192-说透芯片

开篇词 | 为什么你一定要了解芯片行业

你好，我是邵巍，欢迎和我一起学芯片。

在这门课正式开始前，你可能会好奇我是谁，为什么是我来讲这门课。我先做个自我介绍吧，让你快速地了解我。

首先，我是个非常喜欢芯片行业的人。

正因如此，在我博士毕业之后，就进入芯片行业从事产品市场方面的工作，到了今年恰恰满 20 年，也算是个老人儿了。我前十年一直在做网络处理器，第一家公司是行业第一的巨型半导体公司 Intel，后来我又加入 EZchip。EZchip 是一家小而美的公司，一百多人凭借一款产品，就赢下思科、瞻博、华为、中兴这些大牌厂商。

在做了十年网络处理器之后，我加入 ARM，开始了十年计算生涯。ARM 是一家很独特的公司，在我加入之初，知道的人还不多。我在很长一段时间里公开演讲的开场白是这样的：“请大家拿出兜里的手机看看，如果不是 Windows Phone，那么很好，你就已经是 ARM 的用户了。ARM 在手机上可不仅仅有 CPU，还有 GPU、AMBA 总线……”

我在 ARM 工作了近 9 年，负责网络芯片和服务器芯片。ARM 这家在 CPU 知识产权领域排名第一，具有 40% 以上市场份额的公司，虽然只有上千人的规模，但是它出品了从 IoT，到手机，到服务器的全系列 CPU 产品矩阵，还有 GPU、配套的总线、接口、安全类的产品。按照 ARM 公司之前的统计，这世界每一秒就有 842 颗包括 ARM 知识产权的芯片诞生。

非常感谢 ARM 的上游公司特性，让我有机会从更大视角了解和分析芯片行业，广泛接触中国的芯片企业。最后一份工作我在阿里平头哥做了一年的产品经理，这段重回产品公司的经历也让我对行业的垂直方向有了更深刻的认识。

你大概可以看出来，我从芯片应用，反向走到芯片设计侧，也算是遍历了半条产业链。在不同的公司中，我获得了芯片完整生命周期的一手经验，包括从市场需求分析、芯片设计生产，到最终的市场落地。这些内容在我的脑海里构成了一张网，现在，我希望能成体系化地讲给你。

为什么你要学习芯片

聊完我自己，我再聊聊为啥想做这门课吧。其实有两个出发点：第一，关于芯片的讨论因为国家战略关系，已经从幕后走到台前，与我们日常生活休戚相关。对这个陌生的行业，你一定有很多好奇，而我作为行业内的人，想帮你构建一张行业全景图，形成俯瞰视角，可以从容面对行业起伏。

第二，对于中国人自己，了解芯片行业甚至加入芯片行业，入口在哪，各种机会在哪？我也希望能带着你顺着产业发展路线图走一遍，了解产业周期，抓住下一个破局点或者风口。

芯片行业，本来是一个藏在电子设备中的上游行业，但现在，却越发频繁地上新闻，成为焦点。从 2019 年华为被美国断供芯片，到台积电无法再为华为生产芯片，到中芯国际无法采购光刻机，到 2021 年我们更频繁地从新闻中听到，从各种公众号上看到：芯片缺货、产能紧张、汽车业受影响，甚至苹果也说 2021 年第二季度开始，库存耗尽，iPad 和 Mac 的供货要受到芯片短缺的影响。

对于这个行业，你也许会有这样的疑问：

什么是芯片，设计制造芯片的产业究竟是怎么运作的？一个芯片从构思开始，是如何装入手机，进入汽车，走进我们的生活的？

是哪些公司，在这个行业中奋斗？为什么在缺货的时候，不能迅速地增加产能，满足市场需求？这不是一个大好的赚钱机会么？

中国的芯片实力到底怎么样？中国的芯片产业是在什么时候落后的？又会在什么时候追赶上国际水平？

为什么华为被美国实体清单限制，最后落实在芯片上？华为有海思，海思已经是排名前二十的半导体公司了，为什么还会被制约住？

台积电究竟是一家什么样的公司，为什么美国政府要求台积电去亚利桑那州建厂？

……

希望我的这门课程，既可以给你一个完整的芯片行业全景图，也能解答上面的所有问题。

我想让你了解，芯片的设计和制造是人类历史上最复杂的研究和工程实践。一个芯片项目需要购买 IP、EDA 工具软件和昂贵的验证设备，涉及多个不同专业、人数庞大的工程团队的合作，设计制造周期通常长达 2 到 3 年，这导致芯片的一次性工程费用十分昂贵，动辄上千万人民币甚至上亿。

一旦设计出来，它的单片制造成本相对来说，又是非常低廉的，从 1 块人民币到几千块人民币不等。换句话说，边际成本非常低。因此它是一个有着极高科技和资金门槛，同时又极致追求规模效益的行业，一款好的芯片产品，可以物美价廉，做到全世界无国界通杀。

在信息技术高度发达的今天，不仅仅是做硬件设备的人，需要懂芯片。其实像操作系统、虚拟化技术、编译器等基础软件平台，和底层的芯片指令集都有着紧密耦合的关系。软硬件联合设计的强需求，把这个产业的竞争强度又提高了一个等级。

即使你是一个纯应用层的软件工程师，在追求极致性能的同时，也往往会涉及 Cache（缓存）设计，指令流水线设计等这种底层芯片知识。

更进一步，芯片才是每一行代码的最底层平台，了解芯片，了解芯片背后的公司，才能提前预判技术方向的转折点，才有助于把软件的效能发挥到最大。乔布斯曾经引用过计算机先驱艾伦·凯说过的一句话 “真正在乎软件的人，应该自己造硬件”。我们看到苹果也正是这样做的，它从手机做到了芯片。

很多行业的更新周期，其实溯源都是由芯片行业的摩尔定律推动的。例如信息时代的 5 次大发展：PC、互联网、智能手机与移动互联网、AI、5G，背后都是由芯片技术驱动的。芯片是赋能新信息技术、新数据技术和新商业生态的一个核心能力。

国家间的竞争，离我们其实很近

随着越来越多企业意识到芯片的重要性，越来越激烈的竞争也就开始了。

系统公司如苹果和华为，认识到芯片驱动系统的技术溢出能力，开始大规模投入自研芯片，构筑技术护城河。而互联网巨头，如谷歌、亚马逊、阿里巴巴、百度，为了巩固和发展自己的生态，构建核心竞争力，也开始投资研发芯片项目。

这些新加入的企业，如鲶鱼一般，为全球芯片行业带来新的活力。

芯片行业不但产品竞争是全球化的，而且产业链也是很早就全球分工的。20 世纪 90 年代，到 21 世纪的头十年，我国发展重心并不在芯片行业上，因此错过了半导体制造向亚洲转移的大好时机。

在既成的产业格局上，华为以及一众半导体设计公司，仍然抓住了互联网和智能手机的机会，特别是海思，凭借多年在通信行业的深耕，以及设备商的系统专业知识，成功打入了无厂设计公司的前十强。但是对于我国，这个超全球 1/3 的电子设备市场来说，芯片行业是落后于世界格局的，与我国的产业链极不配套，是薄弱点。

国家与国家的竞争，是端到端的产业链的全面竞争。芯片行业在整个国民经济中是基础性、战略性地位，不管是民生、国防、工业、航天等等，芯片出问题，就等于国家的心脏出问题，我们在实体世界做“新基建”，创造了超级多的世界第一，在信息世界，芯片人也正在用“基建狂魔”的精神，来进行长期的信息世界基础建设。

我相信，未来的十年是芯片行业的黄金十年，无论是企业还是个人，现在加入，刚刚好。

课程是如何设计的

要了解芯片行业，其实主要就是了解“什么企业 / 人在做什么事”。你需要知道这个行业 TOP 级的公司都做了哪些事，为什么它们能成功？太多有意思的历史和话题了。你还要了解芯片行业的底层逻辑和基本运作过程，包括一些核心概念，以及芯片的分类，芯片的制造，芯片的运作，来形成基础认知。最后，我想，对于中国的发展机会，是一定要展开讲讲的，知己知彼，才能百战百胜。

依据这样的思考，我把专栏主要分为三个模块：

模块一：芯片基础知识

这一模块，我会带你了解行业的底层逻辑和基本运作过程。 首先从晶体管、集成电路、摩尔定律三个概念开始，带你了解芯片行业的底层逻辑。接着，我会通过拆解一部 iPhone 手机，带你看看芯片的分类，同时给你提供一张芯片行业的专业分类图。心中有这张图，你至少是一个芯片行业初级市场研究人员的水平了。

最后我会带你走一遍，一颗芯片从市场需求分析，到设计制造的整个流程，这是行内人的日常工作，也是产品流程。相信你学习完这部分内容，对芯片行业，就有了一个扎实的基础认识。

模块二：行业 Top 10 厂商

这一模块，我会带你了解行业前十的优秀企业和行业成功密码。 包括常年霸榜冠军 Intel、拥有完整产业链能力且是存储第一的三星，以及整个行业当前的摩尔定律守护者台积电，它们三个也基本上是常年行业前三。

另外，我还会着重分析两个非常有特色的公司，一个是市值超越 Intel 的英伟达，另一个是德州仪器，这个行业里最老牌的一家公司，在三次华丽转身之后，牢牢地占据了模拟器件的第一。最后我也会介绍一下你可能没太听过但也很厉害的公司，包括美国双通，也就是高通和博通，和欧洲双雄，即恩智浦和英飞凌。

模块三：中国的机会

最后一个模块，我们聊聊中国的机会。 无论是理解行业，还是通览行业优秀企业，我们最终是要解决中国的芯片问题，并在解决问题的过程中，与中国芯片行业共同成长。我们常说“危机”这个词，危险与机会，总是同时存在的。在这一模块，我会从中国芯片的行业历史开始，分析现状和就业、投资机会。

未来的十年是中国芯片行业的黄金十年，希望我的这门课，能给你扫平一些认知上的障碍，解决专业上的难点，打开参与这个快速发展行业的机会之门。当然，这个专栏其实还展示了我对芯片行业的研究方法，如果你能从中有所得，并应用到其它的行业分析中，那就是锦上添花，好上加好了。

最后，期待你和我一起探讨芯片相关的各种话题，我会在评论区等你。

01 | 核心概念：从晶体管到集成电路到摩尔定律

你好，我是邵巍。

在一开始做这门课程的时候，极客时间的编辑就问我，“邵老师啊，这芯片和半导体是不是一回事儿呢？怎么我有时候听人说芯片行业，有时候又听人说半导体行业，好像他们说的都是一回事？”

不知道你是不是也有这样的问题。其实啊，这问题很简单，芯片和半导体是同一个事物的两个名字，芯片是半导体产业的产品，半导体是用来做芯片的材料。这个行业，通俗一点，就叫芯片行业，学术一点就叫半导体行业，相当于土豆和马铃薯的区别。

半导体产业是电子产业的一个分支。如果你想入行，可以读电子工程系的微电子专业，或者集成电路专业，前者毕业可以从事芯片制造，后者毕业可以从事芯片设计。而如果你想入门，那我就凡尔赛一下，你听我的课就足够啦。

今天是咱们整个课程的第一讲，我们不急着发散到芯片的具体技术细节和行业趋势，转而，我想带着你从三个基础概念开始，咱们先把半导体产业发展的底层逻辑弄明白。 这三个概念分别是晶体管、集成电路和摩尔定律。

我们先从晶体管和集成电路这两个名词解释开始。注意，这可不是简单的两个名词，它们的背后可是两个诺贝尔物理学奖和整个行业发展史。

晶体管

想了解晶体管，你得先了解它的“前身”——电子管。电子管是中文翻译后的名称，英文原文其实是真空管。从这个名字，你可以想象，它其实是把参与工作的金属薄片，也就是电极，封装在一个真空的容器内，真空容器一般指的是玻璃瓶。

如下图所示，电子管长这个样子。它其实是爱迪生发明灯泡时的一个连带发现。

整个电子行业，并不是从芯片开始的，而是从电子管开始。电子管最鼎盛时期的代表作，就是世界上的第一台电子计算机。这台 1946 年诞生的电子计算机，占地 150 平方米，重达 30 吨，里面的电路使用了 17468 只电子管、7200 只电阻、10000 只电容、50 万条线。

这台计算机虽然运算速度不快，但基本具备了现代计算机的主要结构和功能，这也是电子管能达到的最高成就了。其实从上图你也可以看出来，电子管最大的缺点就是，真空容器对于电子产品来说体积太大了。

如果人类停留在电子管技术上，所用的电子设备，就会因为需要多个真空电子管而变得体积庞大，成本昂贵，还需要轻拿轻放。

人类的电子世界，需要另点新的科技树了。

这个时候，科学家们开始积极寻找可以取代电子管的固体元器件材料：一种合适的半导体。

什么是半导体呢？官方说法，半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的一类材料。简单地说，导体导电，绝缘体不导电，而半导体，在不同电流控制下可以表现出不同的导电，或者不导电的特性，这个特征和真空电子管做电信号放大器的特性吻合，因此半导体可以被用来做固体电子元器件的材料。

如果是学习微电子专业的大学生，应该有一门专业基础课叫《半导体物理》，基本上就是讲解半导体材料的结构、电学特性、光学特性等，然后利用这些特性做各种类型的半导体元器件，这是一本充满物理公式的、劝退式的教科书。

不过，这种物理原理就留给专业的人士研究吧。我们普通人，沿着技术发展的主干理解结果就好了。毕竟科学家、技术专家们的工作目的，就是让我们这种普通人也能方便地使用复杂高深的技术。

科学家们对半导体材料的研究结果就是，半导体晶体管复刻了真空电子管的功能，可以全面地取而代之。使用半导体材料制成的晶体管，最大的优势就是可以不断缩小尺寸， 这为电子设备的微型化提供了可能。

更小的体积、更快的速度、更可靠的稳定性，让半导体做的晶体管取代电子管成为了整个电子行业的基本元器件。这也是晶体管被称为是二十世纪最重要发明的原因。发明者肖克利、巴丁、布拉顿三人因此获得了 1956 年的诺贝尔物理学奖。

集成电路

有了晶体管，集成电路也就成为可能。

把多个晶体管和其它的电子元器件小型化，微型化集成在一起，以减少电器的大小，这个思路就是集成电路。关于两者的关系，你可以理解为，集成电路就是由大量晶体管搭建的。严谨一点说，集成电路的最小单元是逻辑门，逻辑门是由晶体管搭建而成。可以说，半导体行业，就是拿晶体管去堆集成电路的行业。

现代的集成电路是由德州仪器的工程师杰克·基尔比在 1958 年发明的，当时发明的是锗集成电路，他本人也因此荣获 2000 年诺贝尔物理学奖。这里我还想提一个人，Intel 的第一任 CEO 罗伯特·诺伊斯，他后来发明了现在应用更广的硅集成电路，让集成电路真正进入了商用时代。可惜诺伊斯在 1990 年早逝，没有领到诺贝尔奖。

在点开晶体管、集成电路这个全新的科技树之后，半导体行业，就走上了缩小晶体管体积 -> 扩大集成电路规模 -> 构建性能更强价格更优的电子设备 -> 再次缩小晶体管体积 -> 构建更大规模的集成电路支持更多功能 -> 构建新一代性能更强价格更优的电子设备的高速路。

对于集成电路的发展你可以看下图，在最初的 20 年，集成电路的规模迅速扩大，单个集成电路可以集成的晶体管数目从 1 个发展到上百万个，增长了 10 万倍，而且增长势头不减，超大规模集成电路、特大规模集成电路、巨大规模集成电路... ... 形容词都不够用了。

后来，业界索性放弃用集成电路的规模来定义行业发展阶段，而改用晶体管的特征尺寸来标识。你现在听到手机芯片的 28nm、20nm、14nm、10nm、7nm、5nm，这些数字都是晶圆工厂的制造工艺的名称，虽然并不直接代表晶体管的尺寸，但也是有所关联的。工艺制程的数字越小，意味着晶体管体积越小，这样单位面积可以集成的晶体管数目就越多，也就是所谓的晶体管密度高。

下图是用制造工艺名称来标识的半导体行业发展路线图。横坐标是时间轴，纵坐标是工艺制程。你可以看到从 1987 年到 2019 年，制造工艺从 3 微米发展到了 5 纳米。

你可能要问，这个制造工艺代表什么呢？我给你举个例子，对于 iPhone12 里用的应用处理器 A14，我们一般都说是 5nm 的工艺。行内的人会留意到这是一个用台积电 N5 工艺生产的，面积为 88mm² 的芯片。N5 工艺指的就是台积电 5nm 工艺。

苹果披露 A14 应用处理器是一颗集成了 118 亿个晶体管的芯片。如果是关心制造工艺的人，就会算一下，台积电 N5 工艺，官方的晶体管密度是 173 MTr/mm2，就是每平方毫米的面积上可以集成 1.73 亿个晶体管。那么苹果在 88 平方毫米的面积上集成了 118 亿个晶体管，是相当不错的数字了，算是非常高效地利用了最先进工艺带来的高密度。

当然，评价一颗芯片，不能这么简单地只看晶体管密度，至少还要看 PPA 衡量标准，也就是 Power 功耗、 Performance 性能、Area 面积，这是后话，在接下来的课程中我会再讲到。

到这里，你已经了解了，半导体的发展得益于晶体管和集成电路的发明，然后集成了芯片，半导体产业发展正式开始或者说拐点到来了。而接下来摩尔定律的提出，则是描绘了半导体产业发展的图景，成为产业发展的推动力。

摩尔定律

看到上面那张图的时候，或者你听到我说 28nm、20nm、14nm、10nm、7nm、5nm 这组数字的时候，你心中或许有疑问，为什么选这些数字？有什么规律么？你问到重点了。基本上这是个相邻两个数字差 0.7 倍的数字序列，你看，10nmx0.7=7nm，7nmx0.7≈5nm，都是这样的规律。如果把晶体管的特征尺寸理解成正方形的边长，边长缩小 0.7 倍，0.7x0.7=0.49，那么一个正方形的面积就相当于小了一半。

这种相差 0.7 倍的数字序列，想表达的意思就是，在 5nm 制造工艺下，晶体管的体积应该是前一代 7nm 工艺的一半，换另一个数据来说就是晶体管密度可以高一倍。前面说台积电 N5 工艺的密度是 173MTr/mm2，N7 是 96.5MTr/mm2。如果再加上时间轴的描述，你会发现台积电在 2018 年开始量产 N7 工艺的芯片，2020 开始量产 N5 工艺的芯片，两年工艺一更新。到这里，恭喜你，你已经自行发现了半导体行业的黄金定律：摩尔定律。

摩尔定律是由英特尔公司联合创始人戈登·摩尔提出的概念，定律本身很简单：半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每隔 24 月增加一倍。 从上面的推导过程，你可以知道，是晶体管的特征尺寸每代缩小 0.7 倍，因此单位面积可以集成的晶体管密度可以提高一倍。你可以在行业里的每一条产品线，每一个公司的发展历史，每一次技术革新背后看到摩尔定律的影子。

这里澄清一下，摩尔 1965 年初次发表的时候，说的是每年增加一倍，后来 1975 年正式发布论文的时候，修正为每两年增加一倍。也有行业内的人，重新估算过，18 个月翻倍更准确一点。

写到这里，你可能要说了，定律清晰，数字清晰，但是它的意义是什么呢？多一倍的晶体管密度，意味着什么？对于普通大众来说，其实你应该能感知到电子产品性能和价格的改变：微处理器的性能每隔 2 年提高一倍，或价格下降一半。延展到具体设备层面，就是相同价格所买的电脑，性能每隔 2 年增加了一倍，或者旧电脑型号，每隔两年价格减半。

为此，Intel 公司还给了一个生动的例子：1978 年从纽约飞巴黎需要 7 个小时，花费 900 美金。如果航空公司同样遵循摩尔定律发展的话，当大家选择机票价格不变，飞机的飞行性能每隔两年提高一倍，那么到 2005 年就会只需要 1 秒钟。或者如果大家选择飞机性能不变，即飞行时间仍然是 7 个小时，而机票价格每隔 2 年下降一半，那么到 2005 年，机票就只需 1 美分。

这样你对摩尔定律下的科技发展速度有概念了吗？

其实我们买的电脑，或者手机，基本上是价格不变，但是性能每隔 2 年会增加一倍。只是电脑或者手机性能的提升，没有飞机的飞行时间那么直观罢了。

到这里，我想告诉你，摩尔定律，它不是一个物理定律或者自然界的规律，换句话说，它不是一定会实现的。它是一个关于人类创造力的定律，是具有经济学基础的对未来的一个预测。企业按照摩尔定律，提升制造工艺，缩减晶体管尺寸，生产出性能加倍或者价格减半的产品，市场要给予正向的经济回报，让企业有足够的利润投入下一个阶段的研发生产中。这个循环要正向运转起来，才有摩尔定律。

但是很有意思的是，从 1975 年提出摩尔定律之后，半导体行业基本完美地自证了这个定律。你可以看上面那张用制造工艺名称来标识的半导体行业发展路线图，每 2 年都有一代新工艺出现，晶体管的面积尺寸每 2 年都在缩小一半。

再看看下面这张业界著名的摩尔定律图，这张图里横坐标是时间轴，纵坐标是一个实际的芯片产品所集成的晶体管数目，这意味着不仅仅技术上可以制造出密度翻倍的芯片，而且半导体公司能充分使用多出的晶体管，来设计出性能更高功能更强的芯片，并实现其经济价值。

某种程度上，你可以用摩尔定律当尺子丈量半导体行业内的技术进步、产品迭代、公司发展。跟上摩尔定律的，就可以打一个“good”的标签，落后于摩尔定律的，可以给一个“？”，超越摩尔定律的，可以打一个“行业赢家”或者“very good”的标签。

例如台积电一年一次工艺提升的稳定输出，苹果每年一代新的芯片，这些就是“good”的公司。

而以英伟达 Nvidia 为首的 AI 公司，提供的算力以 2 年 10 倍的超摩尔速度增长，可以说“very good”。还有一些公司，开始说“摩尔定律在变慢”，因为它们 5 年才出一代新工艺，属于自己掉队，然后还想通过改规则，掩耳盗铃。嘻嘻，我就不提名字了。

上面我也说了，摩尔定律它不是一个自然规律，而是人类创造力的定律，因此如果我们对自己有信心的话，给摩尔定律续命的方式多得是。例如，在设计和制造两个环节已经被充分挖掘了之后，一直被认为是技术门槛较低的封装环节，也开始技术创新加速。2.5D、3D 等异构封装技术遍地开花。

IT 行业总体来说是一个高速发展的行业，在这个行业中，是摩尔定律推动着我们马不停蹄地前进，不进则退。

总结

学习完这一讲，对于晶体管、集成电路和摩尔定律对半导体产业的意义你有概念了吗？晶体管和集成电路的出现开启了半导体产业的发展，而摩尔定律则推动着这个行业不断向前。

我们再来复习几个重点，希望你能记住，也能给别人讲一讲这些概念：

电子管开创了电子时代，人类的第一台计算机是拿电子管搭建的。半导体晶体管，复刻了电子管的所有功能，但是点开了“可以持续缩小体积”的科技树，即集成电路。

晶体管，集成电路，这是半导体行业的两个基础发明，有两项诺贝尔奖加持。

摩尔定律的背后推手是晶体管尺寸的不断缩小，因此单位面积可以集成的晶体管数目在不断增多。摩尔定律对电子行业的影响就是微处理器的性能每隔 2 年提高一倍，或价格下降一半，再向设备侧延展，就是相同价格所买的电脑，性能每隔 2 年增加一倍。

思考题

如果你时间 OK 的话，可以在评论区给我留言，谈谈你对摩尔定律的理解。比如知乎上就有人说，摩尔定律其实只是一种宣传手段，它是过去几十年间半导体行业内达成共识的一个很好的“噱头”。你认同这种说法吗？你有自己的认知吗？欢迎交流。

02 | 从一部iPhone手机看芯片的分类

你好，我是邵巍。在上一讲中，我给你介绍了三个半导体行业的基本概念，让你知道晶体管和集成电路是支撑半导体行业发展的两个基础发明，摩尔定律是丈量行业进步的重要尺子。

这一讲，我想和你聊聊半导体，也就是芯片的分类，来看看芯片可不只是你脑袋里想象的小硅片，它的类型非常多。

在正式开始这一讲之前，我想要问你个问题，“你知道芯片和集成电路是什么关系吗？有人说，芯片和集成电路就是一回事，只是两个不同的名字罢了，你认同吗？”

这个问题很重要，我建议你先停下来花一分钟想想你的答案。

过去几年里，总是会有同事、朋友问我这个问题。不信你随便一搜，网上怎么说的都有。放心，今天，我给你的答案，绝对是最准确和客观的。

首先，我可以负责任地告诉你，芯片肯定不全是集成电路。芯片里面，大约只有 80% 属于集成电路，其余的都是光电器件、传感器和分立器件，行业内把这些器件称为 O-S-D（Optoelectronic, Sensor, Discrete）。

集成电路你已经学过了，它是由大量晶体管组成的。那光电器件、传感器、分立器件又是什么呢？一下子整出来这么多概念，是不是很晕。

哈哈，别急，下面会讲到。做这节课的时候，编辑就和我说了，老师，咱们可别孤零零地讲概念，用户没办法记住。我们讨论之后，决定拿你最熟悉的手机来举例子，以帮助你建立直观的认识。

所以，今天这节课，我会通过“拆解”一部你熟悉的 iPhone 手机，来和你聊聊芯片的分类。学完这节课，你就可以对半导体行业的主要产品品类有基本概念，同时也会对一部 iPhone 都用了哪些芯片产品有一个初步的印象。

为了方便你理解，我按照半导体行业的专业分类方式，做了下面这张行业分类图。图里的数据都来自半导体行业权威的市场研究机构 IC Insights 的最新市场统计。能把这张图和别人讲清楚，我觉得你至少是一个半导体行业初级市场研究人员的水平了。

有这张图还不够，我另外整理了一张 iPhone X 物料表，在正中间那一列，我标明了每个物料所属的半导体种类。而且这张表的顺序，跟前面的分类图，基本上可以一一对应起来。考虑到公开信息的准确性，这张表我参考了知名市场研究机构 IHS Markit 的 iPhone X 拆解报告。

表格的第二列，也就是功能描述部分，我对部件做了解释，你一定要花 2 分钟时间整体对照理解下。

对照完两张图，从宏观看，有两个信息你需要关注：

第一，一部手机 80% 都是集成电路。所以，苹果是半导体产品全球排名第一的买家，这个就不难理解了吧？

第二，一部 iPhone 几乎把前面分类图中的重要品类都用到了。你看，手机一点都不简单吧？

现在，有了一张半导体产品分类图，一张充满半导体元器件的物料表，下面我们就顺着这两个线索，逐一地讲解一部 iPhone X 所用到的半导体产品。

iPhone X 手机处理器：A11

我不知道你还记得吗？2017 年秋天苹果发布 iPhone X 的时候，亮点之一就是这款手机搭载了 6 核心 64 位的 A11 处理器。当时，苹果公司高级副总裁评价说，这是一款智能手机到目前为止所能拥有的最强劲、最智能的芯片。

上面这张图是 iPhone X 的主板，顾名思义，就是有主处理器的板子。在主板上，带着苹果 Logo 的那个部件就是苹果自研的应用处理器 A11。它在分类之中，属于集成电路 IC-> 数字 IC-> 逻辑 IC-> 处理器 -> 应用处理器。

这里注意，我们在说应用处理器的时候，也常用它的英文缩写 AP（Application Processor）。

在物料成本表里，你可以看到，因为是苹果自己开发，找台积电代工，成本只有 27 美金。那如果不找台积电代工，而是全部采用高通旗舰芯片的话，同等性能配置下，成本大约都在 80 美金以上。算一算，苹果一年卖 2 亿部手机，一部手机省 50 美金，一年就能省 100 亿美金。

这么一算，你应该能明白苹果为啥要自己设计手机 AP 了吧？

从技术上，再看一下 A11 这颗处理器的细节，它集成了 6 颗 ARMv8 的 CPU 核，2 大 4 小；3 颗 GPU 核，一个神经网络处理器 NPU 用来加速人工智能算法，一个（照相机）图像信号处理器 ISP。这是一颗高度集成的 SoC (系统级芯片，System-on-Chip)。

高度集成也是手机芯片的特点，像在 PC 或者服务器上，CPU、GPU、NPU 往往是三颗独立的芯片。对于 iPhone 手机来说，整个 iOS 系统都是跑在应用处理器上的，可以说手机中最重要的一颗芯片就是应用处理器了，系统是否顺滑，游戏是否顺畅，全看应用处理器的芯片。这也是苹果、华为、三星都要自研应用处理器的原因。

iPhone X 的两大存储芯片

在 A11 下面其实还压着一个存储芯片 DRAM（动态随机存取存储器，Dynamic Random Access Memory）。存储芯片，顾名思义，就是存储数据的芯片，也叫存储器。手机中的全部信息，包括输入的原始数据、应用程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。除此之外，iPhone X 还有一块重要的存储芯片，就是在下图中最大的一块芯片，东芝的 NAND Flash。

DRAM 和 NAND Flash 的区别很好理解，我类比下。在 PC 机上，我们俗称的内存条，其实就是 DRAM，固态硬盘（SSD）就是 NAND Flash。

在分类之中，属于集成电路 IC-> 数字 IC-> 存储 IC->DRAM & NAND Flash。

存储的分类，如果按技术类型，我可以给你列一个长长的单子。但是，我们可以偷巧地只看用量最大的两个主要品类 DRAM 和 NAND Flash。那些技术名词留给行业人员自己 battle 用吧。

为什么只看 DRAM 和 NAND Flash 就可以？再回到第一张分类图，我们可以看到从存储芯片的产值构成来看，DRAM 约占这个存储芯片市场的 53%，NAND Flash 占比 45%，NOR Flash 与其余占比约 2%，完全可以忽略。

DRAM 存取速度快，因此手机运行时的数据，都存放在 DRAM 中，方便应用处理器随时存取。这也是 iPhone X 的应用处理器和 DRAM 紧密贴在一起的缘故。而在最新一代的苹果应用处理器中，采取先进封装技术，干脆把 DRAM 和 AP 封装在一起，更加紧密了。

NAND Flash 存储容量较大，而且掉电之后数据也不丢失。因此手机里的照片、记事本，都装在 NAND Flash 里。iPhone X 配的是 4GB DRAM、64G/256G NAND Flash。

介绍完 iPhone X 的应用处理器和存储芯片，再回去看一眼第一张分类图，你会发现，你已经大概理解其中占比 70% 的数字集成电路了。在开始讲剩下的 30% 之前，我想从专业的视角，把数字 IC、各类处理器和存储芯片等相关概念再解释一下，以帮助你更好的理解。

