刘劲教授 | 中国IT行业的基础架构研究

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IT行业的特殊性

高科技行业有很多，但影响社会最大的是IT。那么IT行业与其他高科技行业到底有何不同？专题分享的开始，刘劲教授先与大家讲述了IT 和其他行业“不一样”的原因：

第一，系统性：影响所有行业；

 

第二，关键性：影响信息和智能；

 

第三，无限可扩展性：拥有IT就掌握了经济的大脑；

 

第四，国家安全关联：军事上IT是核心竞争力。

正因为IT行业的特殊性，所以IT企业都具有超强竞争力。从2020全球总市值TOP20（上图）中可以看到，前7名都是互联网企业（IT企业）。除此之外，前20中还有两个非常高价值的IT企业：台积电和英伟达。

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IT的两个侧面

从1950年制造出世界上第一台商用计算机开始，IT不断对我们的世界带来颠覆性的改变。要研究IT，首先我们得理解IT。刘劲教授表示，IT分为“硬件”、“软件”两个方面，从层级归类又可以分为“基础层级”和“应用层级”。

基础层级：IT底层的架构，硬件的角度最核心的是芯片，软件角度最核心的是操作系统。

 

应用层级：硬件角度如5G技术、手机、电脑等；软件角度如操作系统、办公软件、云服务等。

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集成电路是主角

当前以移动互联网、云计算、新能源汽车为代表的新兴产业正在蓬勃发展，而这些企业的发展也将会成为推动半导体产业发展的新动力，半导体产业的发展已经成为世界各国的重点战略。

刘劲教授根据数据分析表示，集成电路是半导体产业中非常重要的部分，半导体产业中83%的市场份额都属于集成电路，其余17%则属于分立器件。集成电路和分立器件是半导体产业中最大的两个层面，其中商业价值最大的还是集成电路。

█ 集成电路下游的市场主要在哪里？

集成电路下游市场在过去十几年间有着巨大的变化。1998年，集成电路下游市场应用55%是计算机，18%是手机。发展到2019年，集成电路下游市场32%是计算机，40%是手机，手机的市场份额增长了2.2倍。

除了计算机和手机，电动车、数字电视、医疗等也是芯片的重要应用领域，物联网则是跨行业的拥有多应用场景的产品。

中国目前已经成为全球最大的半导体与集成电路消费市场，但是自给比例仅10%左右。在2017年全球半导体行业份额统计中，美国46%，韩国22%，日本10%，欧盟9%，中国当时只有5%。

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芯片的设计与制造

从半导体产业链角度来看，半导体材料和设备位于产业上游，是整个半导体行业的支撑产业，中游为半导体的制造，其中集成电路的制造最为复杂，又可以分为“设计-制造-封测”三个环节，而集成电路制造的资金和技术壁垒最高。

刘劲教授指出，芯片在实际应用前，有两个重要过程：

第一，设计芯片。

第二，制造芯片。

当前全球IC设计仍以美国为主导，我国只是重要参与者，尤其是在核心通用芯片设计领域，如CPU、存储器、FPGA以及高性能模拟芯片等领域占有率几乎为零。2019 年美国占据了全球IC设计行业65%的市场份额，居世界首位；中国台湾地区的市场占有率约17%，中国大陆的市场占有率为15%；两者位于第二、三位，但中国的技术含量比别的国家落后。

█ 技术上，中国受制于美国和西方国家

中国芯片制造受制于美国和西方国家，尤其体现在EDA软件。EDA软件全称为电子设计自动化Electronic Design Automation，是设计电子芯片必需的软件，包括IC电路设计、设计布线、验证和仿真，测试等所有方面。EDA是IC设计最上游、最高端的产业。

目前该行业存在着高度垄断，海外三大EDA软件厂商Synopsys、Cadence、Mentor占据了全球市场的64%，且垄断了中国芯片设计95%以上的市场。

EDA软件是工业化软件，壁垒不在于软件算法、模型，而是需要与国际上的晶圆制造厂合作，让铸造提供各种支持。这种合作的壁垒很高，对于铸造厂来说，需要投入相当大的资源和成本，没有动力去培养新的EDA合作伙伴。因为对铸造厂来说，培养新的EDA合作伙伴需要投入更多的资源，但是更多的EDA合作方并不能带来增量收入。

