新興産業智庫 2019-01-16
　　全球對(duì)人工智能(néng)（AI）專用芯片的需求不斷增長(cháng)，使得AI正處于中國(guó)經(jīng)濟未來的中心。

　　德勤預測，2019年中國(guó)制造的半導體産品收入將(jiāng)從2018年的850億美元增長(cháng)25%至1100億美元，以滿足國(guó)内對(duì)芯片組不斷增長(cháng)的需求，部分原因是人工智能(néng)的商業化程度不斷提高。 德勤進(jìn)一步預測，2019年，中國(guó)芯片代工廠將(jiāng)開(kāi)始生産專門用于支持AI和機器學(xué)習（ML）任務的半導體。

　　随著(zhe)中國(guó)成(chéng)爲半導體的主要消費國(guó)（每年消費半導體總量超過(guò)50%，包括國(guó)内和最終出口），其增長(cháng)推動了整個行業的發(fā)展。然而，中國(guó)制造商隻能(néng)滿足自身需求的30%左右。在宏觀經(jīng)濟轉型和人工智能(néng)價值不斷增長(cháng)的情況下，中國(guó)政府和領先的數字企業已經(jīng)發(fā)出信号，表明國(guó)内半導體自給自足是未來的重要組成(chéng)部分。他們正在大舉投資和招聘，以創建接近全球頂級代工廠的本土制造能(néng)力。

　　許多中國(guó)公司正在爲人工智能(néng)設計專門的半導體，并在移動智能(néng)手機行業的最前沿設計芯片架構。在國(guó)家和國(guó)内制造商之間的強有力協調下，中國(guó)正利用大量資本和龐大的市場推進(jìn)自己的議程。盡管中國(guó)在過(guò)去幾十年未能(néng)擴大半導體行業，但這(zhè)一次很可能(néng)會(huì)成(chéng)功。計算和新興技術之間不斷發(fā)展的關系可能(néng)進(jìn)一步支持它的成(chéng)功。

　　挖掘比特币

　　爲了更好(hǎo)地了解中國(guó)現代半導體産業，值得關注公共加密貨币。 2017年12月，一枚比特币的市場價值達到17,900美元的曆史高位。這(zhè)不是一個容易的攀升，比特币的價值從此急劇下降，但加密貨币的增長(cháng)仍然成(chéng)爲頭條新聞，也許令人驚訝的是，啓發(fā)中國(guó)半導體創新。

　　這(zhè)并非易事(shì)，此後(hòu)比特币的價值急劇下降，但加密貨币的增長(cháng)卻占據了媒體的頭條，或許令人意外的是，它還(hái)激發(fā)了中國(guó)的半導體創新。

　　在這(zhè)些頭條新聞的背後(hòu)，是比特礦工軍團運行計算，而這(zhè)是加密貨币的經(jīng)濟基礎。如果比特币礦工在每筆交易中第一個解決了數學(xué)難題，他或她就(jiù)有可能(néng)獲得（比特币）獎勵。那些處理能(néng)力最強的更有可能(néng)以最快的速度完成(chéng)解決方案。在加密貨币的早期，礦商購買圖形處理單元（GPU），構建服務器群，并累消耗了大量的電力，以獲得相對(duì)優勢。他們的狂熱推動了GPU的銷售，消耗的電力比一些小國(guó)還(hái)多。但是GPU價格昂貴，耗電量大，而且供應不足。這(zhè)樣(yàng)就(jiù)有機會(huì)引入定制設計的芯片，這(zhè)種(zhǒng)芯片甚至比專門用于挖礦的GPU更好(hǎo)。競争的焦點是構建針對(duì)比特挖掘進(jìn)行優化的專用集成(chéng)電路（ASIC）。

　　2013年，比特大陸科技有限公司（Bitmain Technologies Ltd.）在北京成(chéng)立，以滿足年輕比特币經(jīng)濟日益增長(cháng)的計算需求。當時(shí)，中國(guó)企業家也加入比特币的大潮，建立服務器群以幫助挖掘加密貨币。比特大陸是首批采用專用芯片架構滿足這(zhè)一需求的芯片設計公司之一。 比特大陸開(kāi)發(fā)的一次性ASIC芯片隻能(néng)做一件事(shì)：計算比特币交易中的工作量證明（proof-of-work）計算，而不是構建通用中央處理器（CPU）或GPU。其Antminer系列芯片組的普及使得比特大陸每年獲得數十億美元的收入，同時(shí)引發(fā)了對(duì)不平衡加密市場的擔憂。其他芯片設計人員很快就(jiù)采用了自己的挖礦解決方案。

