科技猎中ASIC芯片：五年走过十年的路
【编者按】自从上个世纪90年代开始，中国就成为了世界最大的电子产品制造工厂和进口市场，但中国却不是一个能够依靠自主芯片进行生产的国家。从人工智能和区块链浪潮开始，人们看到了国产芯片弯道超车的道路。
本文转载自耳朵财经，由分析师洪福川、林燕铭撰文，孟江东指导。
18年前，张汝京带领一批海归工程师在上海建立了“中芯国际”，开启了中国 半导体 行业的世纪篇章。
18年后，以嘉楠耘智、亿邦国际、比特大陆为首的新一代 芯片 厂商，在 区块链 的快车道上，完成了ASIC芯片的弯道超车，占领了全球绝大部分的ASIC芯片需求。
中美贸易战持续点火，芯片行业一时间被推上了风口浪尖。在西方发达国家的高端技术封锁下，处在产业升级的中国半导体行业也在力争多点突破。
本期耳朵财经TokenData就从多维度解析芯片行业的情况，看区块链行业带给中国“芯”的机遇与未来。
1、区块链芯片的三步走
1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC出世，由美国人莫克利和艾克特发明，当时这台机器重达30吨，占地170平米，通过18000只电子管组装而成，笨重且低效。
而现在的高度集成化芯片已经做到了微型化，从单一用途到多用途处理器芯片种类丰富。在区块链行业的芯片发展中，从CPU到 GPU 最后到现在的ASIC芯片，是把计算单一化的过程，就像化繁为简，在一个方向上专精。而半导体是芯片最重要的基础部件，不仅可以用来制造大型的集成电路，也可以通过特殊的架构设计组装成芯片。
换言之，如果半导体是棉，晶体管是线，那么集合电路就像布料，最后缝纫成衣服，也就是最终成型的芯片。
英特尔的创始人之一戈登·摩尔曾经提出，在价格不变的情况下，每隔18-24个月集成电路可容纳的晶体将会增加一倍，性能也会增加一倍。因此半导体的工艺的提升对于芯片的发展是非常重要的。平时常言的nm（纳米）是用来描述集成电路内，电路与电路之间的距离（线宽）。缩小线宽便意味着在同样面积下可以装进更多的电路，芯片可以做得更加复杂。同样复杂程度上，芯片可以做得更小更密集，有效的降低成本。
电子的速度是相对固定（在现代晶体管都以相对恒定的速度运行），工艺提升而使晶体管缩小，跑步距离缩短，电子在晶体管中运动的时间就减少了，效率得到了提高了。
区块链芯片第一步最先采用的CPU又称中央处理器，是计算机的运算核心和控制核心。目前商用市场主要的产品来自Intel（英特尔）和AMD（超微半导体）两家企业。CPU制造工艺（制程）在一定程度上决定了CPU的性能。
CPU主要特性是综合处理能力，可以满足多种复杂的运算需求，区块链更多的需要的是单一运算，所以CPU在区块链芯片历史上如昙花一现，很快便被取代了。
很快行业第二步瞄准了GPU芯片上， GPU又称图形处理器，属于显卡板载上的一块主要运算芯片。显卡这个概念是NVIDIA（英伟达）于1999年提出，在此之前，GPU的工作任务都集成在CPU中。将图形渲染等工作拆分出来，重新研发新的外部设备，这也是GPU到目前为止制式都会落后CPU的原因（GPU只是分担CPU的工作）。
目前商用的GPU主要也是来自于NVIDIA和AMD两家公司生产，并且从技术规格上来看，NVIDIA力压AMD一头。GPU发展也不再局限于图形处理，在浮点运算、并行计算上的发展也强于CPU数十倍甚至上百倍。因为这种独特的运算能力和区块链的算法较为匹配，使GPU芯片的需求大增，在去年最火爆的时候造成了显卡的价格居高不下。
高昂的价格造成了行业芯片成本急剧升高，而且效率也达到瓶颈，这时候行业研发出了兼备高性能和低功耗的一种芯片ASIC，也是目前步子迈的最远的一步，效率呈几何式上升。
