中興事件之痛 ——誰扒掉了中國電子整機產業的皇帝新衣(轉)

　　3月7日早上，一個朋友給筆者打電話：「中興停牌你知道不？美國政府禁止中興採購了」。此時筆者的注意力還集中在今年女生節新出的條幅上，不覺得然的答道："看到報道了，估計美國政府也就作作樣子吧"。然而兩天事後，事件發酵，先有中興網友爆出，除了不容許採購芯片以外，美國供應商已經全面中止對中興的技術支持：再也不回覆郵件，打電話過去，對方說，「你的郵件我就當沒看到，電話之後也別打了，不然我會有麻煩。」接着，看到中興宣佈正在配合美國政府申請出口許可，雖然這種申請一般會被駁回。再後來，據說ARM這家英國公司，由於公司大部分研發放在美國，也被迫中止對中興的支持和商務合做。如此種種，讓筆者深吸一口涼氣，看來此次美國玩兒真的了。 
  
　　對於此次事件的反應，有些人認爲沒什麼大不了，努比亞沒了高通，不是還有中興微電子麼，用本身的唄。有些人認爲，最好所有禁運，此刻正是國產芯片的好機會。但筆者卻認爲，若美國政府的斷貨制裁持續太久，會帶來中興乃至整機產業的滅頂之災。所謂皮之不存毛將焉附，對於國產芯片而言，若失去國產整機廠做應用支撐，又談何發展機會。因此，目前當務之急是讓美國政府儘快解除禁運，度過眼下難關，再圖未來。 
  
　　雖然這些年，國內集成電路產業發展日新月異，自給率逐年提升。華爲海思最新的麒麟芯片能夠和高通驍龍820一比高下；龍芯積累了十多年，也終於能夠和北斗衛星一塊兒上天；隨便拆開一個藍牙音箱、機頂盒、冰箱洗衣機，裏面的核心芯片已經大部分是國產品牌。但不可忽視的現狀是，這些國產芯片的成功應用大多在消費類領域。在對穩定性和可靠性要求很高的通訊、工業、醫療以及軍事的大批量應用中，國產芯片距離國際通常水平差距較大。尤爲是一些技術含量很高的關鍵器件：高速光通訊接口、大規模FPGA、高速高精度ADC/DAC等領域，還徹底依賴美國供應商。 
  
　　進入二十一世紀第二個十年，西方國家遏制中國，限制高技術產品出口中國的瓦森納協議依然生效。上述幾種芯片是限制出口的重災區。若是想看看中國這幾個方向的真實水平，每一年查查瓦森納協議的更新就能夠了。而現代相控陣雷達裏面，他們都是必需品，只能經過」你懂的」渠道得到。每生產一臺國產示波器，裏面的ADC都須要美國政府的贊成才能進口，同時要承諾不被轉作軍事用途。打開中興、華爲出產的基站，電路板上除了幾顆數字基帶芯片是自產的，通訊鏈路上RF，PLL，ADC/DAC乃至外圍測量電源電壓的芯片都見不到國產供應商的身影。雖然整機廠經過自產基帶芯片掌握核心算法，可是，卻沒法解決被國外芯片供應商「卡脖子」的問題。瞭解整機產業的人都知道，一臺基站假若有100顆芯片，其中只要有1顆被禁運，整臺基站就沒法交付。就算找到團隊從新設計，根據IC研發的固有規律，一顆芯片從設計、測試到量產至少要1年以上，高可靠性的工業級芯片須要時間更長。若是制裁持續1年，這期間中興的全部產品全面斷貨，合同沒法履行，徹底沒有收入，結果不言而喻。脣亡齒寒，就算國產ICer們一年後把芯片給中興作出來，又有什麼用呢？這一次，美國政府是捏住了中興的脈門。 
  
　　誠然，這些年來中國電子整機行業水平日新月異。華爲超越愛立信成爲世界第一大通訊設備公司。逼的其餘幾家公司只能不斷合併，最後中興得以擠進世界前四。聯影、邁瑞等國產大型醫療器械的產品水平直逼GE、飛利浦等巨頭。國產雷達完成主動相控陣的跨越式超越，052C/052D、殲16等高性能武器服役，其雷達制式和性能已經直逼美國，超越歐洲和俄羅斯。就在軍迷們彈冠相慶，褲衩紅的不能再紅的時候，不能掩蓋的事實是缺」芯」的命門其實一直掌握在美國人手中。 
  