　　比特大陸的芯片設計先進(jìn)，最近的産品線采用16納米（nm）工藝（衡量晶體管的尺寸），但它們仍在中國(guó)大陸外制造，即台積電爲蘋果生産iPhone芯片的同一代工廠。這(zhè)強調了中國(guó)半導體市場的狀況：本地設計已經(jīng)變得具有競争力，但本地制造仍然落後(hòu)于全球領導者。

　　從挖礦到AI

　　随著(zhe)中國(guó)開(kāi)始對(duì)加密市場進(jìn)行監管，并且這(zhè)些市場的價值下降，比特大陸宣布有興趣支持另一種(zhǒng)新興技術的計算需求，這(zhè)種(zhǒng)技術随著(zhe)時(shí)間的推移可能(néng)會(huì)更大。就(jiù)像加密貨币一樣(yàng)，AI有其獨特的計算需求，這(zhè)些需求可以被(bèi)一般的CPU所滿足，但不同的架構可以使執行速度加快。例如，谷歌的張量處理單元是用于人工智能(néng)的ASIC，其他公司也正在爲人工智能(néng)構建ASIC。 GPU制造商英偉達的崛起(qǐ)部分是由于對(duì)芯片進(jìn)行ML培訓和推理的需求，而這(zhè)是當今AI技術的關鍵基礎任務。與CPU的串行設計相比，GPU的大規模并行處理架構更适合于常見的AI任務。最初，遊戲GPU被(bèi)用來驅動ML任務，但在過(guò)去幾年的AI全球上升中， 但在AI全球崛起(qǐ)的過(guò)去幾年，英偉達推出了直接支持ML的新硬件産品線。 比特大陸希望對(duì)AI的需求可以比GPU更好(hǎo)地服務其ASIC。

　　北京的Horizo??n Robotics由百度深度學(xué)習研究所的前負責人創立，爲機器視覺提供嵌入式芯片。這(zhè)些芯片包括預先訓練的數據集，可以使邊緣處理器運行推理任務（預測圖像與其訓練集匹配的可能(néng)性）。在英特爾的支持下，Horizo??n正在與主要汽車品牌合作，爲車輛提供邊緣處理和機器視覺。雖然其芯片基于具有10年曆史的40納米工藝，但該公司的軟件使其能(néng)夠成(chéng)爲嵌入式推理市場上規模大得多的競争者。在這(zhè)種(zhǒng)情況下，Horizon的算法具有超出硬件的能(néng)力。

　　另一家著名的中國(guó)芯片廠商寒武紀（寒武紀）也擁有一系列專門用于支持ML任務的芯片。此前，寒武紀在華爲的麒麟智能(néng)手機芯片組中爲AI設計提供了支持，然後(hòu)爲數據中心MLU100系列提供了自己的ML解決方案。該架構利用台積電的14納米工藝節點進(jìn)行制造。

　　當然，許多非中國(guó)供應商也在嘗試向(xiàng)中國(guó)市場銷售AI芯片，随著(zhe)國(guó)家滿足更多自身需求，外國(guó)競争可能(néng)會(huì)更加激烈。中國(guó)最大的公司可能(néng)會(huì)從能(néng)提供最佳芯片的國(guó)外或國(guó)内供應商購買。值得考慮的是，與許多頂級數字平台業務一樣(yàng)，中國(guó)最大的數字公司也在尋求自己的定制芯片架構，以滿足其超大規模數字平台的需求。

　　然而，中國(guó)制造商通常仍然在制造最先進(jìn)（即最小）的工藝方面(miàn)處于落後(hòu)局面(miàn)。代工廠需要大量的資金投入，因爲他們需要建立令人難以置信的大型工業流程，才能(néng)夠制造極其小的電路。中芯國(guó)際（SMIC）等中國(guó)頂級晶圓代工廠正在努力擴大14納米的産量，而AMD、台積電和其他晶圓廠則達到7納米的規模化生産。按照這(zhè)一标準，中國(guó)的代工企業落後(hòu)于全球領先企業兩(liǎng)到三代。

　　盡管存在這(zhè)種(zhǒng)滞後(hòu)，但中國(guó)的工業仍在繼續發(fā)展。近年來，中國(guó)制造的半導體收入穩步增長(cháng)，2017年達到約780億美元，比2016年增長(cháng)約19%。在過(guò)去15年中，這(zhè)一收入曲線顯示出超過(guò)線性的增長(cháng)，表明中國(guó)半導體的質量在滿足需求方面(miàn)越來越好(hǎo)。

