半导体产业的中年危机，中国的转机

编者按：自从Intel的联合创始人戈登摩尔在上世纪六十年代发布“摩尔定律”以来，半导体产业界在这个规则指导下迅猛发展，人类社会也在技术的进步中受益不浅。不过近年来随着集成电路的发展，工艺、设备和材料的问题凸显，历经数十年发展的半导体似乎步入了中年期，心事重重了。

充满朝气的青年期

大家还记得自己的青少年时期吗？对于大多数人来说，这大概是人生中最美好的时期之一。在那段时间里，人生虽然充满了未知，但是也充满了可能性。整个世界对我们来说仿佛是一个埋藏了太多宝物的肥沃土地，不用花太多挖掘就能挖出闪闪发光的金子。

有太多事情吸引着我们的目光，让我们去为之努力并收获满满的回报。喜欢钻研学术的人，可以天天泡图书馆当学霸，并收获解出难题的快乐；喜欢浪漫的人，可以追求属于自己的爱情，在花前月下收获感动；喜欢探索世界的人，可以花时间游历各地看看不同的风景…有太多太多的事情值得我们去发现，去尝试，并从中快速成长。

青年时的我们虽然一无所有，却也拥有整个世界。集成电路也如此。

第一个集成电路

半导体行业在上世纪下半叶到本世纪初的第一个十年正是处在这样充满朝气蓬勃发展的青年期。

那时候，半导体行业依据着摩尔定律以指数规律飞速发展，在短短半个世纪内把集成电路制造工艺的特征尺寸从微米量级缩小到纳米量级，整整一千多倍，而CPU的时钟频率则从MHz级别提升到了GHz级别，性能提升超过了数千倍。大家对于摩尔定律带来的性能提升保持极度乐观的态度，当年英特尔甚至还预计在2010年把时钟频率提升到10GHz！

半导体市场也是频频出现各种机会。每个十年都有各自的半导体市场宠儿：

八十年代是商用计算机，九十年代是个人计算机与网络，本世纪第一个十年则是无线移动设备。

除了时代的主旋律外，还有一些细分市场也获利颇丰，例如数字电视，个人导航等等。半导体市场对于从业者来说有着太多机会，只要仔细发掘都能获得属于自己的宝藏。

大家都相信随着摩尔定律的继续发展，集成电路的性能会继续飞速进化，从而使更多应用成为可能并开拓新的市场。当然，在这样对于乐观氛围下，各路资本也特别青睐半导体行业。就像今天各大风投都在疯狂追逐人工智能公司一样，当年的各大风投都砸钱在半导体行业上，位于加州北部旧金山附近的高科技公司聚集区叫做“硅谷”而不是叫做“码谷”也是因为当年半导体行业比起计算机行业来说要潮太多。

当年半导体业黄金时代的一些故事至今还在资深从业者中间互相流传。

一则故事是说，当年某留学生毕业后就职于某芯片设计公司，他的妻子在国内是一个护士，跟着丈夫来到美国后一时找不到工作，这时丈夫的公司因为特别缺人所以经过简单的培训原来当护士的妻子就进入了丈夫的公司开始画版图（这个故事在今天的版本则是国内从事随便什么职业的人来了美国都可以经过刷题进入FLAG当码农）。

另一个故事则说，21世纪初在互联网泡沫破灭后，许多对于事业缺乏安全感的程序员痛下决心在工作之余苦学电路最后终于成为了一个“越老越吃香”的射频工程师，成为众程序员的榜样。

中年的烦恼：钱！钱！！钱！！！

随着年龄慢慢长大，青年期的浪漫与梦想也渐渐被现实的考量所取代。

对大多数人来说，无论在年轻时做过多美丽的梦，一旦到了必须独当一面的成熟年龄，最大的烦恼都是钱。

在我刚读大学的时候，我喜欢动漫，喜欢打游戏，喜欢音乐，喜欢漫无目的地四处闲逛，每个月可以潇洒地把钱投到自己喜欢的事情上过月光的生活。

然而一毕业，买房的压力顶在头上，不得不放弃这种自由而无用的生活方式，不仅花在兴趣上的钱少了，用在兴趣上的时间也少了（“时间就是金钱，我的朋友！”）。对于度过了青年期后进入社会艰苦打拼的每一个朋友，我相信最大的考量都是经济问题。

