大家應(yīng)該都還記得2018年左右，在行業(yè)里流傳的一張國(guó)產(chǎn)芯片占有率的圖片，當(dāng)時(shí)這張圖讓業(yè)界頗為感慨，我們的國(guó)產(chǎn)芯片自主率仍是十分的低，比如存儲(chǔ)芯片、高性能運(yùn)算CPU、GPU、FPGA，還有高性能模擬芯片、顯示驅(qū)動(dòng)IC等占有率幾乎為0。雖然在通信裝備行業(yè)，應(yīng)用處理器、通信處理器占有一定的份額，當(dāng)時(shí)分別為18%和22%，但是復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境又一定程度限制了重要玩家的發(fā)展。如今，一些幾乎從零開(kāi)始的芯片的確獲得了不小的進(jìn)展，第一步已經(jīng)邁出，同時(shí)我們也應(yīng)該明白，從無(wú)到有不難，從有到優(yōu)還有很長(zhǎng)的路吧。
存儲(chǔ)：技術(shù)上縮小差距，產(chǎn)能還需跟上
存儲(chǔ)是整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的核心之一，在全球半導(dǎo)體總產(chǎn)值中，存儲(chǔ)器占到三分之一左右。全球存儲(chǔ)主場(chǎng)玩家又非常集中，主要是美日韓廠商。不過(guò)，近兩年長(zhǎng)江存儲(chǔ)、長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)等國(guó)內(nèi)大型存儲(chǔ)芯片制造企業(yè)的3D NAND Flah、DRAM芯片陸續(xù)量產(chǎn)，國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)生態(tài)得到極大的提升。
2019年第三季度，長(zhǎng)江存儲(chǔ)64層3D NAND閃存實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。當(dāng)時(shí)國(guó)際大廠已開(kāi)始100層以上的研發(fā)。長(zhǎng)江存儲(chǔ)直接從64層跳到128層研發(fā)，如今64層和128層3D NAND都有量產(chǎn)出貨，市面上已有搭載長(zhǎng)江存儲(chǔ)3D NAND的SSD硬盤。這個(gè)過(guò)程中，長(zhǎng)江存儲(chǔ)銷售額全球市占已經(jīng)達(dá)到2%（2020年下半年僅1%），已經(jīng)完成了從0到1的第一步的長(zhǎng)江存儲(chǔ)，需要拓展更大的市場(chǎng)份額。同時(shí)，長(zhǎng)江存儲(chǔ)的3D NAND技術(shù)研發(fā)正逐漸向國(guó)際廠商靠攏。
DRAM方面，2019年9月合肥長(zhǎng)鑫量產(chǎn)了國(guó)內(nèi)首款DDR4內(nèi)存芯片，目前搭載長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)DDR4的內(nèi)存條已經(jīng)可以在市面上購(gòu)買，據(jù)評(píng)價(jià)具有較高的性價(jià)比。另外，長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)的17nm工藝的DDR5內(nèi)存在研中。另一方面，兆易創(chuàng)新和長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)合作面向利基市場(chǎng)，其自有品牌19nmDDR4已經(jīng)在2021年量產(chǎn)出貨，17nmDDR3在研，預(yù)計(jì)2022年將推出產(chǎn)品。
根據(jù)2021年上半年DRAM市場(chǎng)情況來(lái)看，長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)的全球市占已經(jīng)來(lái)到1%，排名第五（三星、SK海力士、美光三家共占據(jù)94%份額）。未來(lái)隨產(chǎn)能的不斷擴(kuò)張，有望超載南亞成為全球第四大DRAM芯片廠商。
