最近中兴公司被美国政府禁售电子元器件,面临灭顶之灾,网上对我国电子元器件行业的讨论突然多了起来,各种自媒体也批量制造大批文章,但是很多消息并不准确。我觉得我应该写点什么了。
本人是无线电专业本科,留学的通讯硕士专业,近二十年都做通讯行业的研发和管理工作,以软件为主,硬件也长期接触供应链,平时注意搜集电子元器件行业的新闻,所以有一些心得。由于本人实际上不属于电子元器件行业,文章中有差错在所难免,不过我相信大方向是不会错的。另外,我推荐大家看深圳宁南山的微博文章。他对中国的各个工业行业,尤其是IT电子业的资料搜集和思考是比较全面的。
总体来说,我国电子元器件行业近年来进步很大,尤其在军用电子元器件上,但是行业整体仍然面临很多挑战,不缺钱,主要缺技术积累,缺人才,仍然需要很长时间才能赶上世界先进水平。对我国电子元器件行业的前景,应该是谨慎乐观的。
大量的电子元器件品种并不需要像生产集成电路那样的生产设备,也不需要那么大的投资。这些电子元器件说白了就是对金属和一些材料的高精度加工,但要做好并不容易。例如,我们最常见、最低档的、电子产品中用量最大的电阻和电容。普通民用的电阻和电容有两大特点:
· 第一,需求量极大,每个电路板少则用几十颗,多则用几千颗。
· 第二,价格极其低廉,贴片电阻和电容都是用纸带包装卷在圆盘上销售的,可以直接用在SMT机的进料口上,国产货通常5000-10000颗一卷,售价为十几元到几十元。没错,平均每颗的价格还不到人民币一厘钱。
请看下图▼
这部分是重点。先来一段百度百科上的介绍:
集成电路(integrated circuit)(缩写IC)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比[基于锗(Ge)的集成电路]和罗伯特·诺伊思[基于硅(Si)的集成电路]。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。
集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术,主要体现在加工设备、加工工艺、封装测试、批量生产及设计创新等能力上。
再细说几个关键概念:
大多数人都听说过摩尔定律——当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。有一段时间,人们说摩尔定律失效了,英特尔自己都做不到了,也有人说实际上IC行业发展比摩尔定律更快了。不论如何,全球半导体企业一直投入巨资研究新的制程工艺,其标志就是集成的半导体元件的线宽。每一次制程工艺的进步,都带来更小的线宽、更小的功耗、更高的工作频率,能够集成更多的元件,有更强的性能。
这种天价的建设成本带来两种后果:
· 第一,小国或者新进入IC行业的国家,已经没有经济实力追求最先进的制程工艺,台湾和韩国都是举政府之力全力支持,并且从几十年前IC工厂所需投资还没那么大的时候就进入行业,经过以厂养厂的良性循环,利用旧工厂的高利润才能撑得起对新厂房的投入。而投入稍微不足,便一步落后步步落后,如今欧洲和日本的IC企业都已经无力再追寻最先进的制程工艺了。全世界最先进的IC制程工艺只掌握在三家公司手中:三星,台积电,英特尔。而目前唯一有可能赶上来的,就是中国。
· 第二个后果,就是如此高价的厂房,靠自家的产品一般都无法填满产能,带来的后果就是自家产品的成本飙升。为了填满产能,摊平成本,所有掌握最先进工艺的厂家都必须为其它公司代工。这就导致了IC行业分化为三类企业:从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业,称为IDM(Integrated Design and Manufacture),例如三星和英特尔,都有自己品牌的IC产品,但也为其它企业代工;没有工厂只有设计和市场部门的FABLESS企业;和为其它企业代工生产的FAB公司,台积电就只有代工,没有自己品牌IC产品的。世界上也有一些IC企业,在特定的行业里市场占有率高,而IC工厂的制程工艺并不高,成本也不高,这些企业是不用给别家代工的,自己生产自己设计的IC就够。
(以下讨论的均为中国内地产业状况,请勿抠字眼)
这里就是重点中的重点了。
IC制造设备种类非常多,价格都非常昂贵,其中最重要的是光刻机。光刻机的生产厂家并不多,在28纳米以上线宽的时代,日本的佳能和尼康都能制造(对,就是造单反相机的那个佳能和尼康),但是IC制程工艺进步到十几纳米以下时,佳能和尼康就落后了,基本退出了光刻机市场。目前,世界上唯一的光刻机厂家就剩下ASML。ASML是荷兰飞利浦公司的半导体部门拆分出来的独立公司(飞利浦半导体部门拆分出的另一家公司是NXP恩智浦,最近美国高通公司要收购NXP,但需要得到中国政府的批准,赶上美帝对中兴禁运,那么,这场收购的结果就拭目以待吧)。ASML的主要股东是飞利浦,但三星、台积电和英特尔都占有股份。去年底,ASML的中国区销售总监对媒体说,ASML最先进的EUV光刻机对中国没有禁运,但是美国政府又的确有禁运的指示。那么,到底禁运不禁运? 这个问题得这么看:ASML每年光刻机的产量只有不多的几十台,每台卖一亿多美元,只能优先供应它的主要股东,对,就那三个最先进的IC厂家:三星、台积电、英特尔。中国企业如果订货得排在后面,交货期将近两年,交货后生产线调试,工艺调整还要一年左右,也就是说,从下订单到量产要至少三年。这样通过正常的商业逻辑和流程,就能达到美国政府的目标——让中国IC公益落后于全球最先进水平至少三年。这样,美国政府何必要蹦出来说禁运呢?
