公元2022年即將過去,而2023年即將到來。新冠疫情終于將離我們而去,全世界也將迎來新篇章。
科技老兵戴輝從2017年金秋開始創作科技文章,這五年多時間里,發生了很多熱點事件。隨著最能吃苦的一代人逐漸老去,很多故事將逐漸湮沒在塵埃之中,我因而挖掘了大量不為人知的通信、電子、芯片歷史。
已出版《華為通信科技史話》(人民郵電出版社)一書,背景是整個中國和世界浩浩蕩蕩的通信技術發展史,將全人類連接在一起。
正在進行的工作,是撰寫《中國電子和芯片史話》一書。背景則是世界電子和芯片發展史。相關內容在本文中得以基本體現。
第一章:70年代末,改革開放,和世界接軌
圖注:79年中美建交之后照片,黑建濤后就讀于東大88級
中國的電子行業有100年歷史,我寫過多篇百年的文章:
從上海灘起家的中國收音機100年史,背后是集成電路的發展史
《攀登者》看中國手機起源,驚呆了!
二刷《決戰中途島》:你看到了戰爭的殘酷,我看到了一部電子通信技術百年史
2018年是集成電路的全民科普年
到上個世紀70年代末,主要的消費電子產品是晶體管收音機,也有少量黑白電視機。
六七十年代,主要是來自北方邊境的壓力,中國大規模開展“大三線”運動,很多企業分布在了大西南的山里。這保障了重要工業企業的安全,也對當地經濟起到了很大的帶動作用。我大舅從三線回來后,成為了縣城里最資深的質量監理。
圖注:830廠生產的晶體管電子計算機(121機共生產100多臺,1966-78年)
不過,大山里生產的晶體管產品,良品率普遍低,據說只有20%,成本居高不下。有在大山洞里沒日沒夜做計算機的前輩說,他會搜集一些次品晶體管來做收音機。
中國的集成電路也取得了發展,但和西方差距很大。
70年代中期,西方已經進入了大規模集成電路時代,市場上已經可以輕易買到CPU了,電腦開始走向家庭。1976年4月蘋果(Apple Computer Inc.)成立。1976年,王安電腦推出了電子文字處理機,風靡一時。
1978年,中共十一屆三中全會召開,***等人提出了「對內改革、對外開放」、「解放思想、實事求是」的理論。
電子行業怎么辦? 與其抱殘守缺,不如一步到位擁抱西方最新科技。這是一個英明的決定。
1983年8月10日,中國派代表團對美國、加拿大兩國電子工業進行首次考察,時任電子工業部部長的江同志擔任代表團團長。任內也提出了電子工業發展計劃,并獲得國務院批準。該計劃旨在建立工業基地,到2000年爭取年產值比1980年增長八倍,并削減收音機和黑白電視機的產量,擴大電話和彩色電視機生產(備注:通信與影像兩大領域);并采取國際通行標準以取代過時的蘇聯標準。
第二章:影視和攝像的電子與芯片產業
70年代末四大經濟特區建立。關于深圳,我有很多話說。
23年前來深圳,見證通信電子行業桑海滄田
從“三來一補”起步,中國的現代電子整機制造行業開始起步。
1980年代,中國引入了100多條彩電生產線,主要來自日本。下文中對彩電高頻頭帶來的SMT技術有詳細講解。
電子整機制造技術100年發展史,有蘋果華為中興小米的故事
影視娛樂也是大家渴盼的內容。彩電、錄像機、VCD/DVD大爆發。這里有我的青春回憶啊!
50年觀影史,有阿凡達,有中國芯與標準,還有錄像廳午夜場
從成賢街說起,每個大學都有一條“墮落街”
90年代廣州康樂村和客村的記憶
影視技術帶來了很多的沖擊,很多芯片公司起起伏伏,故事太多。收音機芯片、手機電視芯片、衛星機頂盒芯片故事多多。王國裕老師依然在堅持做DMB+(數字多媒體廣播技術+)芯片。
中國芯片往事:四段浪奔浪流的回憶
機頂盒曾是一個重要領域。不過大家現在開始用抖音投屏來看世界杯。
海思機頂盒芯片是如何成為霸主,并與中國標準相互成就的?