NOR Flash市場(chǎng)，由于早前Cypress、美光等廠商在中低容量消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的退出給了國(guó)內(nèi)廠商發(fā)展機(jī)會(huì)。大陸廠商在消費(fèi)類TWS耳機(jī)、PC以及基站等都有覆蓋，在汽車電子、工業(yè)等領(lǐng)域還需進(jìn)一步拓展。工藝上，不少?gòu)S商都推出了48nm/50nm的NOR Flash。
CPU：信創(chuàng)市場(chǎng)打開(kāi)局面，消費(fèi)級(jí)還有差距
這幾年政策利好國(guó)產(chǎn)芯片的使用，許多CPU廠商都在信創(chuàng)市場(chǎng)獲得了大量訂單，業(yè)績(jī)節(jié)節(jié)飆升。飛騰、龍芯、鯤鵬、兆芯、海光、申威等都是國(guó)產(chǎn)CPU的代表廠商。政府對(duì)國(guó)產(chǎn)PC的采購(gòu)和使用能夠助推國(guó)產(chǎn)芯片不斷在應(yīng)用中得到優(yōu)化，包括軟硬件生態(tài)的搭建。下一步，金融、交通等行業(yè)用戶的采用將進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)產(chǎn)PC向前發(fā)展，最后才會(huì)是消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的爆發(fā)。
其實(shí)我們現(xiàn)在能夠看到一些搭載國(guó)產(chǎn)CPU的桌面電腦上市，比如飛騰FT-2000/4、兆芯的KX-6640MA、龍芯的3A5000等等。這些電腦價(jià)格不菲，但在CPU性能上還與主流的Intel、AMD有不少差距。
例如龍芯3A5000是2021年7月龍芯中科發(fā)布的首款采用自主指令系統(tǒng) LoongArch 的處理器芯片。龍芯3A5000處理器主頻 2.3GHz-2.5GHz，包含4個(gè)處理器核心。每個(gè)處理器核心采用64位超標(biāo)量GS464V自主微結(jié)構(gòu)，包含4個(gè)定點(diǎn)單元、2個(gè)256 位向量運(yùn)算單元和 2個(gè)訪存單元。龍芯3A5000集成了2個(gè)支持 ECC 校驗(yàn)的64位DDR4-3200 控制器，4個(gè)支持多處理器數(shù)據(jù)一致性的 HyperTransport 3.0 控制器。龍芯 3A5000支持主要模塊時(shí)鐘動(dòng)態(tài)關(guān)閉，主要時(shí)鐘域動(dòng)態(tài)變頻以及主要電壓域動(dòng)態(tài)調(diào)壓等精細(xì)化功耗管理功能。據(jù)評(píng)測(cè)顯示，龍芯3A5000性能差不多是2015年英特爾i5的水平。
GPU：在政府辦公、服務(wù)器等領(lǐng)域已有應(yīng)用
說(shuō)到CPU就必須要說(shuō)到GPU，圖形處理類的國(guó)產(chǎn)GPU甚至比國(guó)產(chǎn)CPU更薄弱更迫切需要發(fā)展。繼2021年12月芯動(dòng)科技發(fā)布了風(fēng)華一號(hào)國(guó)產(chǎn)GPU之后，景嘉微也發(fā)布了JH920新品。JH920是景嘉微第三代具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能圖形處理器芯片，對(duì)比前兩代，性能有了大幅度提升。JH920主要應(yīng)用于中高端圖形顯示、通用計(jì)算、嵌入式等領(lǐng)域。
據(jù)公布的特性顯示，JH920支持 4 路獨(dú)立顯示輸出，支持多屏同時(shí)輸出，支持 4 路視頻解碼，1 路視頻編碼，支持OpenGL 4.0、Vulkan1.1等圖形編程接口，支持OpenGL3.0計(jì)算編程接口，支持4 路4K@60fps HDMI 2.0外視頻輸入。JH920 芯片全面支持國(guó)產(chǎn) CPU、國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)和國(guó)產(chǎn)固件，可廣泛應(yīng)用于 PC、服務(wù)器、圖形工作站等設(shè)備，滿足地理信息系統(tǒng)、圖像匹配、信號(hào)處理、機(jī)載車載艦載顯控等顯示計(jì)算需求。同時(shí)，JH920還可以支持多種游戲引擎，如OGRE，UE4，Unity3D等，可以流暢運(yùn)行多款不同的大型單機(jī)游戲和網(wǎng)絡(luò)游戲。
