【正文】 成電路行業(yè) 2022 年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值超過 9 芯片設(shè)計(jì) 企 業(yè)商業(yè) 模 式中的 關(guān) 鍵問題 研 究 —— 以 昆 山 銳芯微電 子 有限公 司 為例 萬億人民幣。 下面將具體介紹半導(dǎo)體集成電路行業(yè)和芯片設(shè)計(jì)行業(yè) ， 通過分析行業(yè)特點(diǎn)， 找出研究方向，即芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的關(guān)鍵問題，并具體到商業(yè)模式上。 半導(dǎo)體集成電路行業(yè)的特點(diǎn) 半導(dǎo) 體 集成 電 路 行 業(yè)是 一 個(gè) 靠 巨額 資 本 推 動(dòng) 的 高度 技 術(shù)密 集 型 的 高科技行 業(yè)，這 個(gè) 行 業(yè) 在世 界 范圍 已 形 成 規(guī)模 化 、專 業(yè) 化的行 業(yè) 分 工 ，資 本 來源 主 要是 靠海外風(fēng)險(xiǎn)投資和國(guó)家投資。以下是這個(gè)行業(yè)特點(diǎn)的具體介紹。 、專業(yè)化的行業(yè)分工 半導(dǎo) 體 集成 電 路 行 業(yè)的 產(chǎn) 業(yè) 鏈 ，在 十 幾 年 前就 已經(jīng) 形 成了 規(guī) 模 化 、專業(yè)化 的行業(yè)分工 ， 主要包括四大類企 業(yè) （按上下 游 順序 ） ： 芯片設(shè)計(jì) 、 晶圓制造 、 芯 片封裝、芯片測(cè)試。到今天，世界上絕大部 分 芯片設(shè)計(jì)企業(yè)（包括像 Motorola 這樣的 老 牌 集 成電 路 制造 商 ） 都 變成 了 沒有 集 成電路 制 造 工 廠的 無 廠式 芯 片設(shè) 計(jì)企 業(yè) （ Fabless IC Design House） ， 原有的廠房和生產(chǎn)線都出售給了半導(dǎo)體集成 電路代 工 廠 ， 而由 規(guī) 模化 、 專 業(yè) 化的 集 成電 路 代工廠 為 全 世 界的 芯 片設(shè) 計(jì) 企業(yè) 代工生 產(chǎn) 集 成 電路 芯 片。 從 整 個(gè) 行業(yè) 來 看， 由 于半導(dǎo) 體 集 成 電路 生 產(chǎn)制 造 的集 中化， 技 術(shù) 工 藝開 發(fā) 的成 本 大 大 降低 （ 芯片 設(shè) 計(jì)企業(yè) 省 去 了 生產(chǎn) 工 藝開 發(fā) 的投 入 ） ，同時(shí)設(shè)備的使用率大大提高，從而有效的降低了集成電路的生產(chǎn)成本。 造成 這 種行 業(yè) 分 工 的根 本 原 因 ，是 由 于 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng)導(dǎo) 致 的降 低 集 成 電路生產(chǎn) 成本的需要 。 從 1990 年代開始 ， 隨著集成電 路 集成度的提高 ， 使集成電路制造 設(shè)備的資本支出猛增 ， 2022 年一條主流的 8 寸 晶圓生產(chǎn)線（不算高昂的廠房造 價(jià)）的價(jià)格約為 12 億美金， 2022 年一條 12 寸晶圓生產(chǎn)線的設(shè)備價(jià)格約為 20 億美元 。 因此 ， 從 1990 年代開始 ， 半導(dǎo)體集 成 電路制造商開始逐漸將晶圓制 造 、 芯片封 裝 以 及 測(cè)試 委 托第 三 方 外 包加 工 ，只 保 留芯片 設(shè) 計(jì) ， 以達(dá) 到 降低 生 產(chǎn)成 本 ， 同時(shí)緊抓芯片核心技術(shù)的目的 。 