　　中國(guó)迎接未來

　　随著(zhe)人工智能(néng)和專用芯片的發(fā)展，中國(guó)芯片制造商或許能(néng)夠抓住更多這(zhè)方面(miàn)的需求。盡管中國(guó)過(guò)去未能(néng)發(fā)展自己的芯片産業，但多年來中國(guó)制造商已經(jīng)穩步發(fā)展了更強大的能(néng)力。如今，它們受到資金雄厚的政府議程、強勁的國(guó)内市場以及它們自己的超大型平台公司的推動。因此，中國(guó)現在可能(néng)比以往任何時(shí)候都(dōu)更有能(néng)力成(chéng)爲半導體和人工智能(néng)領域具有全球競争力的參與者。這(zhè)可能(néng)會(huì)産生非常大的影響。

　　爲什麼(me)中國(guó)的地位比以往更好(hǎo)？目前的五個條件使中國(guó)在半導體領域的崛起(qǐ)更有可能(néng)：

　　國(guó)内需求。中國(guó)現在是全球最大的半導體消費國(guó)，每年進(jìn)口價值約2000億美元。其龐大的人口包括8億互聯網用戶。中國(guó)人口規模和經(jīng)濟增長(cháng)支持強勁的國(guó)内需求，這(zhè)推動了大多數外國(guó)供應商的利潤。雖然許多發(fā)達國(guó)家的PC和移動設備已接近飽和，但中國(guó)對(duì)芯片的需求持續增長(cháng)。事(shì)實上，世界經(jīng)濟越來越依賴中國(guó)的需求，更多的全球投資者正在爲其未來買單。這(zhè)種(zhǒng)轉變有助于中國(guó)更好(hǎo)地控制外國(guó)制造商如何進(jìn)入其國(guó)内市場。

　　國(guó)家支持。盡管中國(guó)經(jīng)濟有所降溫，但規模仍然很大，這(zhè)使得國(guó)家及其産業能(néng)夠積累大量資金。雖然中國(guó)政府因其與最大産業的緊密關系而受到批評，但國(guó)家控制使市場協調更緊密。 2014年，中國(guó)國(guó)務院宣布了《集成(chéng)電路産業發(fā)展和促進(jìn)國(guó)家指導方針》。該計劃解決了中國(guó)制造商與全球領導者之間的技術差距，并得到由政府支持企業牽頭的218億美元基金的資助。2015年，中國(guó)宣布了“中國(guó)制造2025計劃”，該計劃旨在將(jiāng)包括半導體在内的國(guó)内核心技術部件的産量到2020年提高到40%，到2025年提高到70%。此外，爲支持這(zhè)些目标，已籌集更多資金。

　　全球第五大合約芯片制造商中芯國(guó)際預計2018年的國(guó)家補貼將(jiāng)接近1億美元。中芯國(guó)際已向(xiàng)荷蘭ASML訂購了極紫外光刻（EUV）設備，該設備是最先進(jìn)的芯片生産工具之一。估計費用爲1.2億美元。這(zhè)家上海制造商希望在2019年底之前擴大其14納米工藝的生産規模，盡管建造具有競争力的代工廠需要花費數十億美元。但并不隻有它。行業組織SEMI估計，到2018年，中國(guó)將(jiāng)在制造設備上花費130億美元，成(chéng)爲世界第二大買家。截至2017年底，中國(guó)計劃新建至少14家芯片代工廠。

　　人工智能(néng)需求不斷增長(cháng)。2019年，全球半導體行業可能(néng)會(huì)更多地關注人工智能(néng)的需求。人工智能(néng)的進(jìn)步是該行業的推動力之一，預計未來二十年的增長(cháng)率將(jiāng)達到5-6%。計算本身正在經(jīng)曆更多的專業化以滿足人工智能(néng)的需求。這(zhè)些趨勢與中國(guó)爲發(fā)展半導體獨立并將(jiāng)人工智能(néng)納入其經(jīng)濟未來中心的戰略努力相結合。到2018年，中國(guó)在深度學(xué)習專利方面(miàn)處于世界領先地位，但這(zhè)些專利的總體價值尚不清楚。中國(guó)已大聲宣稱其未來將(jiāng)受到先進(jìn)技術的驅動，人工智能(néng)是其關鍵成(chéng)分。

