北京“芯”事

作者:杨健楷

来源:CV智识

北京,是中国芯片之城里面的“扫地神僧”。没有台商建厂的曲折历史,没有乡镇工厂蜕变为全球顶级玩家的产业逆袭,潜心前沿技术的中科院、与抱团创“芯”的清华帮,才是这座芯片之城的真正主角。

北京是最老的芯片之城。

从“一五”计划时期,在酒仙桥地区大规模建设的电子管厂集群,到70年代研制出DRAM,再到改革开放后IC卡芯片、CPU、电力芯片设计领全国之先,在芯片产业发展的节骨眼上,北京总能领先其他城市几个身位。

在所有的芯片之城中,北京的地缘位置决定了这个城市在芯片产业中独一无二的位置。

在经历了世纪之初首钢NEC百亿造芯的落空之后,北京请回了中芯来京设厂。论芯片厂之密度及丰富度,北京不及长三角,但是中芯首座12英寸厂的设立,使北京的国产先进产能不输任何一个城市。

在芯片设计业上,北京稳坐国内IC设计的头两把交椅。

星罗棋布的科研院所提供了顶尖的微电子人才,清华大学、中科院形成了完整的微电子生态,以兆易创新和寒武纪为代表的“芯”一代,在MCU、NPU等爆发式成长的细分市场独占鳌头。

同时,大型央企在IC卡、身份证、电力等特定行业芯片设计的占优地位,使北京能够占据到诸多特定的全国性芯片市场。

北京,是中国芯片之城里面的“扫地神僧”。没有台商建厂的曲折历史,没有乡镇工厂蜕变为全球顶级玩家的产业逆袭,潜心前沿技术的中科院、与抱团创“芯”的清华帮,才是这座芯片之城的真正主角。

首都芯梦

80年代末,在改革开放中率先富起来的首钢,却已经开始面临发展的瓶颈。当时首钢找到京东方的前身北京电子管厂谈收购,但被拒绝。

1991年底,首钢与NEC(日本电气)以6:4的股比,成立了覆盖芯片设计、生产与封测环节的IDM厂—首钢日电。1994年,6英寸1.2微米产线建成投产,创造了国内最先进的工艺水平。1995年,首钢日电取得了国内创纪录的9.1亿元的营收。

首钢在芯片业的发展节奏上不输华虹。

1995年,为了维持行业地位、并赶上国际先进水平,首钢将控股股东的地位让渡给了NEC,以继续加码投资,推进工艺制程并扩充DRAM产品规格。

1998年,首钢日电生产出国内第一块容量为64M的DRAM,由此实现了4M、16M、64M产品线的全覆盖。此时,NEC在上海的另一个国资伙伴—华虹还未投产。

2000年,造芯热潮更为猛烈,在北京申奥、钢铁减产、结构调整的时代背景下,首钢喊出了“首钢未来不姓钢”的口号。在北京市政府的支持下,受NEC掣肘的首钢联合美国AOS半导体等宣布了成立华夏半导体,建设两条8英寸0.25微米产线的投资计划。在当时,0.25微米是国内最先进的工艺制程。

但2001年的半导体寒潮将首钢的造芯大业打至低谷。在行情低迷之下,外资伙伴先后撤资,8英寸线计划搁浅,被打趴下的NEC宣布拆分DRAM业务至尔必达,外包给首钢日电6英寸线的产能减少。

2002年头8个月,首钢日电亏损2.3亿,华夏半导体搁浅。同年年底,首钢高层换届,公司战略重心重回钢铁主业。《IT经理世界》于2003年刊发了《北京艰难造芯》一文,文章的作者郭开森形容首钢用来发展芯片大业的“几座刚刚封顶的办公楼突兀地耸立着,周围铁丝网边杂草丛生,远处一片空旷”

根据当时一位首钢高层的说法:其实首钢当年造芯并非出自企业发展的本意,一段时间以来也是本着能不投就不投的想法。

在NEC当时的海外版图中,被控股的首钢NEC“只是其发展战略的一部分”。当时华虹NEC的8英寸产线也已投产,加之日本芯片半导体在彼时的落败,首钢造芯似乎既搭错了车,又面临来自上海同行的竞争。

事后,业内人士分析,首钢NEC长期以来比较单一地承接来自NEC的订单,设计能力薄弱,没有培养起自己的人才队伍。

但华虹NEC一开始也是这样。两家同是与NEC合作,为何到今天首钢NEC销声匿迹,华虹NEC却依然是国内排名前列的晶圆代工厂商?