在很多产品线上,比如WIFI芯片、蓝牙芯片、交换机芯片、FPGA芯片,中国的FABLESS企业都有布局,都有产品,只不过产品还比较低端,占据高端的依然是国际大厂。那么怎么才能走向高端?高端芯片比低端芯片强的主要不在制程工艺上,甚至低端芯片的制程工艺和高端芯片可能是一样的甚至更高。高端芯片高在这几个方面:
(1)拥有专利,甚至写入了行业标准;
(2)能领导行业标准的升级,性能更好功能更多;
(3)在推出时间上能领先低端厂家,吃掉产品生命周期中利润最丰厚的时段。
所以军用IC和民用IC的生产有很大不同:
(1)军用IC通常用不着最先进的制程工艺,有些功率器件还特别需要更大的线宽来承载大电流。要知道美国军用电子元器件的两大楚翘,TI和ADI,都没有英特尔、台积电和三星那种顶级制程工艺的工厂。砷化镓、氮化镓微波功率器件,MEMS微波器件,使用的制程工艺线宽更大,通常是几十微米级。
(2)军用IC使用的材料、制造工艺和封装工艺都和民品不太相同,都是为了达到严酷的工作环境和可靠性要求。
我国军用电子元器件的生产企业以国家队为主,主要单位有:
(1)CETC中国电科集团:石家庄13所,南京55所,成都29所。产品覆盖射频,CPU,FPGA,光电,CCD等等很大的领域。
(2) CASC中国航天集团:北京772所,西安771所,704所。产品主要是航天级防辐射电子元器件,从CPU、FPGA、SRAM到射频,再到各种传感器等等。
(3)AVIC中国航空技术集团:洛阳158厂,产品有各种接插件和连接器。
(4)中科院和中国兵器集团下也有专门做电子元器件的研究所,这里就不详列了。除此以外,有些民营企业也在从事军用电子元器件的生产,做得也不错。
国内军用IC企业建设了多条6英寸和8英寸晶圆生产线,制程工艺据我了解最先进的是45纳米。
有些人对这些国营研究所的印象还停留在几十年前,大概就是一座七十年代建的破旧大楼,里面人浮于事,一张报纸一杯茶混一天。这种印象已经彻底过时了。以石家庄电科13所为例,在鹿泉开发区,13所有一大片FAB厂房,是真正的国际大厂的范儿。他们内部的管理体制,虽然不像外企公司那样的规范高效,但也绝不是人浮于事。说到待遇,在石家庄有两个电科研究所,13所和54所,给硕士应届毕业生的基本月工资都是一万元人民币起,还有奖金。在石家庄这个待遇是相当有吸引力了。
这里列几个这些研究所和工厂的成就:
(1)AVIC洛阳158厂也叫中航光电,他们的各种工业级接插件和连接器产品,2017年向芬兰诺基亚供货1.5亿元人民币,向瑞典爱立信供货9000万元人民币。另外向欧洲ABB,西门子集团也大量供货。
不要瞧不起接插件和连接器,有些技术含量非常高,158厂有的高级连接器,可以同时连接电线、光纤、同轴电缆、和液冷管道,并且连接器可以旋转,里面的线路不受影响!(用在旋转的雷达上)
下面的图片是精华:都是导弹用、飞机用、超级计算机用的高级光连接器,价格在数千元至上万元人民币一根,高价格高利润。(光纤连接器产品是中航光电与海信合资生产的)
(3)CETC中国电科55所的产品线70%和13所重叠,他们更重视民用产品研发。下图是我在展会上拍的,是55所生产的8*8单元相控阵天线,是为未来5G基站准备的,目前大唐在测试。这个产品目前功耗还比较大,未来一两年将优化到微型基站可用的地步。未来的5G通讯系统将全部采用智能天线波束合成技术,目前我们看到的诺基亚、爱立信、中兴和华为展示的5G天线,还全都是分立器件,体积有热水器那么大。而55所的这个产品只有一盒扑克牌那么大,这才是未来。