数字 IC

集成电路的英文是 Integrated Circuit，数字 IC 就是数字集成电路。回到专业视角，如果从用途上分类，数字集成电路可以简洁地分为，做计算控制的逻辑芯片和保存数据的存储芯片。不过业界习惯，把标准程度非常高的 CPU、GPU、MCU 合并为 MPU 微处理器来单独统计，把应用相关度高的 ASIC（下文会解释）和 SoC 算作逻辑芯片。

CPU：计算设备的运算核心和控制核心

CPU（Central Processing Unit）是计算设备的运算核心和控制核心。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU 的标准性很高，是最能体现摩尔定律的产品。

苹果的手机应用处理器，永远使用的是最顶级的工艺。iPhone X 的 A11，在 2017 年上市的时候，就用了当时最先进的 10nm 工艺。到了 2020 年，苹果的应用处理器都已经用上 5nm 的工艺制程，桌面和服务器端才跟进到了 7nm。

GPU：图形处理器

GPU（Graphics Processing Unit）也叫图形处理器，主要用来满足图像计算要求。相对来说 CPU 擅长逻辑判断和串行数据运算，而一个图片的每一个像素都需要相同的计算处理，GPU 就擅长图形计算这种并行的任务。因为 GPU 这种并行度高的特征，在品类上还衍生出弱化图像能力，专注于计算的通用 GPU。一般来说，通用 GPU 的数据处理性能是 CPU 的 10 倍、20 倍，甚至更高。

作为加速器存在的 GPU，比 CPU 还要激进。摩尔定律中处理器性能每隔两年翻 1 倍，而英伟达的 CEO，Jason Huang，归纳说 GPU 将推动 AI 性能实现每年翻 1 倍，这个规律还被业界称为黄氏定律。

ASIC：为解决特定应用问题而定制设计的集成电路

为解决特定应用问题而定制设计的集成电路，就是 ASIC（Application Specific IC）。当 ASIC 规模够大，逐渐通用起来，某类 ASIC 就会有一个专有名称，成为一个品类。例如现在用来解决人工智能问题的神经网络处理器。

标准的 CPU 芯片，往往要配上不同的外围芯片，比如 Intel 管理外设的芯片组 Chipset，加速图形的 GPU，这样才能构成系统。而随着工艺制程的不断演进，我们有能力把越来越多的外围芯片集成进 CPU 芯片中，于是就有了 SoC。SoC 因其高集成度、高效率的特点，是目前 IC 设计的主流。SoC 也算是 ASIC 的一种。

相较于我们常见的 CPU、GPU 等通用型芯片，ASIC 芯片的计算能力和计算效率都可以根据特定的需要进行定制，定制么，肯定体积小、功耗低、计算效率高，在这些方面有优势。但是缺点就是入门门槛高，这里的门槛，包括资金、技术，还有时间。

存储芯片：DRAM 和 NAND Flash

前面有介绍，数字 IC 中 2/3 是逻辑芯片，1/3 就是存储芯片。存储芯片就两个主要品类 DRAM 和 NAND Flash，占了 98% 的比例，其余可以忽略不计。

存储芯片在设计方面跟前面的 CPU、GPU、ASIC 这类逻辑芯片有很大不同。CPU、GPU、ASIC 重在功能设计、逻辑设计。而存储芯片的设计比较简单，基本都是重复单元，但是对时序和布局布线有挑战性。

好了，专业概念到这里就告一段落，让我们再回到 iPhone X 的物料表，讲一讲剩下 30% 的事情。存储芯片之后我列了三行模拟芯片，有射频芯片、电源芯片。那么为什么它们会被归类到模拟芯片，什么是模拟芯片呢？

iPhone X 中的模拟 IC

上面我提到数字 IC 的时候没有展开讲概念，这里你可以跟模拟 IC 对比来看：处理数字信号的就是数字 IC，处理模拟信号的就是模拟 IC。它们两个是相对的。其实如果要逻辑严密，集成电路的分类应该还列上数模混合 IC 共三种，而实际上你可以理解为，以数字电路为主的归类到数字 IC，以模拟电路为主的归类到模拟 IC，两大类方便你记忆。

数字 IC 基本上是一个追逐摩尔定律的品类，尽量采用最新工艺，利用新工艺制程带来的晶体管密度的提升，来提高性能同时降低成本。

相对来说，模拟 IC 则更多的追求电路速度、分辨率、功耗等参数方面的提升，强调的是高信噪比、低失真、低耗电和高稳定性，因而产品一旦达到设计目标就具备长久的生命力，生命周期可长达 10 年以上。行业里有“一年数字，十年模拟”的说法。

那么，数字信号和模拟信号又是什么？

简单来说，0 和 1，就是数字信号。而声音、光、气压、无线电信号（Radio Frequency，也被翻译成射频，射频信号），这些现实中的信号，基本上都是连续的信号，而不是简单的用“有 -1”，“无 -0”来表示，它们都是模拟信号。

数字 IC 这块，你好歹在日常中有见过、听过，甚至买过。而对于模拟 IC，你可能就不熟悉了。但手机其实就是一个大量使用模拟 IC 的电子设备。如果按照整个半导体行业的出货量来看，模拟 IC 的数量是超过数字 IC 的，但是单价不高，因此在销售收入上占比也不高。

看下图，Quadplexer 四路复用器芯片，实现手机芯片频段载波聚合功能，载波聚合，是一种增加传输带宽的手段，把几个分散的频段通道整合成为一个更宽的数据通道；RF Switch 射频开关芯片，处理无线信号通道转换；NFC 芯片，用来处理近距无线通讯信号的；Wireless Charging 芯片，这个你熟悉，支持无线充电；还有 Audio Amp 音频放大器芯片等等，这些就都是在 iPhone X 中的模拟 IC。

总的来说，射频器件、电源管理装置和数模 / 模数转换器是模拟 IC 的三大主要产品。

射频器件是处理无线电信号的核心器件，包括 5G 信号、蓝牙、WIFI、NFC 等，凡是需要无线连接的地方必备射频器件，手机是射频器件的一个重要应用场景。

任何电子设备都需要电源管理装置。电源管理芯片的任务就是完成电能的变换、分配、检测及其它电能管理。电源管理芯片占模拟芯片销售份额接近三成。射频芯片和电源管理芯片在手机里非常重要，你可以对着物料表，找一找。

模数和数模转换器是模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路。A/D 是模拟量到数字量的转换， D/A 是数字量到模拟量的转换，它们的道理是完全一样的，只是转换方向不同。例如我们要播放一首歌曲，歌曲是以数字形式存储的，手机经过一系列的数模转换，把数字信号变成连续的声音信号，通过麦克风播放出来，这就是一个 DAC(Digital to Aanalog Controller, 数模转换器) 数模转换过程。

一个小知识点，模拟 IC 的设计涉及了更加复杂的信号环节，并且其设计的自动化程度远不及数字 IC，通常需要大量的人工干预决定取舍。相对于数字 IC，模拟 IC 的设计对工程师的经验，权衡矛盾等方面的能力要求更为严格。所以，模拟 IC 设计被称为一门艺术。

好，到这里，你已经了解了集成电路的分类，包括数字 IC 和模拟 IC，关于半导体 80% 的内容我就讲完了。剩下的近 20% 就是我们开头提过的 O-S-D 器件。

iPhone X 的光电器件、传感器和分立器件

回顾一下，在开篇我就介绍了，半导体产品超过 80% 是集成电路芯片，其余的是光电器件、分立器件和传感器，行业内称为 O-S-D。

集成电路，就是数字 IC 和模拟 IC。用一个手机来理解，数字 IC 就是手机处理器，模拟 IC 就处理那些射频信号的芯片。那么光电器件、传感器、分立器件又是什么呢？

iPhone X 用的三星产的 AMOLED 手机屏，就是光电器件。

手机里的 6 轴加速器 / 陀螺仪、电子罗盘、颜色传感器、气压传感器等都属于传感器。

分立器件，其实就是单独包装的晶体管。多个晶体管集成起来，就是集成电路，而仍然单独封装的晶体管，就是分立器件。我看过一份资料，在 2004 年，手机上有 300 多个分立器件，现在么，这个确切的数字已经查不到了，能集成在一起的都尽量集成起来了。

到这里我用一部 iPhone X 举例，把半导体产业的几大产品品类：CPU、GPU、ASIC、SoC， DRAM、NAND Flash、射频 IC、电源 IC、数模 / 模数转换 IC，以及光电器件、传感器等，串讲了一下，希望你对整个行业能有个初步的认识。

总结

学习完这一讲，我们来复习几个重点：

在半导体行业中，超过 80% 的产品是集成电路芯片，因此我们在日常中常把芯片、半导体、集成电路三者混用。但其实，集成电路之外，半导体产品还有光电器件、传感器和分立器件，行业内称为 O-S-D；

集成电路芯片主要分为数字 IC 和模拟 IC，数字 IC 强调运算速度，模拟 IC 强调高信噪比、低失真、低耗电和高稳定性，生命周期更长；论销售额，数字芯片有绝对优势，但是如果论出货量，模拟芯片量大过数字芯片。

数字 IC 中主要就是 CPU 处理器和存储器。CPU 是重中之重，行业明珠的地位。无论是 Intel，还是苹果，都是靠 CPU 站在行业第一的位置的。

一部 iPhone 手机，基本上用到了半导体产品的全部种类。一部小小的手机，是整个行业的缩影。选车要看发动机，我希望你在选择下一部手机的时候，也能看看它的芯片。

最后，我希望你能记住最开始的那张图，那是业内最权威的分类方式了，我为本次课程特别制作，独此一家，别无分店。

另外附上 TechInsights 的 iPhone X 拆解原文链接。原文非常详尽，我的重点在于讲解半导体的分类。有所省略。

思考题

在手机行业中，有两个公司掌握了真实的每个手机厂商的出货数字，你能猜出来是哪两个公司么？欢迎你在评论区与我交流。如果你觉得这一讲不错的话，也欢迎分享给更多的朋友一起阅读。

03 | 芯片设计：一颗芯片到底是如何诞生的（上）

你好，我是邵巍。

上一讲我介绍了一下半导体产业都有什么样的产品，并且通过拆解一部 iPhone，给你展示了一部手机都需要用到多少芯片。

那么这一讲我们来聊聊，一颗芯片，是如何诞生的呢？其实一颗芯片项目就是一个标准的产品项目，项目的起点是市场需求分析，接着是设计和制造，如果产品成功完成了商业落地，那么就可以开启下一代产品的迭代升级新周期了。

为了方便大家记忆理解，我做了一张完整的流程图。重点有市场需求分析、芯片设计、晶圆制造、封装测试这四个流程，最后，封装测试好的芯片成品会交给设备厂商，完成电子设备硬件的制造组装和软件安装。

你一定要记住这张图，基本上它对所有的电子设备，从指纹密码锁，到手机、PC、服务器，甚至超级计算机，都是适用的。

因为这个流程比较长，我把它拆成了两部分，这一讲重点放在芯片的设计，下一讲我们再来看芯片的制造。

如果只看芯片设计，它主要包含需求分析、架构设计、逻辑设计、物理实现和验证等几个部分。

如果说芯片项目和其他产品项目有什么不同，那就是芯片项目是人类历史上最细微也是最宏大的工程，研发投入大，项目收益高，试错成本极高。

以 iPhone 的 A11 应用处理器为例，这颗处理器包含 43 亿的晶体管，工程师们要在有限的项目时间内，实现手机应用处理器所需要完成的功能任务，还需要在 88mm² 指甲盖大小的面积下放置下 43 亿晶体管和它们自己的连线，再要经过缜密的验证工程，以保证它在 2 亿台手机上都能正常工作 2-3 年。

有人说芯片是人类造物的巅峰之作，我是非常认可这种说法的。

像 A11 处理器这样一个项目，它的商业价值有多大呢？我来给你算算。苹果每年的手机销售约为 2 亿台，按照上一讲我提供给你的 iPhone X 物料表，A11 价值 27 美金，乘以 2 亿台手机那就是总共价值 54 亿美金。

苹果的应用处理器是自己设计，委托台积电代工的。因此，27 美金的标价，算是成本价格了。如果购买其它同类同性能的应用处理器，可能大约要 80 美金的单价，这样算下来，就是 160 亿美金的总价值。

让我再重复一下几个关键数字，2017 年的发布的 iPhone 8，采用的应用处理器 A11，43 亿晶体管，88mm² 指甲盖大小的面积，2 亿手机销量，160 亿美金的总价值。不知道你看到这组数据是什么感觉，我是被这组数据震撼到了。

接下来，我就以苹果公司为例，先讲讲苹果是怎么走上自制芯片的道路的，然后再给你逐步揭秘芯片的设计流程。

课前小故事：苹果的芯片设计路

2005 年，苹果在开始计划 iPhone 之前的 iPod 产品时，当时是先买 PortalPlayer 公司的，后来采用三星的现成商业芯片搭建的。

商业芯片，英语有一个专门的词叫"off the shelf"，就是指从（超市）架子上拿下来就能用。现成的商业芯片的好处是方便易得，价格确定。不好的地方，就是挑一个 100% 满意的比较难。会遇到功能不完全匹配、性能有高有低、接口不够用、大厂价格贵，小厂可能供货不稳定等问题。

站在 2005 年的时间点，那时高通的手机应用处理器还没有 GPU，德州仪器还在为如日中天的诺基亚服务，而且没有单片的方案，需要另配基带芯片。总之，那个时候没有完美选择。

因此苹果打算定制一款自用的芯片。我们现在知道，苹果曾经和 Intel 谈过定制芯片的想法，但是 Intel 拒绝了。于是苹果转向邀请当时为 iPod 供应芯片的三星为自己定制芯片。

本来在买商业现成芯片，和定制芯片或者自制芯片之间，还有 FPGA 一个选择。FPGA 可以通过硬件编程语言，把芯片内的标准阵列器件重新组合，形成新的电路，完成类似定制芯片的功能，可以节省投片生产的开销和时间。

但是，代价就是单片的价格偏高，功耗偏高，因此 FPGA 在数据中心的应用较多，在手机终端领域极少。

苹果这种提供产品规格需求，由三星做设计服务和生产的这种模式，业内叫设计服务。而且委托设计服务的边界，非常灵活，苹果公司可以完全不参与设计只提产品规格要求，也可以自己完成部分设计，从一小部分到绝大部分都可以，其余再交给设计公司。

不过，这个过程其实也挺不容易，苹果在请三星设计过两代芯片之后，开始自建设计团队，最终决定自己来完成芯片设计环节。按照苹果架构师的回忆，三星实现了苹果要求的功能，但是最终的芯片并不是苹果想要的芯片。这种芯片规格书与芯片成品之间的差距，就是架构师要背的锅了。

小故事我先讲到这里，后面也就是苹果自己做设计的故事了。回到开篇说的芯片设计流程，我们来看看，要做芯片设计的话，芯片公司都会做哪些工作呢？

需求分析

其实可以想见当时一定是有多个芯片公司，发现了手机应用处理器这个真实需求。在芯片公司发现市场需求之后，通常会进行市场调查，总结出一个通用的市场需求清单出来。一般这个需求清单，会包括主要应用场景分析、软件栈、竞争分析、性能与定位、需求量与投资回报比分析、行规与标准，主要配套芯片的市场供应情况预测等多项内容。最终形成的就是一份市场需求文档。

每个公司的文档流程不一样，有的公司，在做市场需求文档之前，还要做商业需求文档，重点在于分析投入产出比。在市场需求文档之后，还要做深入的产品需求文档和细分的功能需求文档。

在需求分析之后，通常会有一个立项决策会议，由内部管理层决策是否进行此产品的开发。如果顺利通过立项决策，这个芯片项目就由市场部门，转交给研发部门。

像苹果 A11 这种项目，需求分析这一步，会集中在公司内部，为 iPhone8 服务。而如果是高通，联发科这种商业芯片公司，往往会征求主要客户的反馈，和手机厂商们对齐需求。

架构设计

我们说，一个项目是否有商业价值，主要看需求分析。而一个芯片是否做得好，80% 是由架构设计决定的。

在拿到需求分析文档后，高层设计人员，往往是以架构师为主的团队，需要开会对产品需求逐条进行可行性分析，并在此基础上确定基本架构和模块分解，最终设计出一个系统架构。我可以给你看看，苹果 A12 的一张系统架构图，你可以感受一下。

在基本架构确定之后，芯片的大目标，就是对 Power 功耗、 Performance 性能、Area 面积，也就是业内常提到的 PPA 衡量标准，要有明确的规划，这一般也就确定了要选择的制造工厂和工艺制程。接着，芯片设计公司要把需要向供应商购买的 IP 和自研的 IP，把它们的交付时间和接口逐一确认。苹果的 CPU 核一直是自研的，GPU，则从 IP 供应商那里购买过很长一段时间。

如果采用先进封装技术进行小芯片（chiplet）的设计，此时封装方案和初步的布局规划也都应该确定了。在大多数情况下，一个芯片里面只封装一个集成电路硅片，但是有时候为了更高的性能，或者高密度的设计，当然还有成本因素，需要把多个硅片封装在一起，这种技术手段就叫先进封装。

到架构设计这一步，最终输出的就是一份产品规格书和高层架构设计文档。这是一个将市场需求，翻译为可实现的芯片架构过程。

架构确定了之后，通常架构团队和算法工程师团队会建模仿真，确保功能、性能、吞吐量等指标可实现。有了一个可行的芯片设计方案和芯片原型模型之后，架构团队就可以把文档和芯片模型移交给设计团队，开始逻辑设计。设计团队，会先输出微架构或者模块设计文档，然后进入编码阶段。

回顾一下开篇那张图，你可以理解，架构设计的输入是市场需求文档，输出是产品规格书。下一步，逻辑设计也叫前端设计，就需要拿着产品规格书，去输出 RTL 代码，用以生成网表（Netlist）了。

我们在开头提到，在逻辑设计完成后，还要做物理实现，物理实现就是由 RTL 代码综合成门级网表，然后生成 GDS II 文件的过程。这里的物理实现也叫后端设计，前端和后端设计这两个部分并没有统一严格的界限，凡涉及到与物理工艺有关的设计我们就叫后端设计。我们先来看逻辑设计。

逻辑设计

前端设计与验证

前端设计（逻辑设计）一般用硬件描述语言，例如 Verilog，将架构师的设计用编码实现。大型芯片项目，设计也是分层次的。先进行模块设计，底层的模块写完之后，把新写的模块、商业 IP、复用的旧 IP 等整合在一起，形成一个完整的设计。

其实硬件描述语言，看起来跟 C 语言颇为类似，不过写 C 语言的人，心里想着“hello world”，写 Verilog HDL 的人，心里想着电路图。

我给你展示一段编码，用 Verilog HDL 写的寄存器传输级设计如下图：

跟其它的软件项目一样，在设计的同时，验证也要并行进行。验证是芯片设计中最为耗时耗力的工序，ARM 的技术白皮书有统计，一般一个项目的 40% 资源是用在验证阶段的。

逻辑综合

设计验证完成之后，还有一个步骤，叫逻辑综合 （Logic Synthesis），就是用 EDA 工具把寄存器传输级设计 RTL 描述变网表（Netlist），非常类似于编译器把 C 语言翻译成机器语言的过程。从这一步开始，芯片的设计就和具体的晶圆代工厂和具体工艺绑定在一起，设计开始具有物理特征了。

网表表示的电路如下图，它其实就是描述电路元件相互之间的连接关系。

逻辑综合，对于半导体设计公司不难，但是却是 EDA 公司的核心产品之一。在实现流程中，就背后算法而言，综合一定是最难最复杂的步骤。一个晶圆厂，并不仅仅要有先进工艺，提供给设计公司的设计工具包 PDK（Process Design Kit）和 EDA 厂商的支持也非常重要。

DFT（可测试性设计）

除了以上两步，前端设计还有一个步骤就是 DFT（Design For Test）。所谓 DFT，就是预先规划并插入各种用于芯片测试的逻辑电路。芯片制造后期，在封测阶段中，很多测试需要依赖 DFT 的设计。

完成以上工作后，前端设计团队就可以将生成的网表交给后端实现团队，开始物理设计了。当然这个过程不是一蹴而就的，前端设计工程师往往要多次，不同层次的反复综合、验证，各种设计规则检查，既要确保设计的正确性，又要保证设计的布局布线可行且优化。

整个逻辑设计阶段，你可以这样理解：架构师写在文档上的指标与功能，是需要设计团队通过一行行的代码实现出来的。

物理实现

在前端设计结束后，后端也就是物理实现需要完成布局布线，这个时候，需要把网表转换成制造工厂可以看懂的文件，也就是转化为制造工厂可以用来制造光罩的图形文件。

后端设计的主要步骤可以总结为：布局规划 Floorplan→布局 Placement→时钟树综合 CTS→布线 Routing →物理验证。

布局规划就是在总体上确定各种电路的摆放位置，它是后端实现中最为重要的一个环节。我这里放了一张图，你可以看下苹果 A11 的布局规划是怎么样的。

芯片的面积、时序收敛、稳定性、走线难易，基本上都是受布局规划的影响。在实际项目中，往往此时还有未完成的模块，就要预留位置。

规划之后，在指定区域摆放元器件，就是布局，而把各个元器件连接起来，就是布线。一颗芯片的树状的时钟信号线路非常重要，往往需要单独布线，因此还有一个专门的名称：时钟树综合。最后，要做验证。

我说得简单，其实这就是在指尖上建高楼，在小小的芯片上放置上百亿个晶体管，纳米级的单位，幸而有 EDA 工具辅助，这不是人力所及的工程。

一颗芯片做得好不好，在决策阶段取决于市场需求理解的是否深刻，在逻辑设计阶段取决于工程师的能力强不强，而在物理实现阶段基本取决于 EDA 工具玩得好不好。

在芯片设计进入纳米时代之后，布局布线的复杂度呈指数增长，从布局规划到布局布线，时钟树综合，每一步涉及到的算法在近年都有颠覆性的革新。这些步骤，都高度的依赖 EDA 工具。要对 EDA 工具有深度理解，并且要理解 EDA 工具背后的方法学。

整个芯片设计流程就是一个设计、优化、验证的不断迭代的过程，每一步如果不能满足要求，例如时序不能满足目标要求，或者存在物理规则违规，信号完整性不合格，都要重复之前的过程，直至满足要求为止，才能进行下一步。

在项目早期，任何的问题，都可以通过修改 RTL，然后重做后续步骤来完成。因此大项目，往往有多个版本火车并行在跑。

在项目后期，特别是在最后阶段发现个别电路小问题 ，可以进行工程更改（Engineering Change Order,ECO）。ECO 有专门的 EDA 工具和流程，我就不展开说了。

物理设计完成之后就形成了下图展示的电路图。图中可以看到蓝、红等不同颜色，每种颜色就代表着一张光罩。这个时候的芯片设计就可以以 GDSII 的文件格式从设计公司移交给芯片代工厂了。自此，设计完成，制造流程开始。

总结

这一讲，我们了解了一颗芯片的诞生，第一步就是芯片设计，有几个重点，简单给你总结一下。

芯片项目是人类历史上最细微也是最宏大的工程，研发投入大，项目收益高。

在需求分析之后，进入芯片设计过程。芯片的设计过程可分为两个部分，分别为：前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理实现），这两个部分并没有统一严格的界限，凡涉及到与工艺有关的设计都可称为后端设计。

一颗芯片做得好不好，在决策阶段取决于市场需求理解的是否深刻，在逻辑设计阶段取决于工程师的能力强不强，而在物理实现阶段基本取决于 EDA 工具玩得好不好。

整个芯片设计流程是一个设计，优化，验证的不断迭代的过程。

思考题

你同意需求分析是整个项目中最重要的环节这个说法么？欢迎你在评论区给我留言。

04 | 芯片制造：一颗芯片到底是如何诞生的（下）

你好，我是邵巍。

上一讲，我带你从市场需求分析开始，完成了一颗芯片的设计。但是到此时，这颗芯片，还是一个纸上的产品，这一讲，我就带你从晶圆制造到封装测试，历遍芯片的完整制造流程。

芯片是这个世界上最复杂的工程，也是最高精尖的制造工艺。上一讲我跟你说过 iPhone 的 A11 处理器，大约在 88 平方毫米的面积上，集成了 43 亿个晶体管。43 亿个晶体管是什么概念呢？如果一秒钟制造一个晶体管的话，制造 43 亿晶体管需要 136 年。

如果仔细看每个晶体管，都是由硅基底（Silicon Substrate）、氧化层（Oxide）、鳍（Fin）、栅（Gate）构成的。鳍的高度，宽度都在十几、几十纳米；栅极长度，高度也在几十纳米的范围之内，是非常精致的纳米级器件。下图已经是简化过的抽象模型，随着半导体工艺的演进，实际的器件，其实比下图要更加复杂。

而芯片的制造，就是要在平方毫米的尺寸上，制造上亿个纳米级晶体管的过程。我们在讲芯片的物理实现的时候说过，每个晶体管，都是被工程师们精心设计，放置在特定的位置上，要完成一定功能的，因此在制造过程中，任何一个晶体管的失效，都会导致最终芯片的一部分，或者整个芯片的失效。

对于整个芯片的制造过程，我给你分了三个步骤让你理解，包括上游的晶圆材料准备，中游的晶圆加工，和下游的封装与测试。开头我给你展示了一张流程图，图中把晶圆制造和封装测试分成两步了，这里我换一种说法，分为上中下游，你也许能更好理解。我们一步一步来拆解。

芯片制造：晶圆厂的王国

上游：晶圆材料准备

这阶段的重点是提炼单晶硅锭。生产单晶硅锭的公司会将硅元素，从沙子中提取出来，经过高温整形、多次提纯等手段得到高纯度的硅（EGS）。然后再将纯硅熔化，抽出圆柱形的单晶硅锭。

硅锭切割之后，变成一片一片的圆盘，再经过打磨抛光，一片纯硅晶圆，就准备好了。

直径为 300 毫米的纯硅晶圆，俗称 12 寸晶圆，大约是 400 美金。但尺寸并不是衡量硅晶圆的最重要指标，纯度才是。日本的信越公司可以生产 13 个 9 纯度的晶圆。

其实，日本的信越、SUMCO（三菱住友株式会社），在晶圆市场上占据了近 60% 的市场份额，这让晶圆市场排名第三的台湾环球晶圆非常有压力，在 2020 年开展了并购排在第四的德国世创的计划。

其实半导体产业的上游原材料，不仅仅是晶圆，像在光刻胶、键合引线、模压树脂及引线框架等重要材料方面，日本的企业在全球都占有很高份额。可以这么说，如果没有日本材料企业，全球的半导体制造都要受挫。因此 2019 年日本限制向韩国出口三种半导体核心原料（含氟聚酰亚胺、高纯度氟化氢、光阻剂）时，曾经一度让三星实际掌门人不得不四处奔走，为保证生产而努力。

中游：晶圆加工过程

有了硅晶圆，下一步就是把设计团队交付的电路图，通过光罩，移植到硅晶圆上。这个加工过程，有上百个步骤，一般需要 2 到 5 个月。感谢现代社会的精细分工，即使是半导体从业人员，甚至是在晶圆厂工作的人，只要不涉及工艺的研发，也无需完全掌握这些步骤，只需要各司其职，共同协作就好。

我把加工的过程简化为 7 个步骤，给你逐步讲解一下。

第一步，纯硅晶圆，在加工之前， 需要打磨抛光。

第二步，抛光完成后，通过高温，或者其他方式，在晶圆表面产生一层薄薄的二氧化硅保护膜，叫做镀膜。

第三步，光刻，光刻是整个过程中最重要的一个环节。这个环节的重要性体现在两个方面，第一，它是设计和制造进行联系的唯一环节；第二它是最昂贵的一个环节。

光刻的一个重要输入是光罩。在上一讲中，设计团队交付的 GDS II 文件，会被用来制成如下的光罩。这个光罩，有点像印钞时候的母版，也是设计和制造之间的纽带。

光罩，有专业的公司可以生产。因为光罩和晶圆制造紧密衔接，所以一般晶圆制造厂，都有自己的专业工厂来生产自身需要的光罩。为了制造一款芯片需要上百道工序，光罩也是不只有一张的，在 14nm 工艺制程上，大约需要 60 张光罩，7nm 可能需要 80 张光罩甚至更多。光罩层数的增加，也就代表着成本的增加。工艺提升，带来的光罩层数的增多，算是先进工艺成本越来越高的原因之一。

使用特定波长的光，透过光罩，照射在涂有光刻胶的晶圆上，光罩上芯片的设计图像，就复制到晶圆上了，这就是光刻，这一步是由光刻机完成的，光刻机是芯片制造中光刻环节的核心设备。你可以把光刻理解为，就是用光罩这个母版，一次次在晶圆上印电路的过程。

刚刚我说，光刻是最贵的一个环节，一方面是光罩越来越多，越来越贵，另一方面光刻机也很贵。光刻机是半导体制造设备中价格占比最大，也是最核心的设备。2020 年荷兰公司 ASML 的极紫外光源（EUV）光刻机每台的平均售价是 1.45 亿欧元，而且全世界独家供货，年产量 31 台，有钱也未必能买得到。

回顾光刻机的发展历史，从 1960 年代的接触式光刻机、接近式光刻机，到 1970 年代的投影式光刻机，1980 年代的步进式光刻机，到步进式扫描光刻机、浸入式光刻机和现在的深紫外光源（DUV）和极紫外光源（EUV）光刻机，一边是设备性能的不断提高，另一边是价格逐年上升，且供应商逐渐减少。

到了 EUV 光刻机，ASML 就是独家供货了。

EUV 作为下一代技术的代表，不需要多重曝光，一次就能曝出想要的精细图形，没有超纯水和晶圆接触，在产品生产周期、光学邻近校正（OPC）的复杂程度、工艺控制、良率等方面的优势明显。是 7nm 以下工艺必备的。

光罩加光刻机，让光刻这个步骤 “贵”了起来。

好，光刻之后，就到了第四步蚀刻，蚀刻就是去除多余物质。

第五步，离子注入，在真空的环境下进行离子注射，在光刻的晶圆电路里注入导电材料，这样可以改变对应区域的导电特性。

第六步，电镀，电镀这个步骤主要是用来制作铜导线的。

一颗芯片通常有多层，每一层的线路不同，功能不同，使用的膜的材质不同。所以每一层的光罩也不同。因此，以上的 1-6 步需要根据实际的集成电路的设计层数重复进行几次到数十次。这里可以有一个小知识点，如果芯片有一些小 Bug，可以只对其中几层的光罩进行修正，而不用重做全部的光罩。

第七步，测试，测试永远是重要环节。对于晶圆的测试可以分成两类，一类是制造工艺相关的晶圆验收测试，一类是电路功能测试。当然，当晶圆切割完毕，在封装之前，还会再进行测试。不过对于整个晶圆进行测试，效率要高过切割之后。

这里我们可以复习一下上一讲逻辑设计中提到的 DFT 环节。在进行电路的前端设计时，就预先设计并插入用来测试的电路，这就是 DFT。后期，无论是晶圆的电路功能测试，还是封测阶段中最后的测试，都是依赖 DFT 设计的。