ASIC是指一种只为专一目的而设计的集成电路。例如最先出现的SHA256算法，整体的芯片设计只为了计算这一种算法，无法进行算法之外的工作。摒弃了CPU和GPU上为其他功能而设计的功能，可以做到在同等计算能力下，功耗更低、体积更小、性能更高。
2、ASIC芯片的升级和迭代
区块链行业芯片的技术发展更迅速，竞争更加激烈。
2018年8月嘉楠耘智已经宣布首批量产7nm芯片，同期日本的GMO公司也加入7nm芯片的大军，从2013年首次量产110nm芯片，期间经历了28nm、16nm，再到如今的7nm，乍一看用5年的时间走完了Intel、AMD、NVIDIA等国际大厂花了十多年走过的路，事实并非如此。
同样是芯片，但是ASIC和GPU的设计难度不是同一个级别的。ASIC用途较为单一，而GPU的用途复杂，所以其架构复杂，设计难度更是呈几何级上升。这也是国内厂商可以设计出7nm ASIC芯片却无法设计出14nm GPU的最主要原因。
从2013年的110nm芯片到2018年的7nm芯片，被压缩的技术升级周期背后离不开资本的存在，或者说是区块链行业蓬勃发展所带来的。
就在昨天31日，华为发布了新一代麒麟980手机芯片，成为了继嘉楠耘智之后的第二家量产的7nm芯片厂家。推动这一切的也是手机行业的激烈竞争以及华为在自主研发上的高额投入。7nm的研发难度之大使得不少厂商改变自己的产品研发方向——从性能转向功耗。
神马就是一例通过降低功耗，异军突起的厂商。
神马芯片通过降低功耗，可以极大降低用户的使用成本，并且在制程落后的情况下，依旧领先更高工艺的芯片的性能。
这可能是未来ASIC芯片发展的趋势，不再追求制程的先进性而是降低用户的使用成本，更加贴近客户的多元化需求。
3、只负责加工的代工厂并不少赚
根据IC Insights的数据，2016年前十大芯片供应商分别为Intel、三星、台积电、高通、博通、SK海力士、镁光科技、德州仪器、东芝半导体、恩智浦半导体。根据2016年的数据，其中因特尔的收入最高达到了563亿美元，三星其次，第三名被台积电牢牢掌控。
2017年，博通曾试图1050亿美元收购高通，最高报价曾达1170亿美元。如果收购成功，这两家芯片行业合体后将会成为第三大芯片企业，可能改写整个行业的格局。与此同时，高通也试图收购恩智浦半导体，恩智浦半导体是由飞利浦的半导体业务中剥离出来的独立公司，最后也已失败告终。
最后的原因是，博通对高通的并购被美国以“可能危害国家安全”为由给否决了，并购在获得8个国家（总共需9个国家）同意之后，被中国一票否决。
芯片企业对于国家的重要性不言而喻。
如果以芯片代工产业来看，中国（包括台湾）占据了整个行业的74.4%的份额。这也是半导体厂商的一种发展趋势。
半导体厂商按照其主要职能目前分为三类:
1.负责设计并销售自己的芯片，制造芯片外包。
2.只生产芯片。
3.负责设计并且制造自有芯片=1+2。
TokenData统计了目前市面上较为常见的半导体产品：
从芯片制造工艺上来看，7nm几乎达到了硅材料芯片制造的物理极限，因此Canaan作为国产量产7nm芯片才会如此令人兴奋。
在区块链迅速发展的几年里，GPU厂商的收入也跟着水涨船高。
（英伟达和台积电k线图）
NVDIA可以认为是受到区块链影响最大的企业之一，伴随着2017年的爆发和GPU芯片的供不应求，股价水涨船高。而台积电受限于产量，并未从中获得多大利益，同时侧面也可以看出，作为产业的上游和纯区块链芯片制造厂商相比，NVDIA具有三大优势:
1.受众更广，个人PC用户需求量大。
2.芯片更复杂，行业壁垒更高。纯区块链芯片难以进入GPU芯片行业。
3.技术积累时间长，目前为GPU市场的龙头企业。
