劉勁教授 | 中國IT行業的基礎架構研究

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IT行業的特殊性

高科技行業有很多，但影響社會最大的是IT。那么IT行業與其他高科技行業到底有何不同？專題分享的開始，劉勁教授先與大家講述了IT 和其他行業“不一樣”的原因：

第一，系統性：影響所有行業；

 

第二，關鍵性：影響信息和智能；

 

第三，無限可擴展性：擁有IT就掌握了經濟的大腦；

 

第四，國家安全關聯：軍事上IT是核心競爭力。

正因為IT行業的特殊性，所以IT企業都具有超強競爭力。從2020全球總市值TOP20（上圖）中可以看到，前7名都是互聯網企業（IT企業）。除此之外，前20中還有兩個非常高價值的IT企業：臺積電和英偉達。

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IT的兩個側面

從1950年制造出世界上第一臺商用計算機開始，IT不斷對我們的世界帶來顛覆性的改變。要研究IT，首先我們得理解IT。劉勁教授表示，IT分為“硬件”、“軟件”兩個方面，從層級歸類又可以分為“基礎層級”和“應用層級”。

基礎層級：IT底層的架構，硬件的角度最核心的是芯片，軟件角度最核心的是操作系統。

 

應用層級：硬件角度如5G技術、手機、電腦等；軟件角度如操作系統、辦公軟件、云服務等。

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集成電路是主角

當前以移動互聯網、云計算、新能源汽車為代表的新興產業正在蓬勃發展，而這些企業的發展也將會成為推動半導體產業發展的新動力，半導體產業的發展已經成為世界各國的重點戰略。

劉勁教授根據數據分析表示，集成電路是半導體產業中非常重要的部分，半導體產業中83%的市場份額都屬于集成電路，其余17%則屬于分立器件。集成電路和分立器件是半導體產業中最大的兩個層面，其中商業價值最大的還是集成電路。

█ 集成電路下游的市場主要在哪里？

集成電路下游市場在過去十幾年間有著巨大的變化。1998年，集成電路下游市場應用55%是計算機，18%是手機。發展到2019年，集成電路下游市場32%是計算機，40%是手機，手機的市場份額增長了2.2倍。

除了計算機和手機，電動車、數字電視、醫療等也是芯片的重要應用領域，物聯網則是跨行業的擁有多應用場景的產品。

中國目前已經成為全球最大的半導體與集成電路消費市場，但是自給比例僅10%左右。在2017年全球半導體行業份額統計中，美國46%，韓國22%，日本10%，歐盟9%，中國當時只有5%。

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芯片的設計與制造

從半導體產業鏈角度來看，半導體材料和設備位于產業上游，是整個半導體行業的支撐產業，中游為半導體的制造，其中集成電路的制造最為復雜，又可以分為“設計-制造-封測”三個環節，而集成電路制造的資金和技術壁壘最高。

劉勁教授指出，芯片在實際應用前，有兩個重要過程：

第一，設計芯片。

第二，制造芯片。

當前全球IC設計仍以美國為主導，我國只是重要參與者，尤其是在核心通用芯片設計領域，如CPU、存儲器、FPGA以及高性能模擬芯片等領域占有率幾乎為零。2019 年美國占據了全球IC設計行業65%的市場份額，居世界首位；中國臺灣地區的市場占有率約17%，中國大陸的市場占有率為15%；兩者位于第二、三位，但中國的技術含量比別的國家落后。

█ 技術上，中國受制于美國和西方國家

中國芯片制造受制于美國和西方國家，尤其體現在EDA軟件。EDA軟件全稱為電子設計自動化Electronic Design Automation，是設計電子芯片必需的軟件，包括IC電路設計、設計布線、驗證和仿真，測試等所有方面。EDA是IC設計最上游、最高端的產業。

目前該行業存在著高度壟斷，海外三大EDA軟件廠商Synopsys、Cadence、Mentor占據了全球市場的64%，且壟斷了中國芯片設計95%以上的市場。

EDA軟件是工業化軟件，壁壘不在于軟件算法、模型，而是需要與國際上的晶圓制造廠合作，讓鑄造提供各種支持。這種合作的壁壘很高，對于鑄造廠來說，需要投入相當大的資源和成本，沒有動力去培養新的EDA合作伙伴。因為對鑄造廠來說，培養新的EDA合作伙伴需要投入更多的資源，但是更多的EDA合作方并不能帶來增量收入。

