jiacai2050
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2 years ago https://lillianli.substack.com/p/china-semiconductors-and-the-push-de2
大家好，深入分析小米、开通微信流量的意义和淘宝攻略（圈子社区）已面向高级订阅者推出。下个月我想稍微改变一下，并为高级人员每周发布一次关于 DTC、中国数据治理和 SaaS 商业模式的时间表——加入我们吧！
Vineyard Holdings的作家兼分析师 Jordan Nel 就中国半导体现状发表了备受期待的第二部分。一定要看看 Jordan 在腾讯、以太坊和Cartrack上的惊人作品！
本文是深入探讨中国半导体供应链的两部分的第 2 部分。第 1 部分是关于更广泛的生态系统的背景，以及中国为何迫切要求独立。第 2 部分将揭示中国在此背景下的角色、不同的中国参与者是谁，以及他们各自的发展轨迹。
这是一个非常复杂的行业，每个领域和角度都有大量文献，这篇文章来自各种专家和来源。我尽可能多地尝试将它们联系起来。如果我遗漏了你，请在twitter上给我留言，我会尽快给你链接。
首先感谢瑞士信贷的 Randy Abrams、Jimmy Goodridge、Chris Thomas 和 Dylan Patel。
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TL;DR 的 ELI5
作为对第 1 部分的快速回顾，半导体供应链依赖于少数准垄断企业，这些企业多年来都经历了许多繁荣与萧条的周期。随着时间的推移，它们已经整合，现在受到高进入壁垒的保护：复制生产线所需的成本、它们建立的知识产权以及围绕它们发展的生态系统。全球链有几个部分，每个部分都由不同的参与者主导。1这就是半导体_（_图 1）。
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图1：全球逻辑芯片半导体供应链（Vineyard Holdings ）
世界经历了几十年的发展，中国希望在尽可能短的时间内在国内重演。推动中国独立的各种行为者的动机各不相同。一方面，这是一个市场驱动的担忧，因为当地企业看到对芯片的需求激增，并抢先尝试建立制造能力。另一方面，这是一个地缘政治问题，因为中国的大部分科技行业都依赖于获得美国控制的半导体。
中国政治局将半导体独立性视为五年计划发布中的一个关键_问题。_然而，这不仅仅是中共的事情。许多较小的中国公司知道，出于地缘政治原因，可能会鼓励他们的美国合作伙伴避免使用源自中国的技术，从而迫使自己进行内部冗余。在州一级，不同的参与者正在争夺补贴、枢纽发展和政治控制，而投资半导体可以帮助他们。这个由不同参与者组成的复杂网络是中国独立的原因。
知道是_什么_和_为什么，_本文的第 2 部分将探讨中国独立的是谁、_如何_以及_何时_独立。_谁主要是_在调查景观，但_如何_以及_何时_更具有推测性。
在中国使用本地半导体的愿望相互矛盾。-尽管政府宣传供应链独立性，但私营公司不仅仅是政府的无人机：它们必须同时具有全球性和本地性。鉴于半导体价值链的全球扩张，仅限本地的公司无法做到这一点。然而，中国公司高管刚刚目睹了华为、中芯国际（中国领先的代工厂）和其他公司受到美国限制的影响。他们正在增加库存以缓冲可能的限制，但必须与行业的供需不匹配平衡这一点。他们还响应地方领导层对区域发展的要求，他们依赖于中共对地方政策、人才和廉价资金的善意。总之，这种不确定性、地方政策、战略上的必要性意味着许多本地公司愿意尽可能购买本地“商品技术”（如 CPU/GPU）。它只是帮助勾选“购买中国”框的东西。
当地政策制定者正面临着非半成品企业在宽松资金的诱惑下涌入半制造业的局面。2这对中国的工业计划来说并不罕见。政策制定者期望他们能够成功，精心挑选了一组国家公司“冠军”。3然而，省级领导总是对具体的实施细节有发言权。
最终结果？拖欠和低回报的投资很常见。拥有资金和动力是一回事，但能够有效地将人才、知识产权、技术和市场动态结合在一起则完全不同。这在前沿发展的道路上埋下了荆棘。
就半导体建设而言，中国在劳动力成本较低是优势以及高资本支出是主要进入壁垒的领域进展顺利。这主要是落后的逻辑、闪存、一些无晶圆厂，以及外包组装和封装的最先进的边缘。他们严重依赖美国的 EDA 工具。他们在代工增长方面继续落后，全国冠军代工厂中芯国际被拒绝 EUV 和关键的半导体封装，并努力复制必要的复杂人才和工艺。他们在设备和材料方面的市场份额非常低——这两个行业的进入门槛都很高，现有规模庞大，在先进节点学习曲线陡峭。因此，这里的关键瓶颈是半导体电容和设计工具。
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图2：中国随着节点发展的进步（盘点中国）
中国在设计方面进展顺利。相对于代工厂，这里的进入门槛要低得多。设计是将现有组件整合到一个特定用途的芯片中。
正如中芯国际和领先的 NAND 制造商长江存储所表明的那样，落后的优势仍然可以非常有利可图。并购可以推动未整合行业（同样是 OSAT 和落后行业）的快速增长，而廉价资金和对硬技术教育的推动为先进制造业的后续增长奠定了基础。
随着所有资金流向该行业，很可能会在某个时候产生过剩的滞后产能。某些类型的企业（通常是大批量、低成本的类型）非常适合中国市场。消费者能容忍低质量的地方，中国就会飞速发展。
中国将继续在先进技术领域奋斗，质量是成功的关键驱动力。通过英特尔和半导体垄断者，美国长期占据宝座。然而，在过去十年中，中国在许多以前由美国主导的领域中的市场份额有所增加（图 3）。
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图 3：中国市场份额的进步（Randy Abrams，瑞士信贷）
中国生产商受益于成为世界装配线。他们还拥有成为世界上最大的单一市场的特权。在供应方面，过程学习、错误制造和知识产权建设正在迅速传播。4在需求方面，它永无止境。对中国发展轨迹的诚实评估指出了它们的实质性进步以及它们的现实优势和劣势。他们拥有廉价的劳动力、廉价的资本、快速学习的方法以及可以销售的巨大市场。他们甚至还不是中端竞争者，甚至在国内也不是，而且还没有设法进入垄断者的领域。
全球大约五分之一的半导体销售额重新投资于各公司的研发（图 4）。由于这些销售的大部分来自中国，他们的市场不仅对他们自己，而且对加利福尼亚、台北、以色列、维尔德霍芬、首尔和任何其他主要的半导体中心都是巨大的顺风。阿喀琉斯每走一步，乌龟就会增加五分之一。5
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图 4：中国在全球需求中的重要性日益增加（Gavekal Dragonomics）
从今天的情况来看，由于关键晶圆厂的交货时间已超过 40 周，而且 2023 年的晶圆供应已经在谈判中，很明显全球短缺数十亿芯片左右。在这种背景下，国有和私人投资者将中国公司的估值抬高到了荒谬的程度。即使是HSMC和长鑫存储（Changxin Memory Technologies）的高调斗争也没有削弱投资者对该行业的信心。
显然，金钱不是这里的限制因素。正因为如此，中国可能会继续在中低端 OSAT 和封装、NAND 闪存和落后芯片等领域占据市场份额。他们也可能在无晶圆模型中取得一些竞争性进展。然而，在接下来的 5 到 10 年内，他们不太可能通过补贴进入具有竞争力的领先地位。
_中国要打造具有全球竞争力的成熟供应链，需要打造三大能力：人才、_设备_和工艺。_
中国未来的工程人才基础会比现在大很多，但可能还不够。
大部分中国顶尖大学都开设了越来越多的集成电路和微电子课程。南京甚至有一所专门的半导体大学。6尽管如此，预计到 2030 年左右仍有数十万个工作岗位短缺。中国目前通过吸引海外工人到中芯国际和长江存储等公司来填补工作岗位，但未来还需要基层发展。7
人才缺口是因为几乎不可能对制造过程中涉及的复杂流程进行逆向工程。从短期来看，聘请经验丰富的工程师比让本地工程师独立解决要容易得多。从长远来看，这是不可持续的——它阻碍了本土人才的发展，并招致了离岸竞争对手的愤怒。8
然而，人才碎片化是一个关键问题。在半制造中，不能只雇佣两三个工程师并复制整个过程。一次需要几百个，都必须习惯生产线的系统和组件，并且可以一起工作。由于人才如此稀缺，现金如此普遍，新公司迅速筹集资金，从现有企业挖走人才，最终将人才分散到整个生态系统中。