1990年,王國裕伉儷和同事們在愛丁堡大學發明了CMOS圖像傳感器技術。到了今天,中國成為了CMOS最大的熱土。
CMOS圖像傳感器35年史和中國人的關鍵貢獻
爆文《CMOS圖像傳感器35年史》的刪減內容和讀后感
第三章:固定電話帶來的產業和芯片
香港因為融入了西方世界,電子產業發展不錯,尤其是電話機。
憶香港電子業60年往事,及對內地的帶動
電話機產業爆炸式成長。關于話機和芯片,我寫過兩篇文章:
那些與電話有關的熱血往事,從60年前的春節說起
第一顆銷往全球的爆款“中國芯”
東大校友領銜在香港生產的HAX交換機,是菊廠的第一桶金來源。
世界通信和芯片發展和東大校友真有“一腿”
華為第一顆芯片是用于電話程控交換機,1991年徐文偉負責。因為我的這次深入挖掘,華為集成電路歷史從官宣的1993年提前到了1991年。
華為的芯片事業是如何起家的?
第四章:中國手機和芯片大發展
中國參與無線通信,使得整個盤子急劇放大了。本來只有少數人可以用手機,現在是全人類個個都在用。
上個世紀末,西方由于固定電話和無繩電話、公用電話、車載電話很發達,加之不愿意將自己的生活掛在別人的褲腰帶上,所以西方的移動通信主要用在專用領域,老百姓很少用。
實際上,是東亞,尤其是中國的市場和產業力量(基站和手機),才使得移動通信迅速普及到全球。
80年代的福建泉州,也爆發了一場電子技術產業革命。
和中國臺灣有關,從“黑珍珠”、“二哥大”到國產對講機火爆全球
工業重鎮上海是從無線這波崛起,事實上,我早在91年春節就去觀望過浦東了。
浪奔浪流,上海灘無線和芯片30年史
1、GSM是最偉大的通信技術,沒有之一。
我從98年入行,00-08,海外體系工作了近8個年頭,感受了GSM的全球部署,并讓數十億人有了通信連接。
華為的"長征”:生死存亡500天
GSM三十載,中國科技推動全人類文明大發展
中國芯片往事:格科微、艾為背后的山寨機風云和ODM產業崛起
重回馬尼拉 I shall return!
2、中國手機的四波潮流
1998年,我很懷念它。這一年,我有了第一部手機(諾基亞)。也是這一年,中國第一部自研國產手機于廣州誕生。
第一波手機是西方品牌手機,也逐漸來到大陸生產,如東莞有諾基亞工廠。
第二波是98年開始群體崛起的國產品牌手機,如廈華(后為聯想收購)、中興、TCL(后來收購阿爾卡特)等。
重磅文章:江同志見證中國自研手機的誕生,里面提到廣州安凱曾從事手機應用處理器和軟硬件方案。
美國TI、ADI的芯片方案當年被廣泛使用,后來又冒出了很多芯片廠。
第三波是山寨GSM手機,如傳音等。
與此同時,通過運營商渠道有“中華酷聯”。
第四波是智能手機。蘋果初代是只支持GSM+WIFI 在深圳生產是因為供應鏈強大,二代支持3G,后來支持4G。智能手機整合了眾多的消費電子,如照相機、DV、電子表、計算器。一個重力傳感器形成計步功能,讓多少人每天努力行走!