與此同時(shí) ， 半導(dǎo)體集成電路制造代工 業(yè) （晶 圓代工 廠 、 芯 片封 裝 廠和 測(cè) 試 廠 ）則 向 著規(guī) 模 化、專 業(yè) 化 的 方向 高 速發(fā) 展 ，比 較著名的有中國(guó)臺(tái)灣 的 臺(tái)積 電 （ TSMC） 和聯(lián)華電 子 （ UMC） ， 分別成為了世界 第一和 第 二 大 的晶 圓 代工 廠 ， 在 集成 電 路制 造 的技術(shù) 工 藝 和 生產(chǎn) 能 力 上 達(dá) 到世 界領(lǐng)先水平。 10 芯片設(shè)計(jì) 企 業(yè)商業(yè) 模 式中的 關(guān) 鍵問題 研 究 —— 以 昆 山 銳芯微電 子 有限公 司 為例 半導(dǎo) 體 集成 電 路 行 業(yè)的 企 業(yè) ， 如同 大 部 分 高 科 技企 業(yè) 一樣 ， 在 企 業(yè)發(fā)展的 初期， 需 要 巨 額的 資 本投 入 。 對(duì) 半導(dǎo) 體 集成 電 路制造 企 業(yè) 來 說， 巨 額的 投 入主 要用于 購(gòu) 買 設(shè) 備和 廠 房的 建 設(shè) ， 技術(shù) 工 藝開 發(fā) 也需要 十 分 巨 大而 且 持續(xù) 不 斷的 投入。 為了說明投入資本的規(guī)模 ， 以中國(guó)第一大晶 圓 代工 廠 ——中芯國(guó) 際 （ SMIC） 為例，在 2022 年成立時(shí)（當(dāng)時(shí)筆者在中芯 國(guó) 際工作 ） ，中芯國(guó)際 融 資 250 億人 民 幣 （大部分是海外風(fēng)險(xiǎn)投資 ， 第一筆到位資金 160 億人民幣 ） ， 用于建造兩條 8 英寸晶圓生產(chǎn)線和廠 房 （ 2022 年中國(guó)還沒有 8 英寸晶圓生產(chǎn)線 ） 。 技術(shù)工藝開 發(fā)的成 本 也 是 非常 大 的 ， 中 芯 國(guó) 際為 了 降低 技 術(shù)工藝 開 發(fā) 的 巨大 投 入 ， 同 時(shí)縮 短進(jìn)入 市 場(chǎng) 的 時(shí)間 ， 大量 的 采 用 從 臺(tái) 積 電挖 來 的工程 技 術(shù) 人 員 所 帶 來的 工 藝技 術(shù) ， 后來受到臺(tái)積電的起訴并先后賠償 臺(tái) 積電 億美元和 2 億美元并出讓 10% 股份。 通 過 這 次教 訓(xùn) ，中 芯 國(guó) 際 狠抓 自 主創(chuàng) 新 ， 投入 了 大 量 的人 力 物力 建 立了 自己的專利池 ， 4 年來專利申請(qǐng)數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng) ， 近 2 年 ， 每年的專利申請(qǐng)量已逾 千件，授權(quán)的專利每年也在 500 件以上，力 爭(zhēng) 通過自身的專利與競(jìng)爭(zhēng)方實(shí)施交 叉許可，贏得一定的主動(dòng)權(quán)。 集成 電 路技 術(shù) 到 今 天為 止 仍 舊 遵循摩 爾 定 律 高 速發(fā) 展 。摩 爾 定 律 是由英特 爾 （ Intel） 創(chuàng)始人之一戈 登 摩 爾 （ Gordon Moore） 于 1965 年提出來的 ， 其內(nèi)容 為 ： 集成電路上可容納的晶體管數(shù)目 ， 約每隔 18 個(gè)月便會(huì)增加一倍 ， 性能也將 提升一倍。 集成電路行業(yè)過去 45 年來能夠一直按照這 樣 的高速發(fā)展 ， 是由于大量的半 導(dǎo)體集 成 電 路 高科 技 人才 的 推 動(dòng) 。芯 片 設(shè)計(jì) 、 集成電 路 制 造 技術(shù) 工 藝開 發(fā) 、半 導(dǎo)體集成電路制造設(shè)備開發(fā)等都采用了世界最先進(jìn)的技術(shù)和材料 。 