芯片制造的中游环节，到这里就介绍完了。我一定要提一下价值问题，这么昂贵的工厂制造环节，究竟可以增值多少呢？据国际商业策略 IBS 公司（International Business Strategies）的推算，台积电一片 5nm 晶圆的加工费高达 12500 美金。根据台积电的财报推算，台积电平均每片晶圆可以产生近 4000 美金（300mm 晶圆）的利润。无论是哪个数字，对比 400 美金的纯硅晶圆原料来说，这都是一个至少增值 10 倍的高价值的加工过程。

下游：封装与测试

当晶圆制造进行测试之后，就会被送往下游的 IC 封装测试厂实施切割、封装和进一步的测试。

整个晶圆在切割成单片之后，会针对每一个单片（芯片）进行电气测试。在封装前，还会使用显微镜对芯片进行复检。提前检测出有瑕疵的芯片，可以减少后续流程上的成本开销。

封装的主要目的是将半导体材料集中在一个保护壳内，防止物理损坏和化学腐蚀。相对于测试，封装对芯片的最终形态，影响更大。

半导体封装技术有三次大的技术进步：第一次是在 20 世纪 80 年代从引脚（Pin）插入式封装到表面贴片封装，表面贴片封装极大地提高了印刷电路板上的组装密度；第二次是在 20 世纪 90 年代球型矩阵封装的出现，满足了市场对高引脚的需求，改善了半导体器件的性能。

第三次是 2D、2.5D、3D 封装等，混合了芯片堆叠、异构封装的先进封装。先进封装的最主要推动力来自手机，因为手机有着对封装面积最小的极致追求，其次推动力来自于数据中心对高性能芯片的追求。

关于 2D、2.5D、3D 封装，我有一个朋友有个非常形象的比喻，“摊大饼摊不下去了，搞个千层饼试试”。总之，所谓的先进封装，就是把单独设计和制造的组件或者小芯片（chiplet），封装在一起，如下图。

封装之后，还会对每个芯片进行最后的测试。这个环节是由 ATE 专业自动测试设备完成的。因为一般的公司，都是租用 ATE 机台，所以每个芯片的测试计划，测试时间等，都是成本的一部分。一般的经验是，一颗芯片的 1/3 的成本，是花在封测阶段的。

基于测试的结果，将具有相同能力的芯片归属一类，可以根据芯片的最高工作频率，稳定性等规格制定等级，以便定价。该芯片就会被打标示，分类芯片的规格、型号及出厂日期等丝印，等待打包出厂了。有部分缺陷的芯片，在很多时候是可以作为低规格的正式产品出厂的。要做到这点，必须在架构设计阶段，就要规划好。一个优秀的架构师，考虑的不仅仅是功能和性能的竞争性，整个流程中的每一个与芯片成本相关的问题，都必须提前考虑周到。

到这里，芯片制造的过程我就讲完了，目前除了极少数半导体设计公司还有工厂之外，芯片的制造是都由专业的晶圆厂代为制造，是晶圆厂的王国领地。上一讲我们提到的芯片设计，和这一讲分析的芯片制造与封测，并不需要一个公司完成，我给你总结了一个产业链的分工合作示意图：

产业链分工视角：设计、制造、封装、测试的分工合作

在半导体行业开始的三十多年，所有的半导体公司，都是从设计到制造全部自己完成。在下一讲介绍 Intel 的时候，我会提到当 IBM 向 Intel 订购芯片，Intel 会设计、制造、测试、封装，然后直接交付芯片。这种模式业界称为集成设备制造商，也就是 IDM 模式。

这种模式，在 1987 年台积电创立之后，慢慢地改变了。台积电这样的代工厂，专注于芯片制造这个环节，服务整个半导体产业。越来越多的创业公司，选择放弃需要高额资金的建厂环节，专注在价值更高的设计芯片环节。设计和制造开始了分离。

在摩尔定律的推进下，半导体行业高速运转，半导体工艺从 45nm，到 28nm，到 16nm 不断演进，随着晶体管体积不断变小，建造工厂的成本剧增。能够维持一定的生产规模，进行良性的商业循环的 IDM 模式公司在减少，甚至专业的晶圆厂都在逐步减少之中。

下图是一张工厂对应工艺制程的总表。到了 10nm 工艺制程的时候，全世界晶圆厂也就只有三家了。

那些原来的 IDM 模式的公司都怎样了呢，有的完全剥离工厂，成为无厂的纯设计公司，例如 AMD、IBM。有的放弃跟随新工艺，成为轻工厂模式，例如博通，德州仪器。

制造和设计分离之前，技术和资本门槛都略低的封测环节，就已经被分离，且向人力资源成本便宜的亚洲转移了。半导体行业是全球化分工最早最彻底的行业之一。这也是中美之争中，芯片行业会成为一个焦点的原因。

总结

这一讲我分享了蛮多内容，下面简单总结一下。

半导体行业的两个重要增值的过程是：晶圆加工和芯片设计。最先进工艺的晶圆制造，价值不菲，是制造业的顶级工艺。

晶圆的加工过程，就是在晶圆上制造集成电路的过程。更准确的说，是在晶圆构造海量晶体管的过程。其中光刻环节最为重要。

晶圆加工完成之后，还要经过切割，测试，封装为芯片。封装技术，已经成为和架构、工艺并行的第三大技术。

台积电的出现，促使了半导体公司由一包到底的 IDM 模式，向代工模式转换。半导体行业是全球化分工最早最彻底的行业之一。

最后，关于芯片制造，Intel 有一个形象的动画视频，很不错，推荐你看一下。

思考题

芯片的制造环节究竟有多重要？美国公司放弃 IDM 模式，将生产制造环节转到亚洲的这个做法，是正确的么？欢迎你给我留言。

05 | Intel的发展史就是一部芯片行业的创新史（上）

你好，我是邵巍。

前面我介绍了半导体行业的一些基础知识，知道了这是一个“点石成金”的高创新高价值的行业。那么怎么才能在这个行业获得成功？今天这一讲，我将会带着你分析下这个行业里最成功的一家公司：Intel。

如果从现代集成电路被发明开始计算半导体行业的历史，Intel 基本上是最早的一批半导体公司。可以说 Intel 的历史基本上就是半部半导体行业发展史。

Intel 从 1992 年就被财富杂志评为最大的半导体供应商，从此开始连续占据半导体行业排名第一的位置，仅仅在 2017 和 2018 两年，输给三星。这里插一句，常年第二的三星，走了一条和 Intel 截然不同的路线，Intel 之后我就分析三星。到了 2019 年和 2020 年的行业第一，还是 Intel。

更牛的是，Intel 不仅仅排名第一，而且是非常有质量的第一。2021 年 1 月份，著名市场研究公司 Gartner 披露的 2020 年半导体厂商营收排名前十名里，第一名 Intel 的营收超 700 亿美元，比第 6 名到第 10 名的总和还多，占整个半导体市场的 15.6%。我这里提供了一张饼图，你可以自行感受一下。

而对比其他行业，往往在行业发展的不同阶段，都有不同的赢家。比如功能手机的王者 Nokia，在智能手机阶段，它已经不复存在。一家公司能够穿越周期，持续保持领先，真心非常少见。

一个几乎年年第一的“霸榜专业户”，一定有过人的武功秘籍吧。是产品好，还是市场营销强？是竞争对手太弱？还是有什么独家功夫，外人无法学习？

今天这一讲，我会带着你，来深入了解这家伟大公司的发展历史。你可能会说，为啥学芯片，还得学 Intel 的发展历史啊。其实，我是想以 Intel 的发展历史为蓝本，来帮你进一步理解半导体行业竞争的关键点。

四个发展阶段

我不知道你是不是听过仙童公司，它经常被叫做硅谷的黄埔军校。80 年代初出版的著名畅销书《硅谷热》中写到：“硅谷大约 70 家半导体公司的半数，是仙童公司的直接或间接后裔。在仙童公司供职是进入遍布于硅谷各地的半导体业的途径。1969 年在森尼维尔举行的一次半导体工程师大会上，400 位与会者中，未曾在仙童公司工作过的还不到 24 人。”

1968 年 8 月，仙童八叛逆之中的诺伊斯与摩尔一起辞职，离开仙童，创办了 Intel 公司，而后格鲁夫作为第三名员工加入，这是一个重要的起点。以此为始，Intel 开启了它辉煌的旅程。为了方便理解，我把 Intel 的发展历史划分为以下四个阶段。

第一阶段，发展初期，从 1968 年公司创立到 1992 年，Intel 虽然无奈退出存储器市场，但是随着 PC 市场的兴起，Intel 确立了以 CPU 为核心的产品路线，并确立了行业第一的地位。

第二阶段，上升期，也可以称为前 Tick-Tock 时代，从 1992 年到 2005 年，跟随第一次互联网行业的大爆发，Intel 与 AMD 联手拿下服务器市场，同时通过高速高质量的产品迭代，彻底跑赢 AMD，坐稳行业第一。

第三阶段，从 2005 年到 2015 年，Intel 提出 Tick-Tock 战略，持续领跑 ICT 行业，虽然保持了行业第一，但是在这个阶段，Intel 错失了移动互联网市场。

第四阶段，从 2015 年之后，是 Intel 的徘徊期。因为错失了移动互联网，Tick-Tock 战略也出现了停摆，多元化经营策略效果亦并不明显，这个阶段的 Intel，虽然在行业第一的高位上，但是和第二梯队的距离，前所未有的被拉近了。

这四个阶段是我的理解，并不是官方版本。在每个阶段，Intel 遇到的问题不一样，解法也不一样。但是，在我看来，快速迭代的创新产品是其关键的竞争壁垒。下面我会分阶段的，和你一边讲历史，一边分析关键动作。

完败存储器市场

现在的 Intel 是以处理器闻名的。但是在 1968 公司刚成立的时候， Intel 推出的第一款产品是 64bit 的 3101 静态随机访问存储器 SRAM，注意，是存储器。一直到公司成立的 4 年之后，Intel 才推出了全球第一个微处理器 4004。

在 Intel 发展初期，存储芯片是这家创业公司的重要产品，现在你听说的全球第一块双极型半导体存储芯片、第一个 DRAM、第一个 1KB SRAM、第一块 EEPROM，都是 Intel 的作品。

总体来说，存储类半导体是非常依赖工厂能力的。而 Intel 在初创时期，重要的战略之一就是全力建设自己的制造工厂。

在那个时候，Intel 拥有存储芯片 100% 的市场份额。这意味着什么呢？即使把目光拉回到今天，整个半导体行业的销售额中，集成电路占 82%，而存储器是集成电路市场中最大的产品品类，约占集成电路市场的 30%，是一个 1100 亿美金的巨型市场。

如果没有竞争，市场一帆风顺，Intel 左手内存，右手处理器，两条腿走路，估计就会成为拥有超 50% 市场份额的超级巨无霸。但是很不巧，就在这个时候，Intel 遇上了高速发展的日本半导体行业。

日本企业怎么赢的？这段历史，我觉得中国政府和半导体行业可以借鉴。1976 年日本政府制订了“VLSI（超大规模集成电路）计划”，选定在存储器市场发力，组织多公司参与研发，投入大笔资金，饱和式攻坚，可谓举国之力。

VLSI 计划开启第 4 年（1980 年），在惠普对 16K DRAM 内存的竞标中，日本的 NEC、日立和富士通完胜美国的 Intel、德州仪器和莫斯泰克（当时美国存储器领域的头部玩家）。

更让人大跌眼镜的是，美国质量最好的 DRAM，不合格率比日本最差的公司还要高 6 倍。1985 年，日本电气 NEC 凭借存储器产品登上全球半导体厂商榜首，并在之后连续 7 年稳坐头把交椅。

可以说，Intel 在公司的发展初期，选择对了产品（半导体最大的品类，存储器），而且技术创新领先（各种世界第一），也结合了自己的强项（工厂生产）。从一个初创公司角度，无论在技术，商业上都没大问题，但是输给了强大的竞争对手：日本政府。

在存储器和处理器之间的选择是战败之选。1985 年，Intel 在总裁安迪·格鲁夫（2 年后出任 CEO）的主导下关闭了 7 座工厂，裁员 7200 人，结束了存储器业务。

选择 CPU 作为主产品

回到 CPU 这条产品线上，其实 Intel 的胜出，也没有那么一帆风顺。不过 CPU，是纯粹的技术产品的竞争，大家竞争的是研发效率。

1971 年，Intel 发布的 4004 还只是微处理器的雏形，只能用来做计算器。即使是计算器，也需要 4001、4002、4003、4004 这组芯片套件，共 10 片，才能搭建完成。直到 1974 年的第三代 8080，才被认为是一款真正可用的微处理器。

因为 8080 的出现，IT 行业的分工合作模式有了一些变化。在 8080 之前，当时的计算机系统厂商，如 IBM、惠普，需要独立完成整个计算机系统，从处理器到终端，再到操作系统、编译器和应用软件。

8080 出现之后，一些小公司，例如 MITS，用 8080 搭建了第一个商用的个人电脑 Altair 8800，那个时候比尔·盖茨，还没有创建微软，就开始给 Altair 8800 写软件了。

Altair 8800 系统和 Intel 8080 芯片的结合，让系统厂商看到了更大的机会。是的，他们可以采购商业的半导体芯片，来快速搭建系统。看，Intel 不仅仅创造半导体产品，还在创造新的商业模式。

当时的 CPU 市场已经行情看涨，有 60 多家半导体公司进入，市场上最成功的 8 位处理器是 Zilog 的 Z80。Zilog 是 Intel 离职的技术骨干创立的公司，技术实力很强，同时期的摩托罗拉，也很优秀。这就是真实的世界，任何一个有前景的赛道上，都是拥挤的。

这里交代一下 Zilog 的结局，它没有赢，虽然没有死但是影响力可以忽略不计（这也是一段很有意思的商业故事，你感兴趣可以查查）。Z80 的成功，某种程度是 Z80 和 Intel 8080 指令完全兼容，软件可以复用的相互成就。想想系统厂商，可以按自己的喜好，自由地二选一。而软件公司，写一个软件，可以在两种处理器上运行，享受大一倍的市场。

最后 Intel 成功的关键在于，它在设计下一代产品 8086 的时候，保持了指令集的向后兼容性（就是新款 CPU 依然可以运行老版本的软件），但是 Zilog 并没有，而市场喜欢这种指令集的向后兼容性。

这里要给所有的硬件小伙伴画一个重点，此时微软还是个刚刚成立的十几人的小公司，还没有强大的 Wintel 联盟，而 Intel 已经是个万人公司了。这是一个蛮荒时代，Intel 抓住了这个时间窗，确立了一个在软硬件之间的标准。

硬件公司立软硬件接口标准，其实非常有难度，因为这意味着将软件公司锁定在一个平台上。在半导体行业，Intel 最先意识到指令集向后兼容的标准价值，也因此，它战胜了 Zilog 的 Z80，随后微软把这个标准价值进一步放大，几乎成为 IT 行业的底层标准，这也确立了 Intel 和微软随后多年的行业双霸主地位。

有的时候，我们读历史，因为篇幅有限，笔墨都用在赢家身上，似乎王者天生是王者。其实，真实的世界，同一代产品之间的竞争优势是有限的，有跨代优势的情况是极少数例外，大家都是一个产品拼一个产品，一个客户拼一个客户，用累积优势慢慢赢得天下的。Intel 也是如此。

持续努力的人，运气不会太差。Intel 在公司创立 10 年后，迎来了第一款重量级的处理器产品，8086 处理器，和随后的简化版 8088。

8086 就是一个 16bit 的处理器（4004 是 4bit 的处理器），有将近 2.9 万个晶体管 （是 4004 的 10 倍，8 年集成晶体管的数目增长了 10 倍，完美的摩尔定律速度），芯片的面积为 33mm² （4004 是 12mm^2，面积仅仅大了 3 倍)，主频为 5 MHz（对比 4004 的 108KHz，快了 46 倍），3.2 微米的制程。从 1971 的 10 微米，经过 6 微米节点，到 1978 年的 3.2 微米制程，可以看到那个年代，工艺节点的进步速度之快，而且 Intel 就是领跑者。我放了一张 8086 Die（裸片）的照片如下。

如果请 Intel 自己选一个历史最重要产品，那肯定是 8088。为什么呢？其实 8088，在产品规格上跟 8086 几乎一致，它是在完成 8086 之后，进行裁剪的简化版。这不是一个技术上的突破产品，但这是一次商业上的绝对成功。1981 年 IBM 选定它作为自己 PC 机的处理器，开启了 Intel CPU 的问鼎之路。Intel 还把拿下这个重要订单的销售名字，写入自己的公司史中。

从 8088 应用到 IBM PC 机上开始，个人电脑真正走进了人们的工作和生活之中，这是 PC 时代的开始，Intel 的第一次登顶过程就是 PC 市场的推动。那这条登顶之路，是怎么走的呢？ 我下一讲再给你分享。下一讲你就可以完整地了解 Intel 的历史了。

总结

最后，我总结一下今天这一讲的内容。有几个要点请你关注。

看 Intel 的历史，就是在看半导体行业竞争的关键点。我给你总结了 Intel 持续保持领先的几个关键因素，让你更好地理解在一个行业中，竞争与发展的逻辑。

Intel 在发展的第一阶段，虽然从存储芯片的市场落败，但是很好地抓住了 PC 市场，这个半导体行业的第一次机会，确立了以 CPU 为核心的产品路线，并确立了行业第一的地位。

在半导体行业，Intel 最先意识到指令集向后兼容性的价值，也因此，它战胜了 Zilog 的 Z80。而指令集的实质是软硬件之间的标准，Intel 掌握了这个标准，并且后来在微软的帮助下，把 x86 做成 IT 业的事实标准，Intel 才拥有今天的江湖地位。

思考题

几个发散的问题，欢迎在评论区和我互动：在你心中 Intel 是一家怎样的公司呢？Intel 落败存储器市场的这段前车之鉴，对于你有什么启示？除了 x86 指令集之外，你还知道什么指令集？为什么指令集很重要？

06 | Intel的发展史就是一部芯片行业的创新史（下）

你好，我是邵巍。

上一讲，我虽然只介绍了 Intel 发展史的第一个阶段，但是对于它的发展路线和发展节奏，我们已经基本明确下来了。下面就是 Intel 在 CPU 这个赛道上，战胜一个一个竞争对手，把握行业风口的机会，赢得客户的问鼎之路。

在这一讲最后，我会整体给你总结一下 Intel 这家公司。依然有很多有意思的故事，我们一起来看看。

CPU 问鼎之路

从 8088 应用到 IBM PC 机上开始，个人电脑真正走进了人们的工作和生活之中，这是 PC 时代的开始，也是半导体行业的第一个风口，Intel 的问鼎之路，就是靠着 PC 市场的推动。

因为重要，让我们仔细回顾一下这段历史。

为什么选择 8088？其实 IBM 在摩托罗拉和 Intel 之间犹豫了蛮久，传说是因为当时苹果的 Macintosh 就采用了据说技术更领先的摩托罗拉芯片 68020，而 IBM 不想走相同的路线，所以选择了 8088。8088 单从性能上看，还不如自家的 8086，但是 8bit 的数据通道，让外设的价格更低。这里划个重点，单品的性能很重要，但是更重要的是设备整体的总成本合理。

IBM PC 5150 当年的售价是 1,565 美金，而当时同期用 IBM 自己的处理器的系统，大约要卖 10,000 多美金。5150 的第一年销量不到 1 万台，第二年 20 万台，第三年 75 万台，营收是苹果的 2 倍。

不仅仅是整机售价低，更好的是，当时的 IBM PC 项目组采取了一种全开放式的思路，公开出售《IBM PC 技术参考资料》，这份资料中甚至包括一段 ROM BIOS 源代码，鼓励其他生产商生产和出售兼容的组件和软件。IBM 这种开放的做法，使得 IBM PC 拥有了一大批为其制造配件的厂商，极大地降低了整机成本。同时，也间接地鼓励了兼容机的发展。

这些兼容机，往往宣称和 IBM PC 具有相同的性能和功能，可以运行相同的软件，支持相同的配件，价格还低 50%-80% 不等。这对 IBM 不算是好消息，但是对 Intel 和消费者来说，都是多多益善的。

PC，所谓的个人电脑是整个世界进入信息化的开端。正是依靠廉价且高速提升性能的 Intel 的 CPU，以及 IBM 一开始就采取的开放标准策略，使大批的兼容机生产厂商，和大量提供标准配件的厂商，分工合作，共同拉低了计算机系统的成本，让每个公司每个家庭（注意，是家庭不是个人，手机才让每个人）都可以拥有强大的算力，才有今天繁荣的 IT 行业。

赢下 IBM PC 设计，基本上 Intel 的处理器产品发展就走上了快车道，而且因为 IBM 同时选了微软的操作系统，这也为后来的 Wintel，Windows+Intel 的生态奠定了大局。

在整个 80 年代，Intel 就是在 8086 芯片的基础上，不断推出 80286（1982 年）、80386（1985 年）、80486（1990 年）等迭代版本，也因此，Intel 的芯片架构被称为“x86”系列。x 就是 2，3，4... ... 代表产品系列的数字。1992 年，Intel 终于凭借处理器 CPU 在 PC 市场的胜利，成为世界最大的半导体供应商。

充分竞争

如果说 80 年代，Intel 是和一众日本企业在存储器市场上搏杀。那么在放弃存储器业务，Intel 把火力集中在处理器市场上之后，最强的竞争者就是同架构的兄弟 AMD。

这个成立时间仅仅比 Intel 晚一年的 AMD，是一个既有技术先进性又有故事性的公司。AMD 的创始人杰里·桑德斯，可不像 Intel 的三位创始人一样是技术出身，他是销售出身，创业之路非常艰难。

这里要同样要感谢 IBM。IBM 在决定采用 Intel 的 8088 做 PC 机的时候，为了防止因生产问题而出现断供，几乎是强制地促成 AMD 成为 8088 的第二供应商。Intel 向 AMD 开放技术，全面授权 AMD 生产 x86 系列处理器，而 AMD 则放弃了自己的竞争产品，成为 Intel 后备供应商。

8086/8088 处理器不仅仅是 AMD 在生产，它们的生产厂商还包括前面提过的，靠存储器做过 7 年行业老大的日本电气 NEC，以及富士通 Fujitsu、美国军工企业 Harris、日本老牌企业 OKI、德国西门子 Simens AG、德州仪器 TI、日本三菱 Mitsubishi。为什么这么多日企？前面在讲惜败存储器市场的时候说了，日本政府给力，1980 年代，半导体公司前十名，日企占 6 名。日本半导体业的兴衰史，可以单独开一节，这里不提。

1985 年，Intel 在做出放弃存储器业务，以处理器为主的决策之后，第一个操作就是“停止授权”，同时挥舞专利大棒清除那些克隆 8086 的半导体厂商，它意图也很明确，就是爷要摆脱备胎们，独霸整个处理器市场。

其他克隆 8086/8088 处理器的半导体厂商，基本都退出市场。只有 AMD 据理力争，要求 Intel 继续执行 1982 年签署的有效期为 10 年的“交叉授权”协议。为此，双方打起了官司。

这场官司旷日持久，最终判决直到 1995 年才兑现。AMD 从 Intel 那里得到了 1000 万美元经济补偿，并于 1993 年拿到了生产 386 处理器的资格，Intel 则从 AMD 这边总计得到了 5800 万美元的专利授权费。

其实，对 Intel 而言，5800 万美元的专利费可以说微不足道，重要的是，在微处理器和 PC 高速发展的关键时期，Intel 借此成功地抑制住了 AMD 的发展和壮大。

虽然 AMD 错过了 CPU 发展的关键时期，但是总算是赢得了 x86 指令集的永久知识产权，可以继续设计 x86 的处理器。AMD 1996 年收购设计公司 NexGen，1997 年迅速推出 K6 处理器。在三个版本的 K6 之后，AMD 进入到有史以来最成功的 K7 架构节点。

1999 年，AMD 基于 K7 微架构的 Athlon 处理器诞生，综合性能超越同频的 Pentium III（奔腾），让所有的 DIY 用户为之震惊，后来，AMD 又抢先发布了 1GHz CPU。虽然 K7 最终版 Athlon XP 口碑很好，但因为主频落后，始终屈居在 Pentium 4 之下。

AMD 在 2003 年抢先发布了 64bit ISA 的 K8 Athlon 64，2005 年发布了双核 Athlon 64 X2，由 32bit ISA，升级到 64bit ISA，在单核升双核的两个关键技术节点上反超了 Intel。 2006 年第一季度，AMD 达到了它的第一个最高峰，占据将近 25% 的市场份额。

Intel 在这个期间，也是明星产品不断。在 486 之后，把 586 重新命名为 Pentium(奔腾) 系列。然后分离出针对工作站和服务器市场的 Pentium Pro（1995），就是后来的 Xeon(至强) 系列，同时继续推出 Pentium II（1997）、 Pentium III （1999），2001 年的 Pentium 4 把主频提到 2.0GHz，终于在和 AMD 之战中取得了性能的关键优势，后来演进为 Core（酷睿）系列。

其实在 90 年代末，Intel 还出了低端的 Celeron（赛扬）系列，和给予高度希望却不太成功的 Itanium（安腾）系列。不过，某种程度上，赛扬和安腾都是竞争之下的产物。Xeon、Core，才是 Intel 的主流产品线，市场最终还是看产品说话。

结束这场战斗的是 Intel 2006 年发布的高性能双核酷锐 Core，而 AMD 连续几代产品性能落后，又因为 2006 年收购 ATI 债台高筑，之后十年碌碌无为。Intel 稳稳地拿到了近 80% 的市场份额，坐稳了行业老大的位置，收入连创新高。

一个市场的双供应商，其实是一个非常有益的状态，生态可以共享共建，消费者在两者之间反复横跳，可以极大地促进创新。1997-2006 年，AMD 与 Intel 展开针锋相对的拉锯战，是处理器市场的黄金岁月，两家竞争的市场超级繁荣，技术创新速度更是飞快。

一方面体现在 PC 市场的出货量从 8000 万台，增长到 2.4 亿台，另一方面 PC 的平均价格从 2000 美金之上，下降到 726 美金（这是包括了笔记本电脑的平均售价），整个世界从中获益，中国的联想、方正，台湾的宏基，也是在这个时间段成长为一线系统厂商的。

PC 市场是个主战场，相邻的服务器市场上其实也很热闹。从 1980 年到 2005 年，x86 双雄与微软并肩，战胜众多古典 RISC 架构厂商。2005 年 Windows 服务器（就是 x86 服务器）的市场份额第一次超过 Unix 服务器市场份额，到达了逆转点。

关于这段历史，大家各有各的说法，我的结论是，这是个利用 PC 市场的利润溢出 + 高速产品迭代的半开放系统，赢了优雅但缓慢的封闭生态的战争。

Tick-Tock 策略

听到这里，你有没有总结出一点在半导体行业打赢仗的窍门？

我有，我的总结就是“千好万好，自家的产品要好”。那么问题就来了？什么叫产品好？

还记得摩尔定律么？摩尔在 1965 年，就给出了一个半导体行业的产品规格路线图。集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每经过 2 年便会增加一倍。换言之，你的架构设计、产品规格、处理器的性能、定价，要充分利用这多一倍的晶体管。

从 2007 年开始，Intel 宣布了著名的时钟“嘀嗒”(Tick-Tock) 战略模式，把摩尔定律具体化了。“嘀嗒”意为钟摆的一个周期，“嘀”Tick 代表芯片工艺提升、晶体管变小，而“嗒”Tock 代表工艺不变，芯片核心架构的升级。一个“嘀嗒”代表完整的芯片发展周期，耗时两年。

下图是 Intel 在 2009 年 IDF(Intel Developer Forum, 英特尔开发者论坛) 上展示的自己的工艺进步。基本上看出，从 1999 年开始，Intel 的工艺节点，就是 2 年一代，Tick-Tock 地往前走着。只是人家默默地执行了十年之后，才公开。

这是 Intel 的时钟，也是整个 IT 业的时钟。如果不进步，将会被甩在脚下。2005 年到 2015 年，Intel 就是凭借自己强大的技术能力和产品升级策略领跑了业界，淘汰了其他的 CPU 厂商。

错失移动互联网

但是这个期间，Intel 犯了一个要命的错误，长期的第一，让它忽略了一个新兴的市场：智能手机处理器。它拿下了苹果的 Mac，却拒绝给 iPhone 设计处理器。如果有评选，这是 Intel 公司史上最贵的失误吧。Intel 花了 100 亿美金，试图纠正这个错误，仍然以失败黯然离场。

而且更糟糕的是，到了 2016 年，工厂在研发新工艺方面，频频出现失误、延期、良率问题，一句话总结就是：工艺的进步，突然停止了，Intel Tick-Tock 的摩尔时钟停摆了。

这时，Intel 尝试把 Tick-Tock 变成 PAO 策略，就是所谓的 Process（制程）-Architecture（架构）-Optimization（优化）三步走战略，3 年更新一次制程，但是实际上也并不成功。出现了 14nm 被打磨到 14nm+++ 的优化，优化，再优化的局面。

在 2016 年 -2020 年这段时间，Intel 还尝试通过收购 FPGA 厂商 Altera、以色列自动驾驶技术公司 Mobileye、AI 芯片设计公司 Habana 来尝试多元化的道路。但是，至少从财务报表上看，最近 3 年，就是 2018、2019、2020 年，收入最高的仍然是 PC 业务 CCG，和服务器业务 DCG，其它业务的收入，相比之下，都低了一个数量级。

到这里，我总结一下。错失手机处理器市场，对 Intel 是个损失，但是 Tick-Tock 的停摆才是致命伤。如果行业里的其它竞争者，可以搭乘台积电这样的工厂，保持摩尔速度，那么 Intel 再多的优势也会有被耗尽的一天。在半导体这个行业中，不出错的按照摩尔定律前进创新，才是一个公司的安身立命之本。

历史真是有轮回性，2007 年帕特·基辛格向全世界介绍了 Tick-Tock 战略。2021 年 3 月 23 号，回归 Intel 出任第 8 任 CEO 不到一个月的帕特，向全世界宣布要重启 Tick-Tock 战略，以及要升级 IDM 模式到 2.0。

“Tick-Tock+ IDM2.0”，这才是我们熟悉的那个遵循摩尔定律的 Intel 公司。让我们拭目以待！

总结

最后，我总结一下 Intel 这家公司。

Intel 是一家伟大的公司，在非常长的岁月里，都是整个半导体行业的坐标系。私人感情上，它是我的第一家公司，给了我整个职业生涯的起点，我非常爱它。

看 Intel 的历史，就是在看半导体行业竞争的关键点。我给你总结了 Intel 持续保持领先的几个关键因素，让你更好地理解在一个行业中，竞争与发展的逻辑。

Intel 的成功是摩尔定律的成功，是不断突破极限的产品开发的成功。

在半导体行业，除了设计和生产两个方面，Intel 最先意识到指令集向后兼容性的价值，也因此，它战胜了 Zilog 的 Z80，也才有了 Wintel 联盟形成的强大的 x86 生态。