　　縱覽歷史，中國電子整機產業的突破其實也是電子技術演進和世界分工變化的結果。電子設備的核心是算法、軟件和硬件。算法和軟件有其自身的特色，中國人依靠聰明和勤奮容易完成趕超。客戶須要一個feature，華爲能夠連夜派工程師加班編寫；都是4G基站，華爲能夠作到一鍵配置完成，而對手須要按照操做手冊一步步完成。早年的華爲靠這些逐步創建起市場優點。而硬件隨着IC技術的發展，芯片集成的功能愈來愈多，實際上技術含量都集中到了芯片中。之前一塊電路板上上百個元件，調試和良率都是門檻，而如今變成一兩顆芯片。只要你能買到芯片，照着參考電路設計一下，八成能用。除了軍用的高端芯片，華爲中興之流幾乎能夠買到世界上最早進的商用芯片。儘管有瓦森納協議，但美國供應商們在巨大的利益誘惑面前，也在幫助咱們想辦法繞過限制。因而，買了一流的芯片，就有了一流的硬件，再加上勤奮鑄就的軟件和聰明凝聚的算法，戰勝懶惰的歐洲通訊商們就是瓜熟蒂落的事情。因而中國成了世界工廠，有着世界上最大的半導體消費市場。但3月7日，美國政府的制裁來了，咱們才發現，世界領先的整機產業其實是創建在沙子通常的地基之上，皇帝的新衣被人扒的一乾二淨。 
  
　　互聯網咱們有BAT能夠和facebook/google過過招，電子整機有華爲中興能夠對抗思科愛立信，IT行業裏面爲何獨獨集成電路，沒有能跟美國抗衡的能力呢？這還要從IC設計產業的特色來講起。IC設計相對於互聯網和整機設備，有兩個重要特色，試錯成本高和排錯難度大。互聯網作一個app，能夠一天出一個版本，有些bug不要緊，第2天就能夠修復，試錯和修改的成本幾乎爲零。整機硬件的電路板設計週期在1天到1個月之間，生產週期在3天到2周之間，出了錯從新投板費用在幾百到幾千之間，最多數萬塊錢。而IC設計，不算架構設計，從電路設計開始，到投片，最少要半年時間。投片送到工廠加工生產，通常要2個月到3個月。最重要的是一次投片的費用最少也要數十萬元，先進工藝高達一千萬到幾千萬。如此高的試錯和時間成本對一次成功率的要求極高，不得不把流程拖長，反覆驗證，須要多個工種密切配合，團隊中一我的出錯，3個月後回來的芯片可能就是一起石頭。修改一輪，又三個月出去了。 
  
　　與試錯成本高並存的是排錯難度大。互聯網編個軟件，調試起來幾乎能夠在程序任意地方設斷點，查看變量當時的狀態或者打出log。硬件電路板上，幾乎任何一根信號線能夠拉到示波器上看波形。而一顆手指甲蓋大小的芯片，裏面有上億個晶體管，而最終能在電路板上測量到的信號線卻只有十幾根到幾百根。如何根據這少得可憐的信息，推理出哪一個晶體管設計錯誤，難度不言而喻。 
  
　　兩大特色致使對IC從業人員的素質要求極高，試錯週期長鬚要邏輯嚴謹細緻的工做態度，排錯難度大須要一套科學的實驗方法。而這兩方面，偏偏是國內教育的軟肋。過度重視知識的記憶，而忽略邏輯和方法。因此當軟件工程師們靠本身的聰明和勤奮，不斷快速迭代的時候，ICer們卻常常遇到豬隊友的困惑，致使原地打轉。加班已經不能再多，卻仍是一次次的delay，上市時間依然落後。更有不少bug沒法找到緣由，反覆投片實驗也無結果，最後只能以項目失敗收場。 
  
　　高難度的產業背後蘊藏的是巨大的利益和商業價值。集成電路被譽爲電子工業的糧食，除了對國家和行業安全有着巨大的意義，利潤率也隨着技術含量水漲船高。芯片的源材料是二氧化硅，成本極低，上面凝聚的技術就決定了利潤。消費類芯片產品通常毛利率在30%~40%，工業用產品通常能在50%~60%以上，更有甚者，以高性能模擬芯片爲主的美國Linear公司，平均毛利率能達到90%！不少咱們沒法設計的芯片，例如高端交換芯片，毛利率都在99%以上。一旦中美開戰，即使沒有禁運，美國政府利用行政手段把本身電子武器的批量成本壓到咱們的1/10是分分鐘的事情，細思極恐。 
  
嘗試突破 
  
咱們一直努力，從未放棄。 
  
　　高校。有些高性能關鍵器件芯片規模不大，看起來挺適合高校來做爲突破的主力軍。但多年下來，業內公認是高校的水平不如工業界。這不是中國特有的，美國也這樣。這和前述集成電路產業的特色密切相關。高校的優點是出新idea，對於算法這類領域挺合適，仿真實驗看到結果快且準，仿出來有效果基本實際就會有效，頂多實現複雜度過高。芯片試錯成本高，流程長，參與協做的工種多，任何一個環節出問題，就看不到好結果。能把一個芯片作成業界廣泛水平，不掉坑裏，就已經不容易，須要多年積累。學生們積累少，縱有好的idea，每每躲不過路上無數的暗坑，還沒看到idea的效果，就死在半路了。學校的特長是作更前沿的研究，適合彎道超車。而集成電路偏偏很差彎道超車，尤爲是模擬芯片，你不解決100MHz的問題，到200MHz的時候那些問題還在。 
  