当地公司的官僚主义也是一个挑战（通常，公司的上限表中也会有某种形式的国家所有权）。除了碎片化和官僚主义之外，供应链不同部分的本地化同时发生。这些的最终结果是——虽然人才在激增——仍然有一堆平庸的项目，没有足够经验的人在做这些项目。
在美国否认它们和中国无法自己制造之间，中国无法获得关键的半导体设备或设计工具。
美国选择对荷兰 ASML和越来越多的 Lam Research、KLA-Tencor 和 Applied Materials等半导体供应商实施相当严格的出口管制。这些公司向中芯国际和其他中国冠军企业出售产品的能力有限，而且通过向台积电和三星出售产品，继续巩固现有晶圆厂。
现在，并非所有销售都被禁止。例如，深紫外 (DUV) 光刻机与其他半导体封装的落后系统一起出售。这些只能促进14nm及以上工艺，中国需要领先的EUV才能真正独立。
目前，中国半导体的主要参与者是SMEE（光刻）、ACM（清洁）、AMEC（蚀刻）和NAURA（沉积）。在这四者之间，中国可能服务于全球市场的 1.5%。其中一些玩家能够生产 5nm 芯片的设备，但由于中芯国际无法获得 EUV 光刻系统，其他许多设备都没有独立性。
当我们说“能够生产 5nm 芯片的设备”之类的话时，重要的是要限定其含义。首先，研发层面的生产与规模生产之间的差异是一个很大的飞跃。其次，尽管这些机器可以_制造_约 5nm 节点，但这并不一定意味着它们与 Lam Research 或 KLA 机器具有竞争力。可操作性不是唯一的考虑因素。制造商还寻求可靠性、正常运行时间、性价比设备支持、系统智能和平均故障间隔时间 (MTBF)。
所有这些公司都是中芯国际（又名中芯国际）的主要供应商。作为国内领先的晶圆厂中芯国际，显然在7nm研发级节点上取得了成功，但没有EUV机器，量产是不可能的。9
独立是一回事，市场份额是另一回事。Semicap 的老牌企业拥有能够与少数客户更紧密地合作、共同解决问题并增加附加值的良性循环。如果美国公开向中国出售半导体设备，这种市场动态可能会继续发挥作用。鉴于逆向工程的难度，这里的合作不会带来太大的知识产权风险——它可能有助于巩固美国老牌企业在中国代工生态系统中的地位。
需要是发明之母。美国目前的限制性准入立场_要求_中国加班加点以建立独立，这需要大量的成本并且很难做到——这对双方来说都是双输的主张。
除了人才和半导体设备，中国还需要精英级别的流程。
王丹的_《技术如何成长》_将技术能力分解为三种形式：工具（阅读：semicap）、直接指令（如蓝图或 IP）和过程知识（经济学家将此称为隐性知识）。我们刚刚讨论了工具。我认为中国可以在人才培养方面得到直接指导，无论是挖来的还是本土培养的人才。因此，他们不得不建立流程知识。丹将过程知识描述为“很难写下来作为指导的东西：你可以给某人一个设备齐全的厨房和一个非常详细的食谱，但如果没有烹饪经验，就很难做出一道好菜。”
除非经常和有意地实践过程知识，否则它就会丢失。中国落后于流程最复杂的地方（图 5）。对于逻辑和内存而言，前沿制造很大程度上受到能够接触电子设计工具 (EDA) 和半导体电容器并对其使用进行培训的人们的影响。中国对美国半导体和EDA工具的依赖越多，内部能力的增长就越少。
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图 5：中国对有效半导体独立的限制（SIA Webinar ，Vineyard Holdings ）
芯片制造过程大约有 400 个步骤，在此过程中大约有 500 个不同的输入。所有这些都错综复杂地相互作用，几乎没有一个可以安全地跳过。克里斯·托马斯说得好：
“如果您更换工具，就必须更换化学品，这意味着您必须更改其他一些工艺步骤，这会影响所有其他工艺步骤、所有其他输入和所有其他化学品......晶圆厂内部本地化的决定会对下游和上游产生巨大影响，而且这一切都必须步调一致。”
鉴于这些工艺的持续投资成本，该行业的一个关键特征是芯片良率。管芯是在制造之后但在最终封装之前的裸 IC 芯片。芯片良率是最终通过晶圆测试的好芯片数量。理想情况下，晶圆厂将 100% 的从装配线上出来的芯片正常工作，但考虑到这里工艺的复杂性，几乎不可能每个芯片都是完美的。
了解芯片良率是了解进入生态系统的障碍的关键。当一家公司在试验一项新技术时，产量通常会低于 40%。识别故障来源、量化故障和改进故障的过程称为良率学习。这是一个有点过时的图形，但您可以看到该过程的复杂性已成为芯片故障的原因（图 6）。
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图 6：晶圆级污染源（1985-2000；IC 工程）
管理这种产量是允许供应链大规模运作的原因。中国晶圆厂越能系统地分析和改进其良率工艺，他们的独立性就越好。实际上，这意味着他们需要使用、构建和改进 EDA 工具和半导体封装并将这些系统集成到完整的制造价值链中的经验。
最后但同样重要的是，中国在建立供应链方面面临着许多障碍。
没有一家公司是一座孤岛；每家公司都是一条链条，是主体的一部分。目前，每家半导体公司都是一家全球性公司。Synopsys 和 Cadence 主导 EDA，ASML 主导光刻系统，台积电和三星主导制造工艺。这些公司中的每一个都依赖于所有其他公司。
即使中国要在本地建立整个流程，他们最终也必须与国际公司具有成本竞争力。国际贸易建立在利用竞争优势的基础上，没有补贴，中国企业的单位经济根本行不通。
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图 7：没有廉价资金，中国代工厂的资本支出不可持续（Randy Abrams，瑞士信贷）
中国芯片老总还是老总。10他们仍然必须以具有竞争力的价格和质量水平生产经济上可行的产品。他们仍然必须就从哪个供应商购买以及使用哪台设备做出经济决策。在这个决策中，国籍和国家政策只是几个因素中的两个。除非本地设备制造商和化学品供应商能够以具有竞争力的水平生产，否则他们是中国人这一事实不会帮助他们销售产品。
同样，当地的上游供应商也各不相同。在高水平上，它们通常都比全球冠军落后 5-10 年。这些公司面临着艰难的磨合：专注于中国本土化市场，与低成本、高质量的进口产品展开竞争。虽然建造-国家-冗余的说法是完全准确的，但许多本地供应商也在试图通过将供应链向外转移到印度等国家来降低其在中国的风险。
这些经济学很难发挥作用——如果一家公司向上游扩张到中国晶圆厂，他们的目标是最多占全球产能的 5%。这只是 TAM 的一小部分，可以尝试建立业务。最重要的是，来自进口的激烈竞争将对瞄准这些晶圆厂的公司带来利润压力。与此同时，晶圆厂将努力平衡当地和全球合作伙伴，因为当地合作伙伴正在增强他们的能力。
综合考虑 - 建立本地供应链非常困难。
中国有三个主要的拉动因素：广泛的政策支持、全球制造业中心和全球最大的市场。
所以，舞台已经搭建好了。我们广泛了解半导体行业的运作方式、需求驱动因素以及中国为何如此热衷于获得独立。我们现在也知道中国需要建立什么才能与现有企业竞争。
全面的战略政策支持
根据国家的“中国制造2025”产业计划，到2025年，其使用的70%的半导体将在国内生产。目前，它们徘徊在20%左右。11被任命面对这一艰巨任务的人是刘鹤——一位在金融和经济领域广泛服务的政治局委员。他拥有经济学背景，是中美关系的主要谈判代表之一。
虽然刘是有名无实的领导人（迄今为止一直发挥积极作用），但他并不是唯一一个制定政策的人。与往常一样，五年计划在国家层面指导政策，而地方官员通过自己的努力实施这些指导方针。Covington 有一篇很好的文章介绍了这里的具体政策。需要注意的重要一点是它们有一个度量标准（LL 的注释：我认为这是技术术语）。
一些亮点：
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豁免 28nm 以上 IC 制造企业前 10 年的企业所得税。
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设计公司在盈利后可免除前五年的所得税，此后按现行税率的一半征税。
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现在对中领先的逻辑和先进的 OSAT 公司的设备、原材料和消耗品没有进口关税。
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第二个国家 IC 基金已筹集 290 亿美元，用于国家对生态系统的投资。
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所有公司都可以使用加速的 IPO 流程。