赢得 PC 市场，Intel 得益于 IBM PC 与兼容机全开放式的思路，Intel 与 AMD 这对兄弟相杀相爱多年，在服务器市场，他们是同盟军，联手绞杀一众古典 RISC 厂商。在 PC 市场，他们又是你死我活的竞争对手。

Intel 的 Tick-Tock 策略，曾经是行业标准的摩尔时钟，在 Intel 的 Tick-Tock 失速之后，其实是苹果默默接手，推动行业继续按照摩尔定律发展。因此是否能重启 Tick-Tock 策略，才是 Intel 的生死关键。

其实，还有很多没有讲到的关于 Intel 的故事，比如：Intel 的市场营销是半导体公司中最出色的，Intel 的公司管理开创了“工程师式”的风格，Intel 的双小组开发制度等等，就不在这里展开了。这样一个宝藏公司，真的值得行业里的每个人反复琢磨。

思考题

其实关于 Intel 有三个发散的话题，都很有意思。

一是 Intel 和 AMD 之间的竞争，特别是 AMD 借着台积电的快车，隐隐有超越 Intel 的势头，你怎么看？AMD Yes 么？

二是 x86、ARM，还有后来的 RISC-V 的指令集之争？在 Intel 支持 Linux，微软支持 ARM 之后，指令集的标准作用还存在么？RISC-V 还有机会么？指令集这场标准之战，到底是 CPU 硬件厂家，还是软件厂家，有发言权？

三是对于大热的 AI 市场，Intel 其实是有策略上的摇摆。如果你是 Intel 的 CEO，对于 CPU、GPU、FPGA、NPU，你会四路并进，还是会集中单点，力求突破？

你可以想想答案，欢迎在评论区和我互动。

07 | 三星：资本与技术共舞的40年

你好，我是邵巍。

有“最懂经济的市长”之称的黄奇帆说，一个公司的成功三要素是：市场、资金和技术。每个公司都想三要素齐备，但是如果因地缘问题，没法拥有一个有规模的本土市场，那就得在资金和技术方面多下功夫，以资金和技术赢得市场。三星就是这方面的楷模，一手技术，一手资本，打造了业界独一份的端到端的完整产业链。

2017、2018 年三星电子的半导体业务分别以 659 亿美金、832 亿美金的销售额，超过我们上一讲介绍的 Intel，登顶世界半导体公司的第一。

三星电子靠的是什么呢？靠的是存储芯片，就是让 Intel 败北的存储芯片业务。

单从三星电子的半导体业务看，三星电子很像 Intel，是 IDM 模式，不过它是靠多年存储芯片市场第一，站稳半导体行业第二的位置的。但三星电子并不仅仅止步于存储芯片，它还控制着全球手机产业链的命脉，除了手机的存储器外，手机的液晶面板也做到全球第一。而且三星电子的手机业务，也排名世界第二。从这个角度看，三星电子很像苹果，它出手机，还自己设计手机应用处理器。

但是与苹果专注于手机业务不同，三星电子深度参与产业链，无论是液晶面板、存储芯片，还是处理器，都供应给其它手机厂商。2017 年，三星电子把芯片代工业务独立出来，跟台积电竞争，很巧的是，芯片代工这项业务，三星电子也做到行业第二。

三星电子绝对不是一个简单的“苹果 +Intel+ 台积电”的三合一的公司，它的商业策略和技术路径都是非常独特的。它从制造开始，沿着产业链一步步攀升，直至集大成的智能手机。这是一个真正的端到端打通，拥有完整产业链的一家垂直公司。而看上面三家公司，苹果没有工厂，Intel 没有手机，台积电只有制造。

三星电子的成功，不只是技术领先，或是大手笔投资，单方面因素成就的，这是资本与技术长期相辅相成的结果。

下面我画了一个 2020 财年三星电子的收入比例图。可以看出存储芯片业务在三星电子中占据了举足轻重的位置，同时三星存储芯片业务在全世界半导体行业中也一样的至关重要。

另外，你还可以看看下面这张图，显示了存储市场的两个主要产品：DRAM 和 NAND Flash 在 2019 年的供应商市场份额。通过之前的学习，你已经了解了在存储芯片市场，DRAM 和 NAND Flash 大约占了 98% 的市场销售额。而在这两个市场中，三星都是有压倒性优势的第一。

既然说三星是一手技术，一手资本，打造了业界独一份的端到端的完整产业链，对于一个完整的产业链肯定不是一篇文章能讲清楚的，这一讲我就通过分析最重点的三项业务：存储芯片，代工和手机处理器来鸟瞰一下。三星强的地方还很多，例如拥有智能手机屏市场份额的 50%，MEMS 传感器排名第二，这还仅仅是三星电子，三星集团就更厉害了。

这里就不发散了，我们集中在对半导体行业最重要的三项：存储、代工和手机处理器来了解三星电子这家企业。先从存储芯片业务开始吧。

三星存储芯片业务：逆周期投资

谈到三星的存储芯片业务，我清楚地记得，2018 年的时候，一位业内大佬说的，“你们就看到贼吃肉，没看到贼挨打。三星存储芯片业务可是亏了十多年。”

这是为什么呢？因为存储芯片这个业务的特点就是：产品标准化程度高、一致性较强、用户粘性弱，技术的先进性只能体现在质量稳定、单位存储单元价格、良品率、供货能力上。特别是单位存储单元价格，不仅要用新工艺（因为新工艺密度高），还必须是进行大规模生产才能够有效降低成本。

而且难上加难的是，存储还是一个强周期性行业。所谓的强周期性行业，是指产品价格和行业繁荣程度呈现明显的周期性波动的行业。在周期性衰退期，需要大量的资金支持，才能渡过难关，因此需要技术和资金的双重加持。有意思的是，手机的液晶面板，也具有非常类似的特征，那也是三星的强项。

为了加深印象，我带你回顾一下历史。三星在存储芯片行业的起伏，完全能体现出行业的周期性特征。

上一讲分析 Intel 的时候，说过 Intel 是这个行业最早的玩家，1970 年就将 DRAM 投入大规模应用，四年后横扫 80% 的市场。之后，日本异军突起，靠高质量，和规模化生产之后的低价格击败了 Intel。

而 1983 年三星电子才刚刚开始，三星从当时规模还小的美光 Micron，拿到了 64K DRAM 的技术授权。技术授权，往往是行业后来者迅速赶上行业先进者的行之有效的方式。但是 1984 年，三星刚推出 64K DRAM，内存价格就暴跌，直接遭遇到行业的第一次衰退周期。当时内存价格从每片 4 美元跌至每片 30 美分，此时三星的成本是每片 1.3 美元。

换句话说，每生产 1 片亏损 1 美元。到 1986 年底，累计亏损 3 亿美元，当时三星电子的股权资本全部亏空，要靠集团输血。

那在这次存储芯片行业衰退周期，三星是怎么实现转机的呢？在此期间，美国提供了超过 20 亿美金的资金援助，韩国政府不但组织产学研共同投资，也提供了 6000 万美金的研发资金支持。三星电子，仅仅用了 3 年时间就一口气掌握了 16K 到 256K DRAM 的关键技术。

到了 1987 年，苦熬多年的三星电子终于迎来行业转机。当年，美国向日本半导体企业发起反倾销诉讼，双方达成出口限制协议。受此影响，DRAM 价格回升，三星趁势崛起，不但实现了盈利，还开始在技术上领先日本。

1992 年，三星率先推出全球第一个 64M DRAM，并于当年超越日本 NEC，成为全球最大的 DRAM 制造商。两年后，又率先推出 256M DRAM。三星的崛起，还带动整个韩国形成一个内存产业集群，除了三星，韩国的现代（2001 年后改称 SK 海力士）也跻身世界前三强。

这里说一句，在 1993 年，全球内存芯片市场又开始下滑，迎来第二次衰退周期，三星再次采用逆周期的投资策略，投资兴建 8 英寸硅片生产线来生产 DRAM。相反，日本因为房地产泡沫破灭，整个行业退缩，最后在政府的主导下，将半导体行业企业一分为二，日立、NEC、三菱的 DRAM 部门整合成立了国企尔必达。

这里重点说一下“逆周期”投资策略，要想“逆周期”投资，首先你得有钱。所谓逆周期，就是行业处在下行周期，不赚钱，甚至赔钱的时候，还进行投资。那投资的钱，从哪里来？这时候三星多业务的优势就体现出来了，存储业务在下行周期，但是还有手机业务在赚钱。三星集团的持续输血，让三星电子的逆周期投资成为可能。其次，你要有勇气，就是在一个业务赔钱的时候，“做赔钱生意”的勇气，这是三星最难得的意志，是对技术的笃定，也是对长期精神的信仰。

行业的第三次衰退周期随着 2008 年金融危机爆发到来，DRAM 价格雪崩，从 2.25 美元狂跌至 0.31 美元。就在此时，三星把握机会，再次做出逆周期投资的决策：将三星电子上一年的利润全部用于扩大产能，故意扩大行业的亏损。很快，DRAM 价格就跌破材料成本。最先破产的是德国巨头奇梦达，这也成就了紫光集团接手奇梦达的机缘。

日本的尔必达苦苦支撑数年，最终于 2012 年被美光收购，另一巨头东芝的闪存业务，也在 2017 年被美国贝恩资本收购。自此日本彻底退出存储芯片业务。整个 DRAM 行业只剩下三星、SK 海力士和美光三大玩家。

进入 2016 年，在大数据、云计算、比特币挖矿等需求的带动下，存储芯片进入“超级上升周期”，三星存储芯片的业务收入，从 2017 年一季度到 2018 年一季度，增长 118%。三星电子的半导体业务在 2017、2018 年超越 Intel，成为行业第一。同样受益于存储芯片的周期，2017 年，SK 海力士、美光也分别上升为整个半导体行业的 3、4 名。

让我们复习一下世界半导体公司前 10 强，和它们对应的市场份额。三星、SK 海力士、美光，存储行业的前三的营收，基本上占整个半导体行业的 1/4。

在存储业务上，三星一手靠技术，自 1992 年起，三星的每一代产品、工艺都是领先竞争对手的；另一手靠大规模投资，特别是逆周期的投资，不仅仅帮助自己成为行业第一，而且还带动了韩国内存产业群。

三星在存储芯片业务上积累的先进制造工艺技术，也是三星进入其它半导体业务的底气。

三星代工业务：后发先至的逆袭之路

三星代工业务，一方面是存储芯片业务积累的先进制造工艺能力输出，另一方面逻辑芯片对于制程的提升，也反过来让其它业务收益。这是垂直型公司的优势，有关联的业务之间，商业上可以抱团一起赢单，技术上可以相互提升能力。

三星的代工业务开始于 2005 年，一开始不过是产能与技术的溢出。在存储芯片业务的下降周期时，把自己过剩的产能和技术拿出来，卖点钱增加半导体业务部门的收入。这个起步时间相对于台积电，非常晚。但是从 2005 年到 2020 年的十几年内，三星的代工业务，一路 PK 掉 20 多家公司，成为唯二提供 7nm 工艺的两家代工厂之一。而且三星在 GAA（Gate-All-Around，环绕式栅极技术）的最新技术研发上，有领先之势。

代工业务，也是一项既拼制造技术，又拼投资的业务。三星在代工业务上，一手抓技术赶超，一手放手投资，后发先到的逆袭之路，才是我国产业界需要学习的地方。

前面提到，三星进入代工业务的底气，来自于在存储芯片的竞争中，建立起的先进工艺的制造技术。但是三星的代工业务，面对每一个节点上的大客户订单，似乎都是生死存亡之战。

在 28nm 制程上，台积电是 2011 年最先进行 28nm 制程量产的，然后在 2012 年攻克了 28nm HKMG 制程。三星则是在 2012 年实现 28nm 的量产，并于 2013 年导入了 28nm HKMG，而 GF 公司和 UMC 台联电则在 2013 年才开始量产 28nm 芯片。至此，从技术角度看，三星晶圆代工业务已经进入前二。

而在 2014 年，苹果把 A8 的订单转给台积电，这大大的刺激了三星加快转进 20nm 及以下先进制程的研发。2015 年 2 月，三星率先进行 14nm FinFET 芯片量产，重新拿回了苹果订单。历史上，非常罕见的出现了，一颗芯片 A9，同时在两个代工厂生产的局面。

这样的同款手机不同处理器的对比是非常残酷的。很快就有用户发现了，苹果 iPhone 6s，同样的 A9，三星版本和台积电版本续航能力有差异，虽然苹果官方声称差异仅有 2%-3%，但是在专业测评机构的极致测试情况下，显示有 20%-30% 的差异。这次与台积电的较量失败，明显伤害了三星的代工业务。

接着的 10nm 制程，三星落后于台积电。于是三星率先在 7nm 节点导入了 EUV 技术，却再次因为良率问题，错失先机。目前，三星宣布跳过 4nm，采用 GAA 架构实现 3nm，试图在 3nm 这代反超。

三星技术上激进，资金投入上更是。相对来说，台积电是小心翼翼地在维护着投资与资金流的平衡。三星在晶圆代工业务上疯狂进行扩张，其依仗就是高额的研发投入。

而纵观三星历年来的年报，2010 年时，三星对半导体的投资就首次超过了 100 亿美元，此后三星在半导体的投入也一直维持在百亿美元以上。IC Insights 曾经发布的调查报告显示，三星的半导体资本支出由 2016 年的 113 亿美元，增长到 2017 年的 260 亿美元，其投资金额已经成为了 Intel 及台积电全年资本支出的总和。

2019 年 4 月三星电子又宣布，计划在 10 年之内投资 1160 亿美元用于推动半导体领域的研发和生产技术。虽然台积电也投资不小，但是台积电的市场份额是三星的 3 倍。相对市场份额来说，三星绝对是按照更大的目标进行的投资。

其实，在 Intel 那讲，有关于半导体公司是保持 IDM 模式好，还是“设计 + 代工模式”更好的讨论？在三星这里，做存储芯片的制造和逻辑芯片制造，其实还是有不同的。如果三星把自己的目标仅仅定位为存储第一，甚至行业第一，那代工业务都不是那么重要。但是如果从端到端产业链的完整性上，晶圆工厂，特别是先进制程的晶圆工厂，是阿喀琉斯之踵。没有的话，那这个产业链就是不完整的。

再次引用同一位业内大佬的话，“国家与国家之间的竞争，是端到端产业链能力的竞争”。

说到 IDM 模式，三星的工厂，在最开始的时候，是给自己的高端手机 SoC 使用的。甚至到目前为止，三星自用的比例仍然超过 50%。所以，三星的工厂到底是产能与技术的溢出？还是有实力冲击行业第一的核心竞争力？我觉得这个问题，三星也是到了 2018 年，才明确下来的。三星要冲击行业第一，把工厂的制造能力打造成最核心竞争力。

三星的手机处理器

三星做手机处理器的起始点并不高，是从给苹果做定制服务开始的。

而且据说苹果并不满意三星的定制芯片，因此才推出自研的 A4 处理器。客观的说，三星做了苹果要求的产品，但是苹果没有得到自己想要的处理器，这是苹果架构团队的问题，不是三星的问题。

但是问题在于，三星的重心到底是做手机业务，还是在做手机处理器业务？对比苹果，苹果的策略很清晰，它专注在手机业务，做手机处理器只是为了更好地做手机。苹果的手机处理器不外卖，苹果的手机也不外购处理器。三星的手机，既用自己的处理器，也用高通的处理器。三星的手机处理器，也对外卖给小米、OPPO。无论是同机型不同处理器的配置，还是给竞争者供应手机处理器的操作，都挺迷惑的。

其实，三星的这种全产业链模式的弊端就在这里，例如它替苹果代工，生产手机处理器，又同时自己也设计手机处理器，虽然三星自己声称部门与部门之间，有很好的保密体系，但终究是瓜田李下。2012 年苹果起诉三星专利侵权，就是这种生意模式的弊端的体现。

对于大手机品牌，拥有自己的处理器肯定是有助于竞争的。

对于手机处理器设计部门，供货给自己的手机部门，自产自销天然有优势，而且手机部门的系统知识，对设计部门收益良多。但是，手机处理器部门的利润和价值，也往往被手机部门所淹没。

手机处理器，是技术和市场偏重的产品。前面说了，三星擅长技术和资金。但它本土市场有限是一个硬伤。美国有苹果，也有高通；中国有华为、小米、vivo、OPPO，中美都是有很大规模的本土市场的。没有一个有规模的本土市场，必然要拿其它的两项来补齐。

三星在手机芯片这块，因为想在技术上领先，在 2015 年到 2019 年四年时间，尝试了自研的 CPU 核：猫鼬，猫鼬虽然曾经阶段性超过高通，但是 ARM 的公版 CPU 性能更为优秀，且更新节奏稳定，在高通转向 ARM 公版之后，三星团队最终也放弃了投资巨大，但是收效甚微的自研 CPU 核的努力，也回归 ARM 的公版核路线。

不过，三星在技术上的追求并没有停止。2019 年在宣布放弃自研 CPU 核之后，2020 年，有爆料称，三星和 AMD 在合作研发移动 GPU。果然，2021 年三星官方证实了这一消息。CPU 这条路不通，就试 GPU 这条路，三星一直是一个屡败屡战的战士。

而且三星不仅仅有处理器，还有基带芯片、图像传感器、IC、DDI 等产品，都让三星对手机设计的任何一个新动态，有敏锐的感觉。我想说，一个企业有市场前瞻性，有技术能力，持续迭代，仍然在市场中，就会一直有机会。

手机处理器有三大技术能力：CPU、GPU 和基带，三星在 CPU 方向，4 年花了上千亿人民币，最终以失败退场；三星和 AMD 的合作，算是三星在 GPU 上的努力，效果尚未知。在基带方面，2020 年底三星虽然发布了首款 5nm 工艺 5G 基带芯片，但尚未自用。

跟排在行业第一的存储芯片业务，以及稳居第二，冲击第一的代工业务相比，手机处理器这个品类，算是三星的半导体业务中唯一徘徊的业务了。

总结

这一讲，我从三星的存储芯片业务开始，用历史回顾了存储芯片市场的周期性发展的规律。

三星靠着技术和资金的双重优势，牢牢地占据了存储芯片行业第一的位置。

三星的代工业务算是屡败屡战的案例，代工业务的高资金投入，非常符合三星激进的投资策略，因此在 15 年之内就迅速成为行业第二。如果 GAA 技术押对宝，三星有很大机会实现行业第一的目标。

三星的手机处理器业务就比较徘徊了。但是三星的持续努力的精神，值得所有企业的敬重和学习。

课后思考题

你认为，发展半导体产业，资金投入是必需的么？IDM 模式的核心竞争力是工厂能力，还是前后端联合设计的能力？欢迎你在评论区给我留言，也欢迎把这篇文章分享给其他人。

08 | 台积电：摩尔定律的忠实执行者

你好，我是邵巍。

前两讲，我给你讲了 Intel、三星这两家公司，一个是处理器芯片第一，一个是存储芯片第一，都是好公司，都是业界楷模。如果 Intel 和三星出现意外停工停产的话，估计整个半导体行业会忙乱一阵，疯狂补位，瓜分它们的市场，重新排定座次；行业之外，都不会有什么太大影响。

但是，今天讲的台积电就不一样了。如果台积电出现点问题，那整个半导体行业，可能死一半吧。行业之外，别的不说，手机价格应该会贵一倍，或者只有三星代工的芯片可以买了。

当然我说得有点夸张，不过这是有前例的。2018 年 8 月 7 号，因为电脑病毒的攻击，台积电出现全线停产的问题，影响到已经定在 9 月 12 号上市的 iPhone（2018）所需要的 A12 处理器的生产。当时 iPhone（2018）的市场价，很快就被黄牛们炒到离谱的地步。

那个时候，台积电决定优先生产苹果的 A12 处理器，将其它的处理器推后生产（其实就是华为麒麟）。当时台湾媒体，一直夸奖华为非常有绅士风度。因为华为的处理器也是由台积电生产的，而且华为的处理器生产量也不比苹果少，加之华为新机的发布也并不比苹果晚多久。由此，苹果和台积电都欠了华为一个很大的人情。

华为的礼让，是有回报的。2019 年在美国发布实体清单之前，台积电积极帮助华为。它和高通、联发科、AMD、英伟达等公司沟通，请他们释放出来一部分 7nm 芯片产能来给华为公司应急生产制造。

其实台积电不仅仅是半导体行业的咽喉要处，它还改写了半导体产业的格局。它是摩尔定律的忠实守护者，在 Intel 无法维持 Tick-Tock 的行业节奏之后，是台积电和苹果搭队，默默地为整个行业提供持续创新动力。其实在第四节我有提到，半导体一半设计，一半制造。在制造这方面，台积电以一己之力，支持了半个行业。这一讲，就让我介绍一下这家无冕之王。

重塑产业格局：激励创新

在第四节有提过，在台积电出现之前，半导体公司都是 IDM 模式。从设计到制造全部自己完成。AMD 的创始人兼第一任 CEO 曾经说过“真男人都有工厂”。在很长的一段时间内，芯片设计和工艺制程两者是紧耦合的，被看作是半导体公司的核心竞争力。行业老大 Intel，至今仍然坚持这条路线。

但是，让我给你一个数字，你就能清楚的知道，如果半导体公司采取 IDM 模式，需要什么样的实力。

一家并不是最新工艺的晶圆厂的建设成本为 30 亿美金，每年的折旧成本 + 运营成本约为 10 亿美金，这意味着半导体公司的营业额，必须在 50 亿美金以上。以 2020 年无厂半导体设计公司的收入来看，只有 5 家公司：高通、博通、英伟达、AMD 和联发科够这个标准（排在第 6 的 Xilinx 收入是 30 亿美金），但是这 5 家头部设计公司，全都是用的建设成本至少 100 亿美金起的先进工艺进行设计。

台积电开创了芯片制造的代工业务，让半导体行业可以在 IDM 模式之外，出现“无厂设计公司 + 代工工厂”的模式。甚至，原有的 IDM 模式的公司，也可以有选择的保留部分工厂，而将其它的芯片生产制造，特别是昂贵的先进工艺制造，外包给代工工厂，变成“轻工厂”模式。

无厂设计公司，大大的降低了半导体公司的创业资金门槛，促进了行业繁荣。换一个角度描述，如果没有台积电开创的这种 “无厂设计公司 + 代工工厂”的模式，大约 70% 的半导体公司都不存在了。可以说，没有台积电就没有目前的半导体行业格局。

但是，开创一个新的产业模式从来都不是一件容易的事。在台积电之前，从来没有一个专业的只从事晶圆制造的工厂。晶圆厂的成功，是要产能满负荷运转的。即使到了 1995 年，有专业研究机构统计，全世界的设计公司的芯片，全给台积电，也不够喂饱台积电。

无厂设计公司 + 代工厂，这个模式想运转起来，需要三个条件：

代工工厂的工艺水平不能太差，不能拖设计的后腿，而这个“差”，是跟同期的 IDM 的工艺水平相比较的。

设计公司的设计水平也不能太差，而且要有一定的出货量，才能填满代工厂产能。

与同一个市场中竞争的 IDM 模式相比，要有良好的投资回报比，才能持续发展。

换句话说，台积电要成功必须得同时满足这三个条件，分别代表了三个层面：要有工艺水平、有客户需求、要比 IDM 模式赚钱。 事实上，它也很好地完成了。我来一条线一条线跟你说。

提升工艺水平，成为行业第一

在台积电建立的头十年，在工艺技术上与当时的德州仪器、摩托罗拉等欧美大型 IDM 相比，还是有差距的。它真正的崛起有两个转折点，经过这两个转折点，才逐步奠定了它的地位。

第一个转折点是 2000 年，台积电在铜铝工艺切换的时候，开始自主研发基于铜制程 0.13 微米技术，而不再仰仗欧美公司的技术转让。正如英伟达的 CEO 黄仁勋说：“0.13 制程改造了台积电。”领先的制程工艺，让台积电成为代工厂的技术第一。

第二个转折点是 2007 年，台积电的林本坚提出浸没式光刻设想后，ASML 开始与台积电合作开发浸没式光刻机，并在 2007 年成功推出第一台浸没式光刻机。技术能力延展到制造设备侧，才是核心能力。而凭借这个能力，台积电决心“抢先半步”，走 40、28、20nm 的路线，自此和 Intel 的 45、32、22nm 路线分裂。接着创始人张忠谋的回归，大手笔投资 28nm 制程，将技术先进巩固为商业成功。

真正要到 2018 年，台积电按时按计划发布了 7nm 制程并进入量产，才真正反超了一直困扰在 10nm 良率问题上的 Intel，开始领跑整个业界。

先进的客户需求成重要助推器

第二条线，算是客户线。设计公司和代工厂其实是相辅相成的，没有先进的客户需求，也就没有代工厂先进的工艺。虽然 2007 年还没有无厂设计公司能排进半导体公司的前十。但是 2012 年，高通就排入第四，而博通排在第十一，AMD 当时排在十三。

回顾早期历史，1995 年台积电和 Altera 就合作在美国建晶圆厂，为芯片设计公司提供代工服务了。对 Altera 这家公司，你可能不熟悉，这是 FPGA 双雄之一，2016 年被 Intel 收购。FPGA 对于半导体制造工艺非常重要，因为 FPGA 的构造是大面积的重复单元，因此往往可以用来测试工艺制程。而 FPGA 这个品类，是强依赖最新工艺来提升竞争力的，这也是后来 Intel 要收购 Altera 的原因之一。

接下来，我们看看台积电的客户们。

高通，不太主动披露它的芯片制造商，但是 1998 年，高通的基带芯片 MSM3000，就是用的台积电 0.35 微米工艺生产的。之前几代，可分别用的是 LSI、IBM 和 Intel。而且 2002 年，高通的 CDMA 产品线的最佳供应商奖项是颁给了台积电。这是在台积电拿下苹果订单的 10 多年前。

英伟达，是从 1995 年就投奔台积电了。漫长的合作历史上，常有精品，例如英伟达 2020 年 5 月发布的 Ampere A100，542 亿的晶体管，826 平方微米的 N7 工艺单 Die，这个芯片做成 PCIe 卡之后，售价为 12500 美金。

在英伟达之前，只有博通能设计这么大的芯片了。博通也是台积电的很早期客户。

2014 年台积电推出了基于 FinFET 工艺的 20nm 芯片。这一年台积电拿下了最重要的一张订单：苹果的 A8。从此，苹果成为每年为台积电贡献超 20% 收入的超级大客户。

苹果手机芯片一年一代的更新节奏，反向制定了台积电的工艺升级的节奏。而台积电的工艺制程升级的节奏，也给全行业定了基调。其实从 2016 年，Intel 的 Tick- Tock 停摆之后，半导体行业的速度是台积电确立的，稳稳的摩尔定律速度。

与 IDM 模式竞争，保持产能与需求之间的平衡

其实，在台积电最初创立时期，Intel 是帮了台积电一把。但是，代工这种模式，本质是在和 IDM 模式的厂商在竞争制造机会。

到了 2000 年，dotcom 泡沫破裂，很多半导体公司的投入减少。同时，12 寸厂成为新建晶圆厂主流，但一座晶圆厂造价高达 25 至 30 亿美元，不仅中小 IDM 负担不起，大型 IDM 要投资也常显吃力。此时台积电的技术实力也已经超越 Intel 之外的其它 IDM。

2010 年，IDM 已较少自己生产 40nm 制程的芯片了，而台积电成功地预测到“做到 28nm 时几乎所有 IDM 都要靠代工”， 因此大规模投资 28nm 的产线，一举奠定胜局。

整体而言，IDM 放弃自建晶圆厂已是大趋势，比如 AMD 便在 2008 年底将芯片制造剥离出去。近 20 年来只有所谓“轻晶圆厂”（fab-light）或“无晶圆厂”（Fabless）模式的兴起，而没有芯片设计公司反过来成为 IDM。

总结看，IDM 模式，无论从产能预测、保密，还是工艺技术与设计结合的角度看，全部自己完成制造，有优势。但是，靠一个公司的产品填满产能，这对公司的研发能力有超强要求。台积电制胜的秘诀就是用最快的速度、最好的制程生产最多的芯片。

当台积电可以提供给全行业最好的制程的时候，全行业的产能都自发的集中过来。而且在制程领先这个条件下，客户，特别是大客户关心的优先级，就是产能优先，价格第二了。特别在同一个市场拼杀的竞争者，每个都恨不得把产能全包，一个 Wafer 都不给其它人剩下。因此台积电的利润率，一直行业领先。

“让晶圆厂持续高产能运转”，在产能和需求之间保持平衡，这是一项艺术。

稳健投资：摩尔定律的忠实执行者

“摩尔定律”使晶圆代工企业不断追求更先进的制程，而能在一两个原子大小的空间中雕刻回路的设备自然越来越昂贵，动辄数千万美元。为达到规模经济以抵消前期巨额投入，晶圆代工企业又追求更大的工厂和产能。

台积电在不断追求更先进的制程路上，靠得不仅仅是技术的创新，还有不被行业繁荣与萧条的波动左右，持续大手笔投资的长远眼光。最难能可贵的是，我们这里说的投资不是像三星一样的逆周期投资，台积电用的是自身赚到的资金， 以远高于行业其它公司的金额，长期投资。在台积电精致地平衡业务赚到的营业现金流量（正现金流）和投资活动付出现金流量（负现金流）下，按照金融相关人士说，台积电“画出了一张教科书般的收支图表”。

图片来源：日经中文网

比起三星的大开大合式、用其它业务补贴式的投资策略。台积电这种稳健的投资，在研发和制造均需要巨额资金投入的半导体行业里，确保了自己的长期健康发展。

台积电曾在提出的财务指标中强调，2018 年的投入资本回报率（ROIC）必须达到 15% 到 20%。投入资本回报率是显示投向业务活动的资金能在多大程度上产生回报的指标，台积电过去 5 年的平均值为 21.4%，高于 Intel 和三星，Intel 为 15.7%，三星约为 8%。

既赢，又稳，这背后离不开领导者的经验、魄力与前瞻性。多年来，台积电一直保持着“高投入 - 低成本 - 高销量 - 高投入”的正向循环。

苹果：需要单独讲讲的超级客户

整个计算机硬件行业，有 3 次风口：第一次是 PC 机，第二次是手机与移动互联网，第三次是这一轮的 AI、5G 与 IoT。第一次的 PC，成就了行业第一的 Intel。第二次的手机浪潮，成就的就是台积电，而这里的关键票，是苹果投下的。