　　仿製、抄襲。軍迷們引覺得自豪的山寨能力，就是看美軍有什麼，咱們就抄一個。集成電路也能夠抄，學名反向設計。雖然芯片很小，電路密度極大，但仍然能夠經過顯微、照相等方式得到他的所有版圖信息，而後複製一份，送到工廠生產，彷佛看起來就能夠獲得如出一轍的產品了。其實否則，版圖至關於軟件編譯後的機器代碼，可讀性不好，沒法瞭解其原理和架構。而版圖提取自己存在物理偏差和人爲錯誤，尤爲對於高性能的模擬混合信號芯片，對工藝又很是敏感，稍有不一致均可能致使芯片性能和良率的巨大差別。而此時設計人員沒法瞭解原理，定位錯誤猶如一個盲人在大海里撈針。軍工研究所廣泛採用這種方法，每次反向猶如一場賭博，有時候作出來OK最好，一旦出現問題，基本一籌莫展。因此多年下來，除了電路比較簡單的射頻和功放芯片，上述高性能PLL，ADC等關鍵器件反向成功，能量產裝備的例子寥寥無幾。 
  
　　科研項目。國家近十幾年來，一直經過863/973/核高基等國家級科研計劃對關鍵器件進行支持，投入巨大。後期也要求工業界和整機廠加入，以解決應用脫節的問題。但這些年下來，真正能量產並轉化爲實際產品的成果寥寥。究其緣由，一個是目標脫節。IC界有個說法，實驗室測試經過只是邁出了一小步，到量產還有巨大的工做量。科研項目只須要在評審的時候可以提供幾顆樣片，演示出所需性能便可拿到尾款。而工業級應用須要在各類溫度和環境變化條件下保持性能穩定，以及解決批量生產的良率問題。如何保證量產是須要從設計一開始就考慮的，有些科研單位選擇的架構自己就決定了成果只能交差，而不能量產。二是指標脫節。科研項目的立項單位不考慮國內實際水平，盲目追趕世界領先水平。無論上一週期的項目是否完成，今年的指標必定要更近一步。申請單位惡意競爭，不考慮自身實力，申請時競報指標，誰提的指標高誰拿到項目，才無論2年之後如何交差。這樣的制度下，原本按照已有技術積累，作100MHz還能量產，指標競價完成後目標變成500MHz，最後誰都搞不定。 
  
　　人才引進。2000年先後，國家利用人才政策吸引海外留學人員歸國創業。這期間有陳大同、武平回來創立了展訊，魏述然回來創立了銳迪科等一批國產IC設計公司。這批公司一開始也許有想作工業級產品、關鍵器件的雄心，但很快發現產業環境不合適，中國整機尚未強大到今天華爲中興的地位，市場容量小，技術可靠性要求高，design-in週期長，因此這批中成功活下來的這批企業都是靠消費類市場和08年附近一波中國山寨手機熱潮完成了原始積累，進入良性循環。然而對於引入工業級、關鍵器件的人才就沒有那麼一路順風。 
  
　　首先合適的人選就很是少。例如在美國，因爲瓦森納協議的限制，華人沒法進入ADI/TI等公司最核心的ADC產品研發部門，即便在他們設立在中國的研發中心，大陸工程師能夠經過網絡看到絕大部分母公司的設計，但高性能的ADC產品除外。這簡直是90年代氣象局被玻璃房子鎖住超級計算機的另外一個翻版。 
2009年從美國ADI公司回來了一位李博士，經過非法手段帶回了高性能DAC產品的版圖，一會兒提升了國產DAC產品的性能指標。但2013年事件被曝光，遭到ADI和美國政府的抗議。李事件致使美國政府對華人蔘與關鍵器件研發的控制更加嚴格，並對往來中國的留學生進行更嚴格的審查，相繼查出Vanchip剽竊RFMD事件和天大教授張浩被FBI誘捕事件，不管是真是假，對海外留學生歸國從事關鍵器件研發形成了內心陰影，不少人爲了保住往來美國的人身自由，放棄參與國內高性能的關鍵器件研發工做的機會。
  
