摩尔定律就是规模经济定律。集成度的提高带来单位晶体管成本下降,每一代芯片都期望比前一代性能好、功能多、成本低,从而实现终端产品价格下降、性能上升,而要实现高集成度则需要维持高研发投入,打通高研发投入与低成本产品产出之间障碍的是不断膨胀的半导体规模经济,只有不断成长的出货量才能让半导体厂商有足够的研发投入去开发下一代产品。
摩尔定律诞生五十多年来,无数行业人士在不同时间节点宣判摩尔定律的“死刑”,以期一朝预言成功从而证明自己的“高瞻远瞩”,但这些预言和江湖术士算命差不太多–蒙的次数多了,总有蒙对的时候。至少在可预期的5到10年内,从集成度提升角度来看,虽然速度确有放缓,但尚未看到集成度难以提高,摩尔定律真正终止的迹象。
FinFET(鳍式晶体管)发明者、加州大学伯克利分校胡正明教授更是在多个场合为从业者打气,称“集成电路产业至少还有一百年的发展空间。”在2019新思开发者大会上,胡正明以视频的方式向与会观众表示,半导体行业大约每20年,会经历周期性前瞻危机。在20年前,业内人士一度非常悲观,不知道以后能用什么技术才能延续摩尔定律,即实现更好的性能、更低的功耗,同时还要控制成本。
“但FinFET出现以后,大家好像把这个事情(担忧)忘记了。现在,最尖端的公司也不知道,10年、20年以后,7纳米、5纳米…2纳米都做完了,我们还有哪些事情可以做?”胡正明认为,长期来看,半导体行业“最大的挑战,是如何找到长远之路”。
虽然技术障碍延缓了半导体芯片集成度的提高速度–即摩尔定律(每24个月晶体管集成度翻倍),但摩尔定律的真正终结,却有可能来自于非技术因素。
越多政治因素介入到半导体产业,部分国家以其具备垄断地位的半导体产业链技术作为经济战武器,已经严重影响到全球半导体产业及其应用市场的健康发展。如果孤立主义再度升级,全球性市场形成长期割裂,将会严重影响半导体产业发展模式,并有可能提前终结摩尔定律。
继中美贸易纠纷之后,日韩之间也发生贸易冲突,而半导体产业成为双方发难的首选领域。
日本经济产业省在7月1日宣布,将从7月4日起,限制对韩国出口三种在半导体及OLED面板生产中的关键原料,即氟化聚酰亚胺、光阻剂、高纯度氟化氢。
根据韩国贸易委员会资料,在光阻剂和高纯度氟化氢方面,韩国对日本供应商的依赖都高达90%以上,这样的精准打击让韩国半导体产业极为紧张。
三星电子与SK海力士等大厂都多管齐下,一方面去日本寻求转圜空间,争取不出现骤然断供,部分日本供应商表示可以从非日本生产基地来进行供应;一方面向全球寻求非日系供应商,但由于日系厂商在材料领域垄断程度极高,而且材料切换流程又极其复杂,远水不解近渴;此外,韩国计划投资国内企业来自主开发半导体用材料,这只能是以后应对断供危机的手段,对当前的危机解决没有帮助。
但历经一个月的斡旋,双方政府并未达成和解,日本政府在8月2日召开阁僚会议,通过新版《出口贸易管理令》(以下简称《管理令》)以将韩国移出简化出口手续的白名单。新版《管理令》将由日本经济产业大臣世耕弘成与首相安倍晋三联名签字,预计8月7日颁布,8月28日生效。新《管理令》生效后,日本或将有包括高科技材料、电子零部件、IT设备等1100种商品,只有通过审核以后,才能出口到韩国。
韩国总统府发言人随后表示,对日本政府修改《管理令》将韩国从出口白名单中剔除的做法深表遗憾,韩国政府坚决反对日方此举,并组建应急班和专案组制定和落实对策,“今后韩国政府将以坚决的态度严厉应对日本的不当举措。”
