來(lái)提供更高的價(jià)值。
more than moore，其實(shí)就是把大量的器件集成在一起，也就是Multi Conponent IC，多元集成IC。它實(shí)際上是要把芯片、主動(dòng)、被動(dòng)元件包括傳感器全部通過(guò)一個(gè)小型化器件集成在一起。
今后半導體的價(jià)值體現在哪？芯片固然重要，系統集成的價(jià)值更重要。在系統集成方面，我們的知識仍然處在一個(gè)初級階段。我們現在很多廠(chǎng)商可能從成本考慮，more moore路線(xiàn)往下走走不下去了。但是有沒(méi)有想過(guò)，把你們的支持和應用結合起來(lái)，形成新的Multi Conponent IC。
第三條是beyond CMOS,直接改變現有的硅材料。
去年看到一個(gè)新聞讓我感到非常吃驚。IBM提出的一個(gè)分子級的應用，它是在一個(gè)砷化銦的晶體上，放了12個(gè)帶正電的銦原子。中間放一個(gè)酞菁分子，通過(guò)改變12個(gè)排成6邊形的原子上的電荷數量?？梢宰屩虚g的酞菁分子發(fā)生方向的轉變。
更為可怕的是，每一個(gè)銦原子的直徑只有167個(gè)皮米。一個(gè)皮米是千分之一納米。所以這樣的分子晶體管的整個(gè)直徑小于一納米。
右邊的是去年IBM發(fā)布的碳納米管，是最有可能代替硅的技術(shù)，所以摩爾定律沒(méi)有大家想象得那么悲觀(guān)，可能我們還會(huì )繼續走下去。能是因為新材料，可能是新技術(shù)。
集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)入低增長(cháng)成熟期
我們看到集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)成熟期。沒(méi)辦法，孩子總是要長(cháng)大的，人總是要變老的。所以這個(gè)事情不以人的意志為轉移。
我算了一個(gè)數字，從1987年到2015年的28年時(shí)間，全球半導體的年均復合增長(cháng)率是8.8%。相當高的一個(gè)數字。我們還沒(méi)發(fā)現其它產(chǎn)業(yè)有這么高的增長(cháng)率。同時(shí)2010年到2015年之間這5年的增長(cháng)率只有3%左右，因此我們說(shuō)這個(gè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了低增長(cháng)時(shí)期。
那么這是一個(gè)必然的趨勢，一定進(jìn)入成熟期了。
進(jìn)入成熟期其實(shí)有一些相應的標志：
一個(gè)是風(fēng)險投資大幅的下降。
二個(gè)是IPO公司的數量大幅減少，我們看到2015年幾乎沒(méi)有新的半導體公司IPO。已經(jīng)IPO的公司也在大幅下降。
最可怕的事情是所謂的“激進(jìn)行動(dòng)”。什么意思呢？比如有個(gè)公司，它做得很好。
我先去買(mǎi)它的股票，然后去找茬，說(shuō)你投了這么多錢(qián)在研發(fā)，其實(shí)根本就沒(méi)有價(jià)值。你應該趕快把研發(fā)停掉，因為停掉了研發(fā)，省下錢(qián)來(lái)，企業(yè)利潤率就可以增高。然后我們把股票賣(mài)掉賺錢(qián)。這種情況越來(lái)越多，包括蘋(píng)果這樣的公司也被告。
中國半導體制造工藝落后國際同行2代
回頭來(lái)看2008年到2015年我國芯片制造業(yè)發(fā)展的情況。數字很漂亮，年均復合增長(cháng)率12.59%。去年我們的芯片制造業(yè)增長(cháng)達到了25%。
