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周末有空聊聊芯片

(2019-06-30 16:50:48) 下一个

我和芯片的渊源很有些年头了。最开始接触,是在国内读硕士时,那时的芯片,体积大功能弱价格高,是教学和科研中的奢侈品。来到美国成为科技民工后,一直和芯片打交道,见证了芯片功能几何倍数增强,体积几何倍数缩小,价格越来越低的发展过程,也见证了半导体行业从美国独大到全球化的趋势。

芯片是电子产品的物理载体,一件电子产品,由数十个到数千个芯片组成。芯片范围很广,它们小到基本的电阻电容,大到复杂的中央处理器。电子产品是全球化贸易协作的缩影,芯片的专利属于世界各国大大小小的半导体公司,芯片封装和制造多半在中国,电路板的加工和芯片焊接目前中国整体水平最高,中国在整机装配和成品检验方面也是遥遥领先。当然,电子产品的最终拥有权属于开发这款产品的公司,比如属于苹果公司的iPhone。

印刷电路板和芯片 (网图)。绿色的是印刷电路板,黑色的是各种功能的芯片。焊锡将芯片通过芯片上的金属管脚焊接在印刷电路板上。绿色高亮的是印刷在电路板上的铜质连线,它们实现了芯片间的导通和联接。

各种功能和封装的芯片 (网图)

我想以我的粗浅认识,分析一下美国半导体产业的状况。我说过,我的领域是消费者电器,较少涉及技术含量高的高端芯片,我们先假定一下,美国在高端芯片方面具有压倒性的技术优势。但是,在中低端芯片方面,美国的优势已经消失。

以我设计的一款产品为例。我一共用了六百多个芯片,其中,有四百多个芯片,是哪里都能找到的电阻电感电容等简单元件。还有不到两百个特殊功能芯片,这些芯片,功能和封装都是标准的,很容易从全球不同的半导体公司那里,找到完全兼容的替代品。最终剩下的大约二三十个复杂芯片,它们属于专用芯片,使用替代品的代价比较大,会涉及到一系列硬件软件的重新设计和相关的产品测试和认证。

继续来说这二三十个专用芯片,它们基本属于中端芯片。其中,只有两个是属于美国公司的,剩下的,全部来自台湾的半导体公司。

设计之初,我联系过不同的芯片厂商,包括美国的,并对它们的芯片进行了技术评估。我发现,在同样的研发水平之下,台湾公司芯片投放市场的时间先于美国公司,芯片的功能更强,集成度更高。还有,台湾设计的芯片大多支持customized configuration,而且支持软件更新。值得强调的是,和美国公司相比,台湾公司的设计和销售团队比较灵活,也比较积极,愿意配合客户做一定的个性化设计。以我的经验,在中端芯片这一块,台湾半导体的力量不容小觑。

低端芯片早已不存在技术挑战,无论美国,还是大陆台湾。抑或日本南韩,都有大量的选择,在此不再赘述。这个周末,文学城新闻中的一篇文章似乎也印证了我的观点。下面是文章中的一些摘要和数据:

27日,华为宣布P30系列上市85天(截至6月20日)突破1000万台,比P20系列提前62天。作为华为当下最明星、最爆款的机型之一,P30 Pro也引起了日本研究机构Fomalhaut Techno Solutions的兴趣,这次它们把焦点敏感地放在P30 Pro使用了多少美企元器件上。
对P30 Pro的拆解显示,全部1631个元器件中,美企提供的仅有15个,占0.9%;成本59.36美元,占比16.3%。
其中,日企组件数量最多,为869个,占比过半,价值占比为23%;中国大陆企业提供80个组件,但价值占比最高,达到了38.1%;此外,韩国企业提供了562个组件,中国台湾企业提供了83个组件。

 

从以上数据可以看到,对于华为P30 Pro 这样的高端手机来说,美国元器件所占的数量比重大约1%,价值比重为16.3%。虽然不可或缺,早已不占压倒性优势了。老实说,这个比例比我的估计还要低很多。照这个思路推算的话,在国产的中低档手机和更加简单的电子产品中,美国芯片所占的比例将会更低。有了华为制裁的前车之鉴,未来的国产电器,选用美国芯片的意愿会越来越低。