相形之下,特朗普威胁要对来自中国的3000亿美元加税,反而像温柔之举了。
但不管美国,还是日本,以非资源性优势产业作为经济战武器,都是极端不理智的行为。即便短期内中国与韩国相应产业将遭受重创,但是美日供应商也一样会痛苦不堪,如果不能短期内结束极端对峙,很可能动摇其优势产业基础。
尤其是材料或芯片这种实体产品,生产出来就是库存,一些低端产品或许可以找到部分替代客户,但是高端产品没那么容易,虽然高端产品供应商可选不多,但高端芯片或高端材料的可选客户也不多。
以这次韩日纠纷为例,韩国是全球存储器生产基地,三星与海力士加起来市占率约占全球七成,而存储器占全球集成电路市场总规模的38%(2018年数据),日本材料厂商真对三星和海力士实施全面断供,恐怕其自身库存也难以消化。
美日此举,对半导体产业最大的威胁是让全球化产业链上下游之间产生严重的不信任感。针对美日断供威胁,中韩自然生出自建产业链计划,以解决供应安全问题。如果美日不能及时收手,坚持以半导体等非资源性优势产业作为经济战武器,那么可以推演,半导体这个极度全球化的产业或将四分五裂,半导体传统发展模式的基础将被消解,摩尔定律将被提前终止。
摩尔定律就是规模经济定律。集成度的提高带来单位晶体管成本下降,每一代芯片都期望比前一代性能好、功能多、成本低,从而实现终端产品价格下降、性能上升,而要实现高集成度则需要维持高研发投入,打通高研发投入与低成本产品产出之间障碍的是不断膨胀的半导体规模经济,只有不断成长的出货量才能让半导体厂商有足够的研发投入去开发下一代产品。
供应链分工合作互信,是半导体产业的最大财富
全球化与专业化分工,是半导体产业发展到如今规模的必经途径。
在芯片产业早期,由于市场需求不大,因此分工合作现象并不明显,一家半导体厂商往往材料、设备、制造、设计、应用全都做。但伴随产业快速发展,这样一条龙全包的模式弊端非常明显,设备与产线投资大,回收期长,如果只是自用,很难收回投资,如果不跟随技术发展投资,又容易被竞争对手击败。于是,逐渐出现了专业的设备公司、材料公司,一些公司的半导体部门也纷纷独立出来,以供应更多客户。
无晶圆模式的出现,代表半导体产业分工进入更深层次,纯制造代工厂与EDA工具行业成为独立产业,加速了半导体产业规模化发展。
同时,不同区域市场形成了自己的优势环节:日本的材料、美欧的设备、东亚的制造、美国的设计、中国的应用。这些区域市场之间,产业链上下游之间,密切合作,相互信任,才发展到如今4000亿美元规模,并成为全球数万亿美元产业的核心基础。
如果美日一意孤行,执意造成半导体产业长期割裂局面,对全球IT产业,特别是电子半导体产业,都是灾难性后果。中美割裂,将使双方都失去最活跃最有创造力的外部市场,而且半导体经济规模将大幅缩减,领导企业将因为市场规模缩小而难以维持过去高投入高产出的发展模式,技术迭代动力将被严重削弱。
在其论文发表十年后,戈登摩尔将“摩尔定律”的集成度翻倍周期从12个月调整为24个月,因为当时的技术发展速度已经无法支持12个月集成度翻倍。近年来,虽然晶体管集成度提高速度确实放缓,但是通过多种方法,在单颗芯片上提高集成度的游戏依然继续,摩尔定律依然有效,即便集成度翻倍时间有可能变成36个月。
但如果孤立主义获胜,长期割裂局面形成,我担心,芯片三巨头,即英特尔、三星和台积电,也要步格芯与联电后尘,宣布不再先进工艺上进行投入。