设备|陈经：让网友“沸腾”的中国芯片产能到底如何？_处理|性能|数据流|产能|nm|中芯

【文/观察者网专栏作者陈经】
一．华为“芯片叠加”是怎么回事？
上周末，爱国画家@乌合麒麟因为一个转发，被嘲“什么都不懂瞎沸腾”上了热搜。
事情的核心在于对“国产14nm芯片是否有望在明年实现量产”的质疑，加之@乌合麒麟转发的博主@菊厂影业Fans 对相关新闻的评论时，称两个14纳米芯片“叠加优化可以比肩7nm性能” ， “功耗和热度不错” ，相关言论被嘲“两杯50度的水，倒在一起成了100度” 。
实际上，关于华为海思专利芯片叠加，所谓“两个14nm芯片实现7nm芯片” ，其实是加速数据流的处理。

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这个专利本身就是说一些同步信号，看着没什么，但就不知道想干什么，十分晦涩难懂。一些人就说是两芯片叠加，就扯出了两个14nm芯片叠加加速后等于一个7nm芯片的说法，跳跃太大。
这个专利或者说架构，和CPU性能没有关系，每个芯片还是一样的。 7nm的芯片性能强于14nm是肯定的。但是关键在于，芯片或者CPU在系统中应用时，已经不再是整体性能代表，代表性能的变成了数据处理能力。
例如我们用手机时，一般任务都不卡的，但是要同时浏览多图、刷新信息流等涉及大量数据的任务时，手机就显出区别了。数据处理完，就如同一堆数据流过芯片，流得快速流畅，手机表现就好。单个芯片性能好有助于数据流速高，但是最终还是需要看整体表现。例如一些图形任务需要用GPU加速。
两个芯片叠加，信号同步，就能一起来紧密配合处理数据流。一般逻辑任务不需要这个，也不用加速。但是数据流处理，经常是可以并行加速的。等于一股水流分成两股来处理，整体流速就加快了。
数据流不能乱，就需要同步好来处理。理想情况下，一个数据量大小为T的大数据包有节奏地流过一个芯片，处理时间为t；这个双芯片叠加的架构中，数据包就会有节奏地流过两个芯片，每个处理T/2数据量，用的时间是t/2 。这样数据流处理速度就加快了，节奏不乱处理也是正确的。
这个架构是对这类数据流很有效，用到手机上应该会有加速的感觉。但是这并不是说两个14nm芯片性能就等于一个7nm芯片了，很多任务是没法加速的。具体体验如何很难说，收益能不能抵消代价需要评估。
二．“国产14nm芯片明年量产”？
“国产14nm芯片明年量产”消息刚出来， 6月23日我就分析了，什么是“国产14nm芯片” 。所有生产设备全部国产是不可能的，不符合技术规律。感觉可能是媒体发的初稿对于“国产芯片”的理解出了问题，搞出一个“沸腾了”的大消息，让人以为100%国产的14纳米芯片很快就能量产了（或至少相关的国产光刻机行了）。

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文章发出来后，专家本人或者有关部门发现舆论理解不太对，就修改了内容，删去了专家关于“国产14nm芯片明年量产”的内容，这是严谨的，确实不应该高调，也不符合技术规律。这也说明芯片知识比较专门，容易出理解问题。