█ 另一個壁壘是IP核

芯片制造過程中，IP核是很重要的一步。IP核全稱為知識產權核，是指已經過驗證的、可重復使用的具有某種確切功能的集成電路設計模塊。調用IP核能避免重復勞動，大大減輕工程師的負擔，縮短產品上市時間。

劉勁教授表示，IP核的技術都掌握在西方國家，包括核心指令、語言、字母等。目前國內的公司都使用國外的IP核。

劉勁教授

█ 芯片和納米

芯片是由晶體管組成的，14納米、7納米都指的是芯片的制程，在同樣面積的芯片里，晶體管越多，內部電路越細密，芯片的性能就越強。先進技術節點工藝制程掌握在少數幾個公司手中。

目前130納米技術全球有近30個公司可以量產，但是到了14納米技術就僅有6個公司可以量產，未來5納米技術水平預計只有三星、臺積電、英特爾三家有能力實現量產。

█ 封裝與測試

中國公司在芯片制造領域并不是沒有任何成就，中國封測產業已進入世界第一梯隊。2018年國內封測三巨頭長電科技、華天科技、通富微電在全球行業中分別排名第三、第六、第七。

封測是芯片制造里面的最后一步，同時科技含量和利潤率也比前面制造要低一些。但是近年來受摩爾定律的影響，封裝技術逐漸提升行業重要性。

█ 材料被日美壟斷

難倒國內芯片制造的，不僅是單純的設備問題，實際上是芯片生態。半導體設備技術難度高、研發周期長，國內廠商與全球領先企業差距較大。芯片行業的上游包括硅片、電子氣體、光刻膠等，材料供應主要來自美國和日本。

劉勁教授表示，發展到現在，全世界已經形成了一個以美國為中心的全球化生態，歐洲、日本和韓國相對走在前列，在整個生態里面美國占絕對主導。目前所有國家使用的技術里面都包含美國的技術，只要美國下令進行禁止，上游的材料就被壟斷了。

█ 中國存在的短板

集成電路經過幾十年的發展到如今，中國正在奮起追趕，但明顯短板有4個：

短板一：核心技術。沒有自己的IP核，使用的都來自西方國家。

 

短板二：設計軟件。目前中國企業無法趕上三大EDA公司（Synopsys、Cadence、Mentor）。

 

短板三：制造過程。設備、材料等都被日美壟斷，中國缺少芯片制造生態。

 

短板四：標準。目前行業完全以美國為中心標準，要想重新建立起一套體系非常困難。

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國內操作系統發展現狀

截至目前，中國國內仍沒有一款能普及推廣的自有操作系統。主流操作系統Windows、IOS、安卓都是美國公司研發出來的。這使得我國IT企業相較于美國企業缺乏核心競爭力，長久來看創新性也受到限制。

2019年，Windows操作系統的市場占有率高達87.7%，蘋果占據7%，其他PC操作系統包括Linux/Unix等市場份額較小，只占5.3%。

劉勁教授表示，中國開發PC操作系統主要有三家公司：中標麒麟、銀河麒麟、誠邁科技。中標麒麟和銀河麒麟是國企，現已經合并，誠邁科技是一家民營企業，他們用的基礎內核都是開源的Linux。

2019年中國市場運行Android操作系統的智能手機市場份額大約為75.44%；其次為iPhone市場份額約為22.49%。此前國內企業在操作系統領域，都是在谷歌的系統之上進行了一些定制。

另外就是服務器市場。在服務器領域，微軟依舊是霸主，占據了近90%的市場，Linux整體僅有10%的市場。

總體來看，硬件和軟件操作系統現階段基本是以美國為中心的生態，國內企業要想發展，門檻特別高。

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技術脫鉤之下，中國如何追趕？

結合國內IT企業目前的狀況及整個行業的生態現狀，劉勁教授認為在高科技領域里面，最難的是硬件。

他認為，目前IT科技是以美國為中心的全球生態，在技術脫鉤的情況下，中國IT科技的風險在于關鍵技術受制于人。在供給端的作為肯定有用，但會很困難，需求端的刺激更為重要，但成本巨大。