“909”工程负责人在《芯路历程》披露的一些历史细节,提供了这种差异的解释。首钢为技术升级让渡控股权,短期内简单有效、立竿见影,但这种“拿来主义”丧失了后续的主动权。

与首钢相反,华虹没这么做,为了解决“代代引进、代代落后”的负面循环,华虹找到了欧洲的IMEC,与该研发中心合作研发高工艺制程技术、并共享知识产权(IP),以充当华虹NEC产线的IP保护伞,同时,在欧洲培养的人才初步建立了自己的工艺技术队伍。

华虹与IMEC合作所取得的专利保护伞,成为了与NEC和美国芯片公司谈判的筹码。在美日防范、戒严高端芯片技术外流的背景下,“N-1/N-2”(也就是落后1/2个世代)转移技术是不可逃避的,只有自己有了技术专利,别人才好放心和你合作。

在首钢组局的华夏半导体中,首钢NEC非首钢控股,外方亦难以确认首钢自己、而非首钢NEC是否具备相应的技术专利,首钢百亿造芯大计的流产,无可奈何。

当然,我们也无法求全苛责。日本和中国台湾地区,在芯片热中,都有一批钢铁企业去做芯片,最后无一例外都失败了。首钢NEC与被国家确立为“909工程”的华虹NEC相比,量级、全盘筹划上自然也差了一些。

造芯计划流产之后,首钢旗下的地产业务获“2003-2004年度中国房地产领先企业”,房地产成为首钢的优势产业之一。

首钢造芯失利,北京市在2002年把当时无意中忽略的中芯请了回来,建设12英寸线。2004年,中芯在中国大陆的第一条12英寸线投产,北京在fab厂上的建设扳回一局。

相比于内资、台资、外资fab厂共存的长三角,在首钢NEC之后,北京的晶圆代工产能由中芯两个12英寸厂和一个8英寸厂支撑。除此之外,并无台资在京设厂。为什么会出现这种情况?北京芯片界20年的业内老兵王源认为,当时江浙沪地区,比如苏州工业园和昆山,都已经聚集了一大批台商,加上一些气候人文因素,江浙沪是首选。

除了挽回中芯,北京转变了芯片业的发展策略。当时,北京提出要“优先发展设计业,从而吸引大生产线建设”

依托丰富的央企资源和科研院所,北京的芯片设计业产值基数大,在很长的一段时间内独占鳌头。王源向CV智识表示,北京有三家国企:华大、大唐和同方,参与了国家指定的IC卡芯片设计业务,在二代身份证换代初期,一张身份证的换证工本费是20块钱,如果丢了重做是40块钱,这是一个市场高达上百亿、而又利润可观的好生意。

除了IC卡业务,国家电网旗下的智芯微电子做电力芯片、银行卡芯片和其他市政服务芯片,一年的营收在50亿的级别,与华大在国内的IC设计厂中都是位列前十。在关乎民生、安全的特定关键领域,“佛系”的国企说一不二。

IC卡芯片、电力芯片技术难度不大,北京在这些竞争度较小的领域所占的优势,很大程度上离不开国家的产业政策与央企的职能使命。但是,在高技术难度的CPU、AI芯片等领域,就该中科院出场了。

中科院“硬”碰“软”

2000年,是中国芯片行业的大热之年。当年,18号文的发布首次将芯片产业放到了国家的战略层面,在此之后,一大批台商和归国人才回国参与产业建设,芯片行业掀起了高潮。

在北京,中科院选择了最难啃的CPU。

在保障国家信息安全、CPU自主的背景下,2001年5月,龙芯课题组成立,课题组为龙芯取了个土名“狗剩”,因为“贱名好养活”。

随后,胡伟武带领同事,用MIPS架构设计的龙芯一号成功启动了Linux系统,在国庆节那天通过了中科院的验证。2002年8月,龙芯一号流片成功。其后,在中科院、863以及“核高基”重大专项的支持下,龙芯2号、3号相继研发成功。

在二十一世纪头一个十年,龙芯作为国家的一个重点科研项目,被放到了极高的地位,也承受了“誉谤满天下”的巨大波折。领头人胡伟武,一开始是中科院的科研人员,但后来,他不得不习惯媒体的聚光灯照射,接受来自各方的关注与拷问。

2005年7月,行研机构In-Stat首次发难,分析称龙芯结构与MIPS近似度达95%。

2009年6月18日,在中科院计算技术研究所购买MIPS结构专利授权后,一则《龙芯无奈购美公司专利授权,“中国芯”光环褪尽》的文章广为流传。龙芯究竟创了多少“芯”?这一个问题又被摆上了台面。

胡伟武不得不现身说法,解释龙芯为什么早不买、晚不买,偏偏要在2009年这个时间点买这个MIPS结构:

我们早在2003年就和MIPS公司商谈结构授权事宜,核心问题主要是价格。当时MIPS开出的价码是500万美元,我们2001年项目组启动时只有1000万元的创新基金,近几年国家在龙芯项目上的平均年投入也只有2000万元左右,确实是买不起,不是不想买。