　　於此同時，在國際市場上，華爲中興須要遵照國際知識產權的遊戲規則，李的方法和產品沒法被正規整機廠採用，實際上並無解決工業界的問題。相反華爲中興對引入國產供應商在知識產權上更加擔憂，要求國產廠家自證清白，有的甚至到了要求國產供應商的創始人不能有ADI/TI履歷的誇張地步，進一步致使國產替代進度的嚴重落後。最後，在沒有知識產權問題的軍用領域，因爲受2013年被曝光的影響，到目前尚未看到李博士的產品被裝備使用，甚是惋惜。 
  
　　整機廠本身努力。國內真正算在高性能關鍵器件領域有所突破的應該只有華爲旗下的海思了。海思由於有華爲不計成本的投入，麒麟的成就衆所周知，在高速光通訊及交換芯片上也有突破，已經在慢慢從低端蠶食broadcom等多年來構築的技術壁壘。但以前任總的一篇講話中，給海思的定位是備胎，任總要求華爲必定要用最好的器件給客戶提供最好的性能，海思作不到性能最優就不採用。實際上這個思路，筆者以爲是有問題的。芯片行業有個特色，不少問題在實驗室是測不出來的，必須在大規模應用的時候才能發現、改進和提升。若是一看指標很差就不用，那永遠沒有機會發現問題，那這個備胎永遠是個紙糊的，一上路就碎。實際上，正是華爲終端部門被要求捏着鼻子也要用K3V2，才成就了今天的麒麟。 
  
　　國家層面也看到了上述問題，2013年9月國務院副總理馬凱調研集成電路產業，隨後國家出臺了新的集成電路產業振興規劃。改成成立產業基金，經過股權投資的方式對集成電路企業進行幫助。同時以紫光爲首的國內民營資本結合政府基金，開始了國際市場上的瘋狂掃貨。展訊、RDA、OmniVision等企業紛紛被收歸旗下。但時光轉到2015年，紫光和大基金系的掃貨開始遇到障礙，收購美光，西數，試圖以此突破nand flash產業遇挫，華潤報價Farchild被拒。連飛利浦照明業務的收購也由於美國政府擔憂功率半導體技術外泄而終止。回過頭來看，除了展訊這類原本就是國內公司、OmniVision原本就是華人公司，國家經過收購的方式並未採購到貨真價實的核心技術，更不要說能夠有軍事用途的射頻、ADC等關鍵器件技術，能夠判定美國人是不可能賣的。 
  
如何破局？ 
  
　　對於突破集成電路高性能關鍵器件，筆者認爲有三個因素：有足夠的資金支持，有整機廠的通力合做和有耐心的團隊。 
資金怎麼解決，「十八大」要求讓市場在資源配置中起決定性做用。芯片研發是高投入高風險，最後運氣好纔有高產出。如今政府經過大基金的方式來決定資源分配，並不必定總能選中最後的勝利者，並且有國有資產保值增值的壓力，道德風險，都會讓其投資行爲走形。另外，國資的大規模投入還會形成擠出效應，減小民營資本在產業中的投入量。 
  
　　筆者認爲最好的方式仍是吸引民間資本。民間資本只要有足夠大的市場，足夠大的利潤，他就會心動。而一開始團隊技術水平跟先進水平有差距，沒法參與全球競爭，能夠攫取的市場規模必然沒有那麼大。這個時候應該是國家出馬，經過補貼和獎勵整機廠商的方式，在不損害整機廠家成本競爭力的前提下，在初期容許國產芯片商賣一個高價，得到超額利潤，彌補鉅額研發的投入，吸引民間資本進入。後期，根據芯片累計裝備的數量，逐步減小補貼，最後達到市場訂價，進入國際市場參與競爭。這種政策好處是錢確定都花到有競爭力的市場主體中，誰最後裝備，誰作的東西能用，就補貼誰。固然要注意防範騙補的問題。 
  
　　至於研發風險和選擇錯誤風險，讓民間資原本去承擔。民資花本身的錢，天然會慎重選擇團隊，即便研發失敗，也能坦然接受。這樣一份國家補貼，能夠吸引多份民間投資，只要其中一份兒成功量產，國家就賺到了。 
  
　　固然全部的前提是咱們還有一個強大的，有國際競爭力的整機產業。只有他們，纔有動力去試用還在襁褓中的國產IC。筆者在推廣國產IC的過程當中，最感動的就是這羣整機廠家的技術人員，不須要任何的利益驅動，他們是發自心裏的願意去幫助國產IC，有時上司都容許放棄了，他們還加班加點幫助國產供應商查找問題。 
因禍得福，焉知非福。也許多年後回過頭來看，此次中興事件對國產IC產業是個轉折點。但無論怎樣，當下真心但願他能度過難關。 
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做爲模擬電路設計者,必須 
         以工程師的眼光快速而直覺地理解一個大的電路, 
                 以數學家的智慧量化那些在電路中難以捉摸的而又重要的效應, 
                         以藝術家的靈感發明新的電路結構.                              
                                                                                                                                                                                - Behzad Razavi