發(fā)展到今天， 中國(guó)和全世界已大規(guī)模應(yīng)用 40 納米和 65 納 米 線寬的晶體管技術(shù)，甚至最尖端 的只有 17 納米線寬的晶體 管 （ Intel） 技術(shù)也 已 經(jīng)研發(fā)完成 ， 可以說半導(dǎo)體集成 電路行業(yè)是高科技中的高科技、高度技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)。 芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的特點(diǎn) 芯片 設(shè) 計(jì)企 業(yè) 處 在 半導(dǎo) 體 集 成 電路 行 業(yè) 產(chǎn) 業(yè) 鏈 的頂 端 ， 具 有 半 導(dǎo) 體集成電 路行業(yè) 的 全 部 特點(diǎn) ， 即： 規(guī) 模 化 、專 業(yè) 化； 資 本密集 ； 技 術(shù) 密集 。 但芯 片 設(shè)計(jì) 11 芯片設(shè)計(jì) 企 業(yè)商業(yè) 模 式中的 關(guān) 鍵問題 研 究 —— 以 昆 山 銳芯微電 子 有限公 司 為例 企業(yè)有 其 自 身 的特 點(diǎn) ， 相 對(duì) 半 導(dǎo) 體集 成 電路 行 業(yè)的晶 圓 制 造 、芯 片 封裝 、 芯片 測(cè)試企 業(yè) 來 說 ，芯 片 設(shè)計(jì) 企 業(yè) 的 回報(bào) 率 較高 ； 但是研 發(fā) 周 期 長(zhǎng)， 具 有相 當(dāng) 高的 技術(shù)門檻 ； 而且風(fēng)險(xiǎn)很高 ， 芯片研發(fā)和市場(chǎng)同時(shí)成功的幾率據(jù)統(tǒng)計(jì)大 約 只有 5%。 以下是這個(gè)行業(yè)特點(diǎn)的具體介紹。 、投入高 一般情況下 ， 芯片設(shè)計(jì)企業(yè)在創(chuàng)立初期需要 1～ 3 輪的融資 ， 以獲得足夠的 研發(fā)資金 ， 主要用于芯片設(shè)計(jì)和流片驗(yàn)證 。 芯 片從設(shè)計(jì)到流 片 （即小規(guī)模試產(chǎn) ） ， 再到大規(guī)模生產(chǎn) 、 銷 售 這個(gè)過程一般需要 2～ 3 年 ， 經(jīng)過 3 到 4 次的流片才能開 發(fā)出一款芯片產(chǎn)品。 以一家 30 名工 程 師規(guī) 模 的芯 片 設(shè)計(jì) 企 業(yè)為 例 ，來評(píng) 估 其研 發(fā) 投入 。 EDA （ Electronic Design Automation 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件投入，大約在 60 萬美元 / 年（每年需要購(gòu)買許可證才能使用軟件 ） ；工程師的工資，和 EDA 軟件的支出 接近 ， 大約 400 萬人民幣 /年 ； 流片費(fèi)用大約在 150 萬人民幣 /次 （初期一般采用 不算很先進(jìn)的 / 微米生產(chǎn)工藝 ， 研 發(fā) 成功后再采用更先進(jìn)的生產(chǎn)工藝， 其流片驗(yàn)證的費(fèi)用將成數(shù)倍增長(zhǎng) ） ， 為了盡快研發(fā)出一款成功產(chǎn)品 ， 很多公司都 會(huì)同時(shí)開發(fā) 3 款以上的芯片，這部分支出差 不 多在 150 萬 3 次 3 款 = 1350 萬 人民幣 。 國(guó)內(nèi)公司在初期階段大部分使用盜版 EDA 軟件進(jìn)行芯片設(shè) 計(jì) ， 等到公 司產(chǎn)品上市盈利后才購(gòu)買正版 EDA 軟件 。 這 樣 計(jì)算下來 ， 在芯片設(shè)計(jì)企業(yè)第一 款芯片成功上市銷售前的 2～ 3 年內(nèi)，不算 EDA 軟件支出，其研發(fā)投入就達(dá)到 了： 400 萬 /年（工資） 2 年 + 150 萬 /次（ 流 片） 9 次 = 2150 萬 。 