原文链接

https://www.wenxuecity.com/news/2019/06/28/8450779.html

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评论
迪儿 回复 悄悄话 回复 'xiaxi' 的评论 : 谢谢夏溪。时间过得真快,又到周末了,祝你有一个快乐美好得夏日周末。
xiaxi 回复 悄悄话 隔行如隔山,谢谢迪儿科普。问好!
菲儿天地 回复 悄悄话 迪儿节日快乐!
迪儿 回复 悄悄话 回复 '水沫' 的评论 : 谢谢水沫留言。见证并参与这个行业的发展,也是觉得蛮自豪的。
水沫 回复 悄悄话 感叹科技进步的速度,昨天看一个电影,二战时期的一台计算机,那么庞大,到现在不到百年,可以做得这么小巧了~~
迪儿 回复 悄悄话 回复 '半岛人' 的评论 : 谢谢留言。是的,这些芯片中也包括门电路,运算放大器,还有晶振等。因为重点不在这一块,匆匆带过。
半岛人 回复 悄悄话 >> 我一共用了六百多个芯片,其中,有四百多个芯片,是哪里都能找到的电阻电感电容等简单元件。

应该说600多个元器件吧?说芯片的话,至少是个与非门之类的吧。
迪儿 回复 悄悄话 回复 'westshore' 的评论 : 谢谢你的留言。现在的手机就是一台小型个人电脑,而且集成度高很多,因此手机芯片的水平,在很大程度上代表了半导体行业的最新的技术水平。



这个问题第一是产业链问题,如果能买到更便宜的,人们也就愿意不发展自己的,成本在那里摆着。美国的手机芯片据美国媒体的说法是60%是卖给中国制作产品,如果不卖给中国,这60%也就没出路,因为如果有其他选择,也就不会有这样高的比例进入中国市场了。
除非新建立一个替代中国部分的产业链,这不仅需要类似公路港口电力和人力的资源,更需要至少十几年的时间,更不用提还要多出一大笔投资,为这十几年基础建设买单的投资。
再有就是关于芯片水平的问题,手机因为尺寸关系,芯片大小和功能是硬指标,如今总不能还生产80年代那种砖头手机。但对于华为来讲,各种手机之外的电信设备的芯片确实不需要非常高级的,而是可以用相对抵挡的芯片实现同样的性能价格比。这就类似美国F16上的计算机系统,用4个486 CPU,并行算法实现高速计算,而不是用一个单一的最先进的芯片。就是因为便宜。
因此对于华为的这部分,也是最大的部分,美国芯片有没有关系不大。手机仅仅是因为利润高而人们看重,尤其是中国的手机市场极大,人们使用手机基本就是硬件的钱,之后的数据和语音plan即使以中国的收入标准也是便宜到了不可思议的地步(一个月三四个美元的价格,对比美国同样服务需要至少50美元以上。我在国内开的手机号不用时根本就不停机,因为月费实在是太便宜了,这样回去时在飞机落地后直接就可以用),这是中国人手机数量巨大的原因之一,认识的很多国内人都同时使用不止一部手机。这种市场你不卖给中国芯片,你还能挣什么钱?
因此假如美国政府铁了心要禁止给华为中兴卖芯片,就必然会出现美国公司分出一部分移到中国的现象,否则就是失去中国市场。
迪儿 回复 悄悄话 回复 '思韵如蓝' 的评论 : 亲爱的思韵,你太谦虚了。我自认为学错了专业,一直觉得遗憾。这几年孩子大了,有时间专注于工作,加上考虑退休,反而开始依依不舍了。
说实在,华为手机只有15个美国元件,让我觉得挺意外的。华为的脚步太快了。


谢谢迪儿科普。当年高考失误,不然今天跟迪儿同行了。:)
我懂你的意思。这次妹妹来探亲,全家聊天时也感慨: 还是应该带着开放的心态来看待世界的变化。迪儿所述来自自己的经历体会,让人信服。
迪儿 回复 悄悄话 回复 '康赛欧' 的评论 : 谢谢赛欧留言,谢谢你的支持。

