主题：再看半导体产业 -- beiba

时间真是快啊，一眨眼又过去了一年半。之前和各位讨论半导体产业中美小公司的生存现状，当时诸多河友给了我不小的启发。这一年多，边走边看下来，略有所得，写下来和大家再看看。仍然借用抱朴仙人的话，下面的东西放之四海皆不准，谁相信谁倒霉。

风险投资在美国对半导体业的小公司很友善，在中国很不友善。思考下来，根源在于资本的逐利性，哪边生存、发展的机会更好，就往哪里去。哪个产业链整体竞争力更强，资本就更青睐哪个产业。半导体产业美国整体远强于中国，在美国也是强势产业，而在中国，这是弱势产业。所以，无论从中美之间的对比，还是各自国内分行业的竞争来看，结果都会导致美国的资本涌向半导体产业，中国则反之。所以，我们看到硅谷总是有产业资本去投资很多弱小的半导体公司，结果必然有一些成长起来，成为产业链中重要的角色。这些公司也是真有料的，我时常被它们的各种创意震撼到，深深的觉得天外有天人外有人不是白说的，早期有时候还挺绝望的，感觉国内要赶上几乎是不可能的。

和自然界的生命形式一样，资本之间也在竞争，为了生存和发展。战争是进化中竞争冲突最直接的表现形式。个人喜欢用战争的视角去看待商业竞争。军事上的兰彻斯特平方律是一个非常奇妙，异于常人直觉的规律。例如单位战斗力相当的A，B两方，总兵力分别是5和4，那么短兵相接战斗后的结果是A余下3（=sqrt(5^2-4^2)），B被全歼。同样符合平方律的还有速度，这是冷兵器时代骑兵对步兵战略优势的数学解释。

产业链的竞争中，所谓“集群优势”、“滚动发展优势”，对于单个企业发展至关重要，这是现在很多企业选择中国，中国很多企业选择长三角、珠三角的主要原因。其实，用战争的角度来解释，就是在产业链上的资本规模和速度优势。注意这里的资本是指整个产业链中的流通资本（不是单个公司，另外，沉没成本不算），还得看到不管是规模和速度，各自都将是平方的形式体现其竞争力。

中美在半导体产业上实际上是产业链的竞争。美国半导体产业链的实际竞争力远强于中国，其表象就是有很多半导体的小公司在美国容易成长，原因无他，资本服从自然选择的结果。

扯开点，美国在对外输出的工业制造领域（国家间的直接竞争领域），除军工（飞机也算在内），半导体等有限的几个产业链，相对中国优势不多了。根源上是从海湾战争起开始抽起了经济鸦片（玩虚拟经济），分蛋糕的产业强大导致资本、人才向其倾斜，由此制造业空心化。中国吸取教训，强力压制虚拟经济（股市一片惨淡），想靠炒股变成巴菲特的各位就醒醒吧，二十年内想都别想。中国的房价是另外一回事，那不是炒上去的，对比下建国前三十年掠夺农民，大概就能明白八九分。

半导体行业是典型的资本密集性行业（当然，有人还整天讲这是技术密集性产业，我就呵呵了，十年前的调调还这么有市场？），沉没成本大，风险很高。如果产业链不完备，没有资本愿意进来牺牲的。中国现在半导体产业链基本完备（虽然竞争力在国际上只是二三流间），其中起决定因素的就是政府替建立产业链的沉没成本买了单。政府掏钱搞基建，很多其他产业发展起来都是用的这招，一招鲜吃遍天，资本主义国家只能干瞪眼。

产业链建立起来后，其竞争力和流通资本的规模是强相关的。一个在做IC相关投资的朋友曾经和我聊过，他们公司曾经和SMIC讨论过贷款的事情，结果发现根本没有可能---没有任何私人资本能竞争得过国开行提供的低利息，换句话说没有任何私人资本愿意做这种亏本生意。当经济危机到来时，其他国家的半导体产业链中的流动资本骤降，中国却暗中发力，趁机缩小差距。半导体制造业看了这么十几年，心得就是中国和一流国家在先进制程的差距和对手经济景气程度负相关。

至于推动产业链资本流通的速度，也可以看到中国的做事方法。一个在IC设计公司的朋友某次饭局上闲扯时半抱怨半开玩笑的说，接了一个国家摊派的任务，内容呢，很简单，从国家那里领一笔钱，到当年年底前要出一个设计，在多少nm以下的工艺上跑完一个MPW。他在愁怎么花这笔钱，因为按照当时公司的需求用不着那种工艺。这笔钱肯定不大，有意思的要卡个工艺，卡个时间，既推动了IC设计公司的研发，又间接帮助了代工厂，四两拨千斤。