为什么早不买?因为龙芯没钱。

MIPS的专利保护期已经过了(2006年20年的专利保护期到期),这次成交价比500万美元低得多,甚至不超过每年计算所购买EDA工具的费用。

为什么2009年买?因为经济危机来了,MIPS便宜了。

胡伟武的回答中透露着无奈。在做了几年龙芯的研发工作后,市场化的需求被提上日程。2009年,正好是龙芯公司化运作的前一年,为了从根本上解决兼容认证和知识产权的问题,购买MIPS结构授权已然势在必行。

针对舆论的质疑,胡伟武在当时接受《电脑报》记者的采访时耐心的科普:

1、MIPS是一种计算机语言,MIPS指令集就像26个英文字母,本身没有任何的含义。也不可能有任何后门。处理器的性能如何,关键看工程师对指令集的实现能力,就像人们对26个字母的驾驭能力一样,不同的措辞、不同的语境可能衍生出截然不同的含义…

2、购买结构授权主要是为了使用MIPS兼容的品牌以及通过加入MIPS兼容联盟共享知识产权,结构授权后需要自主设计处理器核。我们购买的是MIPS公司的结构授权,内核是完全独立设计的。

这场2009年发生的“CPU到底是不是中国芯”的舆论危机,反映了科技产业启蒙的不足。直到今天,对于龙芯CPU架构的选择,外界依然存在误解。

最近,有媒体质疑龙芯“一开始没选择x86架构,路走偏了”。

长期追踪美国芯片商的资深媒体人、TechEdge创始人林宗辉对CV智识表示,英特尔的x86架构根本就不会正常授权给一个中国的潜在对手,未经授权即使用x86架构的代价也是巨大的。

芯片行业资深从业者、国内知名投资机构芯片半导体负责人王凯对CV智识表示,“后门”是选择架构需要重点考虑的问题,MIPS架构开放底层,源代码可以一行一行看着改,改到自己放心。但x86架构不开放底层,埋了后门是没办法通过改源代码来解决的

除了CPU架构,龙芯更大的问题是:操作系统和软件生态建设迟迟起不来,“硬”的东西我们是有了,“软”的东西谁来搞?

留给龙芯的时间不多了。

或许是囿于科研项目和国有企业经营体制的问题,或许是“钱不够”,或许是一开始没有做好充分的预计和资源调配,龙芯在2013年才先后在合肥等地设立团队,以研发浏览器等配套软件。

因为迟迟没有进入民用市场,企业又面临经营压力,龙芯开始深入工控等特定行业市场,以赢得健康的现金流。其后,龙芯研发出了具备自主知识产权的龙芯指令集。

时移世易,当龙芯把架子搭好,被重点扶持的海光、兆芯采取了一条不一样的CPU路线,龙芯风光不再。

挑战Wintel的豪言与使命依旧。龙芯预设在2020年后进入民用市场,胡伟武仍旧在坚定不移的执行“农村包围城市”的路线:

我经常说“农村包围城市”有两方面的含义,一是从农村开始,即从对手的薄弱环节入手;二是心中不能忘记城市。龙芯过早进入桌面市场并不是很合适,事实上,现在龙芯最多的应用并不在桌面。但我们需要一面旗帜,因此,我们也在桌面做一些尝试。

在孤独、漫长的CPU安全自主化的过程中,胡伟武和龙芯形成了一套截然不同于西方科技公司的话语体系和公司文化。龙芯研发的初衷,是造出低功耗、自主可控的计算机,“为广大人民服务,打破国外垄断”。在胡伟武看来,龙芯面临的最大的困难,就是对自主创新的信心不足,因此格外需要“不信邪、不怕鬼”

胡伟武对于他所带的龙芯的队伍感到满意:

我们这支队伍的主要人才是自己培养的,每个人都非常优秀,很多人高考时就是当地县市的高考状元或前几名,每年研究生毕业时最优秀的人才都能继续为龙芯服务。

在这支优秀的队伍中,胡伟武的弟子陈云霁、陈天石两兄弟师承龙芯衣钵,在2016年创立了寒武纪,研发出了AI芯片,现在估值达30亿美元。

中科院计算所的“硬”碰“软”得到了延续。王凯认为,以寒武纪为代表的“硬”碰“软”,会成为未来芯片创业的一个方向,从芯片的硬件端出发,向深度学习等软件端深入,要比互联网公司从“软”到“硬”的芯片创业要靠谱。

“硬”碰“软”,和“软”碰“硬”,从基因上来讲就是不一样的。

在王凯看来,在阿里把后台并发的问题解决掉之后,互联网创业技术门槛被大幅降低。互联网公司也更习惯于烧钱解决问题,因为互联网直接面临消费终端,中间的链路是很短的。

问题是,烧钱解决不了技术问题,“技术的进步依赖于一两个天才的灵光闪现”。做芯片出身的,熟悉从芯片到终端应用的长链路,对于技术进步的规律,也会更为尊重,因而成功率更高。