苹果并不是一个半导体设计公司，苹果的前三代处理器，都是由三星设计并且生产的。直到 A4，苹果才进入自主研发的阶段。但是这个时候芯片生产还是三星在做。三星的代工价格，基本上是成本价，并且和存储芯片做了捆绑销售包，和只有代工服务的台积电相比，优势明显。因此苹果的 A4、A5、A6、A7 也都是三星生产的。

但是三星的问题是，它的手机业务和苹果有竞争关系。三星 Galaxy 系列手机搭载的自己生产的猎户座（Exynos）系列手机处理器，看起来跟苹果的相似度太高。这时候问题就出现了，我们讲代工业务有一个特点，代工厂可以拿到设计公司的最终成果，因此客户对代工厂的信任度必须要高。2011 年苹果正式起诉三星 Galaxy 系列产品抄袭 iPhone 和 iPad，三星又反起诉苹果侵犯其 10 项技术专利，苹果与三星的专利诉讼战几乎遍及全世界，这严重破坏了信任度。

台积电这边在争取苹果订单的时候，一方面遇到价格问题，台积电是一个纯代工工厂，肯定不能像三星那样，只是拿苹果的订单解决剩余产能，可以接受成本价。另一方面，台积电的产能基本满载，如果想拿下苹果订单，就需要给苹果单独建厂。另外，这里还涉及知识产权等问题，也是困难重重。最终台积电 20nm 制程领先三星，且产能扩张完毕，用实力说话，才首度拿下 iPhone 6 的 A8 处理器全部订单。

而三星并不是一个会轻易认输的公司。它直接跳过 20nm，首先宣布量产 14nm，重新赢回了苹果 A9 的部分订单。这对刚刚扩大产能的台积电来说，真是个大危机。但正如我说过的，危险和机会，总是并存的。我在讲三星的时候说了，iPhone 6s 装载三星版 A9 和台积电版 A9，被发现在功耗上有显著的差异：台积电的芯片明显较三星的省电。对三星来说，这是一个悲剧，相反，台积电因此一战成名。从此，苹果的订单，再也没有离开过台积电。

从官方披露的信息上看，苹果将在 2021 年推出 5nm+ 的 A15 处理器，2022 年推出 3nm 的 A16 处理器，2023 年推出 3nm+ 的 A17 处理器，目前，台积电和苹果正在携手研发 2nm 芯片，预计 2024 年推出 2nm 的 A18 处理器。

为什么我说苹果是“超级客户”？2019 年、2020 年，苹果都是世界上最大的半导体产品买家，台积电所有业务中有 25％直接或间接来自苹果，除了代工苹果的自研芯片以外，苹果购买高通、博通、AMD、德州仪器、意法半导体、恩智浦和瑞萨等公司的产品也是台积电代工。想想，三星是一直手机出货量第一，是半导体产品的第二大买家（前 2019 年之前是最大买家），如果没有拿到苹果这一超级客户，后果不敢想。

总结

这一讲，我分享了了开创了现代半导体行业的最主要生意模式：“无厂设计公司 + 代工厂”，并重塑了产业格局的台积电，我同样给你总结了几个要点。

没有台积电开创的代工模式，现在 70% 的半导体公司都将不存在。

台积电在需求和产能，这个半导体制造业最难权衡的一对矛盾上，非常艺术地保持了平衡。

台积电基本上用自己赚到钱，投入扩大再生产，不但技术一直领先，而且投资利润率也远超同行，简直是行业的压舱石。

台积电是 2015 年之后，接替 Intel，成为半导体业保持摩尔定律的动力来源。

课后思考题

台积电专心做代工厂，在一个长产业链上只做了一个环节，三星做了一整条产业链上每一个环节，而 Intel 虽然做了半导体行业的每一个环节，但是并没有深入到设备侧，这三个策略对比起来，很有意思。你喜欢哪个？你认为中国企业应该选哪个？

09 | Nvidia 与AI 芯片：超越摩尔定律

你好，我是邵巍。

我曾经在一个财经新闻中看到过一段话：“以纳米尺寸工艺制造的芯片，是人类自工业革命至今能够量产的最精巧、最神奇的造物。目前高性能芯片的运算能力早已远超人类，且正在源源不断地帮人类把人工智能（AI）这种过往只存在于科幻小说和科学家们头脑中的概念转化为现实。”

这一段话，我知道搞财经投资的朋友们有自己的目的，但是他们确实把半导体的行业之光写得非常文艺也非常到位。以纳米尺寸工艺制造芯片，那是我上一讲分享的台积电的功绩；而把 AI、科学家头脑中的概念转化为现实的，这就是我今天要好好讲讲的英伟达。

另外要提一下，财经投资的朋友们可不是只动嘴巴夸夸英伟达，他们真的下场投资。如果论营收，看 2021 年 4 月中旬的数字，Intel 是英伟达的近 5 倍，但是如果论市值，英伟达是 Intel 的 1.5 倍。为什么？凭什么？营收算是行业内部给予一个公司的评价，真金白银的买产品；而市值，就是大众对于公司的社会价值的肯定，那么大众肯定的是什么？是跟我一样，看到的是超行业、超摩尔定律的速度？还是大众对于 AI 这个大浪潮更有想象力？

今天，我就给就你讲一讲英伟达这家公司，是如何以 GPU 开局，并逐步在 AI 领域占据绝对优势的。

GPU 开局

让我先从英伟达的主要产品说起。看看下面这张英伟达财报中的表格，2020 年，英伟达收购成功 Mellanox，表格上“Compute&Networking”那一行的收入就来源于此，如果不算这部分，英伟达就是一个 GPU 的公司。

我在基础知识篇，给你讲过了什么是 GPU，通俗一点理解，GPU 就是加速绘图的处理器。

关于绘图的任务，我可以给你讲讲大概的原理。现在的显示器分辨率是 1080p，就是说这个显示器上的所有的图形，都是由水平方向 1920 行，垂直方向 1080 列的光点矩阵组成，算一下 1920x1080，也就是 207 万个光点组成。

这些光点会被记录成一个二维数组，就是一张图。每一个光点，专业上称为像素，是由红绿蓝三种基本颜色调和而成。而这三个颜色，都是以 0-255 之间的一个数字表示。也就是一个像素，就是 3 个数字，例如一个红色的像素，就是（255，0，0）。那么，要生成一张红色的图，在 1080p 的分辨率下，就需要提供 207 万个（255，0，0）红色像素的数组。而且这只是一张静态的图像，如果是视频，每秒有 60 帧图像，那一秒就需要处理上亿个像素了。

其实，在 GPU 处理图像，特别是 3D 图像的时候，倒不是一个像素一个像素处理的，而是把 3D 图形转换成可以在 2D 屏幕上展现出来的，由顶点构成的无数个三角形。然后，根据每个三角形的三个顶点，把这个三角形所覆盖区域换算成像素，然后再做颜色效果，基本上就得到了屏幕上的最终效果。

下面是用 GPU 处理一个 3D 桌子图像的绘制示意图，你大概可以理解这个处理过程。

另外我放了一个 OpenGL 做渲染的处理流程图。OpenGL 是一个渲染图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口 API。所谓的渲染就是绘制图形的主要操作。

从我上面说的图像处理的原理，可以看到，绘图任务需要并行处理海量数据，这对擅长做串行数据处理的 CPU 来说，既不合适，又负担很重。于是在 1980-1990 年代，图形加速卡这种外设开始出现。当 1993 年黄仁勋创建英伟达的时候，市面上有 100 多家图形加速相关的公司。这是一个可怕的在性能、标准、市场层面的混战，当时的市场主要是游戏和 PC 市场。

当然 PC 和游戏市场的残酷，也给了英伟达两个非常宝贵的经验：第一，超摩尔速度，就是被业界称为“黄氏定律”的：“半年更新，一年换代”；第二，就是软硬件之间的标准的重要性。

在游戏市场，英伟达和竞争对手竞争的早期，微软的 Direct X 可以说是能左右游戏开发生死的翻云覆雨手，它是一套优秀的应用程序编程接口，既为软件开发者提供与硬件的无关性，又为硬件开发提供策略。说白了，它就在做软硬件之间的标准。

这也是英伟达花 10 年苦功，投入 CUDA 软件生态建设，把软硬件之间的标准，移到了自己一侧的动力。关于 CUDA，我下面会讲到。

对于 GPU 开局这部分内容，当然我的重点不是分析传统的 GPU 市场，老实说，回顾英伟达的公司历史，至少从股价市值的方面，市场给予了 GPU 这个产品正常认可度。在 2016 年之前，英伟达的市值和跟营收曲线，基本上相符。GPU 这个产品存在的价值，就是从 CPU 上卸载图形处理工作，是依附在 PC 和游戏机这两个市场的。因此长期以来，英伟达是被放在 Intel 这个坐标系下评价的。这也是为什么如果固守 PC 和游戏机这两个已经成熟的市场，英伟达的发展有限。

英伟达的转折点，或者用理论一点的术语描述，英伟达的第二曲线是我下面要说的 GPGPU 与 CUDA。

GPGPU：点亮并行计算的科技树

2007 年，英伟达首席科学家 David Kirk 非常前瞻性地提出 GPGPU 的概念，把英伟达和 GPU 从单纯图形计算拓展为通用计算，强调并行计算，鼓励开发者用 GPU 做计算，而不是局限在图形加速这个传统的领域。GPGPU，前面这个 GP，就是 General Purpose 通用的意思。

而且英伟达这样一个芯片公司，以 12 分的努力和投入，开始建设 CUDA 这样的软件框架。GPGPU 和 CUDA 让英伟达从计算机图形学，开始走出来，把并行计算这个重要任务记在自己的名下。

这里我要重点说一下 CUDA（Compute Unified Device Architecture，统一计算架构），CUDA 不仅仅是一个 GPU 计算的框架，它对下抽象了所有的英伟达出品的 GPU，对上构建了一个通用的编程框架，它实质上制定了一个 GPU 和上层软件之间的接口标准。

前面有提到，在 GPU 市场的早期竞争中，英伟达认识到软硬件之间的标准的重要性，花了 10 年苦功，投入 CUDA 软件生态建设，把软硬件之间的标准，变成自己的核心竞争力。英伟达可以说是硬件公司中软件做得最好的。

同样是生态强大，Wintel 的生态是微软帮忙建的，ARM-Android 的生态是 Google 建的，而 GPU-CUDA 的生态是英伟达自建的。

这个标准有多重要？这么说吧，一流企业定标准，二流企业做品牌，三流企业做产品。在所有的半导体公司中，制定出软件与硬件之间的标准，而且现在还算成功的，只有 3 个，一个是 x86 指令集，一个是 ARM 指令集，还有一个就是 CUDA 了。

2007 年，英伟达推出了基于 CUDA 的 GPGPU beta 版，之后公司的所有 GPU 都支持 CUDA，因此其实 GPGPU 和 GPU 可以完全通用。各种编程语言的工程师纷纷用英伟达的 GPU 进行开发，大大增强了 GPU 的开放性和通用性。而且因为英伟达是用 GPU 进行并行计算这个领域的第一，因此所有这个领域的软件、应用，都支持了 CUDA，CUDA 实际上成为并行计算的事实标准。

GPGPU 提出之后，在提供算力这个方面上，每个英伟达的 GPU 都有了一个统一的框架。英伟达在算力和存储带宽两个方向上，对比 CPU，都以超 10 倍，甚至 100 倍的优势领先，如上图。GPU 相对 CPU 的 TOPS per Watt（花费每瓦特电能可以获得的算力）的差异竞争优势，它的本质就是将晶体管花在计算上，而不是逻辑判断上。

在提出 GPGPU 和做 CUDA 的时候，英伟达面向的科学计算，就是冲着 HPC 和超算这个市场去的。也确实挺成功的。2020 年超级计算机 TOP500 更新榜单，可以看到 TOP10 的超级计算机中有 8 台采用了英伟达 GPU、InfiniBand 网络技术，或同时采用了两种技术。TOP500 榜单中，有 333 套（三分之二）采用了英伟达的技术。

但是 HPC 和超算市场有限。有易用统一的 CUDA 编程标准，有算力和存储带宽都远超 CPU 的计算能力，有明确的技术优势，万事具备，英伟达的腾飞就差一个应用面更广大的通用问题了。

AI 的风口下，英伟达腾飞

其实，悬而未解的重要通用问题是一直存在，这就是人工智能。如果说计算机科学有几大前沿方向，人工智能一直排在前列。关于人工智能，整个计算机行业的人，有过几轮的努力，很多不同的研究方向，其中一个方向是机器学习，而深度学习就是机器学习的一个最重要最成功的方式。下面一张图，把人工智能、机器学习和深度学习的关系表明了。

深度学习实现人工智能，就是拿神经网络模拟大脑，把推理判断过程转化成简单的，可以“训练”的数学方程。我们就以下面的从照片中识别“猫”的这个案例解释一下：

首先，准备一个充满数学公式的深度神经网络，如下图，然后提供大量猫的图片给这个网络做训练，这个网络通过层层计算被训练识别这些图片中哪些是猫，哪些不是。当这个网络训练好了，再拿一张新图片过来，这个网络就能推理出来，这张图片是不是猫。

深度学习依赖于数学和统计学计算。深度学习中的用到的各种神经网络，例如人工神经网络（ANN）、卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN），都是典型的并行结构，每个节点的计算简单且独立，但是数据庞大，通常深度学习的模型需要几百亿甚至几万亿的矩阵运算。因此深度学习的成功有两个要素：一，海量的训练数据；二，高速的并行计算能力。

几百亿甚至几万亿的矩阵运算，这一听，就很 GPU，因为 GPU 在进行图像渲染时，就是做大量的矩阵乘法运算。

每秒进行大量的矩阵乘法运算，这就是图形渲染和深度学习统一的地方。

统一的问题，给出统一的答案：英伟达 GPU。

搞算法的科学家，在用 CPU 的年代里无所作为，于是努力改进自己的算法，希望能少用一点计算，但并没有太大效果。后来，有人用上了 GPU，算法不变，算力提升 10 倍，效果立马就不一样了。混沌大学创办人李善友总是说，要注意差 10 倍的那种变量，一个方向上出现了差 10 倍的一个变量，一定有大事要发生了！

我非常赞成中国著名 AI 专家、格灵深瞳公司 CEO 赵勇博士的评价：有人说是深度学习成全了英伟达的 GPU，其实我认为，反而是 GPU，成全了深度学习。

赵勇博士讲得很清楚了，我直接把原话放在这里：“如果没有英伟达的 CUDA 平台，科学界证实深度学习巨大潜力的时间不知道还要推迟多久。更难能可贵的是，GPGPU 技术使得在 PC 级别的计算机上进行高密度的高性能运算成本大幅降低，以至于一个普通科研人员的台式电脑都有可能部署上万个并行处理内核。这使得深度学习技术迅速地在科技界发展和普及起来。可以这么说，如果没有 GPGPU，坚持研究了多年的神经网络算法的欣顿教授们，恐怕还得继续在学术界沉默不少年。”

之前我们提到过硬件行业的 3 次风口：第一次 PC；第二次手机与移动互联网；第三次就是 AI+5G+IoT。

英伟达在整个 PC 时代里它是配角，也尝试过手机，最后黯然离场。但是 AI 的大风刮来，英伟达成为人工智能这场大戏的主角英雄。为什么它能成为主角？因为它解决了 CPU 没有解决好的两个问题：并行计算、高数据吞吐能力。而且它还给自己建造了一个护城河，并行计算的软硬件之间的事实标准 CUDA。

后来的所有 AI 芯片，各种 xPU 们，在落地之前，做的第一件事，就是匹配 CUDA。而每一个流行起来的学习算法，框架，底层也全部支持了 CUDA。AI 的新算法，新框架越活跃，参与 AI 的开发者越多，CUDA 的优势就越突出。

英伟达一直保持相对于 CPU 的 10 倍的计算力，这个 10 倍速变量，让它成为一个合适问题的关键答案，也完美地验证了超越摩尔定律的都是好公司的业界通识。

当然，作为从业人士，我其实是想提一个小悖论的。GPU 的计算性能比 CPU 高 10 倍，如果人类社会的任务比例是逻辑计算，就是适合 CPU，那些任务是 1，数据计算是 10 的话，CPU 和 GPU 的比例，是 1:1，英伟达的最高点就是跟 Intel 同规模。只有逻辑计算是 1，数据计算是 100，CPU 和 GPU 的比例，才是逆转的 1:10，英伟达才会有 Intel 的 10 倍规模。你可以理解我说的么？欢迎给我留言，我们一起讨论。

总结

最后，我来给你总结一下英伟达这家公司。同样有几个要点：

现在市值超越 Intel 的英伟达，是从做图形加速的 GPU 开始的，早期 GPU 一直作为 CPU 的加速器存在。

但是英伟达用 CUDA，建立了并行计算的事实标准，无论是科学计算，还是计算机图形科学、计算机辅助设计，CUDA 都向上构建了最底层的编程框架，向下抽象了英伟达的所有 GPU 微架构。自此，英伟达从一个做产品的公司，进阶为做标准的公司。

GPU 和机器学习，相互成就，替人类打开了人工智能方向的一扇全新的大门，人类世界对英伟达的回报，就是超出业界预计的高市值。

这就是英伟达，一个半导体行业的老兵，三步封神之路。

思考题

你觉得英伟达的护城河深么？这波 AI 的大风，能把英伟达送到多高？那些号称解决 AI 问题的 xPU，有优势么？欢迎在评论区给我留言。

10｜德州仪器：模拟芯片的无冕之王

你好，我是邵巍。

如果你学习过芯片分类那一讲，应该看出来了，我前面讲的几家 Top 级厂商除了台积电之外，其他都是做数字芯片设计的，而这一讲我们要换个品类，来看看做模拟芯片的一家老牌厂商。

前两节在讲台积电、英伟达的时候我都提过，硬件行业有 3 次风口：第一次是 PC 机，第二次是手机与移动互联网，第三次是这一轮的 AI、5G 与 IoT。每次风口都有公司起，有公司落，有公司平静度过。

今天我分享的这个老牌厂商，经过两次风口，起飞降落之后，最终决定另辟蹊径，在模拟器市场获得成功，它就是德州仪器。德州仪器的中国区总裁谢兵，曾经说过“企业的目标是做强而不是做大”，我觉得这句话非常精准的解释了德州仪器的公司策略。

让我还是从历史开始，看看德州仪器的三次转型历程。

第一次转型：搭上半导体行业的火箭

德州仪器成立在 1930 年，最初是一个小型石油和天然气公司，叫“地球物理业务公司”(GSI)。这么早的历史，让德州仪器有望成为第一个半导体行业的百年老店，毕竟半导体是在 1947 年才发明的。GSI 的生意一直不错，到了二战期间，又得到了国防电子产品的订单，开始将信号处理技术应用在潜艇侦测、空军雷达系统等产品上。

这里画一下重点：电子产品，信号处理技术，我们看到它在向科技方向转变了。

在国防电子产品上的经验告诉他们，半导体行业是一个极具前景的行业，这个“火箭”马上要起飞了。因此 1946 年，GSI 创建了电子设备实验室和制造厂，1951 年重组并更名为“德州仪器”。1954 年，德州仪器购买了生产晶体管的专利，直接杀入晶体管制造和销售的市场。

德州仪器在半导体发展早期，斩获颇丰：有 1954 年研制的第一个商用硅晶体管，还有 1958 年新员工杰克·基尔比研制出世界上第一块集成电路，德州仪器也是当时唯一能批量生产硅晶体管的公司。

接着德州仪器进入微处理器领域，但在微处理器领域，它遇到了 Intel。

德州仪器的开局，其实非常漂亮，两个行业第一，不亚于 Intel。但是德州仪器，并不是一个传统的半导体公司。它一开始就产品线很长。它有着电子设备商的特征，初期有很多消费电子产品，例如数字钟表、电子手表、便携式计算器、家用电脑等等。

一个“不专心”的半导体公司，遇到一个专心做芯片的公司，你认为结果会怎么样呢？

现在我们都知道结果了，Intel 是行业老大。而分析一场 40 多年前的产品竞争，我觉得也没有意义。因此让我们跳过过程，一起看看，在微处理器领域失败的德州仪器，后面又做了什么。

德州仪器在 1979 年，输掉了和 Intel 的微处理器的比赛之后，开始制定微处理器之后的未来路线。它制定了发展数字信号处理器（DSP）和嵌入式处理器的策略。1983 年，TMS320 DSP 系列及其衍生产品开始贡献德州仪器总利润的近一半，有非常多的电子产品采用。其实，从这个时间开始，德州仪器的产品就有着明显的多用户、多使用场景的特征了。

也就是这个 TMS320 产品家族中的 C5000 系列，在 1990 年代末被诺基亚和爱立信选中，德州仪器因此进入了手机市场。

第二次转型：进入手机处理器市场

在二十世纪 90 年代末到二十一世纪初，德州仪器一方面转让了国防、打印机、电脑、DRAM 等一系列业务，另一方面开始大力拓展手机芯片市场。这里给你说一个小八卦，当时在德州仪器任职，后来创建台积电的张忠谋，就是因为德州仪器放弃 DRAM 而离开的。

复习一下，我在介绍三星手机处理器的时候有说过，手机处理器，有三项主要技术：CPU、GPU 和基带。德州仪器的 OMAP 系列处理器，CPU 用了 ARM，GPU 用了 Imagination 公司的 PowerVR，跟后来苹果 A 系列用的是一模一样的，德州仪器自己家也有信号质量非常过硬的 GSM/GPRS，就是 2G 基带芯片，因此三项技术皆强。

客户方面，德州仪器拿下了 2G 时代最强的诺基亚和摩托罗拉，一时间风头无两。

但是，凡事都怕但是，这个时候高通催动信息世界升级到了让自己占有绝对技术优势的 CDMA 时代，就是 3G 技术。刚我们说手机应用处理器有三项关键技术：CPU，GPU 和基带。没有 3G 基带芯片的 OMAP 处理器，跟瘸了一条腿似的，根本无法在市场立足。基带，也是高通纵横手机市场多年的杀手锏，至今每个手机也还在交“高通税”。

好在德州仪器一直是一个多元化布局的公司。在手机芯片业务最好的时候，也没有耽误给车企造芯片，早在上世纪 80 年代，德州仪器就为福特和通用打造了名为 TLC542 的车载器件 8 位 ADC，2003 年还针对汽车推出了第一款信息娱乐系统，成为为数不多的几个汽车处理器供应商之一。

我当年还是工程师的时候，在客户现场遇到过德州仪器家的工程师，对比我当时服务的公司，客户主板上只有一颗孤零零的芯片，而德州仪器的小哥哥，他能在板子上数出十好几个芯片。我当时的公司，两年一颗产品，德州仪器的小哥哥手里有一本书一样的产品目录，品类非常丰富。两家公司走的完全不是一个路线。

这种“广撒网，多敛鱼”的模式让德州仪器几乎可以接触到所有的客户，所有的项目。市面上几乎所有的电子设备中都含有德州仪器的产品。一个企业，如果见得多，自然有机会选一个“好产品”、“好机会”出来。

德州仪器能接触到所有市场上的所有机会。那么为什么德州仪器选出的好产品是模拟芯片？选出的好市场机会，是汽车和工业市场呢？

和其它的半导体公司相比，德州仪器对一个“好产品”和“好机会”的定义，其实是不同的。半导体业界推崇高价值，海量的单一产品，例如 CPU、存储、基带芯片等等。而德州仪器认为一个好产品，应该可以卖给多个客户，可以用在多个终端设备上，甚至理想情况下，可以跨越不同的市场和细分领域。如果你发现这样一个好机会，那这个产品，往往生命周期也很长。

摩尔定律告诉我们，半导体其实是海鲜，今天最好，两年之后，价值就减值一半。德州仪器，则是逆摩尔定律而动，想赚的是长期的钱。行业内有“一年数字，十年模拟”的说法，模拟芯片就是长期的“好产品”。

这样的“好产品”，除了个人消费电子产品之外，在工业和汽车市场里最多，而且这两个市场中的产品生命周期长。虽然单品价格不高，但是如果成本结构可控，毛利就可以提得很高。聚金沙成金塔，一样可以支撑起巨型公司。这就是 “好市场机会”。

因此在决定放弃手机移动芯片之后，德州仪器义无反顾地杀入模拟芯片市场。当然德州仪器的能够转型成功，也是因为那些“新”方向本来就是其原有业务中的强势产品。即使在没有以模拟芯片为主的时候，1995 年它在模拟市场上，也是排名第五的。

第三次转型：模拟市场加冕之路

德州仪器的第三次转型之路，也是个非常经典的企业转型案例。它主要在三个层面上做了努力：第一是在公司经营层面，消减无关业务，从“大而全”转为“专而精”。第二，大举收购模拟芯片公司，扩大市场份额，产品品类，引进人才，快速确立自己的行业第一地位。第三，在产品技术方面，大举建厂并率先引入 12 寸晶圆制造工艺，带着数字市场的先进经验降维打击模拟市场的原有同行。

转型：消减无关业务

所谓转型，放弃之前的强势产品线，这个其实非常见管理功力。多元化的布局，也并不是什么都做。放弃，才能把资源聚集在最有竞争力的产品和市场上。我大概梳理了个表格，你可以看看从二十世纪初开始，德州仪器是如何消减数字芯片业务的。

收购：市场份额与产品品类，引进人才

整体来说，模拟芯片业务稳定，又赚钱，但从公司经营的角度看，它的问题是品类特别多，市场比较零散。其次模拟芯片的生命周期长，一个新的设计，必须要等待合适的时间窗才有机会替换老产品。还有，模拟产品非常依赖资深工程师，非标准化的设计和生产。这三方面综合起来，收购公司就可以快速提高市场占有率，增加产品品类，同时引进人才。

这里要说一下，美国的公司，一直非常重视通过收购和并购来增强公司的竞争力。麦肯锡曾经给出半导体产业的一个建议就是每个公司应该每年用自己市值的 3%-5%，来收购相邻技术的公司，扩张自己的领域。而德州仪器在收购公司方面一直比较活跃，我也列了一个德州仪器收购公司的时间表。

2011 年德州仪器的模拟芯片销售额约为 64 亿美元，尤其是并购了美国国家半导体，给公司带来了 5 千名员工，以及多达 4.5 万种模拟集成电路产品和客户设计工具，极大程度地扩展了公司的模拟业务。

1995 年德州仪器在模拟供应商中还排在第 5 位，而从 2011 年收购美国国家半导体公司之后，模拟供应商的第一把交椅就一直就是德州仪器的了。

建厂：构建最佳成本结构

德州仪器的第一可不仅仅靠收购，在做模拟芯片这件事上，也是有独到手段的。

模拟芯片从产品技术上看，更高阶的工艺制程不一定能改善芯片的性能，一般公司会采用和设计匹配的工艺，因此模拟芯片以 8 寸产线为主，0.18um/0.13um 以上的制程。

但是从数字芯片市场拼杀过的德州仪器，则不同，它是抓住传统模拟芯片制造工艺落后的劣势痛点，引进 12 寸晶圆，这一手，就是数字 IC 中最崇尚的扩大晶圆，减小晶体管，虽然对性能并无影响，但是斩获了 40% 的成本优势（未封装的芯片的成本）。在一个不是很讲摩尔定律的领域，用摩尔定律打败现存的竞争者。

2009 年末，德州仪器以 1.725 亿美元的价格从破产的 DRAM 制造商奇梦达公司那里购买了 12 寸晶圆的制造工具，并将其转移到德克萨斯州现有的 Richardson 晶圆工厂中，成为第一家在 12 寸晶圆设备上制造模拟芯片的公司。

2014 年德州仪器宣布将较老的 DMOS6 工厂转换为 12 寸晶圆的模拟芯片生产。

2017 年，德州仪器的模拟芯片收入中，大约一半来自使用 12 寸晶圆制造的设备。12 寸晶圆的高毛利，让德州仪器，对比其它的模拟同行，具有更强大，且持续的成本架构。

德州仪器 70% 以上的生产制造是在 9 个国家的 17 家内部工厂中完成的。模拟 IC 本身就跟工厂工艺强绑定，而且生产产能非常重要，在这点上德州仪器做的非常出色。德州仪器的晶圆产能可以排入晶圆厂产能的前 10，在中国成都也是有工厂的。

自 2013 年开始到现在，德州仪器在模拟 IC 市场的营收就是行业老二亚德诺半导体（ADI）的两倍。

没有一款电子设备不需要模拟芯片，在模拟芯片领域，德州仪器是无可争议的市场领导者，在整个半导体界有着举足轻重的地位。

但是德州仪器的传奇，可没有止步于模拟芯片第一。它从来不是被动转型的公司，它是主动改革的弄潮儿。

主动改革的重要举措：取消代理分销

德州仪器最近最大的一次震惊业内，特别是亚洲地区的操作是 2019 年下半年接连取消了安富利、WPI 和文晔的代理权。仅仅保留了一家全球代理商 ARROW 的代理权。这等于全面进入了直销模式。

要知道，德州仪器有 8 万多个产品，10 万多客户。2/3 的收入是来自代理。这种取消代理，依靠在线销售模式和直销的操作，在业界历史上，从来没有过。

当然，以前我们半导体行业也从来没有经过互联网时代。

取消代理，一个直观的好处是德州仪器可以直接访问到客户的项目，每个项目的每颗芯片机会，对客户所作所为有非常直观的洞见，这是靠代理的竞争者所没有的优势。当然，砍掉代理商的利润，肯定也可以提高毛利。

但是如德州仪器 CEO 所说，在取消代理一年之后，它的 2/3 收入直接来自客户。这个数字，可能会再高一点点，但是不会高很多了。这也意味着，低毛利的小客户的流失。

这对于真正发展中的中国芯片行业，其实倒是一个机会。

总结

德州仪器这样一个老牌公司，能成功转型三次是非常难得的商业案例。我总结了三点可以借鉴的地方：

德州仪器一直就是一个长业务线的公司，它有机会接触到所有市场上的所有机会。但是德州仪器对好产品的定义，让它和整个半导体业界，区别开来。半导体业界普遍推崇高价值，海量的单一产品，例如 CPU、存储、基带芯片等等。而德州仪器则以长生命周期、多客户、多应用场景的标准品为追求目标。

像模拟芯片这种类型的产品，要开发成千上万的产品，同时还需要很强的制造能力，才能控制好成本结构，而这些恰恰是德州仪器的核心竞争力。

德州仪器，从来都是一个主动创新的公司，它在 2019 年取消三大代理，仅保留一家的做法，震惊了业界。互联网在线销售和直销，肯定会提高对客户的洞见度和毛利，算是半导体公司第一次互联网化的新创举。长期是否会造成大量的小客户流失，目前尚未可知。但是对于中国模拟芯片企业，倒是一个难得的机会。

思考题

德州仪器的三次转型，对你有什么启发？你所在的行业，有这样转型成功的案例么？取消代理，然后进行互联网在线销售，这个操作，对于一些传统的行业，其实挺难想象的。你对此有什么看法？欢迎你给我留言，也欢迎你把这篇文章分享给其他朋友一起阅读。