在过去五年中，半导体拨款占公司净收入的比例平均从 25% 增长到 125%。在行业层面，仅在 2020 年，该州就筹集了大约 325 亿美元。这比上一年增长了 407% 。
除了这些财政政策之外，还有许多地理层面的促成因素。相当多的地方正在推动他们的地区成为硅谷式的创新中心。这个想法是，如果很多聪明人都在一个领域，他们显然更有可能偶然发现前沿工艺节点制造的黑暗艺术。
中国是世界工厂
我之前提到过，流程知识是一项关键需求。对中国来说幸运的是，他们正在迅速学习世界先进的流程，因为其他人都外包给他们。虽然这对于领先的半成品来说并不完全正确，但“中国制造 2025”战略试图在许多其他先进技术产品中巩固这一点（图 8）。当然，制造高性能医疗设备与制造芯片有很大不同。但事实上，中国正在获取最大份额的边际流程知识，这使他们能够很好地吸引人才、推动技术进步并复制更简单的资本设备。
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图 8：中国制造 2025（科尔尼）
（再次）引用Dan Wang的话：
“中国现在占世界制成品出口总量的五分之一左右，因为很少有跨国公司拒绝将生产转移到那里。美国、德国和日本的公司喜欢说他们把最有价值的作品留在了国内。这在很大程度上是正确的，但他们认为，他们中的许多人正在接受培训的中国劳动力将无法消化和复制外国技术。这种赌注至少在包括高铁、造船和电信设备在内的技术领域都失败了。我预计，随着中国经济的发展更加成熟，其吸收和学习能力也会提高。”
是的，中国人口老龄化。是的，中国历来依赖廉价的劳动力成本。这意味着他们过去几十年的低成本、大批量战略将无法奏效。这也是他们转向先进制造业的部分原因。聪明的人越多，廉价劳动力就越少。12
随着拥有硕士及以上学历的人数呈井喷式增长，并且大多数来自STEM领域，中国在科技领域的领先地位越来越高。通过将这些人才引入工业发展、领导更多的研发以及将更多的资金循环到经济中，更多的中国人被聘用在利润率更高的工作中。这是一个正反馈循环。可以说，正是同样的循环导致湾区发展成为 60 年代的半导体中心。似乎聪明人想在聪明人所在的地方工作。
除了政策和制造专业知识之外，中国还很庞大。企业家需要真正的用例和应用程序，才能使他们在能力建设方面的投资有意义。国内市场对半导体的需求不足以证明世界大部分地区所需的国家资本支出是合理的。但在中国，这种情况较少。
他们是5G 基础设施、智能手机、数字健康、机器人技术、自动交通和智能城市的全球领导者。在过去几年中，他们在先进技术能力方面的快速发展令人瞩目。这一发展的主要驱动力：巨大的市场、强大的出口能力、令人印象深刻的企业家精神、轻松的资金和简单的需求。
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图 9：中国 [有争议地] 成为全球领导者的领域（Handel Jones ，Vineyard Holdings ）
一些快速统计：
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中国生产的电动汽车比世界其他地区的总和还要多。
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中国的互联网用户数量几乎是美国的两倍。麦肯锡将中国消费者称为“世界增长引擎”，并将数字化确定为未来十年中国的第一大趋势。
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根据SIA ，2020 年，中国进口了高达 3780 亿美元的半导体；组装了全球35%的电子设备；占全球电视、个人电脑和手机出口的30%至70%（取决于产品）；并消耗了所有半导体电子产品的四分之一。
这一切都在说，这是一个巨大的市场。13
但是集市，集市，到处都是，也没有一滴喝的。一个由激励、补贴和税收减免构成的政治局网络都在阻碍竞争，而这些政策掩盖了中国市场的真实规模和实力。虽然自 2014 年以来流入中国半导体市场的约 1000 亿美元有可能产生最佳回报，但不太可能。14并不是说中国市场的规模不是一个巨大的拉动因素，只是它可能没有优化资源配置。
到目前为止，我们已经概述了中国落后的原因、他们需要改进的地方以及帮助他们做到这一点的因素。在我们简要了解中国半导体公司的过程中，我们已经解开了一些_谁。_下一小部分进一步回答了中国独立的_人、方式_和原因等问题。
谁_是中国主要球员的介绍。_How_是关于他们的进展、挑战和一些潜在 KPI 的大纲。_何时是真正独立的时间表的粗略猜测 。
为了回顾一下，让我们深入了解一下中国半导体行业的概况。前三名选手会真正告诉你你需要知道的一切：
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海思——华为的无晶圆厂部门，在 2019 年的收入与 AMD （约 75 亿美元）大致相当。他们是精英，为华为设计高端[SoC](https://en.wikipedia.org/wiki/System_on_a_chip#:~:text=A%20system%20on%20a%20chip%20(SoC%3B%20%2F%CB%8C%C9%9Bs,computer%20or%20other%20electronic%20system.&text=Additionally%2C%20SoCs%20may%20use%20separate%20wireless%20modems.) 。
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JCET – 全球第二大 OSAT 公司（仅次于 ASE Tech）。同样，它们是世界级的，即使这是供应链中附加值较低的部分。
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中芯国际——中国的代工冠军。他们在落后的边缘节点上的竞争非常好，但落后台积电/三星很多年，部分原因是无法采购半导体。
中国实现独立还有很长的路要走。这并不是说他们没有表现出显着的进步。下面的图 10 揭示了一些国内逻辑供应链——它们正在向 OSAT 等低附加值产品推进。就连 Empyrean 和 SMIC 在各自的领域也取得了成功。但 EDA 和 semicap 是中国无法克服的瓶颈。
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图10：中国陈旧的逻辑供应链（Vineyard Holdings ）
Fabless——腾讯、阿里巴巴和百度的实力以及它们在工业、企业和人工智能领域的发展——为芯片设计师提供了一个重要的本地市场。由于这些公司需要量身定制的设计，中国设计师将有机会进入与这些大型科技公司密切合作并为这些公司生产更多定制产品的良性循环。海思一直是典范，我们很可能看到 Oppo 和小米走上了他们的道路。15
Foundries - 中芯国际真的是这里的大牌。作为全球第五大代工厂，他们在大规模开发落后的边缘节点方面表现出色。然而，自 2019 年以来，他们一直在努力为 <14nm 节点获得正确的良率，并且无法在此之外进行竞争。实际上，这些公司比台积电和三星落后了大约 7 到 8 年，这两家公司都在 2013年大规模生产了 14nm。16中芯国际的一个巨大限制是美国坚持 ASML 不向他们出售 EUV 系统。这有效地禁止了 7nm 及以后的任何东西。17
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图 11：中芯国际的市场份额增长（Randy Abrams，瑞士信贷）
内存（图 10 中未显示）——NAND 闪存在中国总体上是一个显着进步的领域，尤其是长江存储技术公司 (YMTC)。为了区分细微差别，将 DRAM 视为短期存储，将 NAND 视为长期存储。两者对于开发 AI 能力和 5G 部署都是必不可少的，但考虑到更高的制造复杂性，DRAM 通常具有更具吸引力的单位经济性。
简要介绍一下长江存储——因为它们可能是中国成功的最好例子。他们已迅速建立起应对前沿竞争的能力（128 层 NAND）。这源于一种新颖的芯片封装方式（晶圆上晶圆键合），并且确实是一个相当创新的步骤。它们可能占据全球市场份额的 6-8%，具体取决于未来几年工艺节点的组合。我向那些更感兴趣 的人推荐Dylan Patel 关于它们的文章。
虽然长江存储（和长鑫存储）在 DRAM 方面仍然落后（三星、SK 海力士和美光是这里唯一真正的全球参与者），但它们具有扩大市场份额的潜力。中国为升级其制造业所做的巨大努力创造了对精密服务器的巨大需求——DRAM 和 3D NAND 在这里都至关重要。因此，三星、SK-Hynix 甚至英特尔都在中国建立了关键晶圆厂来服务这个市场。中国也没有受到遗留系统或对 2D NAND 的大量投资的负担。