“華米OV榮傳”。日本消費電子迅速沒落,中國頂替了日本當年的地位。
3、山寨機帶動了中國ODM和***第一次崛起
我寫了一篇文章:中國芯片往事:格科微、艾為背后的山寨機風云和ODM產業崛起
中芯國際也是在山寨機芯片上開始海量生產。中國臺灣聯發科從光盤芯片、DVD芯片出發,華麗轉身為全球最大的基帶芯片之一,提供了一攬子解決方案。
海思的第一顆手機芯片K3V1,是采用TI的APP和自研的BB,再疊加WIN MOBILE方案形成的,目標是山寨智能機市場。
華為海思的麒麟手機芯片是如何崛起的?
4、移動互聯網在4G上迅猛發展
小視頻業務消耗了很多流量,抖音和TIK TOK是中國創造的。推特在向微信學習。
從俄烏戰爭直播,看移動互聯網促進手機發展23年史
微信上有豐富的生態,如服務號、小程序、公眾號、微信支付。必要時候也可轉為操作系統,小馬哥在2018年講過。
華為老兵講國產操作系統背后的故事,里面有倪光南、任正非、馬化騰和馬云
5、5G創造大蛋糕,緩和了沖突,而不是激化
中國率先發5G牌照成為了試驗地承受壓力,之前的1234G都比西方晚。
5G使得高通可以持續收費,蘋果有換機動力。
5G手機的芯片數量增加很多,在中國芯片發展的同時,西方利益不會受損,實際上也獲得了增長。
5G使得7納米以內的芯片有了大大的用武之地。如果保持在4G則不需要這么高制程的。
中國5G只用了厘米波(和4G一樣),沒用頻段高很多的毫米波,主要是為了發展國產的射頻芯片。
老兵戴輝大力呼吁5G手機一定要便宜,否則5G可能失敗!
發動群眾,陷5G于人民戰爭的汪洋大海!
5G是四場游戲再加一場美夢!
通信標準背后是大國博弈
6、物聯網和車聯網
物聯網在GSM、4G LTE CAT 1、NB-IOT上發展得很好。
車聯網有廣泛使用的T-BOX,當前也有了支持5G的車聯網。
我所知道的車聯網30年史,5G智能座艙開啟汽車新時代
值得說明的是:汽車的智能駕駛都是本地響應,并不依賴于4G或者5G。
7、通信基礎設施產業基本飽和了,存量競爭引發激烈博弈
人類的眼睛接受的分辨率和時間有限。4G的容量已經滿足了人類的需求。正如當年GSM滿足了人類電話和短信的需求一樣。
連非洲埃塞俄比亞的4G覆蓋都已經超過了英國。
整體上來看,全球地面通信網絡已經告別了快速成長。無線通信的容量繼續大發展,需要尋找新的商業模式。
5G是靠比4G更大的頻寬、更復雜的天線陣列、更強大的芯片處理能力來實現高速率。中國首次介入了基礎算法。
5G尚未尋找到殺手級業務,KILLER APPLICATION。
第五章:人工智能促進電動汽車的大發展
電動車有百年歷史,但一直不溫不火。
新基建下,中國的充電樁基礎設施非常完善,到處都有。
2020年上海臨港特斯拉超級工廠出貨,點燃了這個世界。人工智能革命帶來的自動駕駛功不可沒。本質上,這是美中共同創造的一場革命。
歐洲、日本的車廠和TIRE 1都紛紛來中國設廠。
我寫過四篇文章:
我與電動車的30年緣分,迎接無人駕駛時代的到來
汽車芯片50年,看中國汽車芯片“群體崛起”
智能時代,中國汽車軟件“群體崛起”,成芯片生態核心
我所知道的車聯網30年史,5G智能座艙開啟汽車新時代
從二戰之后,人類就啟動了人工智能的研究。經歷了70多年,終于取得了商業上的巨大突破。
人工智能發展取決于三大因素:基礎算法、算力(芯片)和生態、用來訓練的海量數據和應用場景。
深度學習算法有深度神經網絡、卷積神經網絡、反向傳播算法和隨機梯度下降等,未來的短時間里很難再有大的突破。