从管中窥豹的操作手法上看，中国在发展半导体产业链的思路和战略是比较成熟的，最近十几年来也确实大幅度的前进了。不过一直追也没追上的主要原因是，竞争的对手产业链中的流动资本规模和速度优势太明显了（而且，是平方率的哟），客观规律摆在面前，光一腔热血是没有用的。依照个人的观点，08年这种经济危机，要是再来两次，中国的半导体产业就能追上，不然的话，可能要等中国整体经济实力上去了（例如，美元霸权被人民币终结），水涨船高，自然而然，水到渠成。

摩尔定律指出，每18个月，同样面积的芯片上晶体管数目就要翻倍。对应的制造工艺上而言，基本上就是说每18个月就有一个新的工艺节点成熟。巧合得很，一年半前写《也谈IC制造》时，TSMC在40nm的代工市场上一枝独秀，现在又正好在28nm所向披靡，这表明摩尔定律现在仍然有效。

继续扯开之前，先说个小故事。某次，我们公司CEO和国内某大IC代工厂的CEO会面，正在前者准备滔滔不绝的推销演说时，后者说，我该问下面的主管什么问题？（没说的半句话：要在先进制程工艺上追上对手）。前者默然。

听了这个故事，也时常在想，作为一个公司或者一个行业发展的决策者，问对问题比解决问题更重要。换了我，该问什么问题呢？也许是在工艺研发的一线上摸爬滚打多年，再被触动了一下，脑袋中有根筋被碰了碰，也渐渐有所感悟。下面开始散播剧毒，有洁癖的请直接跳到下一节。

跟不上对手摩尔定律的节奏，就是没有把握制程工艺研发的要素。不论哪一代工艺的研发，本质上都是一个不断的试错过程，从试错的结果中得到数据，提取出有用的信息，再反馈到工艺中去。摩尔定律的外在表现是每18个月晶体管数量翻倍，对应到制程工艺研发上的语言就是，每18个月，单位时间内收集到的工艺研发试错的信息量必须翻倍。如果制程工艺上收集的信息量跟不上摩尔定律的节奏，那么想在先进制程追赶领先者的脚步，基本上就是缘木求鱼。

个人观察（也是切身体会），国内的代工业，还没有真正理解制程工艺研发上信息摩尔定律的重要意义。但是这并没有让它们彻底掉队。原因有两个。一是采用了跟随策略，不在先进制程和对手较量（当然这是无奈之举），好处是可以学到对手的经验，利用对手扩散过来的信息减少试错次数；二是采用SRAM作为研发的重要test chip，SRAM的晶体管密度增长速度本身是和摩尔定律一致，也一定程度上弥补了不足。不过，SRAM应付先进工艺研发是越来越吃力了。中国每年在IC芯片进口上花的钱是所有进口商品中最大宗的（和石油不相上下，经常还超过），逆差大得吓人（2012年近1400亿美元），这个势头最近几年甚至更趋变大，侧面也佐证了现有工艺研发体系的问题。

以个人的切身体验为例，之前从0.25um,0.18um…一直做到65nm，国内的工艺研发还是非常“阳春”的阶段（另外，单从信息量的进化角度而言，即便到40nm，据我所知也没本质改善）。举例而言，研发工艺需要出光罩(test chip)，如果你问研发0.25um和研发40nm的人（这相当于跨了5个工艺节点），测试结构（例如晶体管，电阻，电容等等）的数目有原来的32倍吗？首先大概你得到的答案是没考虑过这个问题，然后是可能增加了一些（多少尚不清楚，但肯定没有几倍）。

不过，这能怪研发工艺的人偷懒不多设计些测试结构吗？非也。客观条件在制约。以前在做0.25/0.18um的工艺研发时，最痛苦的是什么？不是设计测试结构（这是最轻松的），而是设计了测不出来，测出来了无法分析。

先说测不出来的原因。一套工艺研发用的光罩，至少有几千个测试结构，我们简单点估计为1000个好了。每片wafer要曝光100个左右的shot，那么一片wafer测试结构总数为十万。每个测试结构至少一个电性测试参数，考虑到晶体管远不止这数，一个晶体管简单的电性测试也至少十几个，研发早期测几十个毫不稀奇，加权平均一下取5个，每片wafer 50万个电参数。每个电参数测试时间假定为0.2秒，一片wafer是10万秒，就是30个小时。一批晶片（25片）得测上一个月！！

再说测试出来分析不了的原因。一片wafer 50万个测试结果，一批晶片就超过一千万个数据点，由于每个数据点有索引信息（测试起始时间，lot_id, wf_id,die坐标…），csv格式的话，一片wafer就可能上M，一批晶片的结果可能上百M。代工厂一般的分析软件如excel根本无法有效处理这种数据量。这还仅仅是一批晶片，很多时候需要比较批次间的数据，那就更是让人头大。现在国内代工厂做工艺研发，往往只测试晶片的一部分shot，每个shot只测一部分结构，一些结构只测部分参数，最后分析时再靠经验挑部分数据。