但是我們一看，去年增長(cháng)了200億美金。哪增加了200億？無(wú)論是SMIC還是華立也好，從公開(kāi)數據里找不到增長(cháng)的數字。我后來(lái)仔細一查發(fā)現了，三星去年在中國增加了150億美金，那我們是否可以說(shuō)再過(guò)幾年，臺積電、UMC在合肥的廠(chǎng)，他們會(huì )貢獻多少？
我們不僅要問(wèn)，這種發(fā)展的方式到底是中國自己的發(fā)展還是全球的發(fā)展？毫無(wú)疑問(wèn)是全球發(fā)展，所以在這個(gè)問(wèn)題上我們必須要有一個(gè)清醒的認識：
第一、我們不要說(shuō)這個(gè)發(fā)展是中國的，它是全世界的。
第二、中國作為整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)聚集地，它的優(yōu)勢就是它龐大的市場(chǎng)和快速增長(cháng)的需求。
看一看我們自身的發(fā)展，應該說(shuō)去年我們在芯片制造業(yè)上還是有一定的成績(jì)。比如說(shuō)28nm，無(wú)論是中芯國際還是華立，都取得了成功。但是跟排在前面的芯片制造業(yè)比一比，我們發(fā)現，還是有很大差距。
到2020年以前，我們會(huì )一直維持在落后國際同行2代的差距。為什么我們的發(fā)展不好？因為這么多年沒(méi)有投資，所以我們的資本實(shí)力非常差，要大量投產(chǎn)能的時(shí)候，受到限制。
從IC設計業(yè)的表現來(lái)看，情況會(huì )好一點(diǎn)。我們看到過(guò)去的16年中，年均復合增長(cháng)率是45.68%，這個(gè)增長(cháng)速度仍然是很高的。
“中國的IC設計業(yè)已經(jīng)在全球占到前列了嗎？”我自己一看發(fā)現不對，這張圖里面左邊是顯示各領(lǐng)域企業(yè)數量的變化。右邊是各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)規模的變化。
左邊這張圖中，通信、計算機、多媒體、導航、消費類(lèi)的企業(yè)數量變化巨大。不停在變。如果從右邊這張圖來(lái)看，除了通信一枝獨秀，其它的東西基本增長(cháng)緩慢。也就是說(shuō)如果把通信拿掉，2015年我們IC設計的產(chǎn)業(yè)規模和2011年基本上是一樣的。
這就是現實(shí)，我們的產(chǎn)業(yè)構成是有問(wèn)題的。問(wèn)題出在哪？問(wèn)題出在我們過(guò)去這么多年的投資不振。
不同發(fā)展階段的企業(yè)需要哪些支持？
半導體產(chǎn)業(yè)需要的生態(tài)要素有哪些？我們列出來(lái)了，我們需要資金、人才、金融、產(chǎn)品、政策、市場(chǎng)、生態(tài)、技術(shù)。以前在資金這一塊有所欠缺，現在我們基本上補齊了。
從這張圖來(lái)看，好像我們各個(gè)要素都具備。我記得以前我們跟中央領(lǐng)導說(shuō)的是，“給我們錢(qián)就什么東西都解決了。”以為有錢(qián)就有了一切，其實(shí)不是這樣。
技術(shù)和資本就如同汽車(chē)的兩個(gè)輪子。理想情況下只有兩個(gè)輪子同步轉，這輛車(chē)才會(huì )一直往前走。以前說(shuō)我們沒(méi)有錢(qián)，現在錢(qián)有了，問(wèn)題是這個(gè)過(guò)程中，如果左輪比右輪快，我們會(huì )發(fā)現在走曲線(xiàn)。這就是中國集成電路在過(guò)去15年走的曲線(xiàn)。
中國的初創(chuàng )企業(yè)需要多少資本的支持？我們經(jīng)?？吹匠鮿?chuàng )階段，銷(xiāo)售收入在1億美金以?xún)?。這個(gè)階段主要需要的是產(chǎn)品研發(fā)、打通供應鏈、市場(chǎng)銷(xiāo)售、服務(wù)與技術(shù)支持、天使投資。一旦到了1億美金以上，就進(jìn)入成長(cháng)期，這個(gè)時(shí)候就需要豐富產(chǎn)品線(xiàn)，擴大市場(chǎng)規模。最終，通過(guò)上市IPO，實(shí)現成熟、并購。