到了 芯 片設(shè) 計(jì) 企 業(yè) 的產(chǎn) 品 小 批 量試 產(chǎn) 成 功 ， 并 獲得 客 戶和 代 理 商 的大筆訂 單，往 往 企 業(yè) 還需 要 一大 筆 生 產(chǎn) 流動(dòng) 資 金 。 用 于墊付 晶 圓 代 工廠 、 封裝 廠 、測(cè) 試廠的 代 工 費(fèi) 用， 根 據(jù)芯 片 的 制 造成 本 和訂 單 量，一 般 都 需 要上 千 萬甚 至 幾千 萬人民 幣 。 而 且由 于 芯片 生 產(chǎn) 的 周期 長(zhǎng) 、生 產(chǎn) 的環(huán)節(jié) 多 ， 一 般一 款 芯片 的 生產(chǎn) 周期為 4 個(gè)月（晶圓生 產(chǎn) 需要兩個(gè)月，封裝 需 要一個(gè)月，測(cè)試和物流周轉(zhuǎn)需要 一個(gè)月 ） ，因此產(chǎn)品庫(kù)存都很高，占用了大筆資金。 芯片 設(shè) 計(jì)企 業(yè) 同 時(shí) 具有 較 高 的 技術(shù) 風(fēng) 險(xiǎn) 和 市場(chǎng) 風(fēng)險(xiǎn) ， 據(jù)統(tǒng) 計(jì) ， 一 款芯片在 技術(shù)上 研 發(fā)成 功 并 同 時(shí)能 夠 打開 市 場(chǎng)的 幾 率 大 約 在 5%。主 要 的 風(fēng) 險(xiǎn)有 以 下 四 點(diǎn)： 12 芯片設(shè)計(jì) 企 業(yè)商業(yè) 模 式中的 關(guān) 鍵問題 研 究 —— 以 昆 山 銳芯微電 子 有限公 司 為例 （ 1） 設(shè)計(jì)出的芯片的性能參數(shù)沒有達(dá)到原定 的 設(shè)計(jì)目標(biāo)或者芯片功能不正 常 （ malfunction） ，甚至完全不能工作。 筆者以前工作的公司里就有這樣的例子 ，第一次流片芯片功能實(shí)現(xiàn)了 95%， 第二次 99%，第三次 %，最后把芯片的 設(shè) 計(jì)直接賣給了別人 。 筆者的一家 客戶 (中國(guó)最大的視頻處理芯片設(shè)計(jì)企業(yè) ， 納 斯 達(dá)克上市企業(yè) ） 購(gòu)買一個(gè)核心的 硬件 IP（硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊 ） 嵌入到自己的芯片中 ， 結(jié)果買了 5 個(gè)都有問題 。 2022 年時(shí)候設(shè)計(jì)一個(gè) 100 萬 門 （ 400 萬個(gè)晶體管 ） 以 上的芯片就已經(jīng)比較先進(jìn)了 ， 現(xiàn) 在設(shè)計(jì)的芯片在 1000 萬門以上規(guī)模的比比 皆 是 ， 由于芯片集成度和設(shè)計(jì)規(guī)模的 快速增長(zhǎng)導(dǎo)致設(shè)計(jì)難度也大幅度上升。 （ 2）生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定、產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷可能會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量問 題 。 設(shè)計(jì) 難 度上 升 的 同 時(shí)， 對(duì) 生 產(chǎn) 技術(shù) 的 要 求 也 會(huì) 相應(yīng) 提 高。 越 是 先 進(jìn)的產(chǎn)品 設(shè)計(jì)和 生 產(chǎn) 工 藝， 穩(wěn) 定性 （ 良 率 ） 越 不 容易 把 握。