芯片技术应用和发展历程
芯片是将大量的微电子元件如晶体管、微型电路、 电容 等多种电子设备进行高度集成,并将一块塑料作为基础而建立在上面的小型芯片,现在的大部分芯片都可以叫做IC芯片,它是 现代 社会 高科 技的象征,也是人类智慧的结晶。
过去的 IC 芯片
芯片的制造经历了半个多世纪的发展,在第一台计算机“埃尼阿克”诞生之初,社会上并没有芯片这样的说法,埃尼阿克也仅仅是使用简单的电路来进行工作的,而且这些电路都非常基础,没有集成,因此,当时的电路规模是非常大的,占用空间也很大,同时工作效率也很低,仅能够进行简单的四则运算,而控制这样的电路也需要大量的 开关 元件,所以,将操作简化,将电脑和电路进行微型化就成了当时计算机研究的主要方向之一。经过 20 年的研究,才正式诞生了 IC 芯片的雏形。
最初的 IC 芯片的集成规模非常小,集成度也很有限,它一般被叫做小规模的集成电路,上面的晶体管数量也仅有 10-100 个,工作效率也不高。但它的意义是非凡的, IC 芯片的出现很大完全颠覆了电路的认知和制造,使得很多的电子设备成为便携式设备,最大限度地缩小体积和简化操作方法都成了可能。集成电路研究成功后,关于集成电路和 IC 芯片的研究开始变得快速,并取得了巨大的突破。中型集成电路和大规模集成电路的成功,促成了一大批具有划时代意义的高科技产品,诸如个人 pc 的出现和初代手机的研制成功,这些产品都是芯片所带来的,后续的事实也证明,它们的研究也充分影响着整个人类社会,尤其是改变了人们的工作方式。
超大规模集成电路
21 世纪之后,尤其是 2010 年前后,很多电子产品使用的芯片都是超大规模集成电路,这种芯片的集成度十分夸张,晶体管数量基本都在 100 万甚至达到千万,因此,它们的制程工艺都达到了 20nm 的级别,有的甚至能够达到 10nm 的级别,你很难想象在一块仅有平方厘米的芯片上包含了上千万的晶体管和电路元件。芯片可以说是我们现代社会最重要的科技元件,它最能代表人类的智慧结晶和研究成果。
不论是引起举国关注的华为,还是过去不久的中兴,美国对华的种种制裁令国人激愤的同时,我们不难发现这场贸易摩擦的背后掩盖着美国人不愿表露出的担忧与恐惧。
这种担忧与恐惧来源于日益强大的中国。
换言之,贸易战为虚,科技战为实,而中国“芯“恰恰是这场战争的关键之一。
狄更斯在《双城记》里说道:这是最好的时代,也是最坏的时代。
如果说中兴事件是美国一把扯下中国科技的遮羞布,那么华为事件则是中国亲眼目睹美国虚伪的面具下的惊恐模样。
很难想象,这个看似和平的年代背后,大国间科技之战暗潮汹涌。
小小的芯片下蕴藏着一场未知大变局,当历史重新翻涌,我们发现,中国芯片的发展其实镶嵌在每一朵翻涌的浪花里。
近年来随着软硬件技术不断升级,消费电子产品创新及通信设备升级推动电磁屏蔽和导热材料市场稳步增长。根据BCC Research的预测,全球EMI/RFI屏蔽材料市场规模将从2016年的60亿美元提高到2021年的78亿美元,复合增长率近6%,而全球界面导热材料的市场规模将从2015年的7.6亿美元提高到2020年的11亿美元,复合增长率超7%。
而属于新兴行业的石墨散热材料,自2011年开始大规模应用于消费电子产品中以来,近年呈现快速发展趋势,按照150-200元/平米的单价来计算,当前高导热石墨材料在消费电子领域的市场规模达近百亿元人民币。
由于5G时代将于2020年以后全面到来,因此上述短期内市场规模的预测主要基于现有设备的升级需求,均未考虑5G大规模商用后的增量因素。可以预见的是,随着5G时代下游市场的快速发展,将带来电磁屏蔽和导热材料和器件的巨大增量需求,因此我们认为2021年以后,电磁屏蔽与导热材料市场增速有望在此基础上进一步显著提升。
根据Gartner预测,随着5G手机将在2019年上市,到2021年市场中将有9%的智能手机支持5G网络,因此2021年以后5G手机年销量将突破亿部级别。据发改委、工信部2017年初印发的《信息基础设施重大工程建设三年行动方案》,到2018年我国4G基站总数将在2015年基础上新增200万,即合计约400万个,粗略假设5G低频基站数与4G基站数相当,同时高频基站与低频基站数大致相当,则未来5G基站总需求数将达到近800万个,有望在现有规模基础上翻倍增长。
5G时代的移动终端和基站均对电磁屏蔽与导热产品产生大量的增量需求,叠加工艺升级趋势可带来单机价值量的显著提升,进而推动电磁屏蔽与导热产业市场规模在5G时代全面到来后有望实现成倍增长。