中科院计算所择高处立,直接从最难的芯片开始啃。清华帮则选择了一条由下而上的产业发展道路,从国外巨头看不上眼的利基市场开始一层层往上爬,将中国的芯片卖到了全世界。

清华帮齐创“芯”

在量子芯座某会议室,清华海归朱一明正在回答国内专家对于他的创业项目—SRAM(静态存储)IP的疑问。

2005年,朱一明刚回国,拿到了清华系风投启迪之星的投资,并将公司设在了清华科技园。为了谋求发展经费,朱一明向政府推广他的创业项目。

王源当时就坐在会议室里面,听朱一明讲自己的创业项目。据他回忆,会议室内在座的专家对他所说的产品技术路线存在较大争议,一时难以形成统一意见。这个项目险些被毙,好在朱一明拿到了政府两三百万的创业经费。

在那个年代,海归人才掀起了一波芯片创业潮。2004年,杨崇和、俞昌分别在上海创立了澜起科技和安集微电子。

与俞昌类似,朱一明在创办兆易创新早期得到了中芯的帮助。一开始推广SRAM IP,中芯在产线上帮兆易创新做好验证,当其他公司到中芯量产时,中芯帮忙推销兆易的IP。

经过探索,兆易创新最终确定了Nor Flash这个“鸡肋”产品。Nor Flash是存储产品线里面市场规模小、应用零散、利润微薄的一个品类,国际巨头都瞧不上这个利基市场。兆易创新选择这一小块市场,技术门槛低,不易被制裁,主要靠打开销路走量赚钱。

刚确定主营业务,兆易就迎来了金融危机,资金链快断的时候,清华校友齐上阵。2008年,已经在深圳发了大财的清华系校友、深圳的地产企业家徐航,以及清华同门师兄弟创办的风投,联合注资兆易。在后续的融资中,清华系校友继续加注兆易。

有做金融的,有做芯片的,做金融的投做芯片的,清华的校友圈子实现了“产融结合”。王凯对CV智识表示,他没有见过哪一个学校比清华系师兄弟更加团结的了。除了资金上的帮助,背靠清华微电子众多校友,兆易在销售渠道、人才、技术上也无往不利。

“老板是清华的,清华学生就会很愿意来,如果是其他学校的,对不起,差点意思。清华的,就是这么抱团。”

不同于龙芯和寒武纪死磕一个高精尖领域,兆易在经营策略上更加敏捷,对于终端市场的洞察更敏锐。

在Nor Flash之后,兆易在2013年做出了MCU的“爆品”。多元化业务的高成长、高市占率,为兆易上市铺好了路,2016年,兆易上市。在取得投资回报后,几个清华投资人回到学校,给学校捐钱做公益。

兆易创新的成长早期偏内生性,清华的紫光系,则是依靠疯狂的买买买快速做大。无论是内生性成长起家,还是外延式并购做大,清华系对于资本的运用都是极为娴熟的。如果紫光的存储大业能成,清华系对于国产芯片的贡献更上层楼。

结语

时移世易,随着时间的演进,国产芯片的发展逻辑和脉络已经非常清晰,但是面对强大的外国芯片厂商与已然落下的差距,自主研发胆气不足、路径方案迷茫、科学产业常识不足,与时常出现的妄自菲薄或夜郎自大的情绪,总是不时出来浮动人心。

前有来者,后起之秀可期。

北京“芯”在几代人的精神传承中日益壮大。起于清华的兆易创新,从低端的Nor Flash存储利基市场切入,力争上游,向DRAM市场进军;师承胡伟武衣钵的寒武纪,在AI专用芯片上异军突起,切入华为手机的供应链。

但是人才,正在掣肘北京“芯”的发展。北京一位资深的芯片从业者杨密告诉CV智识,清华微电子系的博士,在没毕业之前已经被VC、PE提前要走。这是中国最顶尖的芯片储备人才,当他们毕业找研究所的对口工作,他们所能获得的薪酬,可能只有互联网公司和金融公司的1/3到1/5。

在BAT齐聚来抢人的北京,芯片业发展需要的人才,大部分都被互联网行业给“虹吸”走了。要维持一个高水准的芯片创业团队,成本也正在向城市的高阶水准看齐。

在上海,互联网行业逊于北京,芯片行业对于人才的吸引力维持在较高水平。说来讽刺,上海市最近一直在反思“为什么上海出不了阿里巴巴”,要是真出了一个阿里巴巴,估计芯片业的发展,会被吸走一大半人才。

互联网和芯片,终归是相生相克。

(王源、王凯、杨密均为化名。

*声明:文章为作者独立观点,不代表格隆汇立场

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