11 | 其他半导体公司：美国双通与欧洲双雄

你好，我是邵巍。

在这个课程的第二大部分，我的计划就是以行业内前十名的优等生为例，梳理一下这个行业的成功秘诀。因此我先讲了常年霸榜冠军 Intel，接着讲了拥有完整产业链能力且是存储第一的三星，然后是整个行业当前的摩尔定律守护者台积电，它们三个也基本上常年行业前三。

按照课程规划，我又从前十中选了两个非常有特色的半导体厂商，一个是英伟达，目前半导体行业营收虽然在前十边缘，但是市值却超越 Intel，排在第二，而且 AI 这个计算机行业的第 5 次浪潮，是跟英伟达密不可分。另一个是德州仪器 TI，这个行业里最老牌的一家公司，在三次华丽转身之后，牢牢地占据了模拟芯片市场的第一。这一共是 5 家公司。

这节课，我就是查缺补漏一下，补足前十，带你看看其他半导体公司。我家小朋友，一个初中生，给我讲过一个笑话：复习这事，对学霸来说是查缺补漏，对于差生来说，就是女娲补天。还是挺有道理的。

半导体行业庞大精深，产业链丰富多彩，优秀公司无数，创新的产品技术无数。我的重点是让大家心中有一个产业框架下的成功公司的素描。其实前十之外还有很多遗漏，例如一些细分行业的冠军，一些小而美的公司，这短短的课程中就无法面面俱到，希望你课后多多阅读行业新闻，自行学习提高。

5 年内的前十名

我做了一张表，把近 5 年的行业前十的公司列了一下，如下：

可以看到，前三很稳定，基本上就是 Intel，三星和台积电。

其实前 5 名，第一梯队都很稳定。SK 海力士和美光还有在前十尾部徘徊的东芝存储，其实人家 2018 年分家出来，更名为铠侠 Kioxia，都是存储芯片的厂家。存储芯片是一项虽然市场价格有周期性，但是需求稳定，需要大量产能，有着很重生产制造门槛的类型的产品。因此既集中，又是巨型公司，而且有一定的稳定性，不遇到价格剧烈波动的周期，排名和收入都是非常稳定的。

前十之中，剩下的就是美国双通，包括高通和博通，还有欧洲双雄，就是恩智浦和英飞凌，让我把常年徘徊在 13、14 名意法半导体 ST，也加在欧洲这里，按顺序讲给你。

美国双通：高通与博通

双通其实非常厉害，如果单纯看无厂半导体设计公司，排在前两位的就是双通。

其实每一个电子设备，可以抽象为计算、存储和网络（也可以叫 I/O 输入和输出）三个主要的功能模块。CPU 做串行逻辑计算，GPU 做并行计算，Intel 和英伟达，就是凭借完成计算任务的能力，位列行业前茅。说到存储模块，三星、SK 海力士、美光、东芝，这些公司都是做存储的。

还有一类，就是做网络。按照核心技术来分，高通和博通应该归为做网络的公司。从它们的名字可以看出来，都是跟通信有关系的。

高通（QUALity COMMunications），我觉得中文的翻译还是很传神的，就是高质量的通信的意思。让我先来从这家公司开始。

高通：CDMA 标准的制定者

前面有说过，一流公司订标准。高通就是一家制定了 CDMA 无线通信标准，然后从中获益至今的公司。CDMA 无线通信标准就是 3G 通信的主要技术标准。

如果按照无线通信的发展历史看，1G 是模拟制式的时代，用的是 FDMA，频分复用的技术。到了 2G 时代，欧洲同志们率先结盟，制定了 GSM 的标准，推广到全球。谁立的标准谁获益，诺基亚就是凭着 2G 标准崛起的。而高通，主推的通信性能更高的码分复用 CDMA，最后成为 3G 的标准。

给你看一张图，看一下无线通信从 1G 到 5G 的速率增速，因为无线通信标准升级是一个全世界一起升级的浩大工程，基本上 10 年一代，代与代之间基本上 30 倍速，甚至更高。

CDMA 系统在频谱的利用上有较大优势，可以更加高效地利用频谱资源，其实质就是可以支持更多的用户使用，拥有很大的商业价值。

但是从技术优势，要转换为商业优势，是要花费巨大代价的。最初的高通，从拜访各国政府推动标准的制定，到说服每个运营商投资建网，与北电（Nortel）合作提供网络设备，到和手机生产商合作，提供 CDMA 手机，甚至自己动手制造支持 CDMA 的手机。可以说，高通公司动手参与了 CDMA 产业链的每一个环节。

但是高通的这种产业链垂直集成的生意模式，并不是它的本意。它跟其它的美国公司类似，定位自己为先进技术 CDMA 的代表，而不是生产商。高通在初期参与设备制造、手机制造，只是为了推广标准，建立一个完整产业链。

经过高通的努力，1993 年，CDMA 被美国电信工业协会采纳，成为行业标准；1995 年，CDMA 在香港实现商用，1996 年登陆韩国；到了 1999 年，国际电信联盟把 CDMA 选作是 3G 技术。

1999 年，高通就决定不再做手机和系统设备的业务，转而完全集中在价值更高的技术开发和芯片研发上。这才有了现在的高通设计公司第一的行业地位。

其实，手机处理器这个市场，堪称半导体公司的坟场，德州仪器的 OMAP 系列、英伟达 Tegra、Intel SoFIA、Marvell 美满电子的 ARMAD、Freescale 飞思卡尔的 i.MX 现在都从手机市场上消失了。

我们说手机处理器有三大技术能力：CPU、GPU 和基带，ARM 证明了自己在高能效 CPU 上的能力，GPU 还是一场正在进行中的战斗，高通则靠基带稳稳地站住了行业第一的位置。

对于中国来说，出身网络市场的华为，本来是最有希望超越高通的，可惜中国的芯片产业链不够给力，被卡住脖子。高通的背后是世界顶级的产业链，有强烈的美国属性。

博通：半导体公司的并购史

如果说高通是无线通信的第一，那么博通就是有线通信之王。博通对自己的描述是 99.9% 的互联网流量都通过至少一片博通的芯片。很长一段时间，博通拥有以太网交换商业芯片 90% 以上的市场份额。具市场分析公司 Linley Group 的数据，2015 年，博通以太网交换芯片的市场份额是 94.5%。

图片来源：博通公开发表资料

为什么这么强？我给你看看博通的 Tomahawk 系列侧重于高性能的交换芯片的路标，图如下。你可以看到基本上就是每两年交换带宽加倍，标准的摩尔定律速度。如前所述，按照摩尔定律速度发展的公司，都是好公司。而且如果手机处理器芯片属于优衣库那样的大众成衣，交换芯片就属于芯片中的轻奢品，价格昂贵，是产品经理眼中的好产品。

图片来源：博通公开发表资料

不过博通近年来更多的出现在公司并购的新闻中。世界著名的咨询公司麦肯锡，有一个半导体产业的报告。其中说到发展半导体行业的时候，收购与合并是一个重要手段。每个公司应该每年用自己市值的 3%-5%，来收购相邻技术的公司，扩张自己的领域。

但是博通，不是这种小步迭代的状态。博通的历史简直是一部半导体公司的并购史。1991 年创建的“老博通”，从 2000 年到 2015 年，买了至少 16 家公司。“新博通”的前身安华高科技（Avago Technologies Limited），是从惠普剥离出来的半导体公司，在 2008 年之后也是活跃地进行公司收购和并购。最大的手笔，当然是 2015 年，以小吃大，以 370 亿美元并购博通，并采用“博通”作为合并之后的公司名，业界一般称为“新博通”。之后的新博通，更是采取“激进的买买买”策略。

下面是博通的官方并购路线。想想，这还是收购高通未遂的状态。如果没有美国政府的干预，2018 年博通以 1300 亿美金成功收购高通，我都不能想象现在的半导体行业格局。

图片来源：博通公开发表资料

这样的大规模收购并购之后，我前面说的网络芯片业务，大约只占博通公司收入的 1/4 了。

图片来源：博通公开发表资料

欧洲双雄：恩智浦和英飞凌

如果看半导体公司的前 10，我们能看到恩智浦和英飞凌，如果把名单拉到前 20，或者看再早几年的数据，我们还能看到意法半导体。

如果大家有兴趣，可以看看这三个公司的出身，例如恩智浦，前身是著名的飞利浦公司的半导体业务部。恩智浦在收购了美国的飞思卡尔半导体之后，这才超越英飞凌成了欧洲老大，可见收购至少对排名有贡献。

英飞凌，也是系出名门，英飞凌科技公司前身是西门子集团的半导体部门，于 1999 年独立，2000 年就完成了上市。

意法成立于 1987 年，是意大利 SGS 半导体公司和法国汤姆逊半导体公司合并后的新企业。

我为什么把欧洲这三家企业放一起说？并不是因为它们是欧洲公司，而是因为它们都是汽车供应链上的半导体企业。其实在半导体行业内，我们以前分析一家公司不太看地域，而是看细分行业，比如手机、汽车。如果看汽车行业，我们常常谈论的就是欧洲三杰（英飞凌、恩智浦和意法半导体），再加一个日本的瑞萨和上一讲提到的德州仪器，2020 年，这五家公司占据了汽车半导体市场的 49% 市场份额。

因为汽车行业在自动驾驶技术发展，以及特斯拉横空出世之前，都是 MCU（微控制器）的天下，因此这些汽车供应链上的半导体企业的 MCU 也都很强，还有传感器。说直白一点，之前的芯片厂商靠的都是汽车产业的技术溢出效果。

半导体器件，到底是服务电子设备的。一个半导体公司，如果已经上车了，那么努力把车用半导体解决方案做全做强，就是一个非常合理的产品矩阵设计策略。而在一个主要市场内，解决了技术与规模问题之后，向相邻市场进行技术与产品的溢出，也是常见的策略。理解这两个市场策略之后，我们再看恩智浦，英飞凌，意法半导体和瑞萨的发展方向，基本上就非常清晰了。

车用半导体市场本来格局清晰，但是在新能源车、车联网、自动驾驶来了之后，基本上所有的头部半导体公司，以及互联网巨头们都下场了，创业公司也蜂拥而至。但是友情提示一下，这四家传统车用半导体公司，都是有工厂的，属于 IDM 或者是轻工厂的模式，在控制成本结构上，有一定的主动权，不会轻易出局。

自制芯片（In-House Design）的卷土重来与创业公司

其实，读很多半导体公司的历史，往往能追溯出，它们都出自系统设备公司。早期的大型设备制造商，都有一个半导体设计部门。后来，因为产业分工细化，半导体产业追求规模效益的天性，所谓追求规模效应，就是半导体公司总是想把芯片卖给更多的客户，来平摊高昂的设计费用，因此设备制造商在经济下行期，就会剥离半导体部门。

但是到了 21 世纪，苹果、华为、特斯拉逆势而动，为了更好更有竞争力的设备，它们开始顺着产业链向上走了一步，凭借对系统的上帝视角，来设计芯片，它们都是前 20 强的选手。而一直有设计芯片能力的思科，甚至更进一步，开始对外售卖芯片，来对抗“白盒化”的浪潮。所谓的白盒化，就是互联网公司不再像运营商那样，从设备制造商买有品牌的设备，而是自己买芯片，自己搭系统。

跟随着系统制造商的脚步，互联网大厂也开始自己设计芯片了。比如 Google 的 AI 芯片 TPU 家族，AWS 的智能网卡芯片 Nitro、ARM 处理器 Graviton、AI 芯片 Inferentia、Trainium，百度的昆仑，阿里的含光等。

很多产业界的朋友，在讨论这个反分工的自制芯片的趋势成因。其实，互联网公司自制芯片的动机是提升产业链的运转效率，降低最终产品的综合成本，这个综合成本，是包含了软件、硬件、带宽、时间延迟等多个因素的综合成本。

这一轮自制芯片的浪潮，对于半导体设计公司不算好消息，但是对于整个产业链的其它环节，算是正向的消息，抵消了这些年半导体公司多次合并带来的供应商数目减少的问题。而且互联网的积极投入，还带起来投资界对半导体行业的新兴趣。这一波 AI 浪潮，投资界也是贡献良多。

总结

这一讲，是整个课程第二部分的最后一篇，到这里，关于行业 Top 10 厂商的讲解就结束了。在第二部分，我按照行业排名，给你介绍了这些重要且独特的公司，希望你能记住这些重点：

Intel 是 CPU 第一，三星是存储第一，台积电是代工厂第一，英伟达是 GPU 第一，德州仪器是模拟芯片之王。

网络双通是高通和博通，欧洲双雄是恩智浦与英飞凌，它们也可以和意法半导体一起称为欧洲三杰，再加上日本瑞萨，这四家半导体公司与汽车行业休戚相关。

苹果、华为、特斯拉，互联网巨头们，还有思科，不但自制芯片且开始对外出售，感谢这些新入局者，给半导体行业带来新的创新力。

通过对历史的学习，你是否理解了半导体行业就是一个技术与商业并重，不停按摩尔定律前进的一个产业？我很喜欢它，依然对这个行业保持热情，如果你也热爱这个行业，欢迎你在这个专栏里和我交流。

思考题

今天的思考题，问一个开放性的问题：自动驾驶之于汽车市场，AI 之于数据中心，5G 之于移动终端市场，哪个影响更大？欢迎在评论区和我互动。

12 | 中国芯片业的发展历史

你好，我是邵巍。

学习半导体的基础知识，分析国际上的先进公司，是为了寻找在中国发展半导体产业的可借鉴的规律。当然，成功密码要学习，失败的原因也要分析。

从这一讲开始，让我们聚焦中国的半导体产业，先从发展历史讲起，一起来看看中国的半导体产业机会在哪里。以史为鉴，才能更好地预测未来。

对于中国半导体行业的发展史，我把它分成三个阶段，方便你理解和记忆，分别是早期的国家计划与政策扶持阶段，中期的市场带动产业阶段，和当下的政策与金融资金的双轮驱动阶段。我从早期的开荒阶段开始讲起。

2000 年之前：国家计划与政策扶持

1956 年，拿历史书上的话说，是中国半导体行业发展史上的具有里程碑意义的一年。那一年，在我国十二年科学技术发展远景规划中，半导体科学技术被列为当时国家新技术四大紧急措施之一。那个时候，产业界还在电子管时代，集成电路尚未发明。

最初，科研成果集中在半导体材料方面，以高校科研院所的专家学者自研为主。

例如 1959 年，在天津一个小工厂的“601”实验室（机电部第 46 所前身）拉制出硅（Si）单晶，这其实是中国的第一代半导体人研制出的第一颗具有生产实用价值的硅单晶——天津硅。601 实验室的主要成员，都来自南开大学物理系半导体教研室。

而到了七十年代初，集成电路价高利厚，需求巨大，引起了全国建设集成电路生产企业的热潮，共有四十多家集成电路工厂建成。中国 IC 行业形成了“两霸”：南霸是上无十九厂，北霸则为 878 厂。

南霸上海无线电十九厂，后来与其它工厂合作，在技术引进项目的基础上，组建成中外合资公司――上海飞利浦半导体公司（现在的上海先进）。

北京的 878 厂，走的 IDM 路线。自行设计电路、制版、加工芯片，一直到封装测试，最后打印包装，连特种材料和外壳都由自己生产。后来以产线改造的方式，成为现在以模拟 IC 和分立器件著名的燕东公司，是中国半导体功率器件的十强企业。

878 厂在酒仙桥，同时在酒仙桥的还有 7747 厂，7747 厂走出了一条不一样的道路，促成了现在的京东方。这段酒仙桥的往事，有很详细的回忆录，值得一读。

80 年底，中国进入改革开放时期。一方面国家期望企业摸索在开放市场中的发展能力，另一方面国防的需求骤减，这些原因对半导体产业的冲击非常明显。

但是国家的策略很清晰，那就是集中力量建设半导体制造能力。因此才有了 “八五”规划，全国重点支持的 5 个集成电路重点企业：无锡华晶、绍兴华越、上海贝岭、上海飞利浦和北京首钢日电。1990 年，908 工程，无锡华晶成立。1996 年，909 工程，上海华虹 NEC 合资成立。目前半导体制造企业，多半出自此时，包括成为时代分水岭的中芯国际集成电路。

其实，中国的半导体产业初期服务军工，自研能力不低，但是几乎全是国有企业。离开了政策的扶持，离开了军工的订单，这些国企并没有很好的度过军转民这一个弯，甚至在 80 年代改革开放后，进口半导体产品的冲击下，几乎停滞。2000 年左右，中国芯片设计公司，不足 100 家，总收入不到一亿美元。

2000 年 -2014 年：市场带动产业发展

2000 年，中芯国际成立，可以成为中国半导体历史上的另一个里程碑事件，因为中芯国际一开始就奔着“世界先进水平”的目标去的。仅仅在开工建设 13 个月后，2001 年 9 月 25 日，中芯国际一厂投产，4 个月后量产，投产和量产速度均创造了世界之最。

不仅如此，中芯国际其实也是属于在经济衰退期建厂的。利用 2000 年 dotcom 泡沫破裂，连带的整个半导体产业低迷期，中芯国际用合理成本在 3 年内建成了 4 条 8 英寸生产线和 1 条 12 英寸生产线，2004 年完成上市，2005 年跻身世界晶圆代工厂前三。

大手笔地投资建厂是一方面，中国的市场也给了中国半导体业更多机会。中国从 2005 年就开始成为全球半导体产品的最大市场。具体有哪些市场呢？我们一个一个来说。

电信市场

80 年代，中国电信市场还是“七国八制”时代，就是说我们总共有来自七个国家的八种制式的机型或网络。之后，有“巨大中华”之称的四大公司，包括巨龙通信、大唐电信还有华为和中兴，在 90 年代中后期快速崛起。一方面以质高价廉的设备替代了国外进口的高价设备，另一方面，由于成本的下降，中国运营商也蓬勃发展，开始步入大规模建网周期，整个国家的电信基础设施水平快速提升。

电信市场的这波操作，最终的结果是，华为和中兴不但拿下国内市场，而且开始在全球市场进入第一梯队。

电信设备的国际竞争化，让华为和中兴很快意识到芯片的重要性。华为在 1991 年成立的集成电路设计中心基础上，2004 年成立了海思半导体公司。中兴 1996 年就成立了 IC 设计部，专门从事芯片研发，并在 2003 年 11 月，成立了中兴微电子技术有限公司（简称“中兴微电子”）。

在电信设备市场，海思和中兴微电子领先对手半年推出产品，靠的就是他们比别人先研发出的自己的芯片。

这种在电信市场中积累的设计高性能复杂芯片的能力，让海思在后来的安防芯片、服务器芯片、手机应用处理器和基带芯片、人工智能芯片上都能快速出类拔萃，进入世界第一梯队。

当然最终把海思送上世界半导体公司前十的（2020 年的上半年），且成为台积电第二大客户的，还是手机应用处理器麒麟系列。这也是半导体产品的特点，一颗好产品，在一个大市场中，拥有惊人的出货量和收益。

再多说一点，手机处理器不仅要比拼工艺先进性，因为工艺先进性直接影响功耗和晶体管密度，反应在手机上，就是待机时间和性能高低，还要比拼先进工艺的良率爬坡能力。

先进工艺能领先很重要，可以凭借工艺领先拿下时间敏感的手机客户，但是先进工艺的性能，产能和良率也同样重要。高通处理器出现过几次功耗过高的问题，都发生在台积电与三星代工厂切换的阶段。相对而言，苹果、海思、联发科 MTK 都稳定地在台积电生产，保证了先进工艺的性能提升，产能和良率。

手机市场

上面有提到海思凭借麒麟，在 2020 年上半年拿到全世界半导体排名前十，成为台积电第二大客户。但是中国繁荣的手机市场，可不仅仅只出了一家海思。

2001 年，展讯通信有限公司（以下简称展讯）成立，并随着中国特有的山寨机市场，赚到第一桶金，先后在 2.5G 和 3G 芯片上做出了不错的成绩。2007 年，展讯在纳斯达克上市。

另外一家公司，锐迪科（RDA），成立于 2004 年 4 月，是射频 IC、混合信号芯片和手机功率放大器 PA 的专家。锐迪科不仅仅在手机市场，还在无线连接和广播通信市场有多款创新产品。2010 年成功登陆纳斯达克的时候，锐迪科已经是中国市场第一名的功率放大器、蓝牙、FM 与 DVB-S 调谐器芯片供应商，GSM 基带的第二供应商。

后来源自锐迪科系的创业公司，包括翱捷科技、恒玄科技等 8 家公司，撑起了中国射频芯片领域的半壁江山。

如果从产品互补，两个同城兄弟联合起来做大做强，一起对抗同在手机市场，处在第二梯队的联发科的角度看，展讯和锐迪科是应该合并的。但是合并过程并不顺利，紫光集团在 2013、2014 年分别收购了展讯和锐迪科之后，2018 年才将两者合并为紫光展锐。合并之后的紫光展锐在手机应用处理器市场的市场份额可排在世界第六，无厂半导体设计公司的世界第 10。

其实手机市场中，中国半导体公司除了应用处理器和基带芯片，还有指纹识别芯片、图像传感器芯片等等。汇顶科技成立于 2002 年，几乎所有手机都用了它家的指纹识别芯片，仅有三星采用了高通的芯片。豪威科技，后被威尔科技收购，在 CMOS 图像传感器芯片市场排名全球第三。

比特币矿机

因为比特币及其他数字货币发展迅猛的缘故，专用的矿机 ASIC 芯片发展速度有目共睹。说到矿机 ASIC 芯片上，由于挖矿的成本大头是电力，芯片功耗越低成本就越低，所以矿机 ASIC 芯片这两年在制程工艺升级上比移动处理器还要激进。

其实说起来，近几年英伟达和 AMD 的收入中，来自比特币挖矿这个市场的比例不低。而这个市场中专业做矿机芯片的，是两个中国企业比特大陆和嘉楠耘智。

比特大陆成立于 2013 年，不但在矿机芯片上世界第一，而且公司依靠自己在高性能芯片上的设计能力，积极拓展人工智能和高性能计算市场。比特大陆曾经一度超越海思，成为台积电大陆地区第一大客户。

同年成立的嘉楠科技则是仅次于比特大陆的第二大矿机芯片厂商，虽然在矿机芯片上的营收位列第二，但是运气好，2019 年成功在美国纳斯达克上市。嘉楠科技同样要把从先进 ASIC 矿机芯片设计中积累的技术优势，投入在人工智能和高效能计算上。

其它市场上活跃的中国半导体公司

其实，这个时期成立的半导体公司还有很多，例如靠白牌平板电脑起家的瑞芯微、全志。凭借 NOR Flash 芯片进入苹果供应链的兆易创新，还有核高基项目重点支持的 CPU 公司：兆芯、龙芯、飞腾、海光等。还有 2014 年，长电科技以 7.8 亿美元收购新加坡星科金朋，成为全球封测第三。

国际上，半导体产业格局稳定，巨头们忙着大鱼吃小鱼，搞收购兼并的时候，中国的半导体产业凭借着中国市场得天独厚的优势走出自己的节奏。

2014 年后：投资产业时代

2014 年国家集成电路产业大基金成立，简称大基金，一期幕资 1387 亿元，是当时国务院批准的最大规模的产业投资基金。大基金一改以往项目为主的资助形式，通过股权投资的方式，扶植产业链上的龙头企业，“只投行业前三”，加大对芯片制造业的投资力度，且兼顾设计和封测。

中央政府资金，一向对于社会上商业资本有很强的带动作用。对于国家来说，掌握先进技术的公司（领头羊）、市场、资金是发展的三要素，这一轮是资金先开局，推动国内半导体产业发展进入第三阶段。第三阶段，有一个企业你需要重点了解，那就是紫光集团。

紫光集团

紫光集团是这个时期最为瞩目的企业，特别是几个大手笔的国内外企业并购重组活动，成为行业内都在关注的事情。先是 2013 年，用 17.8 亿美元收购展讯；2014 年，9 亿美元在海外私有化锐迪科；2015 年 5 月，从惠普手里收购了新华三 51% 的股权；同年对美光和美国西部数据（WD）发起收购邀约，被拒绝之后，紫光的策略从收购转为自建。2016 年 12 月，合并武汉新芯，成立长江存储，与西数合资成立紫光西数。此外还有一系列的封测和晶圆厂的动作。

长江存储在量产 64 层 NAND Flash 之后，2020 年首发 192 层 3D NAND，被预测 2021 会拿下 8% 的 NAND Flash 份额。同时，在存储芯片领域，中国还有一家公司叫做长鑫存储，长鑫存储以唯一一家中国公司的名号，杀入 DRAM 领域。从世界著名的行业分析公司 Yole 公司的报告上，我看到长江存储和长鑫存储与三星、SK 海力士、美光和 Intel 齐头并进，还挺激动的。

算上前面提过的兆易创新在 NOR Flash 的成就，我觉得在存储芯片领域，中国可以算得上有一份不错的成绩。

有金融行业的人总结，大基金一期在 2018 年年底，芯片设计投资占 19.7%，制造占 47.8%，封测业占 11%，半导体材料占 1.4%，半导体设备占 1.2%，产业生态建设占 19%，这是一份又全面又重点突出的投资图谱。

而大基金的二期于 2019 年 10 月 22 日正式成立，注册资本金为 2041.5 亿元，规模是一期的两倍左右，让我们拭目以待吧。

总结

这一讲，我梳理了一下中国半导体产业的历史，总结一下，中国半导体产业的历史可以分为三段，一是 2000 年之前，国家政策驱动 + 专家学者努力的 1.0 阶段，然后是以 2000 年中芯国际成立为标志，2000 年 -2014 年之间，市场带动产业发展的 2.0 阶段。而在 2014 年之后，国家大基金成立，标志着国家的产业政策升级进入政策加资金的双重保证阶段，大基金亲自下场，积极建设、扶植，中国进入国家资本 + 商业资本 + 产业努力的 3.0 阶段。

从整个发展史可以看到，是活跃的中国市场真正激活了中国半导体产业的创新力。无论是随着电信市场崛起的华为、中兴，还是手机市场上的海思、展讯、锐迪科、汇顶豪威，还是我这一讲没有展开讲的白牌平板市场上的全志、瑞星微，等等，我们都看到了这些中国企业的成绩。

搭乘着蓬勃发展的中国电子制造业，中国半导体产业的产值，20 年间从不足一亿美金发展到 2020 年的近 9000 亿人民币（8848 亿）。而毫无疑问，政府的资金与政策的双轮驱动，将会让整个产业的发展再上一层楼。

思考题

在几次大手笔的资金运作之后，紫光集团很有一点三星的感觉。你是怎么看待紫光模式的呢？紫光未来的发展会是怎样？

13 | 中国芯片现状与机会 （上）

你好，我是邵巍。

上一讲我们梳理了中国半导体行业的发展历史，知道了中国半导体行业的三个发展阶段，政府主导的 2000 年之前的早期阶段，市场带动产业发展的中期阶段，和政府与资金双轮驱动的加速阶段。讲过历史之后，这一讲我们看看今天中国半导体行业的现状，以及如果你想在这个行业发展的话，都有哪些市场机会。

中国的巨大市场机会

我们整个专栏的第二部分是按照半导体公司销售收入世界前十的表格为索引的，这里让我给你另外一张表：半导体产品的十大买家。你可以看到，这张表里，大陆公司占了 4 个。表里的 BBK，是步步高集团，Garnter 是把一加、Oppo、vivo、Realme、爱酷都算在了步步高集团里。

中国不但拥有前十大买家中的 4 家，而且中国自 2005 年以来，就一直是世界上最大的 IC 市场，并且自那时开始市场规模就一直在增长。

据 IC Insights 报告指出，2020 年，中国集成电路市场增至 1,434 亿美元，约占全球市场的 35%。如果再仔细看逻辑芯片、微处理器、DRAM 存储芯片的所占比例，基本上跟全球比例一致，可以说中国的半导体需求，是跟全球保持一致的。

虽然中国是集成电路的最大消费国，但是中国公司出产的芯片，只占到全世界产量的 5%。

其实无论外面议论得多热闹，中国产业界自己，对于现状还是非常清晰的。中国半导体协会曾经总结过国产芯片的比例，特别是在计算机系统、通用电子系统、通信装备、存储设备、显示及视频系统中的核心芯片占比，你可以看下面这张图。

35% 的全球半导体产品市场，这是一个巨大的市场空间，中国公司仅仅贡献了 5% 的产品，在核心芯片领域几乎可以忽略中国的市场份额，这里就是和国际产业的差距。但同时，我们也应该看到，10 大半导体产品买家中有 4 家中国公司，这就是机会。

另一个发展的机会，是国家对半导体产业的期望。我在上一讲中反复提到集成电路发展一直是国家重要战略之一。2014 年出台的《国家集成电路产业发展纲要》和 2015 年的《中国制造 2025》文件中有明确提出：到 2020 年，集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小；2020 年中国芯片自给率要达到 40%，2025 年要达到 50%。

站在 2021 年看，半导体产业是没有完成这个 40% 的国家目标的。而且即使到 2025，40% 的目标也很难完成。不过，在存储芯片市场，有长江存储（YMTC）和长鑫存储（CXMT）的双雄崛起，无论是技术领先性，还是市场份额上，国产存储芯片市场，也许还有望达到 2025 的目标。在非存储市场，海思受阻之后的中国半导体设计行业，挑战非常大。

看过中国市场现状之后，让我们看看前沿技术这边。一般前沿技术的创新，有机会打破既有的格局，是后来者的可能破局点。当然，先锋变先烈的事情年年有，而且是半导体行业特别多。这个行业最终是要落实到制造本身。

再前沿的技术，也是工厂一颗芯片一颗芯片制造出来的。例如今年 5 月 6 号 IBM 首发了 2nm 工艺芯片的新闻，能制造出 2nm 工艺的芯片，和能稳定地高良率地大量制造出 2nm 芯片，中间至少有两年的时间差，需要晶圆工厂、设计公司、EDA 公司等多方面的共同努力。

破局点：先进技术方向

半导体前沿技术的推动力主要来自两个方面，一个是数据中心的 CPU、云端人工智能芯片、数据中心专用处理器，例如 DPU、交换芯片，这类“大”芯片的驱动。另一个是海量的手机芯片，手机芯片对于性能、功耗、尺寸以及经济成本的敏感性，都需要半导体产业不断创新。

这两个市场都是极度追求最先进制程工艺，才能将最新设计落地。在芯片制造和设计领域，我们来看看都有哪些机会呢？

芯片制造：光刻机、晶体管架构、先进封装

芯片制造这个环节的所有努力都是在延续摩尔定律。

目前看，得益于极紫外光刻机的技术进步和晶体管的新架构，在未来 8-10 年，摩尔定律仍然生效。光刻机有一个重要的技术指标，就是分辨率。光学投影的原理公式我就略过不讲了，直接说结论：短波长光源是提高光刻机分辨率的有效方法。因此看光刻机的发展历史，就从紫外光源（UV）、深紫外光源（DUV），发展到了现在的极紫外光源（EUV）。