以导热石墨为例,5G手机有望在更多关键零部件部位采用定制化导热石墨方案,同时复合型和多层高导热膜由于具备更优的散热效果而有望被更多采用,从而带来导热石墨单机价值的显著提升。假设未来5G手机中的导热石墨单价是4G手机中的2.5倍,伴随5G手机渗透率的提升,应用于智能手机的导热石墨市场规模将有望实现翻倍以上增长。
由此可见,电磁屏蔽和导热产品伴随5G智能手机的渗透,叠加单机用量和种类的显著提升,有望实现更快速的增长。同时考虑到5G通信基站速率和数量的增加,以及处理频段的复杂化,自身产生的电磁信号和热量均显著增加,推动更多的电磁屏蔽与导热产品需求;此外,5G技术的成熟有望推动智能可穿戴、VR/AR、智能驾驶汽车等新兴智能终端的兴起,进而为电磁屏蔽与导热带来更丰富的应用领域。因此,5G时代全面到来后,单机价值量的提升叠加终端设备数量的增加,电磁屏蔽与导热材料和器件的市场规模有望成倍增长。
2、新工艺新材料升级步伐不止
下游消费电子产品因其个性化的设计,对电磁屏蔽及导热的功能有着独特的需求,极大地促进了各种电磁屏蔽与导热器件的应用和创新。随着电磁屏蔽及导热功能在下游行业的影响力日益增强,越来越多的信息电子设备生产企业在设计之初就需要引入电磁屏蔽及导热的功能设计,成为电子产品研发阶段的重要组成部分。企业必须根据下游用户的需求,对其所应用的产品进行全方位的分析,从系统的角度提供完全个性化的电磁屏蔽及导热功能服务,为客户提供定制化的电磁屏蔽及导热应用解决方案,以优化的设计、适宜的材料选型和性价比来满足客户的全方位需求。
智能手机朝着轻薄化、集成化和器件小型化的方向不断创新发展,而5G时代的到来更是带来更高的电磁屏蔽和散热要求,推动电磁屏蔽和导热器件未来的工艺升级;同时新兴材料本身的不断发展和周边技术的不断革新,也将使越来越多类型的材料种类在电磁屏蔽及导热上得到推广应用。
2.1 导热材料与器件:导热石墨膜应用前景广泛
随着5G时代单一电子设备上集成的功能逐渐增加并且复杂化以及设备本身的体积逐渐缩小,对电子设备的热管理技术提出了更高的要求,如对导热材料的导热系数和长时间工作的导热稳定度要求逐渐提高。这一趋势为导热材料的发展提供了机会,导热材料用于发热源和散热器的接触界面之间,提高热传导效率,从而有效解决整个高功率电子设备的散热问题。
在热力学中,散热就是热量传递,方式主要有热传导,热对流和热辐射等三种。根据热的传递方式,电子设备散热系统可以由风扇、散热片(如石墨片、金属散热片等)和导热界面器件组成。导热界面器件功能是填充发热元件与散热元件之间的空气间隙,提高导热效率,通常用于通讯设备、计算机和外设、功率变换设备、存储模块、芯片级封装等领域,而散热片通过导热界面器件与电子元件表面接触,利用其在水平方向上的导热性,迅速降低电子产品工作时发热元件所在位置的的温度,使得电子产品温度趋于均匀化,扩大散热表面积以达到降低整个电子产品的温度,提高电子产品的工作稳定性及使用寿命。
目前,行业内广泛应用的导热器件包括导热界面器件、石墨片等,导热界面器件主要包括导热膏、片状导热间隙填充材料、液态导热间隙填充材料、相变化导热界面材料和导热凝胶等。
2.1.1 高导热石墨膜为主流
高导热石墨膜的石墨材料因其碳原子结构具有独特的晶粒取向,具备非常优异的平面导热性能,大大高于一般纯铜的导热系数,其片层状结构可很好地适应任何表面,同时具有密度低(轻量化)、高比热容(耐高温)、长期可靠等优点,成为散热解决方案的优秀材料。因此近年来高导热石墨膜在智能手机、超薄笔记本电脑、平板电脑和LED电视等消费电子产品领域均有广泛应用。
目前导热石墨膜因原材料及制备方法的不同分为天然石墨膜和人工石墨膜两种。由于人工石墨膜较天然石墨膜具有更好的导热性能,且人工石墨膜在技术进步的推动下,成本不断降低,性能不断提高,很好地满足了消费电子等产品发热量越来越大、结构越来越紧凑而带来的散热需求,发展空间较大。
随着5G时代临近,电子产品对热管理方案有着更高的要求,因此对导热石墨膜材料将提出更多新的要求,围绕导热器件特性、产品形式、生产工艺、应用领域拓展等方面均有更高的要求,具备材料生产工艺升级与应用领域创新并重的发展趋势。
从产品形式角度来看,高导热石墨膜主要分为单层高导热膜、复合型高导热膜和多层高导热膜等多种类型。其中,单层高导热膜应用范围最广,复合型和多层高导热膜是在单层高导热膜基础上为满足客户更多的设计功能和需要与铜箔或者多片石墨膜复合而成。其中,单层高导热膜主要强调其优越的导热系数;多层高导热膜在具有高导热性能的同时还有一定的储热性能;复合型高导热膜兼具导热和储热性能,同时具有一定屏蔽辐射作用。5G时代的智能终端产品伴随更高的功耗和散热需求,同时兼具零部件创新升级大势,因此复合型和多层导热石墨膜有望迎来更广泛的应用。