中國有大量的應用場景和海量的數據,用于做標記的人力(小縣城網吧少年眾多)也很充足。這是中國的獨特優勢。語音識別、安防、智能駕駛、手機認證、無人配送等都是很有價值的場景。
芯片(算力)可以分為用于訓練(深度學習)和用于推理(應用)的兩類。
人臉識別為例。采集很多照片,然后人工進行標記(眼睛、鼻子等),采用GPU陣列進行訓練(深度學習),訓練出一個神經網絡(本質上是一堆代碼和參數)。利用訓練出來的神經網絡進行”推理“,就能找到需要找的人了。
訓練中,如果采用英偉達GPU以及軟件生態效果最好。這個芯片是放在云計算數據中心的,可以不斷重復使用,不是消耗品。值得注意的是,這個體系的成熟,中國產業貢獻也挺大的。英偉達A100/H100遭到限制之后,英偉達提供了A800,只是在A100的基礎上,將NVLink高速互連總線的帶寬從600GB/s降低到400GB/s。
推理則是眾多公司在做算法(采集海量數據后訓練出神經網絡),物理承載芯片可以是CPU、FPGA、ASIC專用芯片等計算單元。這個芯片是放在終端上的,如視頻監控攝像頭、自動駕駛汽車等,是消耗品。
特斯拉的推理芯片FSD是要很高算力的,要實時處理的數據非常多。自動駕駛無法正確駛別所有物體,比如可能將白色的墻壁認為是天空,特斯拉近期也表示將使用4D毫米波雷達作為視覺的補充。多一種傳感手段感覺是可以更準確判斷,但是也容易帶來另外的限制和誤判,這是需要折衷和妥協的。
特斯拉的自動駕駛其實已超過普通人的平均水平,但是人開車出事是駕駛員的責任,自動駕駛出事則是汽車的責任。目前要求是手不能離開方向盤,駕駛員需要隨時介入,這本質上是車廠的免責條款。
汽車輔助駕駛(放前撞、自動跟車、偏道告警、駕駛員疲勞檢測、自動泊車等),國內就有很多小公司在做,如地平線、魔視、大小眼、縱目等。這可以用到電動車,也可以用在燃油車上。這些功能性芯片可以是成熟制程。
人工智能是基于大數據做了統計,但也還很初級,比如有些人眼睛天生小,就容易被判斷為開車打瞌睡。又比如早上雞叫,多半太陽出來,但AI不知道為什么會這樣,一旦情況有變可能就無所適從。
人工智能對安防行業改造也很大。值得說明的是:車牌號碼駛別是采用特征分析(可以算是AI的一種)的方法做的,不是深度學習,實現了”無卡停車“,改變了我們的生活。北大深圳研究院趙勇教授對這個領域很了解。
海思的視頻監控芯片如何一步步成為行業霸主。 當前監控芯片的行業群雄迭起。
第六章:電子整機是中國支柱產業,容納大量就業人口
經歷40多年來“春秋冬夏",飽嘗“酸甜苦辣”,中國電子產業產值達到了全球第一,產能占全球一半以上,并成為出口第一的行業。上游的集成電路有了長足的進步,尤其是近三年晶圓產能有了“大躍進”。
1、產業鏈齊全
“華米OV榮傳”為代表的智能手機,眾多ODM公司、EMS公司、模組、裝備、材料做得也挺好。
2、設計能力和品牌營銷也突飛猛進
中國設計的電子整機產品實在是包羅萬象,五花八門。消費級無人機、電子煙都是中國定義的現象級消費電子產品。
圖注:COSTCO里的中國產消費級無人機
3、電子整機產業充分體現了”制造紅利“和”工程師紅利“,需要大量人力。經常有段子說是:大不了去電子廠打工。
中國房地產在迅速減速,連帶了十幾個行業發展減速,大量的人力會因此釋放出來。每年培養多達1000萬大學生,也需要很大的工作機會。
4、電子技術幫助傳統產業來提升效率,如自動物流小車、機器人等降低了對人力的需求。
早在1994年,我們在無錫實習焊電路板,就是用在紡紗機械上的一個電子裝置。2020年,口罩機大量生產,口罩產能很快暴漲。
傳統產業技改提升效率:醬油,豆瓣醬......