摩尔定律背后的逻辑慢慢失效：先进工艺的单个晶体管价格不降反升

半导体业也是这样。

在伴随着光荣与梦想走入成熟期（2010年）之后，突然发现正面临一个现实问题：摩尔定律遇到了瓶颈。

在之前，摩尔定律背后的逻辑是：半导体行业需要以一个合适的速度增长以实现利润的最大化。

上世纪60年代，摩尔发现半导体晶体管制程发展的速度对于一个半导体厂商至关重要。随着制程的进化，同样的芯片的制造成本会更低，因为单位面积晶体管数量提升导致相同的芯片所需要的面积缩小。所以制程发展速度如果过慢，则意味着芯片制作成本居高不下，导致利润无法扩大。

另一方面，如果孤注一掷把所有的资本都用来发展新制程，则风险太大，一旦研发失败公司就完蛋了。

摩尔发现当时市场上成功的半导体厂商的制程进化速度大约是每年半导体芯片上集成的晶体管数量翻倍，于是写了著名的论文告诉大家这个发展速度是成本与风险之间一个良好的折中，半导体业以后发展可以按照这个速度来。摩尔定律背后的终极推动力其实是经济因素。

依据摩尔定律缩小特征尺寸获得红利的过程就像挖掘金矿：在过去，离地表较近比较容易挖掘的金矿已经被挖光了，到了今天，剩下的都是金矿深处的难啃的骨头。

芯片特征尺寸缩小已经越来越困难，必须克服各种科学技术和工程上的难题。归根到底，再继续缩小特征尺寸不是不能做，只是要钱，很多钱。

随着特征尺寸缩小，芯片的成本上升很快。芯片的成本包括NRE成本（Non-Recurring Engineering，指芯片设计和掩膜制作成本，对于一块芯片而言这些成本是一次性的）和制造成本（即每块芯片制造的成本）。

在先进工艺制程，由于工艺的复杂性，NRE成本非常高。例如FinFET工艺往往需要使用double patterning技术，而且金属层数可达15层之多，导致掩膜制作非常昂贵。

另外，复杂工艺的设计规则也非常复杂，工程师需要许多时间去学习，这也增加了NRE成本。

对于由先进制程制造的芯片，每块芯片的毛利率较使用落后制程制造的芯片要高，但是高昂的NRE成本意味着由先进制程制作的芯片需要更多的销量才能实现真正盈利。这使得芯片设计和制造所需要的资本越来越高，而无力负担先进工艺制程的中小厂商则不得不继续使用较旧的工艺。这也部分地打破了摩尔定律 “投资发展制程-芯片生产成本降低-用部分利润继续投资发展制程”的逻辑。

随着摩尔定律背后的逻辑慢慢失效，半导体行业也慢慢地与钢铁，石油等传统大工业越来越像：

进入门槛高，资金需求大，之前几个工程师孤军奋战在自家车库里设计出商用芯片的浪漫故事不再出现，因为缺少资金的支持不可能使用先进工艺，而不使用先进工艺在市场上就缺乏竞争力。

对于大公司而言，由于先进工艺需要的资本越来越多，意味着研发新产品的风险也越来越大。越来越多的公司在市场上的策略从拼命做新产品与竞争对手死磕变成了如何降低风险在市场上坚持下来。

于是，伴随着2008年后的资本宽松，我们在这两年看到了半导体行业前所未见的公司兼并与重组。2015年，半导体行业并购额超过了1300亿美元。而今年，这一热潮不但没有减退，反而呈现出愈演愈烈之势，据统计，2016年前三个季度，全球半导体行业并购额就超过了1200亿美元，全年总额超过2015毫无悬念。这轮兼并也是半导体行业走向成熟期的标志之一，意味着将来一方面使用先进工艺的成本越来越高，另一方面豪强兼并市场上的玩家都是巨头，新玩家几乎不可能去挑战这些巨头。

当资本不再相信梦想

摩尔定律除了在经济学上推动集成电路特征尺寸缩小成本下降外，还使集成电路的性能上升。当集成电路性能上升到一定程度时，量变的积累就会产生质变，从而使新的应用成为可能，并且发展出新的市场。