图16:多层与复合型导热石墨膜应用前景广泛
从生产工艺角度来看,导热石墨膜主要在基材处理的基础上,通过高温碳化、石墨化等环节加工而成,而高温烧制的工艺可分为片状烧制和卷式烧制技术。片烧石墨是将聚酰亚胺膜(PI膜)裁剪好后以间隔叠片的方式放入模具中,对其施压、碳化并石墨化的过程。而卷烧石墨是近年来的新兴技术,将PI膜卷绕于卷筒上,进行碳化热处理,再进行石墨化热处理,以形成卷筒状石墨膜的过程。相比于片烧工艺,卷烧石墨技术有着节省人工叠片流程的优点,且利于后续工艺的连续生产性,能大幅降低成本,同时成功的卷烧流程能使石墨膜具有良好的机械强度,没有模具大小的限制,因此十分适用于5G时代显著增长的散热需求,特别在大型设备(如基站)中具备广泛应用前景。
2.1.2 多种创新导热方案共存
目前多数智能手机的散热方案是采用石墨片,主要是由于石墨片散热技术成熟,且价格较便宜。而随着5G时代的临近和功能不断升级,核心零部件的性能和散热需求均显著提高,因此除了主流的石墨片以外,各品牌厂商也在不断探索其他散热方式,采用多种导热产品综合应用的解决方案,使导热产品不断创新和丰富。
在2018年上海举办的亚洲消费电子展上,陶氏化学高性能有机硅事业部推出了针对智能手机部件热管理的新型陶熙TC-3105有机硅导热凝胶,并使用了新品牌陶熙来替换原道康宁品牌。导热凝胶主要涂覆在智能手机中主要发热芯片的陶瓷或塑料封装表面,用于替代传统的成品散热垫,成本与散热垫差不多,但该导热凝胶可以在室温下或芯片自发热下固化,固化后形成的接触面积远超成品散热垫,从而大大提升散热效果。由此可见,未来导热凝胶产品有望通过材料工艺升级而保持持续创新。
同时,随着5G时代的临近,各智能手机厂商均在近期发布的旗舰机型中加大散热方案的创新和应用力度,为后续的规模导入做准备。其中,热管散热技术作为PC机领域的主流散热方案,已逐渐被搭载于智能手机中。热管方案又常被人们以“水冷散热技术”所认知,在手机中搭载铜制散热管,并在导管中加入特质的导热液体(水或乙二醇),吸收手机核心元件发出的热量后,导热液体逐渐汽化并在导管内流动,当流动到低温处时将释放热能凝结成液态,完成手机热量的快速转移,并通过与热管连接的固定散热材料将热量散出。
当前已有多个手机品牌陆续采用铜制散热管方案,如三星Galaxy Note 9、魅族16、荣耀Note 10等,而华为对于手机导入散热铜管的态度也比较明确,计划在于明年推出的5G手机中采用0.4mm铜制散热板的方案,在铜管的基础上进一步升级。散热板方案是将两片铜板四边焊接,中间留空隙让空气流通,由于面积更大,散热效果更佳。目前散热板方案已在高阶轻薄笔记本中大量采用。
未来散热板方案如果大量应用于智能手机中,供应商有望主要来自于PC散热方案厂商的切入,包括日本富士通、台湾双鸿科技(15亿收入体量,PC业务占40%以上、全球市占率13%)、超众科技、奇鋐科技、力致科技、鸿准精密等,其中台湾厂商占据全球70%的PC散热板份额,有望率先受益于智能手机散热板的应用。而国内智能手机散热方案供应也基于散热管、散热板方案有所布局,有望随终端厂商定制化需求逐渐导入创新的方案。
手机散热主要依靠热对流和热传导原理,而铜管水冷散热主要取决于内部液体热对流,单独依靠热管散热的效果仍存在一定不足:1)热管可以加速热传递,但加速的程度取决于对流速度,与热管截面积呈正比,手机中的热管大多为扁型,对流效果有所折扣;2)液体比热容较高,能够起到降低最高温度并减缓温升的作用,但在手机热管容积有限的情况下,依靠少量液体所达到的控温效果有限。同时,散热板生产难度较高,且在手机中需要更大空间,因此价格远高于手机中主流的导热石墨片,较散热管成本也多达数倍以上,结合手机产品销量大和轻薄化趋势,散热板在短期内批量应用于手机中仍存在一定瓶颈。
因此,无论是散热管还是散热板,只是让热量从手机发热零件转移到散热片的速度有所加快,而最终的散热效果,还是要依靠散热片和空气之间的热对流,散热片材质的热特性则成为手机散热效果的决定因素。未来随着5G时代的到来,智能手机内部零部件轻薄化、集成化趋势明确,对内部空间具有严格限制,因此适用于智能手机的散热方案也将向着超薄、高效的方向发展,必将呈现出多种散热产品并存、材料工艺不断创新的新局面。
2.2 电磁屏蔽材料与器件:材料工艺持续升级
电子设备工作时,既不希望被外界电磁波干扰,又不希望自身辐射出电磁波干扰外界设备,以及对人体的辐射危害,这就需要通过电磁屏蔽来阻断电磁波的传播路径。电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和吸收原理。