芯動(dòng)科技的風(fēng)華一號(hào)雙芯片B卡對(duì)標(biāo)英偉達(dá)Tesla T4 GPU，景嘉微的JM9系列對(duì)標(biāo)英偉達(dá)GTX1080。應(yīng)該來(lái)說(shuō)，他們代表了國(guó)產(chǎn)圖形GPU的實(shí)際水平。
值得一提的是，國(guó)產(chǎn)圖形GPU的發(fā)展還有著IP廠商的支持，例如Imagination是具有中資控股背景的IP供應(yīng)商、芯原也是在全球排名靠前的國(guó)產(chǎn)IP供應(yīng)商，他們?cè)贕PU IP方面能夠?yàn)閲?guó)產(chǎn)GPU發(fā)展提供支持。
總體來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)CPU和GPU在信創(chuàng)、服務(wù)器類市場(chǎng)都已經(jīng)得到應(yīng)用，但是桌面端的應(yīng)用還沒(méi)有得到更好的優(yōu)化，也因此，國(guó)產(chǎn)CPU和GPU在2022年的突破更值得大家的關(guān)注和期待。
先進(jìn)工藝的國(guó)產(chǎn)芯片
除麒麟5nm芯片之外，國(guó)內(nèi)的高端芯片工藝基本上在7nm，主要集中在GPGPU/AI芯片、汽車芯片等，例如天數(shù)智芯7nm云端訓(xùn)練芯片B1，芯擎科技采用臺(tái)積電7納米打造車規(guī)級(jí)智能座艙芯片“龍鷹一號(hào)”。之前采用臺(tái)積電5nm制程工藝的是比特大陸用于加密貨幣挖礦的芯片。
2021年采用先進(jìn)工藝的國(guó)產(chǎn)芯片主要有平頭哥發(fā)布的自研服務(wù)器芯片倚天710。倚天710采用業(yè)界最先進(jìn)的5nm工藝，單芯片容納高達(dá)600億晶體管；在芯片架構(gòu)上，基于最新的ARMv9架構(gòu)，內(nèi)含128核CPU，主頻最高達(dá)到3.2GHz，能同時(shí)兼顧性能和功耗。在內(nèi)存和接口方面，集成業(yè)界最領(lǐng)先的DDR5、PCIe5.0等技術(shù)，能有效提升芯片的傳輸速率，并且可適配云的不同應(yīng)用場(chǎng)景。
此外，2021年12月，紫光展銳的第二代5G芯片平臺(tái)唐古拉T770、唐古拉T760實(shí)現(xiàn)客戶產(chǎn)品量產(chǎn)。第二代5G芯片平臺(tái)采用6nm工藝制程。接下來(lái)唐古拉6、7、8、9等多個(gè)系列將會(huì)齊頭并進(jìn)。6nm是展銳在先進(jìn)制程上的開(kāi)端，也是基石，其下一代產(chǎn)品將切入5nm等更先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)。
除了上述列出的一些國(guó)產(chǎn)芯片之外，例如顯示驅(qū)動(dòng)IC也是我們正在大力投入的領(lǐng)域，AI、DPU領(lǐng)域也有望換道超車，功率器件方面第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈集聚了非常多的企業(yè)，還有FPGA芯片也來(lái)到了28nm，MCU、模擬芯片、連接芯片百花齊放。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，這三年我們不僅有0到1的突破，也有份額的不斷提升，更有在許多領(lǐng)域和國(guó)際上齊頭并進(jìn)。
我們都知道，國(guó)產(chǎn)芯片處于最好的時(shí)代，無(wú)論是國(guó)產(chǎn)替代的機(jī)會(huì)，還是5G、AI、汽車提供的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，以及融資上市等資本機(jī)會(huì)。縱使有了這些零的突破，有了優(yōu)越的發(fā)展契機(jī)，但是先進(jìn)工藝制造、EDA軟件、基礎(chǔ)材料等等都是我們的短板，取長(zhǎng)補(bǔ)短，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍然有方方面面需要平衡和發(fā)展。因此，似乎也看不到松懈的時(shí)候，只有一往無(wú)前，做得更好。