当光源的分辨率不够的时候，还可以采取多重曝光技术进行加强。但是多重曝光技术，需要相应地增加光罩层数，增加了经济成本。到了 1nm 节点上，晶圆工厂有望使用极紫外光刻的下一代光刻机。

新光刻机，不换光源，也不搞多重曝光，而是换透镜来增加分辨率，把多重曝光重新转回为一次曝光，可以有效减少光罩的层数。这样经济成本、良率、制造时间都可以得到改善。

晶体管的架构呢，也是持续稳定地演进的。标准单元的架构从 FinFET，到 Nanosheets，再到 Forksheets、CFETs，这是一条通往 1nm 工艺的路标。

NAND 存储可以在现有的架构上，持续扩展，可以堆叠更多的层数，还可以换 FinFET 的晶体管。DRAM 的缩放虽然在放缓，但是可以用极紫外光刻技术做 3D DRAM。因此目前看，存储芯片技术在短时间内没有技术瓶颈。

一方面是先进制程接着往 1nm 方向演进，另一方面先进封装技术的经济收益在持续上升。这么说吧，以前是架构、工艺制程的 Tick-Tock 的研究，后面大约是架构、工艺制程、换封装的三节式演进了。

未来 SoC 设计，会更重视功能分区，把追求最新工艺的逻辑部分，追求高密度的存储芯片，和在新工艺上收益不显著的模拟部分，分开设计，然后再封装在一起，取得最佳的设计性价比。看看最新一代的 Intel 和 AMD 的云端大芯片，都是多 Die（裸片）异构封装了。

什么叫多 Die 异构封装呢？看下面 Intel 的最新 7nm GPU 的芯片，把不同功能多个小硅片封装在一起。这里是 16 个 CPU Die、8 个 Cache Die、8 个 HBM Die、2 个 IO Die，还有几个未标明功能的填充或者测试用 Die，封装成一个 GPU 的芯片。

更为前沿的研究，例如寻找能耗更低的可以替代硅的半导体材料，一直没有停止过。不过想找到一个技术收益和经济收益同时超过硅的材料，很难。

芯片设计：存内计算、整 Wafer 芯片、光子计算和量子计算

在设计领域，也有非常前沿的技术。

比如，打破冯·诺伊曼架构，做存内计算。存内计算，顾名思义就是直接在存储内做计算。其具体实现方式有若干条技术路径。例如有望提高能效比 10 倍以上的模拟存内计算，就非常适合人工智能在边缘计算的场景。

还有超摩尔定律的光子芯片、量子计算等。特别是光子芯片，相对于硅芯片，在延时、带宽、功耗方面都有超 10 倍的优势，而且已经有公司在进行商业化实现了。

让人欣慰的是，在这些前沿领域，都有中国公司的身影。

相对于这些非常前沿的技术，我个人倒是比较看好 2019 年在 Hotchips 上亮相的 Cerebras 公司，这家初创公司用下图这块晶圆做出了史上最大的芯片。首先，我要给你一个知识背景：光刻机有一个加工的最大尺寸，一般是 858mm²，而 Cerebras 和台积电紧密合作，做了一个 46255mm²，1.2T 个晶体管的世界第一大芯片。这也是超摩尔定律的一个突破。

我再补充一句，先进封装技术也可以帮助芯片设计公司打破这个光刻机加工尺寸的限制，博通和台积电也在合作中，“大”尺寸芯片是一个让人向往的方向。

上面我分析了中国市场、前沿技术，接下来让我来说说中国的公司，下一讲我会给参与芯片产业的中国工程师画一张半导体势力地图，这一小节，我就先集中在互联网这股新势力上。

中国的互联网新势力

相对于设备制造商们，例如格力的零边界、OPPO 的哲库科技，纷纷下海做芯片的正常操作，我其实更看好互联网这股芯片行业的新势力。

我在第 11 讲的时候，有提到互联网的造芯潮。中国的互联网公司是世界第一梯队的，因此完全和世界同步，非常热闹，不但自己造芯，且积极投资。

百度是国内最早自研芯片的公司，第二代昆仑在 2020 年芯片界的年度盛会 Hotchips 上亮相，也将于今年实现量产。据称也在募资，但是到目前为止并没有成立新公司的消息。

阿里巴巴 2018 年成立“平头哥半导体有限公司”，2019 年宣布全球性能最强的人工智能芯片含光 800 和业界最强的 RISC- V 处理器玄铁 910，是国内互联网规模最大，也最正式的芯片团队。我很喜欢阿里巴巴集团 CTO、达摩院院长张建锋对平头哥的定位：“在全球芯片领域，阿里巴巴是一个新人，玄铁和含光 800 是平头哥的万里长征第一步，我们还有很长的路要走。”

至于腾讯和字节这两家公司，多次有在研芯片的小道消息曝光，但是尚无正式的产品发布会。

上面说的是互联网公司自研芯片，除了自研，其实互联网是最早把战略投资运用得炉火纯青的行业。战略投资在筛选项目时会考虑财务回报，但出发点更多时候是在于被投的公司能否和自己公司的业务有所结合，能否协同放大优势。

近几年，互联网投资芯片公司越来越多，阿里的投资更是从端到云，到网络，从国内到国外，全图谱的投资。平头哥的前身中天微系统有限公司，也是由阿里先投资，后全资收购的，最后阿里将中天微和达摩院自研芯片业务整合，取名为平头哥。

互联网造芯，其实有三个方面，你可以重点关注：

第一，互联网公司往往追求极致化的高性能。如前面在讲先进技术时提过，数据中心市场的大芯片，是推动芯片技术创新的主要力量。而互联网的激烈竞争，对于用户体验的极致追求，都促使互联网公司倾向于技术前沿的产品。

而且互联网公司本质是软件公司，软硬件联合设计是强项。如谷歌设计 TPU 的时候，被称为架构联合设计。还有就是因为软件公司有超强的软件能力，可以拥抱芯片技术本身有优势，但是因软件壁垒无法大面积落地的品类，例如 AWS 的 Graviton ARM 服务器，主打能效比的优势，用 AWS 自身的软件能力来弥补 ARM 在服务器领域的软件生态差距，目前看效果显著。

第二，互联网公司具有终端用户的上帝视角，有重新排列产业的成本结构的能力，甚至可以重新移动软硬件的切分点。例如 AWS 的 Nitro 芯片组，就把软件定义网络的软硬件切分点，又往硬件侧拨动了一下。

第三，新盈利方式，带来投入产出比的新算法。互联网巨头制造硬件的目的只是为了吸引用户进入自己的生态使用自己的服务，其最终盈利点并不在售卖硬件上而是在增值服务上。这样打破了市场原有的价格结构，继而芯片设计的成本约束就会被打破。

当然无论是谁，进入芯片行业，本身的行业能力要过硬。如果互联网公司中的芯片业务部门的设计能力，与专业的芯片公司有差距，短期可以靠互联网的系统能力弥补，长期还是要落回到芯片设计能力本质上的。

有互联网新力量加入，对于芯片人，这是新就业机会。对于芯片行业，这是一个突破创新的机会。对于互联网人，这是一个打通垂直系统技术栈的机会。从三个方向看，都是好机会。

总结

到这里，你对中国芯片行业的现状和机会是否有了基本的了解呢？我依然给你总结几个重点，可以关注。

中国芯片市场大约占全球市场的三分之一。但是中国公司出产的芯片，只占到全世界产量的 5%。特别是在计算机系统、通用电子系统、通信装备、存储设备、显示及视频系统中的核心芯片，国产芯片的比例非常低。市场巨大，但目前中国产业能力有限，这就是中国芯片行业的现状。

芯片制造业在积极研发新光刻机、新晶体管架构、新材料、新封装技术；芯片设计行业也在存内计算、光子计算、量子计算等前沿方向探索。未来的 8-10 年，摩尔定律依然生效，甚至有可能出现超越摩尔定律的突破。

互联网这股新力量的加入，会让芯片行业有更多的创新能力。中国的互联网行业一直在世界的前列，希望这股新力量能推动芯片行业的加速发展。

思考题

你怎么看互联网出品的芯片产品？你在网上用过百度的昆仑 AI 加速卡或者阿里的 NPU 加速实例么？用户体验如何？

14｜中国芯片现状与机会（下）

你好，我是邵巍。

上一讲，我们谈了中国芯片行业面临的很多机会，更多是面向企业的，这一讲，我们换个角度，来面向对芯片行业感兴趣的人，聊聊就业机会。

换工作简直是现代职场人，无法规避的选择问题。也许刚从学校里出来的那次选择是最轻松的，因为是公司选人，自己并没有多少谈判的筹码。工作 2-3 年的新人，一般是性价比最高的时候，这个时候，往往会看到自己身边的朋友，跳一次槽，工资就摩尔定律了一下。

人到 30 多，家里的房贷车贷需要稳定供款，往往会纠结，是追寻创业公司看着特别吸引人的新技术新方向，听上去能财务自由的股票期权，高好几级的总监、副总裁这种的金闪闪的称号，还是选择做顺风顺水的大公司里的小骨干？跳与不跳，都是心痛。

我希望能通过这一讲的分析，给你理一理思路，每个人的情况千差万别，我无法给你最好的建议，但是我的分析思路，你是可以借鉴的。

其实分析就业机会，跟分析市场机会一样，我先从芯片市场人才全景图开始讲起。

芯片市场人才全景图

《中国集成电路产业人才白皮书（2019—2020 年版）》 一书中对半导体产业人才做出过统计：到 2019 年底，国内半导体产业从业人员在 51.19 万人左右：设计 18.12 万、制造 17.29 万、封测 15.88 万。预计到 2021 年前后，全行业人才需求规模为 72.2 万人左右。这意味着有 20 万人左右的人才缺口。

有媒体也对中国芯片业排名前十的城市做了统计，分别是：深圳、上海、北京、杭州、无锡、西安、南京、武汉、珠海、苏州。如果我们在猎聘上用“芯片”和“100 万年薪”条件进行查询，深圳、上海、北京三地的岗位需求是超 100 人的规模，其他城市都不足百人。在领英上查询的情况也类似：上海占 70%，深圳和北京差不多各 10%，其余城市 10%。如果直接问行内猎头公司，那他们会告诉你一个地方：上海张江，它被称为“中国硅谷”，芯片行业 70% 的人和公司都在张江。

对比美国芯片产业，2020 年有一个统计数字是直接从业人员 27.7 万人（2015 年 25 万，美国芯片产业是在成熟期），我在 Indeed 上查询了几次，大约有 1 万多开放职位，年薪百万的开放职位有 2000 多，基本都在硅谷。

从中美人才需求和分布看，也是基本类似。想想美国芯片产业的总规模，我们再看《中国集成电路产业人才白皮书》中预测的 2021 年芯片行业有 20 万人才缺口，对比思考一下，其实中国的人才缺口没有那么大。

对应芯片市场的人才缺口，我们接下来再看看公司，到底有多少家公司在芯片行业奋斗呢？

芯片制造和封测领域，因为资金庞大，劳动密集，还有需要土地、水、电这种基础设施，基本上都是唯国家马首是瞻。如第 12 讲中我们谈历史的时候提到，2014 年的集成电路产业发展纲要之后，重点看看“大基金”投什么。让我在这里回顾一下大基金的投资中的前三项：IC 制造业占 60%，设计占 27%，封测占 8%。

变数最大的是无厂设计公司。按照中国半导体协会的统计，IC 设计公司在 2015 年是 736 家，2016 年就增加到 1362 家，2017 年 1380 家，归于平稳。2018 年再次有个小增速，到 1698 家，其中人数超过 1000 人的企业达到 18 家。但是如果我们看公示的登记信息，那就很可怕了，到 2020 年 9 月 1 日，全国已有上万家企业变更经营范围，加入半导体或者集成电路相关业务。

这么多的公司，今天我会给你做分析和解说，我觉得，这是我这一节课的有价值的地方，建议你仔细琢磨。

让我先从工厂开始，一方面是工厂情况清晰，好整理，另一方面工厂的情况也是人人都需要了解一下的。

晶圆代工厂、存储芯片工厂与封测厂

单从就业上看，如果你想进工厂，那就选 12 寸的晶圆厂。台积电、中芯国际、三星、Intel、长江存储、长鑫存储都有大量的职位。

台积电在 2016 年，在南京投资 30 亿美金建有一座 12 寸晶圆厂（台湾还有 4 座 12 寸晶圆厂）Fab16 以及一个设计服务中心。“南京厂”是同期在大陆所设立最先进的厂区，生产 12nm、16nm 制程为主，客户以大陆为主，包括华为海思、阿里巴巴、上海兆芯等，目前月产能 2 万片。其实在 2004 年台积电在上海还有一座 8 寸的晶圆厂，当时分三年投资 3.71 亿美金。

台湾联电在厦门投资 13.5 亿美金建有一家 12 寸晶圆厂，除此之外，其它绝大部分的 12 寸晶圆中国代工厂都是中芯国际的，中国还有一家拥有 12 寸晶圆厂的是华虹集团下的华力微。

三星 2012 年在西安投资 70 亿美金，建设生产 10nm 晶圆和 3D NAND Flash 的工厂。这是当时三星第二次在海外建厂（第一次是在美国奥斯汀），也是当时三星最大的一笔海外投资。2017 年西安工厂的第二期开建，第二期的第一阶段投资额也是 70 亿。目前第二期的第二阶段也在计划中。

和三星类似，Intel 2009 年在大连投资 25 亿美金，建了 12 寸晶圆工厂 Fab 68，在 2015 年投资 55 亿美金进行升级，为数据中心市场生产 3D NAND SSD。2018 年升级完成开始量产 96 层 3D NAND 技术。

但是 Intel 的存储生意，总是不那么尽如人意，2020 年，Intel 把 NAND 业务卖给 SK 海力士了。在 2025 年之前，工厂仍然由 Intel 运营。这么看，大连的工厂已经算是 SK 海力士的工厂，虽然要到 2025 年才交割完成。

对比之下，长江存储领先于三星和美光，在 2020 年的上半年宣布量产了 128 层 NAND Flash，可以说是不错的选择。2016 年成立的长鑫存储目前已建成第一座 12 英寸晶圆厂并投产。存储双杰无论在技术，还是工厂方面，都位于世界第一梯队。

此外，Intel 在成都还有两个封装厂 CD1 和 CD6。成都封装测试基地是 Intel 全球两大晶圆预处理工厂之一，是美国境外的唯一高端测试技术工厂。成都芯片组业务使用 Intel 最先进的封装技术来组装芯片组；成都微处理器业务为世界各地的计算机生产微处理器。2017 年 Coffee Lake 的产能告急的时候，成都厂是作为紧急外援投入生产，可见技术实力与重要性。

不过中国企业在封装领域，也是成绩不俗，封装前十中有三家中国企业，都是不错的选择。

长电科技，封测全覆盖，高端封测占比超 90%，包括海思、联发科、高通、博通在内都是长电科技的客户。

通富微电，虽然第二，但是营收相对长电，少了一半，可以算是另一个梯队了。通富微电深度绑定 AMD，是国内首个封测 7nm 锐龙 Ryzen 9 芯片产品的工厂。

天水华天，和通富微电是一个梯队，也在高端封测上努力。

针对芯片工厂的就业机会，我给你总结了一张表格，你可以保存。

对比起前面有限的工厂选择，设计公司的选择似乎是无限的。

老牌外企，例如 AMD、高通、Marvell、英伟达、恩智浦、ARM、新思、德州仪器，都是上市公司，薪资透明，优势透明，信息丰富，不用我太多分析。国内一线大厂海思、展讯、联发科、中兴、汇顶、豪威这些企业，也没什么可说的，同样是资讯透明，薪资透明，优缺点都是清晰的，如果让我提醒一点要注意的，建议你多多注意要加入的小团队气氛，毕竟决定每天工作心情的是小环境。

如果你拥有大厂资历，走过完整的设计投片流程，成功流片特别是上量芯片的经验，在什么时候都是珍贵的。

比较难以抉择的，是那些新冒出来的机会。其实在上一讲，对于造芯的新势力，我只着重说了互联网企业，而 OPPO 的哲库、小米、海尔、格力、比亚迪这种自产自销的系统公司的芯片业务部门或者全资子公司，从工作的角度看也是很好的。具有系统层面知识的团队，如果芯片设计能力本身过硬，在有良好的产品迭代环境中，是能出精品的。

下面我再带你看看“那些风投投出来的公司”。能通过风投公司的层层筛选的企业，都是有方向有机会有一定实力的，非常值得考虑。风投公司选公司的思路是，先确定赛道 -> 再选团队 -> 然后看竞争，可以借鉴，但是和我们择业选公司也有不同。若有可能，尽量选能增长你的职业经验值的公司。

风投选中的那些芯片设计公司

汽车智能座舱市场

汽车是今年最热的风口，让我从汽车说起。汽车上用的芯片非常多，MCU 微控制器、传感器、存储器、功率芯片等，汽车的半导体元器件的成本已经占到总成本的 40%，而且这个比例仍旧在持续上升。智能座舱，就是技术门槛最高，竞争最为激烈的风口中的热点。在前面介绍的前十半导体公司中，除了台积电和专注于存储的美光与 SK 海力士之外，都在这个市场了。而且特斯拉、谷歌的 Waymo 已经开始自研芯片了。

在汽车这个市场，你可以关注几家公司：芯擎科技、芯驰科技、地平线。先说一说芯擎科技这家公司。

“7nm”、“车规”，这两个关键词就够让芯擎科技从汽车这个赛道上脱颖而出。这是一个艺高人胆大的选择，特别是同类的国产芯片还在 16nm 的工艺上。经过这么多节课，你应该有一点点感觉，先进工艺，带来高几倍晶体管密度，意味着更高的性能、更多的功能、更低的功耗，还有更低的价格的可能，只要产品定义不出错，对于落后工艺节点上的同类竞品，胜率有保障。

芯擎科技 7nm 的车规芯片，放在全世界也是第一阵营的。再查查，芯擎背后是吉利汽车，吉利汽车每年 130 多万辆车的销量，还有核心技术自研的传统，非常值得考虑。

2018 年成立的芯驰也是奔着国际一流而去的。芯驰打的是组合套件策略，一口气发布了 X9、V9、G9 三款车载芯片产品，其中 X9 座舱芯片最多可以支持 8 块全高清显示屏显示，是业界的高规格。V9 的算力高达 270 TOPS，这个指标在一众 ADAS 芯片中，也是很强悍的。

2015 年创立的地平线是国内汽车芯片初创公司中，最早实现量产上车的。从产品上看，从 2019 年推出征程 2 之后，然后退出了征程 3，今年地平线将推出新一代智能驾驶系列芯片“征程 5”，明年推出“征程 5P”，这也算是 Tick-Tock 策略，两年升级架构，一年一代产品。征程 5 和 5P，将支持 16+ 摄像头，计算力分别达到 96 TOPs 与 128 TOPs，可喜可贺地突破了地平线之前的一直强调能效比，而绝对指标偏弱的产品定位。

高端汽车智能座舱芯片，也是一个 All in One 非常考验半导体公司水平的市场。IP 组合涵盖了 CPU、AI、GPU、DSP、WiFi 等，还有场景上的功耗限制，以及非常强的软硬件联合设计的要求。对于芯片人来说，这是一个值得投入的方向。

数据处理器 DPU 市场

说完最热的汽车市场，我们再来说说另一个大热的市场：DPU 市场。

自从 2020 年 10 月英伟达的黄教主把自己家智能网卡芯片重新定义为 DPU - 数据处理器之后，这个本来是另外一家美国公司 Fingible 原创的“数据处理器”概念，仅仅在数据中心市场的一个芯片，彻底出圈了。开始跟 CPU、GPU，并肩成为数据中心的三大处理器之一。

什么是数据处理器呢？英伟达的官方版本是这么说的：“CPU 用于通用计算，GPU 用于加速计算，而数据中心中传输数据的 DPU 则进行数据处理。”更通俗一点说，数据处理器 DPU 是用来搭建智能网卡的主芯片的。

网卡，大家都知道是什么，不过这里的智能网卡是用在数据中心中服务器上的网络连接卡，所有进出服务器的数据，都需要经过网卡。数据中心传输的数据，就是由数据处理器 DPU 来处理的。DPU 在完成传统网络的传输任务之外，还完成了原来由服务器 CPU 完成的部分或者全部的基础设施管理任务，这就是“智能”的地方。

故事没完，几天前，Intel 给这个市场投了一块大石头，推出 IPU（Infrastructure Processor Unit 数据中心基础设施处理器），用的词汇不同，其实和 DPU 是一个器件。英伟达和 Intel 都这么看重这个市场，中国公司对此也是非常看好的。

今年 3 月才成立的珠海星云智联科技有限公司（以下简称“星云智联”），天使轮融资就数亿元，而且是高瓴创投领投，芯片行业内久负盛名的的华登国际中国基金跟投。虽然目前还看不出产品规格，但是按照全球顶尖人才的团队配置，不会太低。

与星云智联的高调不同，一家名为云豹科技的初创企业，悄悄地拿了腾讯与红杉的投资，要提供中国第一款高性能云原生 DPU SoC 芯片和解决方案，也值得关注。

其实，还有三四家拿着 DPU 方案正在募资，或者开始招人的初创公司，或者扩展公司范围进入这个市场的新入局者，例如上海的益思芯、前美团云总经理成立的大禹智芯、刚刚完成一轮融资的芯启源，等等，如果你对这个市场感兴趣可以自己再深入了解，我就不展开了。

AI 芯片与 GPU 市场

AI 和 GPU 这个领域，可以说的公司太多了，已经上市的寒武纪，融钱最多的璧仞。先发的燧原，芯片已经回来，开始寻求商业落地，可能后发先至的上来就宣称做 5nm 芯片的沐曦，低调的摩尔线程、登临等等。

对比 DPU、AI 与 GPGPU 的热闹，倒是 CPU 领域寂静得很，自从海思的鲲鹏 920 之后，再无并肩者。

好，说完大芯片之后，再说说小芯片。

小芯片的市场

拿我的一个技术大拿朋友的话说，“人啊，就应该大芯片和小芯片都做过一轮，才对芯片设计有点感觉”。他这句话，说实话，要求挺高的。大芯片有大芯片的帅气，小芯片有小芯片的难点。学好一样，已经很不容易。

小芯片领域更是百花齐放，我就只列 3 个我知道的公司。

恒玄科技，在耳机芯片领域，是一位神一样的存在，成立短短几年内，居然摆脱了几个老牌中国设计公司中科蓝汛、炬力的低端定位，杀入中端市场，把芯片做进了几乎全部的主流手机公司，还有几个互联网公司巨头。

芯翼信息科技、上海移芯通信这两家公司，面向高集成的 NB-IoT 系统芯片，从中国移动、电信两大集团各有斩获。不过，半导体算是一个非常讲究规模效应的行业，即使是 NB-IoT 这种小芯片，第一梯队的还是高通、海思、紫光展锐这种大厂。

总结

换工作简直是现代职场人无法规避的选择问题。如果你对国内的工厂、公司分布心里有数，自然不慌。今天这一讲，我依然给你总结几个重点。

芯片制造和封装厂，我给你列了一个 12 英寸晶圆厂的表，可以“按表索骥”。从工厂往设计端走也是一步好棋。

外企、国内一线大厂，都是刷简历，长经验的好去处。成功流片的经验，在什么时候都是珍贵的，都是简历中的金闪闪标记。

互联网公司、设备厂商成立的芯片部门也是好去处，虽然这一讲没有过多提到，但上一讲，我分析了蛮多。你可以再听听。

能通过风投公司的层层筛选的公司，都是有方向有机会有一定实力的，非常值得考虑。风投公司选公司的思路，先确定赛道 -> 再选团队 -> 然后看竞争，可以借鉴，但是和择业选公司也有不同。若有可能，尽量选能增长你的职业经验值的公司。

思考题

一线大厂，互联网公司，设备公司的芯片部门，创业公司，你会选哪种类型的公司？说说你的工作年限和考虑？欢迎在评论区和我互动。

15 | 聊聊芯片投资领域的机会

你好，我是邵巍。

不知不觉，专栏就快要结束了。整个课程的讲述，我都注意了系统化，想努力地给你一个完整知识框架下的产业观。这一讲，让我放弃那些大的框架，聊聊心里的，或许琐碎，但是“很个人的”关于在芯片领域投资的观点。

我觉得芯片产业链非常长，在整个国家的国民经济中有重要的一席之地，必然是一个国家主导重点发展的方向。我一直在企业、商业侧花的时间比较多，非常感谢这次课程。让我有动力从头查阅国家对于半导体产业的政策历史。我个人的感觉，国家像一个苦口婆心的班主任，政策指导都是正确的，只是班里的学渣们和学霸们必然会交不一样的答卷。

国家层面，不仅仅要做三星那种从芯片、显示屏开始，到手机这样的端到端产业链，而且是从设备、原材料、EDA 工具、芯片设计、芯片制造，到基础软件，甚至到上层商业应用软件的全方位无死角的完备产业链。在做全做强整个产业链的同时，针对产业分工的格局，每个环节都要有 1-2 家有体量的中国公司，未必需要达到行业前几，但是要有能力支持中国市场的供应，也就是最保守的目标，要拿下这个环节的总市场容量的 1/3。

投资机构们则不同，他们看的是大容量潜在细分市场（TAM- total addressable market）中的第一，或者至少前二的团队，这才是好标的（能赚钱）的特征。但是满足这两个条件的，除非是新应用领域，例如 AI，基本都是课程第二部分提到的世界班级前十名，或者前二十名的好学生所占据的领域，因此你也可以理解，投资机构疯狂投 AI 创业公司的现象。

芯片设计这个环节，有点像互联网行业，有出爆款的潜质。不但有赢家通吃的特性，而且搞定一个大市场的高价值单品，能撑起一家巨型公司，且可以靠技术能力溢出，拿下周边相邻市场，上升空间和收益空间巨大。

让我再次引用有“最懂经济的市长”之称的黄奇帆的话，一个公司的成功三要素是：市场、资金和技术。如果要投资，那就把钱投给市场需求最旺盛，技术上已经准备好的方向，备齐三要素，就能加速成功。

看到芯片市场整体优势，追逐好产品

市场是中国追平然后反超世界的底气。我们拥有最大的芯片市场，按照常理这里有机会拥有最强的产业链。如果读一些美国的行业分析机构的文章，“去中国建研发中心”的目的，已经从早期的人力资源成本低（现在，人力成本真的不便宜了），变成“能很好地匹配中国速度”了，这里所谓的中国速度，其实就是市场需求变化的速度。

从市场的角度看，首先，新应用当然机会最大，例如 AI、5G，不能说大家都从零开始，但是至少这是一个市场更新的机会，机会窗口对全世界新入局者都友好。春江水暖鸭先知，离市场近的人，早知早行动，在同样工程能力的情况下，有先发优势。

AI 我们说得很多，而且国内的势头很好，就不再说了。5G 就是从电信设备到手机，大家要换一轮新设备的建设机会。再也没有像 5G 这种，标准升级，强制大家人人掏钱的好机会了。你可以看看 5G 手机的物料表，拆解一下 5G 基站，从单价高的芯片开始分析，如果技术上可以摸得到，都是可以考虑的目标。

其次，做贴合市场的产品。特别是复杂业务场景和软硬件深度绑定的场景机会更大，例如车载智能座舱系统，数据中心数据处理器 DPU（当然你也可以跟着 Intel 叫它 IPU）。我前面有提过自研芯片（In-House Design）的卷土重来，就是这种贴合市场产品需求的一个体现。

其实通用和专用永远是一对矛盾，需要很好地平衡。前十年是通用处理器，靠规模效益逐步清除 ASIC 的十年，而这十年将会是高集成度 SoC，高性能领域专用架构 DSA，蚕食甚至分裂通用处理器市场的十年。

在这种贴合市场的产品中，来自系统厂商或者终端用户提供的大规模应用场景和明确的优化方向，甚至比芯片团队工程能力还重要，这其实是一个对中国非常友好的方向。但是这个方向上，难点也很突出：

第一，复杂业务场景往往需要多种芯片进行异构计算，例如英伟达的 Grace 服务器，将 ARM 服务器 CPU 与 GPU 交融在一起，用自己的 NVLink 技术提供高速 CPU 到 GPU 之间的互联带宽，从而解决这个瓶颈，最终大幅提升整个系统的性能。这种异构能力，对只有 CPU 技术，或者只有 GPU 能力的公司需要合纵连横，才能与之相匹配。这对于美国那些历史积累深厚的大厂有利，对于新入局的后来者不利。

第二，复杂业务的高附加值的解决方案，往往需要软硬件深度绑定。例如 Google 的 TPU 与 TensorFlow 框架的联合设计。BF16 这个新数据格式，以算法层面可以忽略的精度损伤，换取了存储和计算上、理论上的 2 倍硬件性能提升。这种软硬件贯通的能力，且能形成行业事实标准的能力，也是要整个产业一起配合才有。

贴合市场的产品就是有优势的产品，对于怎么做这件事儿，我在这里提一个词：创新。

1% 改进式的创新

现在的创新，并不是一个高深算法、几个专利的创新。世界级的产品研发能力，是 1% 改进式的创新。1% 改进，是 2003 年英国国家自行车队教练戴夫·布雷斯福德提出的，他说“我们遵循这样一条原则：把骑自行车有关的环节拆解，把每个分解出来的部分都改进 1%，汇总起来之后，整体就会得到显著提高。”

想一想，先进的市场需求，加上可以处理复杂项目的行业经验、大型研发团队的管理经验、紧凑的开发流程、并行的验证流程，以及严格控制的预算开销、从架构规划到实现的全程低功耗改进、软硬件联合开发的团队综合技术能力提升，这些组合起来也是一种强大的创新能力。

有些高端产品，例如手机处理器、服务器处理器，其实并没有任何一个难以攻克的难点，而是给出了优等生的几乎没有失分的，卡着行业能力上限的满分答卷。

另外，我想说，后来者不怕小。美国的半导体设计行业，成型于 1990 年代，经历过两次经济危机，在 2015 年 -2016 年还有一波兼并潮，基本上都是超大规模的半导体公司。大半导体公司优点是资源丰富，团队设计能力强，缺点是成本机会昂贵。一直以来都是小企业负责探索前沿，大企业负责规模生产。

从 2000 年到 2010 年，美国对半导体的投入是减少的，对半导体创业公司的投资也在减少。美国也因此错失了 10 年的创新期。对中国来说，利用资深的业内专家，借用资本的力量，摆脱低端定位，做那些大公司不去做，而小公司做不了的高端项目，会是一个很好的突破口。也是很好的投资机会。