追趕的要點是用生態對付生態，應該強調開源而不是國產，應努力打造開源（可靠）的國內與國際市場。

在未來，美國對中國高科技的限制會越來越多，從長遠的角度來看，高科技國產替代是重要的資產配置方向。

課堂現場

王蔚 | 半導體行業的挑戰、趨勢與思考

在劉勁教授的IT行業系統性框架梳理之后，晶方科技董事長兼總經理、DBA七期班同學王蔚向企業家學者們真誠分享了公司十五年來的行業經驗與面臨的機遇挑戰。

作為國內集成電路高端封裝技術領域當之無愧的“領頭羊”，晶方成立于2005年，是國內領先的集成電路高端封裝技術創新型企業，主要為客戶提供以WLCSP和FO扇出結構為基礎的高集成度、微型化的半導體先進封裝量產服務。

晶方科技長期專注于傳感器芯片的先進封裝技術，封裝產品包括多種影像傳感器芯片（CIS)，屏下指紋識別芯片，3D成像，微機電系統芯片（MEMS）、環境光感應芯片、5G射頻芯片等產品。15年的時間里，開創性地做到了幾個全球引領：

• 全球第一大影像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝測試服務的提供者

 

• 全球唯一MEMS（加速度器）晶圓級封裝量產服務的提供者

 

• 全球第二大生物身份識別芯片封裝量產服務的提供者

與傳統技術相比，晶方科技采用的例如TSV, Fan-Out, SiP，3D，Bumping，RDL等一系列先進封裝技術，替代原來的以打線、基板和引線框架為基礎的傳統封裝，能實現密度更高，尺寸更小，厚度更低，成本優勢更佳的產品。

王蔚

談及高新技術產業未來會遇到的挑戰，王蔚坦言，10倍速變化因素會帶來戰略轉折點。這些因素有可能來自競爭對手，也可能來自技術變革，還有可能是用戶，或者是供應商，以及互補企業，甚至是營運規則。他以晶方科技的經驗分析，作為一家成立了15年半導體企業，目前最大的挑戰可能來自以下兩個方面：

技術迭代的減速和停滯的挑戰 （創新與突破的成本和難度越來越大）

 

外部宏觀環境不斷變化的挑戰 （地緣政治摩擦導致的全球供應鏈重構）

有挑戰就有機會，面對變化我們完全可以逆流而上。王蔚同學根據Gartner的數據預測未來10年突出的五個趨勢技術：

1、傳感和移動

隨著傳感技術和 AI 的發展，自主機器人將能更好地理解周圍環境

 

2、人類能力增強

人類能力增強不是替代人類做決策，而是在他們執行任務時提供指導

 

3、 后經典計算和通信

 

更快的 CPU、更高的存儲密度和不斷增加的數據流量

 

4、數字生態系統

企業與更多的企業、人和物進行跨行業的共享和合作。而數字化生態系統正在分解這種傳統價值鏈，發展出更無縫、更靈活的連接

 

5. 高級人工智能和分析

高級分析使用更復雜的工具對數據或內容進行自動或半自動檢驗

最后，針對目前中國集成電路的現狀，王蔚同學提出了自己的幾點看法和判斷：

第一，集成電路的創新要從底層做起

像造原子彈那樣集中國家力量來做，集成電路是成功不了的，創新來自底層，所以一定要鼓勵底層創新。

 

第二，要消費

現在中國鼓勵消費，鼓勵消費電子的行業一定會發展。

 

第三，基礎研究

集成電路領域中國現在“不行”的原因是基礎研究不夠，中國企業要想做好集成電路，必須把基礎研究做好做強。

通過劉勁教授和王蔚同學的分享，可以看到目前中國IT行業已經擁有了一定的技術實力。雖然基礎底層結構的核心技術還不夠“硬”，但走在前沿的企業正在相繼發力，更多技術上的壁壘也在逐步被打破，相信不久后中國的IT企業將會迎接嶄新的格局，帶領中國高科技產業步入下一個時代。