█ 另一个壁垒是IP核

芯片制造过程中，IP核是很重要的一步。IP核全称为知识产权核，是指已经过验证的、可重复使用的具有某种确切功能的集成电路设计模块。调用IP核能避免重复劳动，大大减轻工程师的负担，缩短产品上市时间。

刘劲教授表示，IP核的技术都掌握在西方国家，包括核心指令、语言、字母等。目前国内的公司都使用国外的IP核。

刘劲教授

█ 芯片和纳米

芯片是由晶体管组成的，14纳米、7纳米都指的是芯片的制程，在同样面积的芯片里，晶体管越多，内部电路越细密，芯片的性能就越强。先进技术节点工艺制程掌握在少数几个公司手中。

目前130纳米技术全球有近30个公司可以量产，但是到了14纳米技术就仅有6个公司可以量产，未来5纳米技术水平预计只有三星、台积电、英特尔三家有能力实现量产。

█ 封装与测试

中国公司在芯片制造领域并不是没有任何成就，中国封测产业已进入世界第一梯队。2018年国内封测三巨头长电科技、华天科技、通富微电在全球行业中分别排名第三、第六、第七。

封测是芯片制造里面的最后一步，同时科技含量和利润率也比前面制造要低一些。但是近年来受摩尔定律的影响，封装技术逐渐提升行业重要性。

█ 材料被日美垄断

难倒国内芯片制造的，不仅是单纯的设备问题，实际上是芯片生态。半导体设备技术难度高、研发周期长，国内厂商与全球领先企业差距较大。芯片行业的上游包括硅片、电子气体、光刻胶等，材料供应主要来自美国和日本。

刘劲教授表示，发展到现在，全世界已经形成了一个以美国为中心的全球化生态，欧洲、日本和韩国相对走在前列，在整个生态里面美国占绝对主导。目前所有国家使用的技术里面都包含美国的技术，只要美国下令进行禁止，上游的材料就被垄断了。

█ 中国存在的短板

集成电路经过几十年的发展到如今，中国正在奋起追赶，但明显短板有4个：

短板一：核心技术。没有自己的IP核，使用的都来自西方国家。

 

短板二：设计软件。目前中国企业无法赶上三大EDA公司（Synopsys、Cadence、Mentor）。

 

短板三：制造过程。设备、材料等都被日美垄断，中国缺少芯片制造生态。

 

短板四：标准。目前行业完全以美国为中心标准，要想重新建立起一套体系非常困难。

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国内操作系统发展现状

截至目前，中国国内仍没有一款能普及推广的自有操作系统。主流操作系统Windows、IOS、安卓都是美国公司研发出来的。这使得我国IT企业相较于美国企业缺乏核心竞争力，长久来看创新性也受到限制。

2019年，Windows操作系统的市场占有率高达87.7%，苹果占据7%，其他PC操作系统包括Linux/Unix等市场份额较小，只占5.3%。

刘劲教授表示，中国开发PC操作系统主要有三家公司：中标麒麟、银河麒麟、诚迈科技。中标麒麟和银河麒麟是国企，现已经合并，诚迈科技是一家民营企业，他们用的基础内核都是开源的Linux。

2019年中国市场运行Android操作系统的智能手机市场份额大约为75.44%；其次为iPhone市场份额约为22.49%。此前国内企业在操作系统领域，都是在谷歌的系统之上进行了一些定制。

另外就是服务器市场。在服务器领域，微软依旧是霸主，占据了近90%的市场，Linux整体仅有10%的市场。

总体来看，硬件和软件操作系统现阶段基本是以美国为中心的生态，国内企业要想发展，门槛特别高。

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技术脱钩之下，中国如何追赶？

结合国内IT企业目前的状况及整个行业的生态现状，刘劲教授认为在高科技领域里面，最难的是硬件。

他认为，目前IT科技是以美国为中心的全球生态，在技术脱钩的情况下，中国IT科技的风险在于关键技术受制于人。在供给端的作为肯定有用，但会很困难，需求端的刺激更为重要，但成本巨大。