芯 片 的 品 質(zhì)由 晶 圓代 工 廠和 封裝代工廠的工藝決定 ， 經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于代 工 廠生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定造成的良率低。 穩(wěn)定性 （ 良 率 ）越 差 ，產(chǎn) 品 的 成 本越 高 ，市 場(chǎng) 評(píng)價(jià)確 越 低 。 可以 說 ，一 款 穩(wěn)定 性（良率）不高的產(chǎn)品是一款失敗的產(chǎn)品。 產(chǎn)品 設(shè) 計(jì)缺 陷 造 成 的產(chǎn) 品 質(zhì) 量 問題 一 般 會(huì) 在 產(chǎn) 品銷 售 過程 中 或 者 售后爆發(fā) 出來， 往 往 會(huì) 造成 客 戶的 損 失 以 及大 量 的退 貨 。不僅 會(huì) 影 響 當(dāng)前 產(chǎn) 品的 市 場(chǎng)推 廣和利潤(rùn)率，還會(huì)降低購(gòu)買者的信心，對(duì)企業(yè)信譽(yù)是極大的傷害。 （ 3）產(chǎn)品技術(shù)更新快可能造成產(chǎn)品積壓和虧 損 。 前文 已 經(jīng)提 到 過 ， 因?yàn)?芯片 的 生產(chǎn) 周 期 較 長(zhǎng) ， 所以 企 業(yè)會(huì) 保 持 一 定水平的 庫(kù)存， 但 是 芯 片產(chǎn) 品 日新 月 異 ， 庫(kù)存 就 意味 著 風(fēng)險(xiǎn)， 一 款 新 產(chǎn)品 的 上市 意 味著 其他產(chǎn) 品 的 貶 值和 庫(kù) 存積 壓 ， 于 是只 能 低價(jià) 拋 售來清 理 庫(kù) 存 ，以 避 免進(jìn) 一 步的 貶值。 （ 4）市場(chǎng)壟斷情況嚴(yán) 重 。 對(duì)中 國(guó) 的芯 片 設(shè) 計(jì) 企業(yè) 來 說 ， 同時(shí) 具 有 相 當(dāng) 高 的市 場(chǎng) 風(fēng)險(xiǎn) ， 有 人 形容這是 一 個(gè) “ 時(shí)刻都在與鯊共舞 ， 在給鯊魚剔牙縫的危險(xiǎn)行 當(dāng) ” 。 目前在全球半導(dǎo)體行 業(yè)，英特爾控制了 CPU 市場(chǎng)，德州儀器把 持 著 DSP（數(shù)字信號(hào)處理器 ） 市場(chǎng)， 三星在 內(nèi) 存 和 閃存 芯 片市 場(chǎng) 占 據(jù) 領(lǐng)導(dǎo) 地 位。 在 這些電 子 產(chǎn) 品 最核 心 的關(guān) 鍵 芯片 領(lǐng)域， 任 何 國(guó) 內(nèi)的 芯 片設(shè) 計(jì) 公 司 想要 分 出一 杯 羹來， 都 無 異 于以 卵 擊石 。 中國(guó) 的芯片 設(shè) 計(jì) 創(chuàng) 業(yè)公 司 從誕 生 那 天 起首 先 面對(duì) 的 就是生 存 空 間 問題 。 在英 特 爾、 13 芯片設(shè)計(jì) 企 業(yè)商業(yè) 模 式中的 關(guān) 鍵問題 研 究 —— 以 昆 山 銳芯微電 子 有限公 司 為例 德州儀 器 等 芯 片行 業(yè) 巨鯊 用 幾 十 年積 累 起來 的 資本、 技 術(shù) 以 及市 場(chǎng) 門檻 面 前， 中國(guó)的 芯 片 設(shè) 計(jì)企 業(yè) 只能 通 過 尋 求細(xì) 分 的或 突 然爆發(fā) 的 國(guó) 內(nèi) 市場(chǎng) ， 才能 像 大樹 腳下的 小 草 那 樣掙 扎 著從 樹 冠 的 縫隙 中 尋找 到 陽(yáng)光。 例 如 中 國(guó)芯 片 設(shè)計(jì) 業(yè) 的標(biāo) 兵之一 ——珠海炬力 ， 就是靠抓住中國(guó) MP3 市 場(chǎng)出乎華爾街意料地爆炸性增長(zhǎng)， 瞬間成為了一個(gè)市值近 10 億