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实际应该是介绍中芯国际搞的去美化产线的进展。这和很多人以为的“所有设备都是自研的国产芯片” ，差距极大。实际光刻机等关键设备和材料还是需要外购，就像国产大飞机。国产替代有很大进展，但要完整支持产线还要好几年。
所以正确的口径应该是， “芯片国产化快速发展”、“是100%国产芯片的起点” ，而不是100%国产芯片已经快有了。这种量产的产线作用是，国产化不断进步比例不断上升，而不是已经全部国产化了。用5年时间实现100%国产就不错了， 3年就是奇迹。
为什么不可能很快全国产化？其实业界很多人都说过，芯片生产各种设备多得很，国产设备份额极小。短期内全部设备都换成国产没法搞，肯定是逐步换，有先有后，基础好容易突破的先替代，难的后替代。不可能忽然一下就从几乎没有，到全部都替代好了。
中芯国际要搭去美化验证线，也不可能激进地进行全国产的规划，肯定是引入部分条件成熟的国产设备，先保证2022年底调试量产成功。成功了，再从这个起点逐渐加多国产设备，哪里不对，也能回退调试。一起全部国产设备，出错了也不知道怎么调。
三．中国芯片产能到底有多少？
那么，大家关心的中国芯片产能到底有多少？这里用数据说话，可以看出情况确实不容乐观。
2020年中国芯片产量2613亿块，全球10015亿块。进口5435亿块，出口2598亿块（指芯片直接出口，放在电子产品中出口的不算）。这么看，中国芯片产量按数量计，超过全球四分之一，好像还不错，但这是错觉。
中国这个2613亿块，很多是封装测试后的产出。 2019年中国封装测试产能2420亿块，是我国集成电路行业四大领域中市场份额占比最高，技术差距最小的。封测、设计、制造、设备，我国行业地位依次递减。芯片制造设备份额只有6%差距极大，封测市场份额有20%以上还将大幅增长。行业龙头长电科技市场份额约10% ，是中国所有芯片企业里全球市场占比最高的。
封测难度相对较低（也是高科技），不是芯片生产瓶颈。我国大量封测包装出的芯片成品，其实是进口进来的经过光刻加工的半成品加盖加引脚，就和以前的电子产品组装类似，不应该算有效芯片产能。这种芯片封测完之后又得出口，其实相当于赚一个加工费。当然是很有技术含量的高级加工，越多越好，但一般不当成重要的芯片产能数据。

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比较合理约定俗成的芯片产出占比的统计方法有两种，一种是看芯片设计公司是哪个国家的。设计出来生产方式有两种，自己设计自己生产的IDM方式，以及纯设计让别人代工的Fabless模式。美国占比约50% ， 2018年中国大陆纯设计占比约13% 。这个方法还是比较合理的，芯片生产完是归设计芯片的公司，能代表实力。
中国芯片设计销售额在以每年20%-25%的高速增长， 2015年全球占比还只有6% 。芯片设计就是搞软件和软硬件结合调试为主，中国企业能快速学会。但是，从华为海思设计了芯片却无法生产来看，这个统计方法被美国破坏了，关键变成了芯片制造。
另一种统计芯片产能的办法，就是看芯片晶圆光刻加工工厂的产能。这是芯片制造最关键的环节，很有道理。晶圆主要是12寸和8寸直径的，这个是英寸， 8寸约200毫米，还有6寸4寸的比较落后可忽略。 12寸晶圆面积约相当于8寸的2.25倍，就这样折算成“8寸晶圆等效产能” 。然后看每个月能加工多少万片8寸晶圆。
例如我国有22家实体单位（可能是一个集团的，如中芯国际就有6家，不包括外资企业）已有或将要有12寸晶圆厂，已有总产能是每月38.9万片12寸晶圆。还有22家实体已有或将有8寸晶圆厂，目前产能是每月74万片8寸晶圆。我国企业总的晶圆等效产能就是每月：38.9*2.25+74=161.5万片，单位为8寸晶圆。
这个是什么水平？韩国三星一家，晶圆等效产能就有每月310万片，全球占比14.7% 。也就是说，我国所有企业加一起也只有三星的一半多点，全球占比7.6% 。这其实是非常低的，所以中国才要进口那么多芯片和光刻好的半成品。
中国还引进了四家大的芯片制造外企，西安三星、无锡海力士、南京台积电、大连INTEL ，别的就小多了。加上外企在中国的等效晶圆产能，中国芯片产能占比就是13.9% 。这个份额还算有点基础了，但是比起中国的芯片用量远远不足。

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芯片产能堆积不容易，哪怕未来几年我国企业等效晶圆产能翻倍，加上外企全球占比也没法超过20% ，远远不够。所以对中国来说，将来很长的一段时间，芯片产能都是远远不足的，需要大幅提升占比。
关于世界上的芯片产能过剩，这是历史上多次发生的，一会过剩一会短缺，不能当做长期决策依据。中国决策已经定了，就是不管世界上短缺还是过剩，中国都要狠狠扩大产能。过剩了，新厂子产品卖不出价可能赔钱，但这不叫事，顶过去不是问题，中国总能等到短缺的时候一把回本。这都是不需要争论的，芯片产能的战略意义已经远远高于一时的过剩或者短缺，中国产能占比这么少，加产能就一定没错，在战略层面中国产能就是极度短缺。
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