追赶的要点是用生态对付生态，应该强调开源而不是国产，应努力打造开源（可靠）的国内与国际市场。

在未来，美国对中国高科技的限制会越来越多，从长远的角度来看，高科技国产替代是重要的资产配置方向。

课堂现场

王蔚 | 半导体行业的挑战、趋势与思考

在刘劲教授的IT行业系统性框架梳理之后，晶方科技董事长兼总经理、DBA七期班同学王蔚向企业家学者们真诚分享了公司十五年来的行业经验与面临的机遇挑战。

作为国内集成电路高端封装技术领域当之无愧的“领头羊”，晶方成立于2005年，是国内领先的集成电路高端封装技术创新型企业，主要为客户提供以WLCSP和FO扇出结构为基础的高集成度、微型化的半导体先进封装量产服务。

晶方科技长期专注于传感器芯片的先进封装技术，封装产品包括多种影像传感器芯片（CIS)，屏下指纹识别芯片，3D成像，微机电系统芯片（MEMS）、环境光感应芯片、5G射频芯片等产品。15年的时间里，开创性地做到了几个全球引领：

• 全球第一大影像传感器晶圆级芯片尺寸封装测试服务的提供者

 

• 全球唯一MEMS（加速度器）晶圆级封装量产服务的提供者

 

• 全球第二大生物身份识别芯片封装量产服务的提供者

与传统技术相比，晶方科技采用的例如TSV, Fan-Out, SiP，3D，Bumping，RDL等一系列先进封装技术，替代原来的以打线、基板和引线框架为基础的传统封装，能实现密度更高，尺寸更小，厚度更低，成本优势更佳的产品。

王蔚

谈及高新技术产业未来会遇到的挑战，王蔚坦言，10倍速变化因素会带来战略转折点。这些因素有可能来自竞争对手，也可能来自技术变革，还有可能是用户，或者是供应商，以及互补企业，甚至是营运规则。他以晶方科技的经验分析，作为一家成立了15年半导体企业，目前最大的挑战可能来自以下两个方面：

技术迭代的减速和停滞的挑战 （创新与突破的成本和难度越来越大）

 

外部宏观环境不断变化的挑战 （地缘政治摩擦导致的全球供应链重构）

有挑战就有机会，面对变化我们完全可以逆流而上。王蔚同学根据Gartner的数据预测未来10年突出的五个趋势技术：

1、传感和移动

随着传感技术和 AI 的发展，自主机器人将能更好地理解周围环境

 

2、人类能力增强

人类能力增强不是替代人类做决策，而是在他们执行任务时提供指导

 

3、 后经典计算和通信

 

更快的 CPU、更高的存储密度和不断增加的数据流量

 

4、数字生态系统

企业与更多的企业、人和物进行跨行业的共享和合作。而数字化生态系统正在分解这种传统价值链，发展出更无缝、更灵活的连接

 

5. 高级人工智能和分析

高级分析使用更复杂的工具对数据或内容进行自动或半自动检验

最后，针对目前中国集成电路的现状，王蔚同学提出了自己的几点看法和判断：

第一，集成电路的创新要从底层做起

像造原子弹那样集中国家力量来做，集成电路是成功不了的，创新来自底层，所以一定要鼓励底层创新。

 

第二，要消费

现在中国鼓励消费，鼓励消费电子的行业一定会发展。

 

第三，基础研究

集成电路领域中国现在“不行”的原因是基础研究不够，中国企业要想做好集成电路，必须把基础研究做好做强。

通过刘劲教授和王蔚同学的分享，可以看到目前中国IT行业已经拥有了一定的技术实力。虽然基础底层结构的核心技术还不够“硬”，但走在前沿的企业正在相继发力，更多技术上的壁垒也在逐步被打破，相信不久后中国的IT企业将会迎接崭新的格局，带领中国高科技产业步入下一个时代。