重要的是要注意有多少记忆的成功是建立在人才挖角和知识产权盗窃的基础上的。2019 年美光诉 UMC案、挖走韩国工程师，以及国家对此视而不见，这些因素共同使中国存储器生产商在全球范围内受到相当负面的影响。即使有 IP，没有工艺知识，NAND 也不太可能达到技术前沿（DRAM 也是如此，尽管大多数 1z-nm 和所有 1a-nm 都需要 EUV）。
组装、封装、测试——这显然是中国最具国际竞争力的地方。让每个人都将低价值的电子制造外包给他们，这对建立这一点来说是一个福音。中国领先的 OSAT 厂商跻身全球前 10 名，占据约 38% 的市场份额，超过 30% 的制造设施位于中国境外。
材料、设备和软件——这些都是关键的限制因素，因为没有投入就无法工作。对于硅片、抛光液、光刻胶技术、气体、电镀液和溅射靶材，只有5%到20%是本地制造的。
归根结底，两个瓶颈是 EDA 工具和 EUV 设备。
在 EDA 方面，任何制造过程都需要美国的 Cadence 或 Synopsys 的系统。对这些公司的依赖使本地公司无法与主要客户一起开发解决方案。所以，虽然中国的Empyrean Software进展顺利，但当被问及他们是否可以取代美国供应商时，他们说“就像我们卖汽车，但华为进来并要求我们为他们制造飞机甚至火箭”。
虽然不是严格意义上的 EDA，但 Arm 是全球最重要的半导体设计公司之一——他们与从亚马逊到英特尔的每个人都有联系。几年前，Arm 将其中国合资企业 51% 的股份出售给了一群中国投资者——在他们保持控制权的同时——该合资企业获得了在中国分销 Arm 知识产权的独家权利。
2020 年，Arm 决定罢免 Arm 中国首席执行官 Allen Wu。艾伦决定他不想离开，因此为 Arm 中国聘请了个人保安。随后，他与一些中国投资者一起，将 Arm 中国更名为安谋科技，开始开发非 Arm Limited 旗下的 IP，现在完全独立运营。Dylan Patel 将此称为本世纪的半导体抢劫案。
这对 Arm 的影响是严峻的——他们已经失去了第二大市场，虽然没有知识产权被盗，但他们现在不能直接向任何中国公司授权。他们必须通过安谋科技。对中国的影响：虽然这为在中国开展业务的国际公司开创了一个不稳定的先例，但中国现在有一条相当安全的路线来授权 Arm 技术。
由于第二个瓶颈是光刻，ASML 的 EUV 系统是中国代工厂的关键需求。附录中列出了最重要的半导体公司，但 TL;DR 是 SMEE——中国对 ASML 的回应——与 EUV 竞争相去甚远。（天哪，这是很多首字母缩略词）。综上所述，如果中芯国际无法获得 ASML 的 EUV 机器，他们就无法开发 <7nm 节点。
在整个供应链中，中国在技术、设备和知识产权方面依赖外国公司。这不仅仅是在高级流程中。根据无与伦比的约翰·多恩：没有一家半导体公司是一座孤岛。即使中国受益于全球分工，有利于降低制造成本，但他们仍然无法控制核心技术。那么他们将如何获得这种控制权呢？
中国自上而下、国家主导、投资驱动的追赶方式取得了喜忧参半的成功。这里的主要缺点是资源分配不理想、地缘政治舞会带来的技术转移以及中期人才问题。
本文第 1 部分中介绍的市场和国家的结合在这里非常重要。无论本地公司是在寻求建立冗余（降低美国和中国的依赖风险）、设计自己的芯片（如阿里巴巴和腾讯），还是只是为长期需求激增而建设产能，他们都在积极投资于生态系统。
然而，国家也投入巨资。科创板（相当于上海的纳斯达克）出现了互联网泡沫水平的估值和新股上市热潮。流入半导体估值的资金中约有70%来自与国家有关联的竞标者，大型科技公司次之，风险投资仅排在第三位。在中国所有 90 多家芯片厂中，只有一家是私人融资的。其余部分为国有。18
目前，生产者正在尝试抢占内存和成熟节点逻辑的份额。19他们这样做是因为（与 OSAT 一样）他们需要在供应链的某些部分具有竞争力。自 2016 年以来，该州在此投资的 160 亿美元取得了良好的效果，而落后的晶圆厂的建设是中国看起来将获得明显竞争优势的领域。由于台积电和三星专注于前沿技术——其本身就是一项全职工作——市场对中端芯片开放（就实际生产的芯片数量而言，占绝大多数） ）。
这也是投资可能产生最高投资回报率的领域，无论是在财务上还是在直接自给自足方面。台积电的规模经济足以证明将 30-50% 的销售额用于资本支出（约 280 亿美元）是合理的。即使中芯国际可以进行类似的支出，考虑到所讨论的所有其他因素（流程/市场定位/人才），它也不会在这笔钱上看到一半的投资回报率。
然而，与无晶圆厂一样，落后的代工厂在研发和资本支出上的支出要少得多。28nm 是全球最受欢迎的节点。因此，增加这里的市场份额将有助于自给自足、供需不匹配，并使中国拥有更可持续的竞争优势。20
主导落后逻辑并发展到领先内存的策略将需要更长的时间。它还将在经济上获得更多回报，更具可持续性，并且不会受到国际机构的反对。
中期内，中国政府将继续对单位经济进行补贴，直至达到一定规模（图 12）。这可以说导致美国、欧盟和中国之间的零和博弈。虽然每个人都对芯片进行补贴有利于满足全球需求，但它会扭曲市场，并使原本没有竞争力的公司在保质期之后得以维持。
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图 12：中国的补贴使他们的芯片价格更具竞争力（SIA ）。
一旦中国确立了自己的落后地位，下一个目标可能是先进的 DRAM 和模拟。不过，这两者都带来了更严峻的挑战，因为 1a-nm DRAM 需要 EUV 来制造，而 1z-nm 没有 EUV 就很难扩展（尽管美光目前正在通过多重图案化来做到这一点）。 21
模拟也是另一回事。拉斯穆斯·雅各布森 ( Rasmus Jakobsson ) 的这两篇出色的文章揭示了一些行业经济学，为什么嵌入客户供应链的能力如此有利，以及为什么现有企业如此难以取代。简而言之，模拟只是客户总系统成本的一小部分。客户还为每个系统使用各种芯片，因此通常优先考虑选择广度、组件可用性和服务水平。22因此，成本不是问题——规模才是问题。虽然进入逻辑和内存的障碍是物理、财务和技术，但模拟的障碍更多是由市场驱动的——产品多样性和使用寿命是为现有企业创造 20 年领先优势的关键差异化因素。
从国家 IC 基金的构成（图 13），以及中国 IC 市场的细分市场分布（图 14）来看，很明显他们正在优先考虑逻辑发展。这表明地缘政治安全高于财务回报。这种方法能持续多久很难说。
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图 13：中国国家集成电路基金细分市场（SIA ，2021）
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图 14：按细分市场划分的中国 IC 市场（Coughlin Associates ；2018-2020）
也许有争议的是，从长远来看，我预计中国将继续变得越来越有竞争力。尽管他们在很多方面落后了十年左右，但可以预见的是，他们_最终会_走在前沿并推动它向前发展。
与其他任何国家相比，供应方工人参与的流程学习更多，而中国市场的巨大（以及不断增长的全球需求）将继续提升他们的能力。如果有足够的时间，中国很可能会像在大多数其他形式的电子产品中一样复制他们在半导体领域的成功。此外——历史上没有一个国家、公司或个人永远垄断技术。
权力意志、不断增长的人才库和陡峭的学习曲线在结构上支撑着这一趋势，在中短期内，轻松的资金为其提供了资金支持。问题主要不是如果，而是何时？
中国到 2025 年在本地制造 70% 使用的半成品的目标非常雄心勃勃。长江存储最好的机会是快速获得 NAND 和低端 DRAM 市场份额，并瞄准>28nm 的规模化产能。以美元支出衡量，中国在这十年中不太可能生产 50% 的芯片（图 15），就实际使用的芯片而言，到 2028 年左右可能会达到 70%。这些大多是落后的。
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_图 15：中国半导体供应预测（Handel Jones ，IBS；2006-2030）_
即使要实现表面上的领先独立，中国至少还需要十年的时间。对于 7nm 以上的技术，对光刻和设计工具的需求只会增加，而且 SMEE 和 Empyrean 都没有足够接近 ASML 和 Cadence/Synopsys 来提供具有竞争力的系统。与美国一样，中国依靠台积电和三星（以及其他公司）生产 100% 的先进芯片。看看中国可以借助台积电拉动哪些杠杆来推动这里的发展，这将是一件很有趣的事情。