5、巨大的發展阻力接踵而來,總結起來主要有三條:
1、隨著疫情結束(不再依賴于遠程教育/工作),以及全球經濟下行壓力加大,老百姓兜里錢少,因此電子產品的整體市場需求下降;
2、蘋果要撤出部分產能到東南亞(越南)和南亞(印度)等國家;
3、最先進級別的集成電路(先裝備、設計)受到了發展限制。
放眼未來,中國電子產業路又在何方?
天上飄來四個字:路在腳下。只要堅持開放,不自亂陣腳,依靠偉大的人民(工程師紅利),這么良好的基礎設施(制造紅利),我們一定可以走出難關,迎來更為璀璨的未來。
第七章:讓全世界“繞不過去”,“去全球化”不能演變為“去中國化”
如果整機產業足夠強大,就不容易被“繞過去”。其他國家/地區生產的芯片的市場就會主要在中國。
1、千萬別讓蘋果產能跑走太多。
目前蘋果是9成手機中國造,供應鏈(果鏈)很發達。三星全撤走的歷史要避免。
智能手機因為高度標準化,基本形態十多年都沒什么顯著變化,在技術上是可以被轉移的。其他國家的產線,其實也是高度現代化的。
部分SMT產能(外資、中國臺灣)向外轉移則是正常的,平衡地區間貿易,大家不要感到驚訝。
我們注意到,總部在中國的手機廠如小米和藍綠廠(O,V),代工廠如光弘和立訊也到海外設立了工廠,這就屬于GNP的范疇了。
2、積極創造增量市場,創新各種智能硬件。
讓一切物種都電子化和智能化。掃地機/拖地機、馬桶蓋、智能插座、小家電、智慧家居、可穿戴......
我參加2016年的拉斯維加斯CES,感覺一半企業都是來自中國的智能硬件企業。當時流行的平衡車就有好多家。
3、大力發展電子裝備產業。
這樣使得生產效率更高,性能更好,成本更低。
我顧問的明銳理想AOI(自動視覺檢測)就廣泛應用在電動車的電路板生產(如特斯拉、比亞迪等)。
日本的電子制造業外移,但裝備業非常發達,在SMT、晶圓制造等領域都做得很好。
4、芯片產業發力可以加強供應鏈,下面講。
第八章、這兩年大力投入芯片產業,強化了電子供應鏈
芯片主要分晶圓、封測、設計三個領域,軟件生態也很重要。
每年中國大陸進口的4000億美元芯片。這是晶圓制造口徑。很多由大陸芯片設計公司設計,委托臺積電等加工的芯片,也算到里面去了。其次,很大一部分進口的芯片,都隨整機出口轉售出去了,如手機上使用的芯片。
1、晶圓上,這兩年產能大躍進,主要是成熟制程(16/14納米之外)。
借助于芯片缺貨的契機,大陸建設了大量的晶圓線。借助疫情中西方需要發展經濟的機會,購買了大量的設備和材料。
成熟制程大有可為,如數字、模擬芯片(含射頻)、功率半導體。量產的輔助智能駕駛芯片(如防前撞、自動跟車)等就可以是成熟制程。
張江汽車芯片會議上,比亞迪和地平線表示,成熟制程可以應用。
成熟制程可在數據中心運行。云計算的CPU,如果制程粗一點(如16納米外),也是可以用的,只是相比更高制程,會功耗更大。
歐洲和日本的芯片也基本都是成熟制程,如英飛凌的功率半導體、博世的傳感器,索尼的圖像傳感器,意法的MCU,荷蘭恩智浦,英國DIALOG等。美國TI的模擬芯片(基本退出純數字領域)。要做好很不容易。
2、大量資金進入芯片設計領域,可以有效地降低零部件供應鏈的成本,有助于挽留電子整機產業