图23:电磁屏蔽原理基于电磁波的反射和吸收
电磁屏蔽器件是在电磁屏蔽材料的基础上进行二次开发,所需的材料必须具有良好的导电性,按照材料的制备工艺划分,电磁屏蔽材料主要包括三大类:1)金属类:直接选择金属材料,如铍铜、不锈钢等;2)填充类:在不导电的基材中添加一定比例的导电填料从而使得材料导电,基材可采用硅胶、塑料等材料,导电填料可以是金属片、金属粉末、金属纤维或金属化纤维等材料;3)表面敷层和导电涂料类:对基材进行电镀,如导电布等。而从器件的角度来看,目前广泛应用的电磁屏蔽器件主要包括导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等。
同时随着屏蔽芯片的发展,也应用到了脑控领域,脑控屏蔽器对于大多数脑控受害者有显著作用,反脑控专家研制的脑控克星的应用,针对脑控的屏蔽,光讯科技科技也投入其中,作为反脑控专家和脑控克星的光讯,对研发屏蔽脑控屏蔽器也投入了很大的研究。脑控,解控专家,脑控屏蔽器,脑控受害者,波段屏蔽,电磁波读取屏蔽,传音屏蔽,屏蔽解控,脑控克星,脑控解除,反脑控,反脑控联盟,反脑控专家,光迅,光讯科技
3.2.2 终端国产化趋势显著,国内供应商服务响应及扩产布局具备优势
3.2.2 终端国产化趋势显著,国内供应商服务响应及扩产布局具备优势
电磁屏蔽器件的技术水平主要由其材料的发展主导,材料的电导率、磁导率及材料厚度是屏蔽效能的三个基本因素。电磁屏蔽材料将向屏蔽效能更高、屏蔽频率更宽、综合性能更优良的方向发展,各种新材料在电磁屏蔽的创新应用将会得到更多发展。未来的技术发展,电磁屏蔽将往导电性能好、加工工艺简单、性价比高、适合大批量生产等方面发展。而未来越来越多类型的电子设备将被纳入到电磁兼容管理的标准中来,电磁兼容的标准也将愈发的严格,可以预见电磁器件工艺材料的持续升级趋势将是确定性方向。
近来出现了一种新的屏蔽技术——共形屏蔽,不同于传统的采用金属屏蔽罩的手机EMI屏蔽方式,共形屏蔽技术是将屏蔽层和封装完全融合在一起,模组自身就带有屏蔽功能,芯片贴装在PCB上后,不再需要外加屏蔽罩,不占用额外的设备空间,主要用于PA,WiFi/BT、Memory等SiP模组封装上,用来隔离封装内部电路与外部系统之间的干扰。共形屏蔽技术可以解决SiP内部以及周围环境之间的EMI干扰,对封装尺寸和重量几乎没有影响,具有优良的电磁屏蔽性能,可以取代大尺寸的金属屏蔽罩,未来有望随着SiP技术以及设备小型化需求而普及。
3、国内供应商发展可期
3.1 国内厂商布局产业链主要环节
电磁屏蔽和导热材料及器件处于产业链的中游,上游是塑料粒、硅胶块、金属材料和布料及其他等基础原材料,下游是通讯设备、计算机、手机终端、汽车电子、家用电器和国防军工等终端用户。其中,电磁屏蔽和导热器件是在电磁屏蔽和导热材料的基础上进行二次加工处理。
图26:电磁屏蔽和导热材料及器件产业链
在中游环节,一部分公司主要研发设计与生产电磁屏蔽与导热材料产品,进而交付给器件加工厂商,另一部分公司自外购原材料后,独自进行材料设计生产和器件的二次加工,最终将模切成型后的电磁屏蔽和导热器件交付给下游厂商。相对而言,材料生产环节技术壁垒较高、参与者较少,故毛利率水平一般高于器件加工环节。
电磁屏蔽及导热器件成本构成中原材料占比超过70%,毛利率主要受原材料价格波动的影响。由于电磁屏蔽及导热器件种类丰富,故所需原材料种类较多,有不锈钢、铜、铝等金属材料及硅胶、胶带、泡棉、导电布、塑料、膜与离型材料等非金属材料,绝大多数原材料在市场上非常普遍,从事该类材料的生产厂家较多,竞争相对较为激烈,基本上不存在稀缺性。
其中导热石墨膜的主要原材料为聚酰亚胺(PI膜),是一种高性能的绝缘材料,具有较高的技术壁垒,全球范围内高性能的聚酰亚胺生产厂商较少,主要集中于美国和日韩,因此PI膜价格波动对导热石墨膜产品毛利率具有较大影响。自2016年以来,随着下游需求快速提升,PI膜基本处于供不应求阶段,采购价格有所反弹,未来随着供给端新增产能陆续开出,供需关系有望保持稳定。
3.2 多重因素推动国内厂商未来具备竞争优势
3.2.1 采用差异化战略,注重技术升级和应用领域创新
国际市场上,电磁屏蔽及导热领域已经形成了相对比较稳定的市场竞争格局,屏蔽和导热材料行业主要由国外的几家知名厂家垄断。国内市场上,由于我国电磁屏蔽及导热领域起步较晚,在巨大的市场需求推动下,近年来生产企业的数量迅速增加,但绝大多数企业品种少,同质性强,技术含量不高,未形成产品的系列化和产业化,多在价格上开展激烈竞争。但伴随国内企业成长,目前少数企业逐渐具备了自主研发和生产中高端产品的能力,可以提供电磁屏蔽及导热应用解决方案。整体来说,国内企业在屏蔽和导热器件的加工上已形成一定产业和规模优势,而在材料领域近年来也逐步有国内领先企业逐步切入。