解决真实世界的问题，创造价值，才是整个产业的本质。做市场上最好的产品，而不是唯技术论，这是我把市场写在最前面的原因。就像互联网行业常说的：能落地的才是好产品。

挑战者的机会

芯片设计只有硬拼

我刚才说不要唯技术论，可不是不要技术的意思。除了贴合市场的产品，如果谁建立了技术壁垒，那就是投资者青睐的对象。

这里我想谈一个突破技术壁垒的品类：有技术门槛的器件， 一旦技术难关被拿下，就会被快速铺开进入替代周期。所谓会了不难，难了不会。这是和人相关，有技术领军人物的领域，如果给予适当的资金和机会，就会有惊喜。

还有一些 to B 的芯片，评测门槛非常高，换句话说厂商的试错成本很高。因为信任问题和历史的缘故，中国芯片厂商往往难以触及 to B 芯片的业务。现在，由于中美之争，设备制造厂商给予中国国内芯片厂商的试错机会，算是千载难逢的时间窗。芯片行业的同志们要珍惜。

试错机会，这是一个国内半导体厂商与用户共同要在长期投入和短期收益之间做的取舍。扶持本土企业，短期内要付出时间、人力，甚至个别产品失败的代价，但是从长期看，本土企业的快速响应与贴近设计，必然会给中国设备带来不同的竞争力。

华为在采用海思芯片的时候，甚至会有盲测，就是在回片之后的正常芯片测试的同时，将芯片直接装载到系统上，采用业务流量进行并行设备级测试。如果芯片本身设计过关，这种并行进行芯片和系统测试的策略，就极大地缩短了产品研发周期，节约了时间成本。而像这种合作深度，必须是设备厂商自己重点扶持的半导体供应商才能达成。

芯片设计类似于互联网行业，“高刚海”（高价值 & 高频、刚需、海量）的产品除了硬拼之外没有别的出路，唯二不同的是，硬件是有成本的，摩尔定律永远给“新”产品以机会，其次不同的地方就是当前国家给的扶持时间窗。中国半导体企业应以“可用”的方式尽早切入产品迭代周期，争取早日突破。

现在大家都在一窝蜂地去争中国的“英伟达”，其实中国版“Intel”“高通”“博通”“德州仪器”都是需要的。

对于 “可用”这个策略，可以参考三星切入存储芯片市场的策略。原有市场中日本的存储芯片，使用年限按照几十年设计，而三星则调整了自己的产品定位，按照 10 年设计，虽然年限不长，但是对于消费类电子完全够用。“可用”策略带来成本低，迭代快的优势。

消费类电子市场的快速变化，时常给新厂商以机会。其实由于行业特点，全球半导体产业呈现由头部厂商所主导的态势，马太效应显著，强者愈强，弱者愈弱。但即使在这样的既定格局下，中国大陆地区仍然是近年来全球半导体市场增速快的地区之一。

如果仔细翻阅近几年，一些快速发展的中国半导体公司的发展经历，你可以发现一些共性的东西，一般都是有产业先进技术的领军人物领导，产品技术已经与世界先进水平持平，在消费类市场快速发展的缺货期，一举进入主流公司的采购名单，随着消费类产品迅速上量，取得了不错的收益，更好地打磨了产品，进入了良性迭代周期。

长期主义的芯片制造

芯片制造，说起来，是我最为不熟悉的环节，这个环节，属于高端制造，也是符合中国制造 2025 的规划方向。

想想 2013 年左右，台积电刚刚进入 20nm 制程，而 Intel 则马上进入 14nm，Intel 声称领先台积电将近 3 年半。当时整个产业界判断，到了 7nm 时代，全世界的需求也只够一座工厂的产能，而只有 Intel 能负担得起。但不到十年，借助手机的大繁荣与苹果的大采购时期，台积电不但填平了 3 年半的差距，而且率先进入 5nm 制程量产，3nm、2nm 也在路上。

现在看中国的芯片制造能力与美国的差距，就是 10 年前台积电与 Intel 的差距。而且美国重返芯片制造业，是一场由奢入俭的倒退，对于中国却是制造业升级必然要走的路线。

从去年年底开始的芯片缺货问题，必然会带来一波扩产操作，在扩产之后，可以预见产能过剩，低价竞争的低潮期。这样的低潮期，对于芯片设计公司是一个好消息，对于制造业是一个重排的乱局。这个时候，你可以想想三星的逆周期投资的勇气，虽然并不是所有的人有这种勇气和这种能力。

总之，芯片制造是一个长期主义的事情，整个芯片行业都是一个长期主义的事情。高智力投入，高资金投入，在中国繁荣的市场催化下，必然是一个长期的高回报的行业。因此整个芯片行业就是我们长期可以关注的，投资者可以有所期待的领域。

总结

这一讲，我聊了很多个人看法，如有不同观点，欢迎你和我讨论。在芯片领域，无论是个人还是企业都可以关注哪些投资领域和机会呢？我最后总结几点。

市场是中国追平然后反超世界的底气。我们拥有最大的市场，按照常理这里有机会拥有最强的产业链。做新应用，做贴合市场的产品，做大公司不去做，而小公司做不了的高端项目，进行 1% 改进式的创新，这是产业的方法论，也自然是投资重点要关注的方向。

有些机会是因为产业能力提高，突破了技术门槛。但是更多的中国机会，是国家和设备厂商给予的试错机会。芯片设计类似于互联网，高刚海的产品除了硬拼之外没有别的出路，中国半导体企业应抓住国家和设备厂商给予的“试错窗口”，以“可用”的方式尽早切入产品迭代周期，争取早日实现良性产品迭代循环。

芯片制造是一个长期主义的事情。其实整个芯片行业都是一个长期主义的事情，属于国家信息世界的基础设施，让我们脚踏实地，把高投入尽早转为高回报，回馈整个社会。

思考题

你在工作中，可有发现什么痛点，可以用芯片来解决的吗？欢迎在评论区给我留言。

16 | 拓展阅读：张忠谋分析台湾半导体晶圆制造的优势

你好，我是《说透芯片》专栏的编辑王利莹。

前面邵博士给你讲了芯片基础知识、分析了行业 Top 10 厂商的成功秘诀，也解读了目前中国的机会在哪里，相信你一定有收获，也希望你能把这门课程分享给更多的人一起学习。

接下来的两讲，我们会做两次拓展阅读。这一讲我想跟你分享下前段时间台积电创始人张忠谋在台湾经济日报主办的 2021 大师智库论坛上所做的，主题为《珍惜台湾半导体晶圆制造的优势》的公开演讲。

张忠谋今年 90 岁，从 1955 年加入半导体行业，这之后半导体的历史就和他相关了起来，可以说他见证了整个半导体产业的发展。听他讲历史，有一种醍醐灌顶的通透感。前面邵博士也和你分享过半导体行业的历史，今天我们再一起来看看，张忠谋勾勒出来的半导体史，以及对台积电优势的分析。

半导体简史

张忠谋把半导体历史分为几个重要的节点。我在演讲全文中摘取了一些重点内容。

半导体的电导性介于导体（如金属）与绝缘体（如木头）之间，所以称为半导体。不过老实说，一直到 1948 年，半导体还只是一个科学家，特别是物理学家才知道的名词。

1948 年，半导体产业有一件大事发生了。美国最大的电信公司 AT&T，其旗下的贝尔实验室，是世界第一流的研究机构。贝尔实验室有三位物理学家，肖克利是领袖，巴丁和布拉顿不太服他，可是他们三个合作发明了基于半导体的电晶体（晶体管，transistor）。

晶体管的重要性体现在哪里呢？就在于它可以不断缩小尺寸，以前的真空管大得很，第二次世界大战时美国要制造计算机，那时计算机大得要命，就是因为使用了真空管，而半导体电晶体是非常小的。

在 1956 年，这三名物理学家因为这个发明，获得了诺贝尔物理学奖。而 AT&T 知道，他们不能独占晶体管，就把这个授权出来给其他公司使用，包括 IBM、德州仪器等等共计几十家。那时候，张忠谋所在的德州仪器还是一家非常小的公司，但经过后来的几十年，它已经成为最成功的公司之一了。

之后，电脑和半导体开始平行发展，因为电脑是最需要半导体的。

1958 年，德州仪器的杰克·基尔比和仙童半导体及 Intel 的联合创办人罗伯特·诺伊斯几乎同时发明了集成电路，基尔比早一些，但是如果没有诺伊斯的发明，集成电路也不会真正研发成功。后来经过一些争执，两个人同意是共同发明了集成电路，在 2000 年杰克·基尔比因此拿到了诺贝尔物理学奖，诺伊斯却很不幸在 1990 年就过世了，只有 63 岁。

在晶体管和集成电路发明后，下一个大事件就是 1965 年的摩尔定律。摩尔预测电路密度每 1.5 年~2 年加倍，这个预测后来被称为“摩尔定律”，一直到最近都相当有效。

虽然摩尔定律只是预测，但是它逼得每个公司每一年半到两年就要把电路密度加倍，因为后来半导体界杀气腾腾，大家都在想如果我不加倍的话，竞争者会加倍，所以所有公司都在拼命，这也是摩尔定律最重要的一点。

1980 年代至今，半导体应用快速扩展，IBM 发布 PC，把 PC 普遍化。在 IBM 之前，很多小公司的 PC 只被人们视为玩具，和电子游戏类似，是 IBM 改变了这种观念。

1990 年代，PC 在家庭中开始变得更加普及。1990 年代也是 Intel 最伟大的 CEO 安迪·格鲁夫的时代，这段历史可谓时势造英雄、英雄造时势。因为 1990 年代 PC 快速普遍化，那个时候 Intel 几乎是独家的做处理器的公司。这也使得安迪·格鲁夫被称为英雄。

以上就是张忠谋对半导体历史一些关键事件的分析，结合《01 | 核心概念：从晶体管到集成电路到摩尔定律》，现在你是不是能够理解半导体产业发展的几个里程碑事件了？

半导体业的分工

说完半导体简史，张忠谋还聊了台积电成立的历史，这就涉及到半导体业的分工模式了。半导体产业的分工从 1960 年代开始，先分出来封装与测试，在低工资的地区做，包括台湾、菲律宾、新加坡、香港，甚至日本。然后再到芯片设计，再到晶圆制造。1987 年，张忠谋在台湾成立崭新商业模式的台积电，专门从事晶圆制造服务。

在晶圆代工的商业模式下，台积电的客户是半导体公司，它的竞争者就成为了 IDM 模式半导体公司的晶圆制造部门，这扰乱了半导体行业。

2020 年台积电成为全球最高市值的半导体公司。2021 年，Intel 宣布他们也要做晶圆服务。Intel 本来是半导体行业数十年的霸主，从 1980 年后期到最近。去年台积电市值在 6000 亿美元，Intel 只有 2000 多亿美元，是台积电的一半都不到。不过，张忠谋也说以后的事是不一定的。

台积电在晶圆制造的优势与竞争情况

说到台湾在晶圆制造上的优势，张忠谋提到了 3 点：一是人才敬业，台湾大量优秀敬业的工程师、技工、作业员愿意投入制造业，这个非常重要，美国至少工程师不如台湾敬业；二是经理人都是台湾人，在台湾一流；三是交通便利，适合大规模制造业人员流动。

今天，台积电已经是半导体制造领域的技术领袖，在已开发世界约 25 亿人口中，几乎每个人都在日常生活或工作中用到台积电制造的半导体产品。和美国相比，在晶圆制造上，美国的土地、水、电条件优于台积电，但在人才敬业等层面，台积电占优势。张忠谋说美国短期补贴不足以弥补长期劣势。

对于大陆的竞争，张忠谋说大陆现在还不是对手，在 2020 年，数百亿美元补贴之后，大陆半导体制造落后台积电 5 年以上，逻辑半导体设计落后美国、台湾 1~2 年。

在晶圆制造领域，和南韩的竞争，三星电子被认为是台积电的强劲竞争对手。为什么？因为南韩在晶圆制造方面的优势跟台湾相似，人才也好，三星的工厂都在一个地方，人才调动也很方便。他的经理人也都是韩国人，在韩国是一流。

总结

从半导体历史、分工讲到台积电的创办、优势与今日的地位，以及在晶圆制造方面和世界范围的竞争，等等。整个演讲内容十分丰富，我想能够帮助你更好地了解台积电这家企业，以及深入理解世界半导体产业的格局和分工。当然如果你还没有学习过《08 | 台积电：摩尔定律的忠实执行者》这一讲，欢迎你前往学习。

对于这场演讲中的几个重要观点，我在这里列出，更详细的你可以去看完整版演讲视频。

半导体产业的分工从 1960 年代开始，封装测试先分离出来，再到芯片设计，再到晶圆制造。1987 年台积电成立，与 IDM 模式半导体公司的晶圆制造部门竞争，扰乱了半导体产业。

台湾目前的优势有三点，一是人才敬业；二是经理人都是台湾人，在台湾一流；三是交通便利，适合大规模制造业人员流动。

台积电已经是半导体制造领域的技术领袖，在已开发世界约 25 亿人口中，几乎每个人都在日常生活或工作中用到台积电制造的半导体产品。

在晶圆制造上，美国的土地、水、电条件优于台积电，但在人才敬业等层面，台积电占优势。美国短期补贴不足以弥补长期劣势。

大陆半导体制造落后台积电 5 年以上，逻辑半导体设计落后美国、台湾 1~2 年。

在晶圆制造领域，台积电最强劲的对手是三星，韩国在晶圆制造方面的优势和台湾相似。

在目前这个数字为先的时代，半导体越来越重要。比如 70 年代时，德州仪器有个国防系统部门，他们说 GPS 可以帮美国在几千里之外命中 5 英尺的物体，那时候张忠谋觉得很神，但现在每个车子、每个手机里都有了。可以说在今天半导体无处不在。

当然，他的分享也是站在自己的立场下，也有人说台湾所谓的优势不算什么优势，只是站在他立场下的“必须要说的话”罢了，对此，你也可以有自己的思考。你是否关注了这场演讲，听完有什么收获吗？欢迎把你的思考写在评论区里，我们一起交流。

17｜拓展阅读：聊聊 ARM 与 RISC-V

你好，我是邵巍。

我们在正式开始这一讲之前，先回顾一下前面的课程，为什么 Intel 会做行业第一？因为它有掌握成本结构的 IDM 模式，有符合摩尔定律的 Tick-Tock 策略，这些都对。但除此之外，还有一个非常重要的因素，那就是 Intel 掌握了 x86 指令集。

想想为什么 AMD 能与 Intel 常年竞争？AMD 甚至在濒临破产的边缘，连总部大楼都卖了还能起死回生，重新来个 AMD YES？就是因为 AMD 和 Intel 分享了 x86 的指令集。

我们前面讲硬件的内容偏多，这一讲，我们就聊聊指令集。其实如果要把指令集讲清楚，估计能开设一个新的专栏，这里我把它作为拓展阅读，就简单聊聊 ARM 和 RISC-V 这两个在业内比较有话题性的指令集吧。

先来说说定义，什么叫指令集呢？业界泰斗、ACM 和 IEEE 两院院士、2017 年图灵奖得主、RISC-V 基金会的董事会副主席 David Patterson 给了非常通俗易懂的定义：软件通过一个专业词汇上称为指令集的东西和硬件讲话。换句话说，指令集是软硬件之间沟通的桥梁。如果在晶体管、集成电路和摩尔定律之外，再给一个重点概念，那就是指令集了。

可能你平时看新闻，看到 ISA、架构、指令集这些词都混在一起用，觉得有些疑惑，其实 ISA= 指令集 = 架构，都是一个意思。而实现了一个指令集的 CPU 叫微架构。

我给你举个例子，ARMv8，这是一个指令集，也是一个架构版本。ARM 的 Cortex-A72 处理器，就是一个实现了 ARMv8 指令集的具体 CPU，是一个微架构。ARM 的 Cortex-A72 是一个支持 ARMv8 指令集的 CPU IP，就是一堆 RTL 代码。瑞芯微的 RK3399 芯片就是一个集成了 2 个 Cortex- A72 之后的芯片，是一个物理体，这个芯片支持 ARMv8 指令集。凡是支持 ARMv8 的软件，都可以在 RK3399 上运行。

当我们说 ARM 的时候，我们不太关注这个拥有 6000 员工，总部在英国但被软银收购后已经成为一家日本公司的企业故事，或者是在网上可以公开看到的那本 5000 多页的 ARMv8 指令集手册。我们更多提到的是硬件侧高通的骁龙、联发科的天玑、华为的麒麟、三星的 Galaxy、AWS 的 Graviton、苹果的全家桶，和软件侧的 Android、iOS、Red Hat、Ubuntu、SUSE、麒麟 OS，等等，它们都在 ARM 的生态系统里。 我们关注的是整个 ARM 生态系统。

类似的，我们在说 x86 的时候，也不仅仅指的是 Intel 和 AMD，还有在 x86 生态系统里的微软、Linux、Oracle、SAP 等等。但是 x86，并不是一个公开授权的指令集，虽然并不仅仅有 Intel 和 AMD 两家，但是对于新入局者来说，做 x86 指令集的机会几乎微乎其微。相对来说，ARM 和 RISC-V 都是开放授权的指令集。ARM 是商业授权指令集，RISC-V 是开源的指令集。至于 CPU 核，也就是微架构，两家都是商业授权模式，就是要付费的。

2017 年，以微处理器分析闻名的行业分析公司 Linley Group 在一次 RISC-V 会议上做开场主题演讲时展示过一页最受欢迎的指令集，如果按照支持不同指令集的 CPU 个数来看，ARM 是最多的，从饼图上看，这是压倒性的优势。但是如果按照营收来算，x86 因为高单价（ASP，平均销售价格）是最赚钱的指令集。也就是说目前这两个最流行的指令集，一个赚了钱场，一个赚了人场。

当年 Intel 推出 x86 指令集的时候，已是万人大厂，还拿下了 PC 这个关键市场，而彼时微软才刚刚创立，不足 10 人，因此这是一个先建硬件再建软件的历程。而 ARM 是靠着自己的灵活授权模式，搭着当年德州仪器的大船杀入到手机市场，并在功能机年代拿下手机这个关键市场的。然后先有诺基亚的手机操作系统塞班，然后再有的 Android。

在移动互联网时代，ARM 也是运气好，Intel 没有答应苹果的定制要求，因此苹果就选了 ARM 这个现成的 CPU IP，也采用了既有的指令集，再搭建 iOS 系统。因此 ARM 赶上的是硬件统一，软件分裂，然后对齐到硬件上的过程。

那么开始于 2010 年的 RISC-V 呢？我推荐你读一下中国科学院计算技术研究所包云岗老师的解读和介绍。包老师团队翻译了 RISC-V 手册，副标题是“一本开源指令集的指南 ”。

在这里我就简单从我的角度聊聊 RISC-V。

RISC-V 诞生于美国 UC Berkeley 大学，最初是个开放为教学服务的指令集。但 RISC-V 因为有着精简、高效、低能耗、模块化、可拓展、免费开放、无历史负累低效指令等优势，很快就出圈了，因此 RISC-V 团队在认识到它的价值之后，就决定将之推出市场进行商业化探索。

RISC-V 架构秉承简单的设计哲学，完全抛弃历史包袱，从轻上路，借助计算机体系结构，经过多年的发展已经成为比较成熟的技术。RISC-V 基础指令集则只有 40 多条，加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令。RISC-V 的规范文档仅有 145 页，而“特权架构文档”这样重要的内容，篇幅也仅为 91 页。

如果说 ARM 借助 IP 授权的商业模式，降低了 CPU 设计难度，让信息技术世界进入泛处理器时代，那么 RISC-V 就是以免费开放的开源指令集模式，降低了 CPU IP 的设计门槛，让芯片行业进入到一个满是 CPU IP 的时代。RISC-V 目前已经有 200 多家成员，你可以看这张大厂 logo 云集图片，这张图来自 RISC-V 基金会。

不过所有的技术或者商业模式优势，最终还是要转化成商业成功。目前所有参与 RISC-V 的企业，其实还是小公司居多，或者是大公司的小项目有涉及，还没有特别赚钱的。那什么算是商业成功呢？依据我的经验以及总结 ARM 成功的历史，我列了三条 RISC-V 作为指令集的成功标志：

最新工艺的 SoC 量产

有软件支持的里程碑

支持杀手级应用或者说核心市场的 25% 市场份额

我觉得达到任意一个即可，当然最终肯定都会有，但是成功的起点是拿下其中之一。

学习到这里，你如果对 RISC-V 仍然感兴趣，我建议你去读一下 John Hennessy 和 David Patterson 这两位图灵奖获得者，在 2019 年发表的文章《计算机架构的新黄金时代》（中文版可以看这里），你可能会对 RISC-V 有一个全新的认识。如果把它当通用 CPU，它生得晚了，可是如果把它当作领域专用架构 DSA（Domain Specific Architecture），这种模块化的设计，非常有价值，而且它是先立标准、开源开放，这样碎片化的生态累积起来更灵活更高效，反而更有机会做大。

但是我想说生态始终还是要统一的，要有人掌握灵活和标准之间的平衡，否则软件投资无法得到保障，最终还是一盘散沙。

最后，我用一张 1992 年微处理器论坛的老照片作为结尾。指令集并不算一个特别有技术难度的项目，1960 年代，IBM 的每台计算机都有自己的指令集和工具。1992 年，那张图上也是有满满的指令集。都说我们芯片这行做公司容易死，但其实图里的公司，还是剩下了大半，而指令集就剩下两个了。

计算机指令集的发展，是“长坡滚雪球”，要有核心，不能碎，或者说生态不能分裂，还要持续稳定地不停地滚动，即保持演进，与时俱进。当然还要这个“坡”够长够大，才有后期的如雪山压顶之势，拿到容量够大的核心市场。

最后，我还想聊聊一些题外话，我不知道你在看网上一些信息的时候会不会完全相信别人说的，我是不会。我们现在看到的一些文章，有相当一部分是某些公司宣传部门写的通稿，并不能直接代表真实情况。因此，一般我在阅读的时候，是会先看一下文章来源和作者背景的。我也是普通人，在一些理解上也会加我自己的想法，因此你可以再从开篇词里了解一下我，再确定给我加什么样的纠偏系数。

关于指令集，你可以畅所欲言，聊聊你知道的内容，欢迎在评论区和我交流。

结束语 | 芯片人的升职之路

你好，我是邵巍。

从这门课开始筹备到今天最后一讲，整整三个月，我几乎把一半的时间都贡献给它了。在这个过程中有辛苦，当然也有收获，对我来说，这是跟在公司里上班做项目非常不一样的人生经历，对你而言，我也希望能给你看待芯片行业的不同视角，让你能从这门课程中得到收获和启发。

在专栏上线前，我和编辑聊天，说这个结束语写点什么好呢？我提出了讲讲芯片人升职之路的想法，编辑说，能不能再加一点，除了升职咱也聊聊加薪。我觉得加薪是个同组竞争的技术活儿，升职往往也就意味着加薪，所以我就不直接谈钱了，就聊聊职场选择和努力方向吧。

我自己的升职历程，其实不算是“成功”的故事，踩了不少坑。所以这大约这是我特别急吼吼地想谈这个问题，想让你少走弯路的原因吧。

其实这个话题不仅适合芯片人，任何岗位都可以学习或参考。

升职往往是公司层面或者跨公司层面的竞争问题，其实如果从产品经理的角度看，这就是竞品分析，在知己的基础上，选一条最佳的竞争之路。

常规职场的上升途径无非就两种：“向上”和“向前”。

向上，这个词理解起来最简单直接。每个公司，基本上都给出了向上的各个台阶的要求和定义，我建议你仔细研究研究。同时，我也推荐你去读一读《硅谷之谜》这本书，作者吴军在里面提到了工程师的五个等级，他说：第五等工程师能独立完成任务；第四等工程师可以领导产品；第三等工程师能达到行业最优，普通人到这里就差不多了，更向上的两等，我们可以仰望一下；第二等工程师能改变世界；第一等工程师则能开创行业。你可以想想在自己的行业中，你现在处于哪个等级？又准备怎样提高自己的等级呢？

纸面上的东西要读，身边优秀同事的例子，也要看。每年公司的晋升季，就算是没轮到你，也建议你全程观摩一下，看看哪些是公司真正表彰的价值，哪些是关键指标，最重要的是，哪些人是投票决策人。若有谈得来的资深前辈，一起聊天，让前辈帮你解读一下，那就更好了。人的成长和技术能力成长一样，都要学习，才能进步。

在一家公司一步一步地爬职业阶梯，是大道正途。只是公司的架构总是金字塔形的，上一步难一步，若遇长时间停滞，换公司也是一条途径。大公司求升级，小公司求多赚钱或者转岗跳跃，特别是从技术岗到管理岗的跳跃。

再来说“向前”，这个其实是蛮有争议的话题，这里的“前”，可以认为是有前途，天花板更高的意思。在这个层面我们更多讨论的是岗位的上升空间了。相同级别，什么职位算好呢？在芯片行业，做芯片设计真的就比验证好？架构师一定就比项目经理厉害吗？

我认为，职场选择，适合自己的才最好，因为每个人的能力是有大有小的。华为做产品遵循压强原则：将有限资源集中在一点，这也适合个人的职业发展。如果你心有所爱，或者能力有限，那么就集中在一点上努力，只要压强够、时间够，任何一个位置都能打通关，站到职业顶峰。对于半导体行业来说，每个环节其实都很关键，因此每个环节都有机会。

如果你想在不同的岗位之间流转一下，或者有心往全栈的方向努力，我这里还有几个通用判别小技巧，可以给你参考一下。

第一，按产品或业务线对一个公司的价值排序。

同样是产品，你参与公司的主营产品，肯定比做附属产品好。或者都是公司主营产品，那加入赚钱多的那条线肯定比赚钱少的好。

第二，按离钱远近排序。

这条可以意会，我就不言传了。

第三，按岗位能否代表公司对外发声排序。

代表公司对外打交道的部门或者职位，算是公司的前端。从后端向前走，也是一条不错的路线。前端工作接触面广，能够给你带来大视野，我个人就比较喜欢前端工作中的问题多样性。有时觉得，人的工作能力是被遇到的问题所塑造的。

还有，能够代表公司对外发声的职位，往往会在与外界交换信息的同时，无论是对自己公司的产品，还是行业地位，都有更深刻的理解。这是一个能让你看到“庐山真面目”的机会。

第四，选通用产品，选先进制程，选风口。

拿半导体设计来说，这是一个通用技能，可以做任何产品。对于公司来说，选什么产品品类跟历史积累、竞争能力有关。但是对于个人的职业生涯来说，那就要在成功率高的产品中，选最难最“贵”的那个。只有项目成功，才有经验累积。

最后说一句，滚石不生苔，选定所爱之后，要坚定不移地爱你所选。无论是全栈经验，还是集中力量单点突破，都是好方向，要持续稳定地进步，最终实现向上的目标才是成长的本质。

好了，最后我还给你准备了一份毕业调查问卷。希望你花 1 分钟时间填写一下，畅所欲言，让我知道你的想法！

用户故事 | 学完课程，我更好地理解了芯片行业

专栏的正文内容已经结束了，在这一个月的学习过程中，你有什么收获或故事呢？我们听听下面两位同学是怎么说的吧。

极客时间用户 @王建峰 分享

你好，我是王建峰，今年 22 岁，目前在做 Android BSP 工作。

我先聊聊为啥想学这门课程吧。

想到在大学时我刚接触单片机，很想把相关理论学通，就找了很多很杂的教程来看，但自己看还不够，于是又报名课程来学。后来我才知道知识是学不尽的，也认识到对新入行的同学来说，要是有一些正确的指引能省很多麻烦。

同时，现在因为工作原因，从我目前工作方向来看，比如会涉及到软硬件适配的问题，这和芯片脱不开关系，所以了解芯片是必须的。而我其实入行不久，接触到的行业知识也比较匮乏，常常感到自己抓不到软硬件之间的联系，对某些场景缺少比较深入的理解。

极客时间开设《说透芯片》专栏，恰好可以帮助我理解这个行业，并且邵巍老师在芯片行业工作了 20 年，功力深厚可想而知。看到课程介绍后，我没犹豫，就选择购买了这门课程。

跟着学习到现在，我收获很多，整体感受就是课程设计比较友好，内容全面且成体系，学完课程能更好地理解芯片行业。

首先，我认为比较好的一点就是这个课程不像书本那样全是名词概念、逻辑关系，比较难懂。而且在开篇老师先介绍了一些基本概念做铺垫，像我一个行业小白也能很快吸收。相比专业书来说，这个课程读起来比较畅快。

另外有一点特别好的地方，课程内容表现图文并茂，构建了一个行业的全景图。举例子也比较巧妙，比如从 iPhone 手机看到整个半导体行业的缩影，一部手机拆分成各个部件去看芯片的类型，等等。

整体来说，第一部分是基础知识的铺垫，学完我基本上了解芯片是怎么回事，大概有一个全局的认识。第二部分是介绍芯片行业的优秀厂商，邵巍老师分析各家的行业成功密码，很通透，而且看到评论区也有很多有意思的观点，将这些代入到之前的全景图中，更加深了我对行业的理解。

希望我的学习故事能对你了解这门课程有所帮助，我们一起进步！

极客时间用户 @张国亮 分享

你好，我是张国亮，从事物流运输可视化系统相关软硬件的销售工作。

从五月份开始，受全球缺芯潮的影响，公司销售的车载物联网设备也开始供货不足，影响业务的正常开展。

我上门去拜访客户，常被问到为什么缺货，我回复因为缺芯，当客户再问到我为什么缺芯时，我却一时语塞了。我在网上搜索缺芯相关文章，但因为对芯片的生产、制造、供应链相关企业等一知半解，而始终没有彻底搞明白到底为什么缺芯。

这个时候，正好在一篇公众号文章里看到极客时间推出了邵巍老师的《说透芯片》课程，真及时雨啊，果断学习起来，一发不可收拾。

在这个过程中，跟随邵老师，我梳理清楚了芯片行业的几个重要概念，知道了芯片是如何从一粒沙子变成一切电子产品的核心，还了解了整个供应链上下游相关企业运作模式。除此之外，也了解了国产芯片的发展状况以及和国外高端芯片的差距。

结合邵老师的课程学习以及自己的理解，我还完成了一篇 “全球缺芯，机遇还是挑战？”的学后感，旨在用自己的话说清楚：到底为什么缺芯。

邵老师课程的最后一讲在开头插图中有一句话，让我很受触动，和你共勉。她说：做人和做芯片一样，都是“长坡滚雪球”的过程，要有核心，要持续稳定地不停地滚动，只要“坡”够长够大，就可以期待后期的雪山压顶之势。

这句话给我的启发就是，要认识自己，找准方向，在最适合自己并且够长够大的赛道上持续稳定前进，厚积薄发，相信终究能像那一粒不起眼的沙子一样，点石成金，拥有核心竞争力，创造出不同寻常的价值来。感谢邵巍老师！

讨论时刻

学习完这门课程，你有哪些感受呢？也欢迎在评论区留下你的学习感受和收获，我们一起进步。