不懂芯片,学习了。
迪儿 回复 悄悄话 回复 '乔宁' 的评论 : 谢谢乔老爷建议。我知道,大家所说的芯片是指CPU,Controller一类的,也就是我文中提到的专用芯片。
其实,芯片本身的定义很广,它包括有源的无源的,模拟的和数字的,可编程的不可编程的,低频的抑或高频的。而他们所说的芯片,是最近因为华为而热炒起来的一小部分而已。

看来我们的工作很接近,每天都和这些芯片打交道。通常行业里所讲的芯片,觉得是指IC,集成电路块.系统的核心是CPU,中央处理器。而涉及5G通讯核心技术的是基带芯片,它包含了中央处理器,编码解码,调制和接口。这是这次争议的中心。
建议聊聊这个。谢谢迪儿科普。
westshore 回复 悄悄话 这个问题第一是产业链问题,如果能买到更便宜的,人们也就愿意不发展自己的,成本在那里摆着。美国的手机芯片据美国媒体的说法是60%是卖给中国制作产品,如果不卖给中国,这60%也就没出路,因为如果有其他选择,也就不会有这样高的比例进入中国市场了。
除非新建立一个替代中国部分的产业链,这不仅需要类似公路港口电力和人力的资源,更需要至少十几年的时间,更不用提还要多出一大笔投资,为这十几年基础建设买单的投资。
再有就是关于芯片水平的问题,手机因为尺寸关系,芯片大小和功能是硬指标,如今总不能还生产80年代那种砖头手机。但对于华为来讲,各种手机之外的电信设备的芯片确实不需要非常高级的,而是可以用相对抵挡的芯片实现同样的性能价格比。这就类似美国F16上的计算机系统,用4个486 CPU,并行算法实现高速计算,而不是用一个单一的最先进的芯片。就是因为便宜。
因此对于华为的这部分,也是最大的部分,美国芯片有没有关系不大。手机仅仅是因为利润高而人们看重,尤其是中国的手机市场极大,人们使用手机基本就是硬件的钱,之后的数据和语音plan即使以中国的收入标准也是便宜到了不可思议的地步(一个月三四个美元的价格,对比美国同样服务需要至少50美元以上。我在国内开的手机号不用时根本就不停机,因为月费实在是太便宜了,这样回去时在飞机落地后直接就可以用),这是中国人手机数量巨大的原因之一,认识的很多国内人都同时使用不止一部手机。这种市场你不卖给中国芯片,你还能挣什么钱?
因此假如美国政府铁了心要禁止给华为中兴卖芯片,就必然会出现美国公司分出一部分移到中国的现象,否则就是失去中国市场。
思韵如蓝 回复 悄悄话 谢谢迪儿科普。当年高考失误,不然今天跟迪儿同行了。:)
我懂你的意思。这次妹妹来探亲,全家聊天时也感慨: 还是应该带着开放的心态来看待世界的变化。迪儿所述来自自己的经历体会,让人信服。
迪儿 回复 悄悄话 回复 'yangcen' 的评论 : 我把芯片按功能和复杂程度分类。何错之有?你可随便咨询一个系统设计师,任何一个复杂系统,有没有电阻电容。
我重点谈到不可替代的复杂芯片,你没有看到吗?有疑问吗?我愿意回答你关于这些复杂芯片的问题。
我只是提了一下电阻电容,根本没有对它们展开。我猜你大概只知道电子电容,因此抓住它们大做文章。
华为P30 Pro的1631个元器件中,美国只有15个。它说明,美国主要是提供高端芯片。其它不是美国的芯片一样称为芯片,你可以去Google一下芯片的定义。