　　許多中國(guó)大型公司都(dōu)希望在人工智能(néng)市場上赢得優勢。百度、阿裡(lǐ)巴巴和騰訊（統稱爲BAT）的總市值超過(guò)1萬億美元，在全球多個行業開(kāi)展業務。他們已經(jīng)在國(guó)内和海外的其他公司投入了數十億美元。事(shì)實上，在中國(guó)124家獨角獸創業公司中，這(zhè)三家公司投資了一半以上，其中包括世界上最有價值的純粹人工智能(néng)公司商湯科技。在某些方面(miàn)，BAT的存在應足以證明中國(guó)可以擴大其技術公司的全球競争力。

　　也許不足爲奇的是，每個BAT公司都(dōu)將(jiāng)AI功能(néng)引入他們自己的産品和服務線。越來越多的人正在制定或計劃爲AI制作自己的定制芯片。阿裡(lǐ)巴巴宣布了一項計劃，旨在建立定制的AI芯片，用于邊緣推理，支持其在自動駕駛，智能(néng)城市和物流領域的物聯網業務線。這(zhè)是以收購中國(guó)芯片制造商C-SKY Microsystems爲基礎的。就(jiù)其本身而言，百度昆侖多核芯片解決方案是一款現場可編程門陣列芯片組，專爲支持其不斷擴展的雲計算平台而設計。該芯片組可能(néng)會(huì)進(jìn)入百度雄心勃勃的自動駕駛平台Apollo。值得注意的是，百度沒(méi)有使用中國(guó)的芯片，至少目前還(hái)沒(méi)有;它使用是三星14納米工藝。

　　2017年6月，中國(guó)國(guó)務院發(fā)布了“下一代人工智能(néng)發(fā)展計劃”，該計劃規定中國(guó)的目标是到2030年成(chéng)爲人工智能(néng)的世界領先者。此外，該路線圖的目标是到2020年實現與西方能(néng)力的相當，并在2025年尋求實現AI重大突破。該計劃似乎與中國(guó)頂級公司的議程，一些最大的投資工具以及許多市政項目的目标完全一緻。

　　外國(guó)經(jīng)營和外國(guó)人才。自動駕駛汽車位于機器人、人工智能(néng)和半導體的交叉點。它們面(miàn)臨著(zhe)非常困難的設計挑戰，中國(guó)初創公司和國(guó)内頂級超大規模平台公司仍然希望從矽谷獲得無人駕駛技術的專業知識。然而，雖然自動駕駛汽車的專業知識可能(néng)仍然是外國(guó)的，但中國(guó)汽車行業正通過(guò)投資外國(guó)制造商、積極招聘和將(jiāng)市場領導者轉移到國(guó)内來尋求制造自主駕駛汽車所需的硬件和軟件。 22018年6月，日本軟銀集團宣布，將(jiāng)向(xiàng)一家中國(guó)投資基金出售Arm Limited在華業務的多數股權。Arm是一家領先的半導體設計供應商（包括iPhone的Cortex系列芯片）。以厚樸投資管理公司爲首，并得到中國(guó)主權财富基金和北京絲路基金的支持，該集團以7.75億美元收購了Arm有限公司在華業務51%的股份。此舉將(jiāng)使中國(guó)更多地接觸Arm的設計。值得注意的是，Arm 2017年盈利的約五分之一來自中國(guó)需求。

　　爲了繼續發(fā)展國(guó)内芯片供應，中國(guó)企業也應該吸引更多的人才到大陸。在這(zhè)方面(miàn)，長(cháng)江存儲科技（Yangtze Memory Technologies）已投資240億美元建設中國(guó)第一個先進(jìn)的存儲芯片工廠，并從外國(guó)芯片制造商那裡(lǐ)吸引了數千名工程師。該公司最近宣布其32層NAND存儲芯片取得進(jìn)展 - 這(zhè)是一個好(hǎo)兆頭，雖然仍落後(hòu)于其他内存制造商正在實現的最先進(jìn)的64層芯片。同樣(yàng)，爲了推進(jìn)其14納米的努力，中芯國(guó)際從台積電請來一位高級管理人員，台積電是世界上最大的合同代工廠，其生産能(néng)力被(bèi)認爲比中芯國(guó)際領先兩(liǎng)到三代。同時(shí)，台積電已開(kāi)始在南京建造代工廠，在中國(guó)大陸市場站穩腳跟。