从大型机-个人电脑－移动计算可以清晰地看到这个脉络：在集成电路性能较弱时，只有大型的计算机才能有意义的事情，但是随着芯片性能越来越强，小型化的计算机也能帮助人们做很多事（办公，游戏，影音娱乐等等），于是出现了个人电脑这个市场。

进一步，处理器的性能根据摩尔定律越变越强，终于人们发现即使在手机上也能做之前只能在电脑上处理的事（上网，看电影，玩游戏等等），于是出现了移动计算市场。每一次量变引起的质变都会发掘出一个巨大的市场，从而只要集成电路的性能还随着摩尔定律前进，对于资本来说这就是一个拥有巨大潜力的市场，资本会选择投资一些拥有远大愿景的公司，指望他们投资的公司能在十年或者二十年后改变世界从而获取成百上千倍的投资回报。

处理器时钟频率的增长在近年已趋于饱和，摩尔定律无法支撑半导体业界的美好预期

然而，随着摩尔定律发展遇到瓶颈，集成电路性能指数上升->使新应用变成可能->开拓新市场的逻辑链条也被打破。集成电路性能（以处理器为代表）的演进在近几年变缓，相应地，半导体行业的年复合增长率也在下降，然而，半导体行业的制造成本却在飞速上升。

上一个新应用（移动设备）的市场潜力已经被挖掘至接近极限，但是下一代的应用却还没有真正出现。对于资本而言，这意味着投资半导体行业的风险在快速上升，获利的空间却在慢慢缩小。

半导体业界年复合增长率下降，成本却节节上升

风投在半导体业的投入逐年减少，半导体初创企业已经不复本世纪初的风光

自然地，半导体行业投资的黄金时代也已经过去，有梦想有故事的半导体初创公司很难再拿到大笔资金。

一方面，纯商业背景的资本对于半导体行业的热情在快速下降，另一方面，即使对半导体行业有兴趣的资本也倾向于收购大公司而非扶植初创公司。在这样的情势下，我们看到的半导体行业格局正是豪强兼并，资本频频动作却不能给从业者带来新的机会，整个行业在向着传统工业的方向变化。

一个典型的例子就是软银在今年年中以320亿美金收购ARM。ARM虽然在移动处理器市场占垄断地位，但是其业务收入并不能支撑其股价。ARM未来在汽车和服务器业务有着巨大的想象空间，然而投资者对于这些目前尚未产生收入的业务并不买账。于是，ARM还是被软银以海量现金收购。这个例子完美地诠释了半导体业界讲故事已经无法让投资者买账，而大资本也青睐大公司更甚于小公司。

从全球态势上看，随着摩尔定律式指数发展接近尾声，似乎半导体业界正在走向传统大工业的范式：进入门槛高，资本投入大，市场上小公司难以找到生存空间。近几年的公司大规模兼并重组正是半导体业界走向成熟的标志性事件。半导体似乎已经失去了之前的活力，但这是真的吗？

危机也是转机

对于欧美日韩这些半导体大厂来说，现在的半导体市场对他们来说，是明显的强弩之末，庞大的投入，微薄的利润，会让他们感到前所未有的压力，或强强联合，或优势互补，扶持共同度过这个“寒冬”。

但这对全球久负盛名的半导体厂商来说是一个危机，对于中国这些半导体基础薄弱的厂商来说，是一个转机。

众所周知，中国半导体的根基薄弱，但是中国又是一个庞大的半导体消费市场，庞大的贸易逆差，加上国外供应商和政府的时不时限制，终于令国内业界自上而下加快建设半导体。在国家和多地基金的推动下，外收内发展，中国半导体也终于初具规模。也给中国半导体的未来种下了一个希望。

但我们也要清楚明白一点，国内半导体和国际先进企业的差距，无论是设计、制造、封测、设备或者材料，中国与国外的差距是非常明显的。我们国际在未来要集中在中低级产品和技术的推动，逐步从这个领域入手，替代国外产品。

另外，用市场换技术，用中国的庞大市场，向国际半导体厂商换取技术，虽然不能拿到最先进的技术或者核心技术，但对于国内半导体来说，这些技术也是欠缺的，吸收过来对提高国内半导体产业的整体水平有百利而无一害。

在这方面，我觉得中国高铁的发展是榜样，未来的半导体产业发展能像高铁发展那样获得相应的收益，那就算比较成功了。

展望未来一步步发展积累，中国半导体终有一日会腾飞。

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