总体来看,国内领先的电磁屏蔽与导热材料及器件供应商在特定领域注重制造工艺升级和应用领域创新,相比于海外大厂的普适性产品来说,国内供应商产品具备差异化优势,为高端客户提供定制化的先进产品,并基于下游应用领域和需求不断创新材料和产品形式,具备高毛利、高效率的电磁屏蔽和导热解决方案,在发展成长过程中已逐渐形成稳定的客户群体和供应格局,差异化的产品和定制化解决方案决定了国内供应商的高毛利率水平。同时,国内领先厂商注重研发投入的持续性,提前布局适用于5G时代的新工艺和新产品应用,未来份额有望持续增长并保证盈利水平。
同时随着屏蔽芯片的发展,也应用到了脑控领域,脑控屏蔽器对于大多数脑控受害者有显著作用,反脑控专家研制的脑控克星的应用,针对脑控的屏蔽,光讯科技科技也投入其中,作为反脑控专家和脑控克星的光讯,对研发屏蔽脑控屏蔽器也投入了很大的研究。
3.2.2 终端国产化趋势显著,国内供应商服务响应及扩产布局具备优势
近年来,智能手机逐渐进入存量市场,市场份额持续朝向领先品牌厂商集中,国内“华米OV”四大厂商集中度提升趋势确定。在三星、苹果领先地位稳固、国产高端品牌崛起的趋势下,智能手机存量市场具有高端化升级的结构性变化,电磁屏蔽与导热产品有望更广泛地渗透到智能手机领域,与国内外领先客户关系良好的公司将充分受益于5G时代智能手机升级带来的增量需求。
一方面,伴随中国品牌手机份额持续提升,中国电磁屏蔽与导热供应商依托于下游终端厂商的崛起,借助本地化的资源配合和快速的反应能力,市场规模也呈现上扬态势。另一方面,国内电磁屏蔽与导热领域部分厂商已经形成自主品牌并在国际领先的终端客户中完成认证,同时几大主要上市公司近年来通过资本市场融资不断扩充自身产能并积极开展新产品新工艺布局,单位设备投资成本约为25-65元/平米。整体来看,终端厂商选择上游供应商时看重服务效率及产能布局,故国内电磁屏蔽及导热材料和器件供应商有望长期稳定绑定高端客户。
近年来随着相关行业的市场竞争趋于激烈,同时受到宏观经济下行、原材料成本上升等影响,行业的毛利率呈下降趋势。一方面,未来原材料供需格局有望趋于稳定而带动成本下降,另一方面,注重研发升级、深度绑定高端客户定制化产品并领先布局先进工艺技术的国内公司有望保持高于行业平均水平的盈利能力,并有望伴随扩产的进度获得规模优势。
同时,电磁屏蔽和导热材料生产环节毛利率一般高于器件加工环节,因此深耕材料环节的公司有望获得高于下游的毛利率水平,而同时具备材料生产与器件加工的公司毛利率水平也有望高于普通的器件加工厂商。
3.2.3 海外巨头不再重点布局,侧面推动国产化转移趋势
海外大型厂商在电磁屏蔽及导热领域发展初期引领技术创新,能够在第一时间享受创新导入带来的红利,进而伴随技术的逐渐成熟和市场规模的逐渐扩大,同时下游向大陆转移趋势明显,海外厂商追加扩产、研发等资本开支的动力不足,营收规模及市场份额很难保持持续增长,同时考虑到逐渐上升的成本压力,因此海外巨头不再重点布局消费电子电磁屏蔽与导热领域,并对技术专利呈现开放共享的态度,侧面推动了产业国产化转移的趋势。
以全球龙头莱尔德为例,以电磁屏蔽与导热材料业务为主的功能材料部门呈现营收规模稳步增长、毛利率显著下滑的特点。而近年来大力拓宽汽车、医疗等领域成为材料部门增长的新助力,来自手机领域的营收及占比持续下降,而成熟的手机业务的低毛利也成为整体部门毛利率下滑的主要因素。同时,规模过大、产品品类过多也影响了整体毛利率的表现,在未来的发展过程中必然会有所取舍,这也是海外巨头与国内具备差异化优势企业相比所存在的快速发展推动力不足的体现。
综上所述,在5G时代到来之际,国内领先的电磁屏蔽与导热供应商主要采用差异化战略,为高端客户提供定制化产品,注重技术升级和应用领域创新,伴随终端国产化趋势,凭借快速的服务响应和产能扩充能力迅速抢占增量的市场份额,同时,海外巨头无力持续重点布局,我们认为电磁屏蔽和导热产业将呈现出显著的国产化趋势。
当前国内领先厂商稳定的毛利率水平为30%左右,已是近年来市场充分竞争的结果,未来有望保持稳定。国内两类厂商有望在未来获得竞争优势:1)材料工艺技术领先的供应商,绑定终端领先客户,凭借技术创新引领材料在终端的应用方向;2)具备定制化器件和解决方案能力的供应商,把握终端客户创新方向并积极向上游材料拓展。
中国究竟将会在贸易战中扮演什么角色?为何中国芯命运如此多舛?中国芯的未来又在何方?