這三個(gè)階段，我們經(jīng)常發(fā)現在初創(chuàng )階段，規模太小。在第一個(gè)階段需要有足夠的市場(chǎng)份額才能繼續往前走。但是我們現在的企業(yè)大量的是還沒(méi)有達到足夠的市場(chǎng)份額就往前走。到了產(chǎn)品豐富的時(shí)候，充足的技術(shù)儲備就是必要條件。所以我們看到在企業(yè)的成長(cháng)過(guò)程中，其實(shí)有不同的階段，不同的階段對融資的要求是不一樣的。
半導體產(chǎn)業(yè)并購潮對中國企業(yè)的啟示
我們看到去年國際半導體產(chǎn)業(yè)并購在加速。圖中都是跟半導體相關(guān)的國際并購，據統計到去年的大概11月份，有1021億美金。當然最終結果據說(shuō)是1200億。
我們分析了現在的國際并購，發(fā)現兩個(gè)現象：一個(gè)是資本或是基金主導。利用被并購企業(yè)優(yōu)勢打造新的產(chǎn)業(yè)紅海，通過(guò)將被并購企業(yè)融入現有企業(yè)中以提升實(shí)力。第二個(gè)是產(chǎn)業(yè)主導的生產(chǎn)性企業(yè)并購，主要是提升技術(shù)，形成更大的產(chǎn)業(yè)規模。
其實(shí)以資本獲利為主的國際并購，占有相當大的比重，而且后續還面臨與國內產(chǎn)業(yè)整合的關(guān)系。我經(jīng)常開(kāi)玩笑，說(shuō)不要買(mǎi)公司，投資投成了CEO，這個(gè)時(shí)候就比較難受。
相對來(lái)說(shuō)，中國開(kāi)始加入全球半導體產(chǎn)業(yè)并購中，去年有七家，并購總額度不大，大概在62.85億美金。國內企業(yè)的并購還沒(méi)有成為這一輪投資的主線(xiàn)。
這里面有兩個(gè)原因：一方面是國內企業(yè)的同質(zhì)化情況非常嚴重。
另一方面，國內企業(yè)并購的成本和難度更大。代價(jià)更高。而且我們企業(yè)家精神不對，一旦有資本出現，馬上坐地漲價(jià)。我們看到國際企業(yè)的并購基本是很安靜的。
此外，以技術(shù)能力獲取為目的的并購還不夠多，更多是為了資本獲利。沒(méi)有太多的技術(shù)儲備，加上企業(yè)不斷在變化過(guò)程中，當然發(fā)展不起來(lái)。
所以目前并購確實(shí)有幾點(diǎn)需要思考的地方，需要我們認真的去想一想。
最后總結一下：
第一是摩爾定律還在延續，但碰到了很多挑戰。我們看來(lái)半導體在技術(shù)上向亞納米走是可行的，但是經(jīng)濟上是不可行的。
第二是全球集成電路產(chǎn)業(yè)遭遇發(fā)展瓶頸，并購成為重要的手段。大陸的集成電路產(chǎn)業(yè)可以說(shuō)是欣欣向榮、大有作為。
第三是我們的產(chǎn)業(yè)持續高速發(fā)展，但是制約實(shí)現跨越的根本性矛盾短期內無(wú)法解決。前期存在的資本缺失矛盾正在緩解，但技術(shù)進(jìn)步的問(wèn)題并沒(méi)有因為資本的投入而得到改觀(guān)。
最后我們說(shuō)資本與技術(shù)是驅動(dòng)我們產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩個(gè)輪子，兩個(gè)輪子均衡發(fā)展才能實(shí)現產(chǎn)業(yè)的快速進(jìn)步。目前我們在加大國內外并購的同時(shí)要高度關(guān)注、加大企業(yè)技術(shù)研發(fā)。同時(shí)圍繞產(chǎn)業(yè)的短板，通過(guò)并購有意識的進(jìn)行補齊。
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