(6)我国计算机用的CPU产业也有所发展,目前看,这些产品在商业上不太成功,但可以用在军用和政府IT系统中,完全自主化,解决了国家安全问题。从龙芯(MIPS架构),海光和兆芯(X86架构,从AMD和VIA取得授权),申威(购买DEC alpha架构),再加上一些交换芯片,arm架构的处理器,中国基本上能实现整个计算机和网络设备的全自主。下图是电科15所下属太极计算机公司提供的全自主软硬件平台。有人会说,这些平台的操作系统都是用开源Linux改的,数据库基本是基于开源SQL改的,我们只做了写应用层的软件比如WPS,还不如微软Office好用。但是你想想,世界上能提供这样的全自主平台的国家有几个?除了美国,只有中国了吧?你可以说,日本德国这样的国家也有能力搞,只不过一方面他们战略上没有压力,一方面商业上不合算,所以他们没搞。这可能是事实,但是我们做到了,就是了不起的!据我所知,俄罗斯对我们这套自主平台可是羡慕不已呢,已经有些谈判正在进行,打算购买了。
1、中兴遭遇灭顶之灾
这次中兴被美国政府禁售电子元器件,麻烦很大,基本上是灭顶之灾。虽然被禁售的美国产电子元器件有可能找到日本欧洲乃至国产货代替,但是所需时间太长,主要原因是:导入替代电子元器件并不是一件容易的事。对于一个从未用过的元器件,需要经过大量的测试,需要很长的时间,具体来说:
2、你可能不知道的中国在电子元器件产业的投资!
从另一方面讲,中国政府必须把电子元器件行业尤其是IC行业作为发展的重中之重了。但是,网上有些文章做情绪性地宣泄,说什么中国市值第一的是茅台,让我们挥舞着茅台酒对抗英特尔吧。还有人说,共享单车烧钱五六百亿,怎么不见中国政府投资电子元器件产业呢?说这样的话的人是对中国近些年在电子元器件行业的投资一无所知。
下面我就做些介绍:
中国对民用电子元器件行业大规模投资是近十年内才开始的,之前经济实力不足,实在没钱投那些天价的工厂。而近些年来的投资,非常有针对性。2017年全球电子元器件的总市场是4000多亿美元,中国占了一半多,约2300多亿美元。这其中90%以上靠进口。进口额最大的是各类屏幕和闪存内存芯片,约有七八百亿美元。屏幕方面,LCD是现在的技术, OLED是未来的技术,韩国三星电子的AMOLED屏幕占了全球95%的份额。闪存和内存方面,三星和韩国海力士占全球70%的市场份额。如果拿下屏幕和内存闪存的市场,我们的进口电子元器件就会减少至少三分之一。 那么就看看中国在这两方面的产业布局吧:
八个OLED厂子在建,每个投资额都是四五百亿人民币!都在未来两年内量产!可以预计,两年之后,三星对OLED产业的垄断将被彻底打破。
另外LCD面板厂,在过去十年,我国已经建设起了十几个,目前还有几个高世代LCD面板厂在建设,每个投资额也是四百亿人民币以上。
屏幕厂的世代线划分是按照基板的尺寸决定,基板越大,世代越高。AMOLED目前最高的就是6代线。LCD最高的是10.5代线。屏幕都是从基板上切割下来的,每世代线都有一个最经济的切割方法,通常是切割成6块相同的屏幕。去年底京东方合肥10.5代线量产,最经济的切割方法是切割成6块75寸屏幕面板。这是目前世界上最先进的LCD生产线。京东方为了保证利润率,偏向于将75寸面板做成8K分辨率。所以今年下半年,我们将会看到一批国产电视机上市,75寸8K分辨率。
上图是已经开工建设的闪存和内存厂
五、总结
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