中国公司可能会越来越多地开始挑战西方竞争对手——无论是在他们爬上落后的边缘（就像长江存储所做的那样），还是开始开发自己的技术（就像半导体公司正在试验的那样）。作为一种解决方法，已经对非硅工艺进行了一些投资，特别是随着电动汽车的出现增加了对以功率为重点的芯片的需求。然而，这些的前景充其量是喜忧参半。尽管如此，这是一个很好的提醒，在 1990 年代，老牌企业对 ASML 的浸入式光刻机投机，以避免从日本购买机器。听起来有点熟？
至于真正的独立性，我持怀疑态度。今天，整个供应链如此全球化，专业化的好处如此根深蒂固，几乎是不可能的。让一个国家设计、制造、封装和销售领先的芯片已经非常困难了。如果没有那个芯片或任何帮助制造它的设备，要做到这一切，跨越国界几乎是不可想象的。然而，中国对真正的孤立主义没有兴趣。中国的利益在于从战略上消除对美国的依赖。为此，半导体和设计工具是最大的障碍。
回顾这篇文章的关键主题：
第 1 部分涵盖_了_全球供应链的样子、进入壁垒是_什么，以及中国__为何_试图获得独立。该行业归结为少数伪垄断者，其进入壁垒是高资本支出成本、极端的流程专业知识、规模、客户集成和围绕现有企业建立的人才生态系统。中国正试图获得独立，以支持其在人工智能/5G 未来的领导地位，为即将到来的需求建设能力，并确保地缘政治自主权。
第二部分首先着眼于中国需要做什么，顺风帮助她做这些事情，以及她在这些事情上走了多远。在揭开_谁_是关键参与者、中国_如何_可能取得进步以及她_何时_有望实现不同程度的自治时，这篇文章的最终结论是，中国可能落后领先企业十年。
最大的限制是缺乏先进的光刻设备（SMEE没有能力，ASML被禁止销售EUV系统）。该行业仍然严重依赖 EDA 工具提供商，Empyrean 不足以满足不断增长的设计需求。美国对半导体公司的限制和将某些中国实体列入黑名单的做法强化了快速发展的必要性，并揭示了许多旗舰冠军对全球老牌企业的依赖程度。
中国在 OSAT 和中级封装方面已经具有令人难以置信的竞争力，并且在长江存储的 3D NAND 方面取得了显着的成功。中国很有可能在内存和逻辑方面越来越多地占据落后的市场份额——通过 IC 基金、赠款、税收减免和在科创板上市等慷慨政策的支持。这里公司的高估值充当了廉价的资金来源——促进了原本无法维持的增长和支出。
作为最后的建议——开放和无冲突的贸易环境将有利于所有参与者。由于中国在美国半导体资本上花费的每 5 美元中就有 1 美元作为资本支出重新投资回美国生态系统，因此美国公司对中国的需求几乎与中国对供应的需求一样多。除此之外，semicap 和 EDA 公司的系统不可能进行逆向工程——出售它们会鼓励中国的依赖。对于中国来说，接收这些机器意味着他们可以在人才培养和流程开发方面取得进展，而不是试图同时解决所有三个障碍。开放贸易也将减少脱钩或公开冲突的可能性。
尽管如此，极端的需求以及中国日益成为世界先进制造业中心的事实，让她了解了这里的增长轨迹。不管结果如何，换个说法：这不是你祖父的半导体产业。
附录是我转储一些支持我之前所说的内容的信息的地方，但这些信息过于细化，无法包含在正文中。请参阅文本链接。
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上海微电子设备 (SMEE) 正在开发用于28nm 工艺节点的设备——台积电、三星和英特尔在 2013 年左右已经在生产这些设备。
由于光刻是使芯片更小最关键的方面之一，SMEE的进展是中国独立的主要KPI之一。截至 2021 年 6 月，他们的旗舰设备“600 系列”能够采用 >90nm 工艺。多重图案化有可能实现一些更高级的功能，但充其量它们能够在没有 EUV 的情况下工作 14nm 工艺。这使他们落后于世界领先的 ASML 大约十年。
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ACM Research 从事晶圆清洗（进入门槛较低的市场）在全球范围内具有相当的竞争力。虽然他们在各自全球市场的份额不到 1%，但他们正在运送尖端设备，并有望在未来十年获得市场份额。
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先进的微加工设备 (AMEC) 是中国对 Lam Research 的回应——蚀刻技术。他们已多次因知识产权盗窃被告上法庭，但在违反东京电子/林研究/应用材料蚀刻三巨头的情况下几乎没有成功。然而，它们的优势在于沉积在非硅元件上。他们在这里拥有大约 40%的全球市场份额。
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最后，NAURA 技术集团——他们也在沉积（和部分蚀刻）。从技术上讲，NAURA 有能力生产 5nm 芯片的设备，但实际上它们的大部分能力是 14nm 以上的。
最后，对于那些在中国并想参加的人，2022 年 3 月 23 日至 25 日在上海举行了一场半导体会议。报名已开放。
本文分两部分深入探讨中国半导体供应链。它最初是对中国半导体（制造半导体所需的设备）的利基研究，但已经发展到涵盖更广泛的生态系统。第 1 部分将讨论更广泛的生态系统，以及中国为何迫切要求独立。第 2 部分将揭示中国在此背景下的角色、不同的中国参与者是谁，以及他们各自的发展轨迹。
这是一个非常复杂的行业，每个领域和角度都有大量文献，这篇文章来自各种专家和来源。我尽可能多地尝试将它们联系起来。如果我遗漏了你，请在Twitter 上给我留言，我会尽快给你链接。
非常感谢mule 、Dylan 、Chris 、Jon和Dan Wang 。
芯片成本正在上升。能参加比赛的球员越来越少。市场的周期性正在减弱。AI / 5G 的需求即将出现激增。中国在当地供需方面存在很大的不匹配。
工人必须拥有生产资料。这是马克思主义的基础，它变成了共产主义，变成了社会主义。对此，洒上一些中国特色，你就有了全球增长最快的大市场的基础。难怪中国正在追求技术独立。总的来说，他们在这方面做得非常出色，也许在半导体领域除外。所有现代科技的关键是什么？半导体。
COVID-19 的出现使全球许多供应链都需要冗余。然而，中共对内部集成电路（IC）制造能力的推动并不是什么新鲜事。在可追溯到 70 年代的每 5 年计划 (5YP) 中，即使名义上也提到了这一点。不过这一次其实不一样。第十四个五年计划是第一个强调_完全_自力更生，并建议在本地建立一个近端对端的链条。这也是中国第一次在全国范围内处于足够强大的地位来资助这一尝试，也是第一次将其视为国家安全问题。
中国半导体供应链是一个相当复杂的东西。要理解它，首先需要了解它如何融入全球供应链，并了解激励中国独立的供需动态（包括半导体和一般技术）。一旦确定了这些背景，我们就可以了解中国供应链的具体情况及其未来前景。
作为中国特色的读者，您可能对科技感兴趣。您也可能已经对半导体有了不错的了解。对于外行，我在今年早些时候写了一篇关于半导体的介绍性帖子：
TL; DR 是半导体是构成集成电路构建块的微小导电材料 - 基本上为所有依靠电力运行的东西提供动力的小芯片。迄今为止，游戏的名称一直是“将更多组件塞进集成电路中”。这是摩尔定律：IC 上的晶体管数量大约每两年翻一番。众所周知，摩尔定律现在已经死了。
我们可以每隔几年将每个芯片的晶体管数量翻一番的想法导致公司认为这种增长是理所当然的。预计优化将发生在芯片尺寸级别，而不是代码或工艺级别。正如我们将看到的那样，物理学限制了芯片的持续缩小，以至于必须越来越多地从工艺改进、封装和软件中获得更好的性能。所有这些都使芯片生产成本成倍增加（图 1）。
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图 1：按工艺节点增加的生产成本（SemiEngineering ，2020 年）
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图 2：在前沿制造芯片变得越来越难（ Capensis Capital 3Q2020 Letter）
从历史上看，芯片行业一直是高度周期性的。制造商不得不应对技术的指数级改进、管理一些人类已知的最复杂的工程以及极高的研发成本。在过去，所有这些都结合在一起，形成了繁荣与萧条的过山车。芯片制造商不得不努力计算开发代工厂所需的时间，因为新芯片（称为工艺节点1 ）问世时交货时间长、供应限制和需求激增。由于“前沿”芯片——真正的小芯片，比如<7nm——比几年前的“落后”芯片更难生产，这加剧了这种情况。由于这些限制，供应链的许多要素将在不同时间达到高峰和低谷。