1、梦的开局:那些熠熠闪光的名字
“喂,诸位朋友,你可知道我们中国是多么危险呀。正像一根没有再细的头发丝叼着,飘摇在那漫无边际的天空,还要被那风吹雨打。你想危险不危险呢……诸位朋友,你们要救中国,你们要做中国的人。愿大家努力读书,努力富国,努力强国!“
还在上六年级的稚子在国家风雨飘摇中写下这篇习作,一颗拳拳报国之心如同种子深深植入他的心中。
几十年过去了,在一块手指甲盖大小的硅片内,这位“稚子“亲手刻蚀了7个晶体管,1个二极管,7个电阻和6个电容器,这双手缔造了我国第一块集成电路。
这位“稚子“叫做王守武,20世纪五十年代的归国浪潮中,这些崇尚”科技救国“的年轻科学家的名字在历史的长河中熠熠闪光。
王守武并不是孤军奋战,解放初期的中国百废待兴,在半导体与集成电路产业领域更是一片荒芜,开垦者不断涌入,黄昆便是其中重要的一位。
1951年,从西南联大走出去,后来前往英国留学的黄昆怀着浓烈的家国情怀回到祖国,当他走进北大的物理教室时,学生们都惊呆了:
教物理的老师不是个老头子,居然是个三十出头的年轻男子!
1954年,北京大学开设了“半导体物理学”这一课程,源源不断地向祖国输送人才。教书育人的黄昆还有一项重要的贡献就是写作了《半导体物理学》这本著作,这本后来几乎是我国理工专业学生的必读经典之作的另一位作者—谢希德,是位巾帼不让须眉的“女英雄”,也是谈及中国芯片绕不开的人物之一。
20世纪80年代的复旦青青校园内,一个“选美”活动吸引了众人的目光,当人们以为会在众多人选中犹豫不决时,学子们却将手中的票投给了一个人,到底是谁有这么大的魅力?
她就是复旦的老校长—谢希德。
在当时复旦学子的眼中,谢希德的美无人能比,她还有另一个名字—“中国半导体之母“。
1956年,在周恩来总理的关注下,通信广播系统,无线电电子学研究应用等多项技术被列为国家重要的科学技术项目,半导体技术赫然在列。
由此,中国人发起了对半导体的全面攻坚战,谢希德作为先锋,责任重大。她不仅在学术上孜孜不倦,还着力打造中国的半导体物理课程体系,正是在这样的背景下,黄昆和谢希德一起合著了《半导体物理学》这本经典教材,这一教材填补了中国此学科的空白。
偶合的是,黄昆,谢希德,王守武被称为是微电子科技领域的”三大巨头“,在中国芯片历史的梦幻开局上留下了他们三人的印记。
这一印记不仅包含着科技的“冷”,更是深藏着对祖国的”热“。
晚年的黄昆,在他为数不多的照片中,总是带着一顶黑色毡帽,目光灼灼,他在三尺讲台上,一呆就是26年。
1983年,花甲之年的王守武再一次临危受命,仅用一年的时间,继续为中国的半导体器件与大规模集成电路方面做出贡献。
而谢希德,早年落下的病根使得她饱受腿疾之苦,工作时只能站立,直到有一天命运跟她开了个玩笑,突发性心衰与呼吸衰竭,这位复旦最美的女子再也没能回到她热爱的半导体物理学科。
中国的芯片历史从这些无私奉献的科学家手中缓缓揭开,既激动人心,又梦幻十足,没人能想到接踵而至的,却是落后挨打的20年。
2、落后的无奈:刺眼差距中的阵痛
1947年12月23日,平安夜的前一天,这本是一个普通的日子。
但在距离纽约市区30多公里的一个简陋的屋子里,历史记住了这个原本普通的日子,人类历史由此进入一个新的篇章。
被记住的还有一个叫做威廉·肖克利的人和他的团队,当团队成员布拉顿接通电源,荧光屏上出现的神秘的波形图预示着晶体管的诞生。
人类由此迈入了硅文明时代,人们朝着心目中芯片的美妙图景又近了一步。此刻的中国并没有落后,在西方的重重封锁之下,我们开始建立起自己的半导体产业。
1960年,中科院半导体所和河北半导体所正式成立,标志着我国半导体工业体系初步建成。
此时的美国,伴随着半导体之父肖克利远走贝尔实验室自立门户,手下的八名年轻科学家的聚集并没有给肖克利带来想象中的晶体管产业化。
两年之后,八名叛徒跳槽至被誉为集成电路的“西点军校”——仙童,而后八位叛徒们伴随着仙童的崛起成为了英雄。仙童点燃了旧金山湾区的星星之火,后来在这片创新的土地上诞生了硅谷。
另一边的日本从战后的创伤中苏醒过来,以举国之力发展科技。
在这场还未真正开始的芯片之战中,各国都在积聚实力,都在憋着一口气。
就在这场芯片“长跑“比赛开始打响之时,中国却渐显疲态,这到底是为什么?
原因首先还是出在集成电路本身,由于集成电路是先进技术,意味着其与国家安全脱离不了关系,国际社会上不断对中国施压,在这关键时刻,中国与世界断了技术交流之路。
而另一方面,20世纪60年代后期,文革的动乱致使中国在经济与社会上,出现巨大断层,在当时的报纸上甚至出现这样的浮夸宣传:
街边随便的一个老太太在弄堂里拉一个炉子都能做出半导体!