如果像你说的那样,中国的陈进也不会把别人的芯片打磨变成自己的去做假。美国也不用发什么禁令不让美国公司卖芯片给华为来。
补充一下,你做的低中端的芯片(你提电路电容就可看出)和大家谈的芯片不是一回事。
乔宁 回复 悄悄话 看来我们的工作很接近,每天都和这些芯片打交道。通常行业里所讲的芯片,觉得是指IC,集成电路块.系统的核心是CPU,中央处理器。而涉及5G通讯核心技术的是基带芯片,它包含了中央处理器,编码解码,调制和接口。这是这次争议的中心。
建议聊聊这个。谢谢迪儿科普。
迪儿 回复 悄悄话 回复 '乔宁' 的评论 : 谢谢乔老爷留言。
yangcen 回复 悄悄话 补充一下,你做的低中端的芯片(你提电路电容就可看出)和大家谈的芯片不是一回事。
乔宁 回复 悄悄话 迪儿,问好!
yangcen 回复 悄悄话 如果像你说的那样,中国的陈进也不会把别人的芯片打磨变成自己的去做假。美国也不用发什么禁令不让美国公司卖芯片给华为来。
康赛欧 回复 悄悄话 不懂芯片,学习了。
迪儿 回复 悄悄话 回复 'Timberwolf' 的评论 : 芯片有简单也有超复杂的。电阻电容在设计语言中同样属于芯片,电路设计软件中也是这么定义的。
教你一个简单的自学方法,Google一下Chip resistor或Chip capacitor,看看这些芯片长啥样。


电阻电容也是芯片?LZ大约是从克莱顿毕业的
迪儿 回复 悄悄话 回复 '一师是个好学校' 的评论 : 谢谢留言。我是做芯片应用的,任何系统,除了有集成度高功能强的复杂芯片,也离不了简单的辅助芯片。

笔者是做系统的,和做芯片还是有些不同。这些中低端系统用这些legacy中小规模芯片和分立元件完全是因为已经有了那些元件,所以成本可以很低。和现在前沿的芯片应该完全不是一回事
迪儿 回复 悄悄话 回复 '我生活着' 的评论 : 谢谢生活。我的日常工作就是芯片相关的系统设计,不怕拍砖。

迪儿以自己的亲身经历感受来分析未来的芯片走向,可信度高!学习了!
迪儿 回复 悄悄话 回复 'clipsalw' 的评论 : 是的,它们是简单芯片。今天的电阻电容和你上学时接触的早已不同,它们大多数是表面贴芯片,甚至比一粒芝麻都小。你Google 一下chip resistor,可以看到它们的图形。

有四百多个芯片,是哪里都能找到的电阻电感电容等简单元件。这些是芯片?
迪儿 回复 悄悄话 回复 '万事达' 的评论 : 你说得对,芯片属于元器件,但是元器件不仅仅是芯片。华为手机中美国的元器件应该是芯片。

元器件不仅仅是芯片吧?
比如手机壳也是元器件,等等。
美国的元器件应该大多数是芯片。
Timberwolf 回复 悄悄话 电阻电容也是芯片?LZ大约是从克莱顿毕业的

一师是个好学校 回复 悄悄话 笔者是做系统的,和做芯片还是有些不同。这些中低端系统用这些legacy中小规模芯片和分立元件完全是因为已经有了那些元件,所以成本可以很低。和现在前沿的芯片应该完全不是一回事。
我生活着 回复 悄悄话 迪儿以自己的亲身经历感受来分析未来的芯片走向,可信度高!学习了!
clipsalw 回复 悄悄话 有四百多个芯片,是哪里都能找到的电阻电感电容等简单元件。这些是芯片?
万事达 回复 悄悄话 元器件不仅仅是芯片吧?
比如手机壳也是元器件,等等。
美国的元器件应该大多数是芯片。
迪儿 回复 悄悄话 回复 '菲儿天地' 的评论 : 菲儿好。美国目前的芯片高中低档都有,但是我觉得,占优势的主要是高端芯片。
和芯片比起来,美国的软件优势更突出。比如芯片的设计软件,好像只有美国一家有。我用过三家最有名的印刷电路板设计软件,两家都是美国的。软件不是我的专业,因此我的观点也不一定全面。
迪儿 回复 悄悄话 回复 '晓青' 的评论 : 谢谢晓青留言。
菲儿天地 回复 悄悄话 沙发!迪儿厉害,估计目前美国微芯片是较高档的,因此比较难仿制,这或许就是中兴问题的关键。 华为可能是美国安卓软件问题?
晓青 回复 悄悄话 学习了!
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