　　芯片設計和知識産權（IP）。雖然中國(guó)公司制造最先進(jìn)半導體的能(néng)力仍在發(fā)展，但中國(guó)的芯片架構設計和IP現在具有全球競争力。華爲設計了7納米的新移動芯片組，聲稱其性能(néng)比其最大競争對(duì)手更好(hǎo)、能(néng)耗更低。華爲片上系統還(hái)擁有AI内核，并聲稱是世界上最快的調制解調器——部署早期5G。雖然華爲依賴台灣的台積電進(jìn)行制造，與中國(guó)其他頂級科技品牌類似，即宣揚本土設計但在其他地方制造産品，但這(zhè)标志著(zhe)中國(guó)企業可以達到技術最前沿的生産規格。

　　結論

　　中國(guó)正在積極努力确定下一階段的數字經(jīng)濟，政府、制造業和超大規模數字企業都(dōu)在一起(qǐ)努力。如果到2020年，中國(guó)實現將(jiāng)國(guó)内芯片産量占芯片消費總量的比例提高到40%的目标，將(jiāng)對(duì)全球芯片市場産生重大影響。回想一下，中國(guó)在2018年的需求占到全球半導體需求的一半以上。如果中國(guó)芯片制造商和政府能(néng)夠在滿足人工智能(néng)需求的同時(shí)，繼續投資、雇用人才和開(kāi)發(fā)足夠的先進(jìn)制造能(néng)力，這(zhè)些活動不僅可以激發(fā)更多的國(guó)内創新，而且中國(guó)可能(néng)會(huì)對(duì)下一代認知技術産生更大的影響。

　　中國(guó)以外的領先晶圓代工廠和芯片設計師應加快其保持中國(guó)需求競争力的能(néng)力。專用于通用和離散機器學(xué)習（ML）工作流程的新架構的開(kāi)發(fā)可能(néng)會(huì)變得更加重要，邊緣對(duì)輕量級推理的需求日益增加，并且核心部署了高性能(néng)的培訓和建模。領先的人工智能(néng)提供商可能(néng)會(huì)面(miàn)臨越來越大的壓力，需要以更低的價格提供更強大的功能(néng)，這(zhè)可能(néng)會(huì)促進(jìn)人工智能(néng)商品化。

　　AI雲服務的當前領導者應繼續投資于研究和開(kāi)發(fā)，以尋找更新的學(xué)習系統方法。BAT公司正在迅速發(fā)展，他們著(zhe)眼于在全球市場中占據更大的市場份額。在服務層面(miàn)，他們可能(néng)會(huì)對(duì)數字平台領導者和雲提供商施加更大的壓力，還(hái)可能(néng)會(huì)在物流、工業物聯網和汽車行業找到更強大的立足點。對(duì)于尋求獲得競争優勢的現有領導者而言，創新、效率和定價可能(néng)會(huì)變得更加重要。然而，半導體現有企業的最大優勢可能(néng)是與客戶保持密切聯系，并不斷推進(jìn)自己的數字化轉型。這(zhè)需要敏感、快速創新以及快速學(xué)習和适應的能(néng)力。

　　如果中國(guó)在推進(jìn)其半導體議程方面(miàn)取得了一定的成(chéng)功，那麼(me)它可以更好(hǎo)地控制對(duì)不斷增長(cháng)的消費市場的訪問。如果人工智能(néng)的進(jìn)步在國(guó)家和商業中不斷發(fā)展，那麼(me)數據、分析和見解的程度可以推動優化、增強和創新的反饋循環，并進(jìn)一步加強命令和控制中國(guó)經(jīng)濟的本質。然而，要在這(zhè)樣(yàng)廣泛的變革中成(chéng)功實施，中國(guó)政府和企業可能(néng)會(huì)需要發(fā)達經(jīng)濟體和現有行業領導者提供更多的咨詢服務和知識轉移。從宏觀上看，這(zhè)可能(néng)是中國(guó)數字轉型變得更加強大的一個迹象。

　　最終，對(duì)中國(guó)來說(shuō)，技術獨立就(jiù)是自強。僅僅幾十年前，中國(guó)被(bèi)認爲隻是世界上廉價的制造和裝配中心，被(bèi)認爲在全球市場上無足輕重。從那時(shí)起(qǐ)，它一直穩步提升制造業的價值鏈。通過(guò)數十年的制造業學(xué)習并支持其最強大的數字業務，中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始生産一些世界上最大的公司和最先進(jìn)的産品。由于宏觀經(jīng)濟學(xué)的轉變以及摩爾定律邊緣的真正挑戰，它仍然面(miàn)臨著(zhe)相當大的不确定性。然而，現在比以往任何時(shí)候都(dōu)更不要懷疑中國(guó)的潛力。