4、芯片的市场天平已被打破
台积电在获得了7nm芯片代工技术后，拿到了众多的订单，其中不乏苹果A11处理器，AMD的Vega芯片等，并宣称7纳米工艺制程以下订单市场占有率将是“100%”，可以说供需市场的平衡被打破了。
根据台积电的财务数据，每年能以一百万片十二寸晶圆约当片数的产能增长，据此估算，2018年台积电的产能为1200万到1300万十二寸晶圆约当片数之间。从产值的增长率看，2017年的增长率同比上升5.1个百分点，产能增速稳定。
但区块链行业的芯片需求却在爆发式增长，行业巨头嘉楠耘智和亿邦国际的机器销量每年都在增加。经耳朵财经Tokendata统计，在2017年，仅嘉楠耘智、亿邦国际两家企业就销售出超过50万台机器，增长率都高于200%，这还不包括比特大陆、芯动科技等企业的芯片需求。
综合来看，在保证不影响其他业务的情况下，台积电的产能分给区块链的份额可能不足以满足市场需求，这就会使得大量的芯片订单溢出。
事实也是如此，面对其他企业的技术追逐，从台积电的财务年报却可以看出：其统治力在流失，成长力在下滑。
2017年财报显示，台积电从事半导体制造的积体电路制造服务业的产值为530亿台币，成长率为7%，这比2016年下降了1%。
营业收入净额虽然逐年增加，相较前几年的高增长率，台积电17年的增长率已经放缓至3.11%。2018年，台积电(TSMC)公布2018年第一季度财报显示，净利润为897.85亿元新台币(约合30.6亿美元)，同比增长了2.5%，不及市场预期。
明显看出，增速已经放缓，略显疲态。
根据预估，2018年全球市场会提高5%的需求。台积电本身却囿于技术和产能的限制大概率无法独霸这块蛋糕，这就给众多中小型半导体芯片企业的崛起创造了条件。
5、中国“芯”的机遇
近几年，中芯国际、华为海思等中国企业发展迅速，已经在半导体芯片市场开始有了一席之地。但一直以来，受制于高端芯片技术的封锁，一直没有找到一个突破桎梏的契机。 区块链行业的泡沫逐渐回归理性的阶段，ASIC芯片在诸多大牌厂商明星产品面前显得渺小的多，这就需要另寻他地，对于国内的诸多芯片企业来说也是一个不可多得的机遇。
从2014年到2017年，中芯国际的年营业收入从19.7亿美元增长到31.01美元。从负增长到最高30.32%的增长率，中芯国际只用了两年。但在2017年，中芯国际的营收增长率下滑至6.42%，这侧面说明了中芯国际也存在成长力不足的情况。
（中芯国际近期营业收入变化）
步入2018年，在国家队注资入场后，中芯国际上半年的营业收入达到17.22亿美元，同比增长11.49%。预期中芯国际的下半年营收会比上半年有更强劲的增长，大概率今年营业收入增长率会超过2017年。
芯片产业是一个长研发周期，高资本投入，低回报的一个产业，中国耗费了半个世纪的时间来追赶，但是其核心还是高端人才的需求，海归的高端工程师是芯片发展必不可少的存在。而区块链行业的不断增长，给芯片行业带来了新的方向，虽然在逻辑架构上并不复杂，但是制程处于领先的水平。
在ASIC芯片领域，中国企业用5年时间走过其他企业近15年的路。这是值得骄傲的一件事，但是这并不代表中国企业在整个芯片领域都已经傲视群雄。
中兴芯片事件的出现，更是印证了在芯片行业的研发还不够精，不够强。像高端的28nmCPU、GPU的量产芯片，我们只能望而却步，在复杂芯片上，至少落后海外两代技术。但是，依旧有着如张汝京这样的人、嘉楠这样的企业，倾注精力打造国产芯片的竞争力。
在可期的未来，依稀能看到，诸多为之而努力的企业会在众豪强中搏出一条属于中国“芯”路。
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