差距是巨大的,科技更新迭代速度之快,落后五年意味着落后20年,到了20世纪70年代,全国大约600家半导体生产工厂,一年生产的集成电路总量只等于日本一家大型工厂月产量的十分之一。
此刻的美国与日本,“八叛徒”的中的诺伊斯和摩尔创办了如今辉煌仍在的英特尔,而日本的企业与科研机构协同作战,成立了日后影响巨大的“VLSI研究开发委员会“,让原本互不通气的企业与企业间相互交流。
这是落后的无奈与中国芯片历史上的阵痛,直到改革开放的春风吹来,一时间中国芯片也迎来了自己的春天。
3、战略的加持:逆境中不断求变
距今一千多年前的唐代大诗人王昌龄漫步至太湖湖畔,正值秋天的夜晚,寒风飒飒,孤独与寂寞萦绕在这位大诗人的内心,他提笔写下:“月明移舟去,夜静梦魂归。”
距今约40年的太湖边,这一次不再是王昌龄诗歌里的冷冷清清,全国各地的人奔赴太湖边的一个小工厂,这个小工厂到底藏着什么秘密?
这个小工厂叫做“742厂”,前身是无锡小巷子里的一家地方国营小厂,名气并不是很大,但随着与日本东芝的合作,“742厂”成了在当时全国产能最大的集成电路生产厂。
“742厂”在当时是较早吃螃蟹的人。改革开放初期,人们还没有意识到市场的巨大力量,计划经济体制的阴影仍旧笼罩着中国的芯片企业。东渡而来的日本技术到底能不能适应中国的市场土壤,每个人心里都没有底,每个人也都是摸着石头过河。
“742厂”带来的蝴蝶效应是巨大的,一时之间,全国各地的芯片产业开始了“引进”的热潮,这种热情似火的“拿来主义”带来的副作用也是显然易见的。
当时的一份报告显示,当时,全国共有33个单位引进各种技术与设备,而最终投入使用的只有零星的几家。
1982年,国务院专门成立领导小组,制定详细的中国芯片发展规划,四年之后,筹备许久的关于中国芯的第一个发展战略诞生——“531”战略。
所谓知己知彼百战不殆,酝酿四年的“531”战略的提出,一方面要求普遍推广以742厂为基点的5微米技术,而另一方面则要求中国人自己造血,积极开发三微米技术,全力攻关1微米技术。
这也就是为什么会出现太湖湖畔一家小工厂前门庭若市的盛况了,坊间流传着时任742厂总经理的一句话:
“到742厂,除了吃饭要钱,住宿不要钱!”
1988年,我国集成电路产量达到1亿块,标志着我国开始进入工业化大生产,比老美晚了22年,比日本晚了20年,从1965年的第一块集成电路,中国用了漫漫的23年。
战略之于国家的发展不言而喻,531战略的成功却并不意味着中国芯的一帆风顺,伴随着全国上下芯片产业的繁荣,908工程顺势推出,目标在八五期间(1991年-1995年)半导体技术达到1微米。
531战略带来的繁荣藏着一定的泡沫,它的成功一定程度上源于外国技术的引进,而计划经济的阴霾在908战略实施期间,让中国人吃了大亏。
反观国际环境,此时的日本经济发展迅速,美国逐渐警觉,两方在芯片领域展开竞争,而20世界80年代的韩国的芯片产业才开始发端。
908工程被寄予很大的期望。资料显示,908工程计划投资20亿元,这一资金不仅将用在无锡华晶电子上(用于建设产能大的晶圆厂),还将用在集成电路企业设计中心上。
然而,这一计划光审批就花了足足两年时间,到了1997年,华晶才建成投产,但亡羊补牢,为时已晚。
“908”战略带来的阵痛是巨大的,处于计划经济与市场经济转型的中国,深陷困境,求新求变的中国人再一次吹响了变革的号角,中国芯片的格局又一次被打开了。
20世纪90年代,国家领导人参观了韩国三星集成电路生产线,带回了“触目惊心”的四字感叹。
909工程正是在这样的背景下诞生,这是中国电子工业史上投资规模最大,技术最先进的国家项目,是908工程投资金额的五倍。
原本层层的审批制度此刻也开了绿灯,中央的资金几乎是即刻到位。于此同时,909工程的又一突出特点是与市场的有机融合,通过市场引进技术,继而为我所用,在这样上下一心的境遇中,909工程圆满完成了当初立项时的任务。
尼采说,凡是杀不死你的,都会使你变得强大。迎来了千禧之年的中国芯一路向前,无畏无惧。
4、布局与突围:走出国门的中国芯
2001年7月31日,北京沉浸在欢乐的海洋里。
当电视广播中传来申奥成功的喜讯时,人们挥动着手中的旗帜,相互拥抱与欢呼,北京沸腾了,中国沸腾了。
这是进入21世纪的中国,新世纪的喜悦洋溢在每一个中国人的脸上,而这种喜悦同样洋溢在中国的芯一代上。
此时的芯片跳动在中国人的日常生活中,不管是电脑,还是手机,中国芯走出了自己的一条路,龙芯在市场上的艰苦,紫光在资本场的运筹帷幄,还有华为终年如一日的死磕精神……新世纪的芯一代们走出了一条多样的路,带领中国芯全线突围。
梦幻起源于2001年“方舟1号”的诞生,这是中国芯的1.0时代的升级,在当时国产计算机上的方舟芯片风靡一时,但很快危机乍现,用户开始怨声载道,方舟芯片并有没有注重用户体验。