西方芯片設計企業的毛利通常在50%以上,中國芯片的毛利可以很低,因為上科創板可以虧損但是要上規模。
以智能手機為例,除了基帶和內存可以需要先進制程之外,其他芯片都可以在國內制造了。因此,中國產中低端智能手機的成本可以比較低。三星在整體撤離中國之后,又通過ODM將大量中低端機放回中國制造,主要目的以降低成本。注意,4G基帶還是可以用成熟制程,華為手機。
3、封裝測試產業大發展。一些工藝和晶圓融合,一些工藝和SMT融合(如SIP)。
中國先進封測產業與裝備“群體崛起”,繞不開中國的重要保障
4、芯片的軟件生態越來越完善
當年電話機和山寨機的“TURNKEY SOLUTION”一攬子解決方案,有助于快速響應、降低成本和推動市場需求。眾多電子產品采用了類似的方式,如視頻監控、機頂盒、TWS耳機等等。
智能汽車的軟件和操作系統群體崛起。華為鴻蒙、中興、誠邁、中科創達等一系列公司都推出了智能座艙操作系統,本身是物聯網OS。
智能時代,中國汽車軟件“群體崛起”,成芯片生態核心
第九章、如何看待芯片領域的PK?
1、全球經濟“分久必合、合久必分”,將博弈出新秩序
“去全球化”的進程也不可避免地發生了。除了效率和成本之外,安全和可持續發展也成為了各地區的關注點。
不過,“去全球化"并不會徹底,還是要顧及效率和成本,就如同之前的全球化也不徹底一樣。
從2018年以來,世界開始“去全球化”,并有了激烈的博弈,但始終“斗而不破”。即使以前“親如兄弟”,現在也要“明算賬”了。
這當然讓大家感覺都很煎熬,有意思的是,各地區都說自己是“受害者”,但也總比HOT WAR要好。
中國站在舞臺中央。40多年前,我們都沒資格參與國際競爭。這已經是巨大的進步!
即將邁入第六個年頭,疫情即將結束,全球重啟,如世界杯。
目前,各方都在拋出手上的大牌,這是為下一步談判和博弈準備籌碼。
作為制造大國、消費大國、工程和應用創新大國,中國手上也有不少籌碼。
相信各方終將利益交換并相互妥協,在一個新的邊界上重新建立新的國際貿易秩序。這個過程可能“一波三折”,但“斗而不破”。
今年的G20成功舉辦,可以說是一個很好的開端。
2、芯片博弈加劇的一個原因是產能大漲帶來競爭
一方面,全球晶圓的產能過去幾年增長了幾倍,中國的晶圓產能也大躍進。
另外一方面,全球經濟疲軟,加之疫情結束,手機等電子產品的需求反而下降了。盡管電動車滲透率提升(目前約30%),但汽車的整體需求是疲軟的。
一些西方國家最近在先進制程上提出了保護措施,比如限制裝備和材料的供應等,認為芯片屬于國家安全的范疇,不受WTO約束。
中國如何應對?
中國應該繼續大力發展整個電子整機產業,使得西方世界”繞不開“中國,仍然需要以中國為市場。畢竟芯片本身不能吃也不能喝,要用在整機上。和西方可以形成互補。
他強任他強,明月照大江
在裝備(最典型的是EUV***)、材料、高級設計軟件領域上,我們應面對現實來爭取合作機遇。
一段時間里考慮“放開大道、占領兩廂”,避免陷入美蘇“太空戰爭”故事。
最近,國家擬投資一萬億在芯片攻堅上,相信不少會進入基礎研究。日本基本上是一年一個諾貝爾獎,相信中國也會有自己獨特的創新發明。
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