综上，如果既测不了，又分析不了，设计上哪有动力去做革新？而生产测试设备的厂家，不知道实在的需求（代工厂买设备，很多时候都过于关心精度，哪个买设备的人敢和老板讲买了个“不甚精确”的设备进来？精度这个指标恰恰和测试速度是对矛盾），也就没有改进的方向。然后是分析。开发分析软件的人哪里知道研发人员真正的需求？恐怕研发人员自己也讲不出所以然来，因为他的重点往往在那些漂亮的图表上，其实真正的关键是数据格式转换、数据对准、数据操作（合并、分拆、转置、筛选…）、数据整合等等繁琐的准备工作。分析所用超过80%的时间都是在做数据整理等准备工作，而超过80%的分析不能做也是无法准备数据导致（不是缺乏正确的思路）。三个关键环节在三个不同的产业链节点上，每个环节相互制约，而资本并不追求系统的优化，导致这里成为一个恶性循环。

要保持工艺研发的信息量跟上摩尔定律的节奏，得从整个体系去考虑问题。例如，设计测试结构时，就得考虑用什么样的pad frame。国内我看到的是老当益壮的单排1x22（从0.35um到40nm，汗！），参考intel的公开文献，早就用2xXX了,其他还有2x1XX的（个人预测不到电子束曝光等革命性的光刻工艺出来，不会更多了），两者之间的面积利用率和测试效率是天壤之别。而设计测试设备的时候，就得考虑要测得快，除了并行测试，还得知道测试结构的测值范围，保证基本精度的前提下尽可能测试快。而分析的平台，对于数据流的传输、数据库的搭建，得充分理解测试结构、测试设备和分析要求才能进行合理设计。这是一个标准的系统工程，基本要求（按摩尔定律）：每18个月，测试结构数目翻番，测试速度翻番，分析平台效率翻番，数据分析团队效率翻番。要是我是决策者，问技术研发的主管的问题就是这些达到了没，有效的整合了没。

站在半导体产业链的角度看，信息摩尔定律体现在产业链瓶颈的地方。所谓瓶颈，从资本竞争的角度分析，无非就是对手流动资本规模、速度上有压倒性优势的地方，导致在我们这里资本不愿意进入。从这个角度，很容易看到，半导体设备，制造工艺，IC设计是三座大山，对手盛产庞然大物的环节。虽然我对于设备制造和IC设计是外行，不过从信息反馈的机制看，本质应该还是一样的，信息摩尔定律仍然可能适用。

再胡思乱想一番，经济发展上，中国相对其它主要经济体也有极其明显的优势。如果从工程技术的角度看经济发展，其实也是一个试错并信息反馈的过程。中国经济发展中的有没有用到类似的信息摩尔定律呢？期待了解体制的高人指点。

很多东西，用主席的话说，风物长宜放眼量，思考的角度、跨度不一样，也能站在门外看出很多里面的窍妙。

从国家间产业链的竞争角度来看，我们的对手可不是闲着的。像禁止出口关键芯片给华为这类使绊子的手段没少用，不过这说到底也只能算不上台面的阴谋，相信其国内的资本家对于到手的钱不能赚也是抱怨连连。最近正面一记重拳，就是前些天，半导体设备供应商的老大美国的应用材料收购了老三日本的东京电子。应材以前的弱势领域如etch, diffusion等得到了补强。这个对于国内本来就生存得很不滋润的SMIC，华力之类的公司，无疑是个坏消息。类似这种阳谋，无解，只有卧薪尝胆，苦练内功。

当然好消息也不是没有，十年内我们有机会碰到一个机遇。Intel没搭上移动平台这班车，现在是逆着时代潮流苦撑。随着台式机和笔记本市场的逐渐萎缩，可以预见intel将遇上麻烦，很可能面临转型（或者战略调整）。像大连intel厂，如果我是股东会很恼火，产能利用率这么低，下来该怎么办？美国半导体厂的转型，前面一个经典的例子是IBM，战略调整前在纽约州有两个厂两万员工，转型到现在只有五千人，而且这个趋势还在继续。Intel在半导体业的位置非常特殊，工艺开发和产品设计是它的看家本领，设备制造也有很深的涉入，它转型的时候对国内的产业链是个机遇。

产业链的竞争前面只提到资本的规模和速度，其实，生产资料是三要素：土地、人、资本。只是目前看，土地不是半导体产业发展的瓶颈，人才也不像十几年前那么稀缺了，而且由于本土从业人员基数大，5到10年工作经验后，其中优秀的已经完全不逊色于当初引进的台湾、韩国、新加坡人才了。中国每年源源不断的培养大批理工科大学生，有世界上最庞大的科研、工程、技术人才储备，有能力在任何一个行业里十年左右培养起自己的人才梯队，IC制造就是一个明显的例证。现在再说半导体业是个技术密集性产业，未免有点小看中国的底蕴。