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_图 3： 2021 年 6 月Besi投资者介绍。_
多年来，高资本支出、周期性投资和极端流程复杂性的三重奏导致了该行业的整合。现在很少有公司拥有知识产权、人才、生态系统或资金来竞争。另一方面，在过去五年中，需求激增。AI/ML、物联网、5G 和许多其他首字母缩写词技术流行语的承诺已经开始脱颖而出。
供给侧整合和需求侧爆炸的结合导致行业动态从过去的周期性转变。然而，更重要的是，尺寸的物理极限（芯片缩小）几乎受到了影响。这在很大程度上是摩尔定律被认为正在消亡的原因。换个说法：这不是你祖父的半导体产业。
正是在这个新的行业中，全球垄断者控制了所有供应，中国创造了大约3100 亿美元的需求。2020 年全球芯片销售总额为4400 亿美元。表面上看，中国拥有全球 70% 的需求，但其中大约一半是经过包装和组装后从中国出口到世界其他地区的。这就是为什么中国如此热衷于技术独立的原因。他们在当地的供需方面长期存在不匹配，他们在依赖半导体的技术领域争夺世界领先地位，而芯片是美国（制造芯片制造的大部分设备）对他们的公认瓶颈。
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图 4：Randy Abrams，瑞士信贷（2020 年）
中国在包装、设计和落后制造方面的能力不断增强，现在正在争取领先的独立性。本文的重点不是对整个全球供应链进行细致入微的全面了解。为此，我推荐BCG/SIA和德勤的这些报告。然而，如果不了解整个行业，就很难了解中国在该行业中的作用。因此，如有必要，我将借鉴更全面的概述。
这篇文章（第 1 部分）的重点是更深入地研究_中国_试图从中获得独立，以及他们_为什么_想要独立。第 2 部分将深入探讨中国的主要参与者是_谁，他们期望__如何_进步，以及_何时_可以预期他们与当前领先的垄断者竞争。
中国试图破坏的“什么”。供应链归结为少数几家拥有巨大成本、人才生态系统和复杂知识产权的垄断企业。细微差别，有不同类型的芯片：大型（模拟）、中型（内存）和小型（逻辑）。中国正试图在这三个方面都具有竞争力。这三者都有不同的进入门槛。中国将难以与离消费者最远的供应链部分竞争，而与离消费者更近的部分竞争将变得更具竞争力，这需要较少的极端专业知识。
那么，今天的行业是什么样的呢？半导体公司分为五类：
电子设计自动化 (EDA)
芯片设计（Fabless 制造商）
制造厂（集成设备制造商和代工厂）
设备（“半导体”）
外包半导体组装和测试 (OSAT)
这是我为画一点图片而制作的小图形。
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图5：全球逻辑芯片半导体供应链（Vineyard Holdings ）
简而言之，设计用于智能手机、汽车和笔记本电脑的芯片的人（“无晶圆厂制造商”）是在 EDA 软件上完成的。如果他们可以设计和制造芯片，他们就被称为集成设备制造商。三星和英特尔是这里的两大巨头。
如果他们不能自己制造芯片（大多数人不能），那么他们就会将设计发送给可以的人。这些是代工厂，其中最重要的是台积电（TSMC）。我建议对那些感兴趣的人深入了解铸造厂的组成。
任何能够制造芯片的人都只能这样做，因为他们从少数供应商那里购买了超精密的设备。这种设备被称为 semicap，是 Semiconductor Capital Equipment 的缩写。代工厂将设备与专业材料和工艺专业知识相结合，然后弹出芯片。
该芯片仍需组装、测试和封装。由于这是与制造不同的能力，代工厂将这部分过程外包给专门从事该过程的人员。这是 OSAT 工作人员。他们依赖一组不同的供应商来提供测试设备。一旦芯片设计、制造、测试、封装和组装完毕，就可以使用了。
由于许多节点的——字面上是原子的——大小，处理它们的公司已经在他们的领域开发了不可复制的专业知识。在许多情况下，几个不合适的原子会导致整个产品无法使用。例如，ASML 的极紫外光刻 (EUV) 机器所需的镜子被抛光到小于一个原子厚度的光滑度。换个角度来看，如果镜子有德国那么大，最高的“山”只有 1 毫米高。这是中国试图颠覆的行业。
流程节点（芯片）有多种尺寸，适用于一系列用例：
大节点（>180nm）通常是模拟的。通常，它们用于接收非二进制输入并将其转换为二进制（例如 EV 中的传感器如何“看到”道路并将该信息传播到系统的其余部分）。
中等节点（28nm-180nm）是多数逻辑节点。它们是大多数人在想到芯片时想到的节点——它们是处理过程计算的节点，比如 CPU 和 GPU。
小节点（10nm 到 22nm）分别在内存和逻辑之间以 80/20 的比例分割。大多数内存芯片是支持 NAND（SSD 中的永久存储）和DRAM （笔记本电脑用来保持所有 Chrome 标签页打开的临时存储）的芯片。
许多流行语技术都依赖于前沿节点。“领先”在技术上是指从台积电承诺的 1 纳米节点到 iPhone 8 中的 10 纳米节点。但实际上，目前规模化生产的最先进节点是支持 5G 的 iPhone 12 中的 5 纳米节点。
大规模部署 5G 的最低要求是 5nm 节点，因此它们的生产支持 AI 进步、5G 和大部分数据中心发展。关于计算是在“边缘”（数据的来源；不要与“前沿”一词混淆）还是在云中进行，还有一个完整的争论。无论哪种方式，领先的芯片都将成为构建这种基础设施的铁锹。
每种类型的节点都由具有特定专业知识的特定生产者主导。由于模拟芯片（大型）更容易制造，因此该领域公司的竞争优势来自其产品的广度、营销渠道的覆盖范围以及规模衍生的成本优势。德州仪器（是的，计算器公司）是领先的模拟生产商。
至于中型节点，这些主要用于存储芯片。全球有三个占主导地位的内存厂商。美国的美光，韩国的 SK 海力士和三星。内存产品完全商品化。从单位经济学的角度来看，它们也是一些最糟糕的产品——公司对最终用户的了解很少（创建更短的订单周期），并且过去在成本方面展开了激烈的竞争。因为存储芯片需要电容器（小电荷存储器）和晶体管（打开或关闭开关的小网关），所以它们比仅晶体管逻辑芯片具有更高的尺寸限制。内存芯片在物理上几乎被限制在 >10nm。我建议阅读Andrew Rosenblum 的2020 年第三季度投资者信函在这里进行更深入的了解。总结是，内存生产商增加供应的唯一方法是通过从半导体供应商那里购买更多设备并培训更多员工来管理生产线2来增加新的生产线。
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图 6：我们正在全面打击半导体发展的规模限制。这是摩尔定律的消亡（mule ，2020）
上面概述的整个供应链，包括无晶圆厂设计师、代工厂、OSAT 团队，主要是逻辑芯片的供应链。作为计算的基础设施，这些芯片是中国产业最大的焦点，也是最难复制的。_笼统地说，_这是给你的另一张照片。
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图5（再次，但不同）：全球逻辑芯片半导体供应链（Vineyard Holdings ）
下面的图 7 和图 8 分别显示了半导体的区域需求和供应。请注意中国的需求有多大，而除了 OSAT 之外，它们的供应量有多大。我们稍后会谈到这一点，但现在快速说明一下——中国在制造领域的 16% 市场份额实际上主要是半导体制造国际公司 (SMIC)。有传言称，中芯国际在最好的情况下正在生产一些7nm 节点（主要是用于加密货币挖掘的 ASIC ），但在规模上它们仍处于 14nm 及以上。通常，公司不会跳过一个工艺节点，通常是从 14 纳米到 10 纳米，再到 7 纳米。在看到美国制裁对华为的影响后，中芯国际似乎有意从 14nm跃升至 7nm 。
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_图 7：按地区划分的半导体需求，BCG/SIA （2021 年）_
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_图 8：按地理和方面划分的半导体供应，BCG/SIA （2021 年）_
迄今为止，中国在提供廉价劳动力方面表现出色，但在发展技术和关键步骤的能力方面并不那么出色。他们较低的劳动力成本使他们能够在组装和包装方面很好地竞争，这些过程虽然复杂，但远不如半导体生产或制造。
他们也在设计领域成长。随着公司开始需要更多专用芯片，通用芯片正面临威胁。苹果、谷歌、亚马逊、阿里巴巴、腾讯和许多其他家喻户晓的公司都开始制造自己的芯片，特别是因为代工厂使外包设计变得如此容易。