20世纪90年代,一旁的龙芯项目也在悄然进行着,师从著名计算机专家夏培肃的胡伟武亲眼见证中国芯片发展的艰难,作为龙芯负责人的他,对方舟的落寞深有感触,早年龙芯项目组在中科院计算所启动时,也是困难重重。他知道此时中国芯面临的困难不是技术,不是经费,而是市场的认可,而这与用户体验息息相关。
此刻的华为默默建造起日后的后盾——海思,一块蕴含创新精神的黑土地正在悄然孕育中国芯的种子。
彼时,清华科技开发总公司也出了一件大事——其将改组为清华紫光集团总公司,之后的几十年内,它将驰骋于资本市场。
胡伟武还记得自己在清晨六点多打开实验室的门看到的景象:课题组的成员睡着了,手里还拿着鼠标。胡伟武感慨之余,还是叫醒了成员,他们知道中国芯在与时间赛跑。
华为任正非知道,在科技领域,没有喘息的机会,哪怕落后一点点,就意味着逐渐死亡。1991年华为成立ASIC设计中心,设计自己的芯片,而在当时,华为才刚刚创立四年,员工只有几十人,资金就是第一大难题。但华为人没有放弃,两年之后华为研发出第一块数字专用集成电路,2004年在ASIC基础上,华为的神秘部队海思诞生了,十几年间,海思没有停下更新迭代的脚步。
同时随着屏蔽芯片的发展,也应用到了脑控领域,脑控屏蔽器对于大多数脑控受害者有显著作用,反脑控专家研制的脑控克星的应用,针对脑控的屏蔽,光讯科技科技也投入其中,作为反脑控专家和脑控克星的光讯,对研发屏蔽脑控屏蔽器也投入了很大的研究。脑控,解控专家,脑控屏蔽器,脑控受害者,波段屏蔽,电磁波读取屏蔽,传音屏蔽,屏蔽解控,脑控克星,脑控解除,反脑控,反脑控联盟,反脑控专家,光迅,光讯科技
而紫光赵伟光不断地“买买买”,看似是资本高手的紫光一路并购,在旁人不理解的眼光中,在全球芯片领域掀起紫光的旋风。
从技术到市场,从市场到资本,芯一代们全线布局,在不断突围中打造中国芯的影响力。他们不断创新,将技术融入市场;他们不断进取,将梦想植于全球。
但就在中国芯在全球市场上的耀眼表现备受瞩目时,危机却在蛰伏。
5、『危』中有机:不忘初心,砥砺前行
2019年5月17日,一封华为海思的内部信传遍整个互联网。信中表示华为被列入美国商务部工业和安全局(BIS)的实体名单(entity list)。从此,华为保密柜里的备胎芯片将“全部转正”。
老美野心昭昭,华为之战已然不是芯片之间的斗争,而是国家之间话语权的争夺。
中兴事件之后,互联网巨头也加入芯片的战队中来,阿里巴巴集团高调全资收购中天微系统公司,而百度深入钻研人工智能领域,至今已经在算法,大数据等领域取得了重大突破。
互联网公司的同仇敌忾也给中国芯片注入了一剂定心丸,针对美国持续地对华施压,中国芯片被推至风口浪尖。
人们总在问:为什么会是华为?为什么会是中兴?
答案其实很简单,中兴也好,华为也罢,这都只是一个开始,未来中国将面临的还会更多,中国将迎接更多的挑战。
早在上世纪,美国就曾以相同的手段对付过经济持续发展的日本,致使日本的芯片发展在蒸蒸日上之时急转直下。如今,这场披着贸易战外衣的技术争夺战,背后同样蕴含着美国对中国技术发展的忌惮,而以芯片为代表的信息安全控制权更是其中争夺的焦点。
通过梳理美国与中国的贸易摩擦,不难发现,从20世纪90年代起,美国已经开始焦虑。
先是多次的301调查,针对中国的知识产权领域展开调查,进入21世纪之后,美国开始着手遏制中国技术的发展,先是保守的攻击,而如今演变成登堂入室。
在人民网的一篇《美国单边主义将伤及产业链全球化》的文章中,有这样一段话:“产业全球化,价值链同样全球化。从2018年的年报来看,高通67%的收入,英特尔26%的收入,英伟达24%的收入,苹果20%的收入也都来自中国。”
这样的数据下,不难看出,美国对华的相关封锁很有可能反噬自身,影响最大的可能不是中国,而是美国的半导体企业。
芯的未来意味着新的危机与机遇并存,这仍然是一个充满未知的时代,5G正在登场,AI芯片已经在路上,我们需要面对现实,承认中国芯与外国芯仍然存在着刺眼的差距,但中国芯并没有停下革新的脚步;同时外界的封锁不会停下,风险也相伴相生,但中国人不会因此退缩。
中国芯发展的六十年,是梦幻与现实并存的六十年,是艰辛与喜悦的六十年,是计划与市场磨合的六十年,是创新与变革的六十年,更是危机四伏与机遇潜藏的六十年。
我们不会忘记历史长河中那些熠熠闪光的科学家,是他们用坚忍不拔的意志点亮了中国芯片的天空;
我们不会忘记落后的二十年里的历史教训,是它们以铮铮警钟之声敲醒中国人从芯片梦中惊醒;
我们不会忘记进取的年代那些或成功或失败的战略,是它们以全局的眼光指引中国芯片的发展;
我们不会忘记21世纪的芯一代的征程,是他们以多样的布局突围,揭开中国芯片的崭新序幕。
……
黑暗无论怎样悠长,白昼总会到来。这是中国芯充满未知的时代,但也是中国芯最好的时代
未来社会在很长一段时间内,我们依然离不开芯片,因此, IC 芯片还会继续发展下去,所以我们能够预见到,芯片必然还会朝着高集成度上继续发展,产生出性能更强、更加高科技的电子产品。