Cadence Design System 是领先的设计软件供应商之一，与 Synopsys 一起在市场上处于准双头垄断地位。下面的图 9 是它们在中国的增长情况。这种增长的含义是，中国对设计软件的需求量比 Cadence 服务的其他地区更快。骡子在 Cadence 的 20 年第三季度财报电话会议上 发表了一篇很好的文章，进一步解释了这一点。
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图 9：Cadence 财务业绩（2020-2021 年）
然而，中共和中国公民所寻求的技术独立性不会在已经制造的芯片上找到，甚至在设计用于制造的芯片时也不会。中国实现技术独立的唯一途径是工人拥有生产资料。中国需要代工厂。
但铸造厂需要设备、工艺、庞大的人才库、客户和大量的专业知识。虽然金钱在创造这些方面有很长的路要走，但有些东西是金钱买不到的。每个设备制造商都在数十年的周期和整合中积累了开发特定设备（和维护）堆栈的专业知识。为了真正的独立，中国需要自给自足，不仅要生产铸造厂，还要生产铸造厂所依赖的设备。否则，阻塞点只会向链条的上游移动。
到目前为止，我一直避免详细介绍芯片的实际制造过程。这有点超出本文的范围，但这里是英飞凌的 13 分钟视频。如果您有进一步的兴趣，ASML在他们的网站上有很好的解释。平均而言，制造厂大约有 500 多台机器，芯片制造过程中大约有 1000 多个步骤。因为半导体芯片是人类曾经处理过的最小的事情之一，所以即使是微小的灰尘，它们也可能会被毁掉。大多数晶圆厂都竭尽全力避免这种情况，在空气通风上花费了大量资金。平均晶圆厂比医院的大多数手术室“清洁”约 100-1000 倍。
在高层次上，现代芯片是“小摩天大楼”（ASML 的类比，不是我的）。它们是硅晶片，首先涂有光刻胶，这是一种光敏聚合物，在曝光时会溶解。芯片经过数百次曝光循环，将未曝光的光刻胶烘烤以显影图案，并蚀刻掉不受光刻胶保护的材料，然后最终去除光刻胶并加工晶片。
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图 10：前端半导体制造工艺（ASML 年度报告，2020）
下面的图 11 显示了某些公司在半导体股领域的主导地位。Applied Materials (AMAT)、Lam Research (LAM)、ASML、Tokyo Electron (TEL) 和 KLA-Tencor 是值得注意的主要参与者。在这五个中，只有东京电子和 ASML 在美国以外。
在这两者中，ASML独一无二的 180 吨 EUV 机器是制造任何尖端产品的关键推动力。每年大约生产 25 台这样的机器，其中大部分供应给台积电，每台机器的成本约为 1.3 亿美元。迄今为止，部分是因为他们对美国零部件的依赖，部分是因为地缘政治，部分是因为他们与美国主导的供应链其他部分的关系，ASML 已被禁止向中芯国际和其他中国代工厂出售 EUV 机器。
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图 11：Gartner 和 Bernstein 分析（2019 年）
我上面描述的大部分是 semicap 的“前端”。“中端”和“后端”多为先进封装（晶圆级）和传统封装。这主要是 KLA-Tencor、Teradyne 和 FormFactor 的领域。它涉及用于测量、包装、组装和测试的设备。我向有兴趣的人推荐mule关于高级封装的文章和Christopher Seifel的行业概述。
对于关于开发链每个阶段的相对成本的（过时的）讨论，我推荐gwern关于摩尔定律的讨论，以及Brown和Linden 的这篇研究论文。每个先进制造厂的成本估计在 5 到150 亿美元之间，并且每 4 年左右翻一番。
中国要发展独立的供应链，就必须规避这种对半导体的依赖。单独发展代工厂很难，但同时在全球范围内应对一系列边缘垄断者是一项非常艰巨的任务。既然我们知道_中国_想要颠覆什么，那么让我们来看看为什么。
中国此举的“原因”。它归结为市场需求和战略重点的结合。中国不想依赖世界其他地区，对芯片有大量需求（现在和未来），尤其是随着人工智能发展的增长。
中国进口的芯片比石油还多。
正如我们稍后将看到的，他们还明确表示，他们希望在人工智能和工业自动化领域引领世界。这使得半导体不仅是国际紧张局势加剧的最大瓶颈，也是实现技术增长目标的最大制约因素。
正因为如此，半导体制造已成为国家重点。在过去十年中，注册为半导体公司的公司数量增长了 700% 以上（图 12）。国家和私人机构都在投入资金来建立这种能力。这不仅仅是中共驱动的行政命令。在华盛顿禁止华为使用 Cadence & Synopsys 的 EDA 平台之后，中国公司内部也存在相当大的私人担忧，即美国可能会禁止哪些人。
那么，什么会激励中共向单一行业投入730 亿美元呢？部分原因与激励台积电在三年内投资约 1000 亿美元以增加研究和产能的原因相同。因为需求量很大。然而，就中国而言，部分原因还在于它是战略政策。
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图 12：中国“半导体企业”数量（金融时报，2020）
中国围绕特定行业进行大量炒作并非完全新颖。轻松融资、国家利益、地方利益_和_市场需求的结合，都为特定行业创造了令人振奋的嗡嗡声。在遥远的过去，它是创业和城市化。在过去的几年里，它是人工智能和大数据。今天是半导体。
从主题上看，该行业对美中脱钩的想法充满热情。在美国严重依赖中国进行低端生产（例如用于 COVID-19 救济的大部分关键医疗设备和 N95 口罩）的情况下，中国对半导体的依赖也有所回报。如前所述，大部分半导体和无晶圆厂公司都位于美国，大多数代工厂都优先考虑与美国的关系，但大部分需求来自中国。
这两个国家如何驾驭贸易和动态超出了本文的范围。YouTube 上的亚洲协会有一系列由政策制定者和行业领袖就美国和中国的未来进行的小组讨论。我推荐这一集关于技术的关于半导体的讨论。雷·达里奥（Ray Dalio）的《不断变化的世界秩序》 很好地解读了几个世纪以来权力从一个国家到另一个国家的转变。达利欧书中的结论是，权力确实发生了转变，随着权力的转变，会出现一些关键的发展模式。
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](https://substackcdn.com/image/fetch/f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fbucketeer-e05bbc84-baa3-437e-9518-adb32be77984.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2Ffb169be2-5858-469e-a5b2-08339e3b8652_783x368.png)
图 13：世界大国的兴衰模式（Ray Dalio ，2020）
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图 14：中国沿着不同的弧线发展（Ray Dalio ，2020）
所以，是的，中国寻求技术独立是为了争取国家权力。这也是几千年来不同帝国的国家一个国家上演的事情。我意识到在世界历史的背景下讨论半导体有点夸张。然而，鉴于芯片对我们世界的未来至关重要，它可能是围绕这个行业可以拥有的最重要的框架。半导体制造不同于汽车制造。赢家通吃的情况要多得多，一旦赢家根深蒂固，就更难更换赢家。
鉴于当今美国电力行业的集中度，中国的电力竞标需要进一步确定。看图 15，很容易看出中国如何将内部半导体能力和安全供应视为与其经济和国家安全有着内在联系的。这并非没有道理：近年来，美国的政策越来越多地针对中国供应链的脆弱性。这是一个先有鸡还是先有蛋的局面。中国希望内部化，因为美国想要阻止中国不断增长的实力。美国想要阻止中国内部化，因为它让中国变得更强大。
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图 15：按收入规模划分的半导体公司（Bloomberg，2019 年）
在 COVID-19 成为媒体头条之前，“科技冷战”风靡一时。最近，华为和其他几家中国计算巨头被禁止使用美国设备制造其内部处理器。由于Lam，KLA和AMAT在这里基本上是垄断者，而台积电（华为最大的合作伙伴）在半导体方面严重依赖它们，因此华为基本上被芯片行业淘汰了。
对于许多较小的中国公司来说，这样的政策可能会抹杀之前的市场领导者，这是一件令人担忧的事情。因此，推动技术自治不仅仅是国家主导的。许多较小的市场参与者也在努力平衡他们现有的美国关系和在另一项政策修订的情况下发展当地的应急措施。重要的是要看到，这不仅仅是一个异想天开的习近平选择对独裁政权下注。相反，这是国家安全指令、现有市场成员在其供应链中引入冗余以及大量新进入者追逐轻松补贴的共同努力。
我在腾讯的深潜中写道：
“ 中共的第十四个五年计划 包括以技术为中心的重点，其中提到了区块链和金融科技。将这些作为流行语很容易写下来，但政府将 4IR 技术列为战略重点，这表明自上而下大力推动在其中许多领域的全球领导地位。中国知道他们在制造业方面具有竞争优势，并希望通过开发这些用例来推动这一发展。分布式账本技术可以改善供应链，云计算可以连接价值链的不同点（参见上下文：超越微信——制造），人工智能和物联网逐步实现生产自动化。”
您可以在此处找到第 14 届 5YP 的中文版，其中英文注释突出显示了半导体部件，由 Covington Research 提供。中国特色的读者可能已经熟悉该计划。第 14 个计划涉及半导体制造的几个特定领域，将受到特别关注：
IC 设计工具 (EDA)
半导体设备及材料（semicap）
先进的记忆技术
宽带隙半导体（如碳化硅或氮化镓3 ）——这些是下一波半导体工艺节点的潜在竞争者
先进制造业“集群”
在本文的第 2 部分中，我将解开一些源自 5YP 的较低级别的政策。
到目前为止，我已将中国的半导体独立作为一项国家战略，将冗余注入数百家企业的供应链，以防止美国依赖美国。还有另一个动机：市场需求量太荒谬了。
有许多来源给出了为什么半导体需求方面将出现空前增长的众多原因。_ _ 这些来自 Lam Research 投资者日的图表很好地概括了整个行业的_时代精神。_至于当前的需求，毕马威的 2021 年行业展望显示了一些驱动因素。这几乎是你所期望的——任何有技术的东西在某种程度上都依赖于半导体。
在全球范围内，我们正在生成比以往更多的数据，训练比以往更好的 AI/ML 模型，并且通过 5G 的推出，使用比以往更多的东西来收集、发送和接收数据。这是物联网的基础。自动驾驶汽车、深度学习、机器人技术、工业自动化、数据中心需求、云计算、AR/VR 和加密货币方面的进步越来越大。
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图 16：Lam Research 投资者日（2020 年；数字未按比例）
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图 17：毕马威全球半导体行业展望（2021 年）
弗拉基米尔·普京在 2017 年发表了评论，“谁成为人工智能的领导者，谁就会成为世界的统治者”。《人工智能超能力》的作者李开复认为：“人工智能将比人类历史上的任何事情都更能改变世界。不仅仅是电力。”
目前，中国在人工智能出版物和专利方面处于世界领先地位，约占全球发表的关于该主题的研究论文总数的 28%。仅靠研究并不能提供持久的优势，但数据生成、数据管理和计算机科学人才可以。
在阿里巴巴、腾讯和字节跳动之间，中国的计算机科学生态系统是世界上最好的。当国家强制要求时，隐私问题也少得多。中国庞大的数据库（主要由其科技巨头编制）是中国处于人工智能发展前沿的关键原因4 。
在这份 Seagate报告中，所生成数据的全球增长率约为 26%。中国是30%左右。到 2025 年，中国将成为全球生成和获取数据最多的国家——主要由拥有如此多的互连设备驱动。
希捷预计，到 2025 年，世界上每个连接的人（当时约占总人口的 75%）每天将使用超过 4,900 次数据，大约每 18 秒一次。引用Westfield Capital Management 的话：
“当今世界上 90% 的可用数据是在过去 2 年中生成的——预计到 2025 年将增长到 180 zettabytes（即 21 个零）。将 zettabyte 放入上下文中，仅存储一个 zettabyte 需要 1,000 个数据中心，或大约 20% 的曼哈顿土地面积”。
所有这些数据都是人工智能研究的关键。这就是为什么中国的技术独立对其经济如此重要的原因。Kaplan et有一份白皮书。人。关于神经语言模型（人工智能技术）如何扩展。总结一下：
模型的性能与规模相关。除了模型架构之外，规模还与：
参数的数量，
数据集的大小，以及
可用的计算量。
这可能会持续一段时间，至少在我们达到该比例关系的上限之前是这样。这是缩放假设，它很有争议。
如此处提出的想法是，一旦我们找到一个可扩展的架构，就像大脑一样，可以相当统一地应用，我们可以简单地训练更大的神经网络，更复杂的行为就会自然而然地出现。更强大的神经网络“只是”放大的弱神经网络，就像人类大脑看起来很像 放大的灵长类动物大脑一样。
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图 18：GPT-3，迄今为止训练过的最强大的 AI，是红点（~3624 petaflop/s-days；OpenAI via mule ；2020）
因此，这里的三个约束是数据、计算和这两者的美元成本。让我们假设成本对于大型科技公司或积极主动的主权者来说不是问题。因此，约束是数据和计算。但是我们已经确定，我们几乎无法跟上我们正在生成的数据，所以真正的计算（存储和处理）是主要的限制因素。
未来计算的消耗方程将如下所示：
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图 19：未来计算消耗方程（mule ，2020）
如果训练模型开始为扩展而扩展，那么对计算的需求将会非常陡峭。然而，抛开需求呈指数增长这一事实（我们将回到这一点），让我们来看看未来的供应增长。
为了改善未来的计算供应，我们过去依赖几何缩小和功率缩放。但我们在这两个问题上都碰壁了。芯片，至少是那些建立在硅上的芯片，不会比假设的 1nm 小很多。所以我们要么在非硅（如GaN或石墨烯）上构建芯片，这意味着我们需要一个全新的技术堆栈。或者我们通过异构计算取得进展（正如我们在 CPU 到 GPU 到 ASIC 的进展中所做的那样）。
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图 20：异构计算的进展（mule ，2020）
异构计算是构建特定用途芯片的一种奇特方式，它的工作原理是制造真正擅长某件事的芯片，但仅此而已。Fuchs 和 Wentzlaff对这种方法的可能限制进行了研究，TL;DR 是各种应用程序将具有不同的收益递减率，但所有的收益都会随着时间的推移而减少。这里也有限制。
另一个建议是把一堆“愚蠢”的芯片堆叠在一起，并通过拥有大量芯片来蛮力算法。最大的问题是能源成本。虽然让一堆低效的芯片一起工作可以完成非常复杂的算法，但算法越先进，这种方法就变得越昂贵。这使得它从长远来看是不可持续的，而且目前在经济上也没有竞争力。
归根结底，这是一个马尔萨斯指数增长（需求）在渐近高原（供应）。半导体现在很有价值，计算不是当前的限制。未来，计算肯定会成为制约因素，而半导体将变得更加重要。
目前，与逻辑处理相比，许多 AI/ML 项目更受输入/输出速度的限制。解决这个问题意味着拥有更好的内存速度。这可能以自动内存缓存的形式出现，但更有可能意味着 NAND 和 DRAM 的增长。无论哪种方式，如果公司或国家想要开发具有竞争力的人工智能流程——中国也这样做——那么他们_必须_控制自己的计算和内存供应。
我们已经讨论了“什么”和“为什么”。接下来我们将看看“谁”、“如何”和“何时”。这是一个微妙的空间，不同的派对都想要不同的东西。这将在第 2 部分中介绍。
第 1 部分到此结束。我们讨论了全球半导体行业、开发完全独立供应链的高成本、挑战和限制，以及需要构建的各种流程。这就是_中国_试图破坏的东西。
我们还研究了中国_为何_试图破坏它。在努力满足市场需求、保持国家韧性以及争取控制本世纪最重要的资源方面，中国对半导体产能的渴望既是必要的，也是微妙的。说“中国的愿望”意味着有一个庞大的实体在稻田里大声疾呼，宣扬着全中国的蜂巢式意图。这是非常不准确的。
中国是由无数政党组成的。企业，无论是公共的还是私人的，都有全球和本地的关系。他们受到人民、家庭和各级政府的影响。试图平衡这些关系是很困难的。许多企业因国家对“半导体”品牌公司的高估值而兴奋不已。其他人则谨慎行事，试图平衡与美国和中国供应商的关系，同时避免美国的制裁并遵守政治局的本地化要求。总之，它可能与您熟悉的任何业务非常相似。
试图解开中国新兴产业的动态将是本文第 2 部分的尝试。在此之前，感谢您的阅读。