ASIC晶片：五年走過十年的路

18年前，張汝京帶領一批海歸工程師在上海建立了「中芯國際」，開啟了中國半導體行業的世紀篇章。

18年後，以嘉楠耘智、億邦國際、比特大陸為首的新一代晶片廠商，在區塊鏈的快車道上，完成了ASIC晶片的彎道超車，占領了全球絕大部分的ASIC晶片需求。

中美貿易戰持續點火，晶片行業一時間被推上了風口浪尖。

在西方已開發國家的高端技術封鎖下，處在產業升級的中國半導體行業也在力爭多點突破。

本期耳朵財經TokenData就從多維度解析晶片行業的情況，看區塊鏈行業帶給中國「芯」的機遇與未來。

分析師 | 洪福川 林燕銘

指導 | 孟江東

區塊鏈晶片的三步走

1946年世界上第一台電子數字計算機ENIAC出世，由美國人莫克利和艾克特發明，當時這台機器重達30噸，占地170平米，通過18000隻電子管組裝而成，笨重且低效。

而現在的高度集成化晶片已經做到了微型化，從單一用途到多用途處理器晶片種類豐富。

在區塊鏈行業的晶片發展中，從CPU到GPU最後到現在的ASIC晶片，是把計算單一化的過程，就像化繁為簡，在一個方向上專精。

而半導體是晶片最重要的基礎部件，不僅可以用來製造大型的集成電路，也可以通過特殊的架構設計組裝成晶片。

換言之，如果半導體是棉，電晶體是線，那麼集合電路就像布料，最後縫紉成衣服，也就是最終成型的晶片。

英特爾的創始人之一戈登·摩爾曾經提出，在價格不變的情況下，每隔18-24個月集成電路可容納的晶體將會增加一倍，性能也會增加一倍。

因此半導體的工藝的提升對於晶片的發展是非常重要的。

平時常言的nm（納米）是用來描述集成電路內，電路與電路之間的距離（線寬）。

縮小線寬便意味著在同樣面積下可以裝進更多的電路，晶片可以做得更加複雜。

同樣複雜程度上，晶片可以做得更小更密集，有效的降低成本。

電子的速度是相對固定（在現代電晶體都以相對恆定的速度運行），工藝提升而使電晶體縮小，跑步距離縮短，電子在電晶體中運動的時間就減少了，效率得到了提高了。

區塊鏈晶片第一步最先採用的CPU又稱中央處理器，是計算機的運算核心和控制核心。

目前商用市場主要的產品來自Intel（英特爾）和AMD（超微半導體）兩家企業。

CPU製造工藝（製程）在一定程度上決定了CPU的性能。

CPU主要特性是綜合處理能力，可以滿足多種複雜的運算需求，區塊鏈更多的需要的是單一運算，所以CPU在區塊鏈晶片歷史上如曇花一現，很快便被取代了。

很快行業第二步瞄準了GPU晶片上，GPU又稱圖形處理器，屬於顯卡板載上的一塊主要運算晶片。

顯卡這個概念是NVIDIA（英偉達）於1999年提出，在此之前，GPU的工作任務都集成在CPU中。

將圖形渲染等工作拆分出來，重新研發新的外部設備，這也是GPU到目前為止制式都會落後CPU的原因（GPU只是分擔CPU的工作）。

目前商用的GPU主要也是來自於NVIDIA和AMD兩家公司生產，並且從技術規格上來看，NVIDIA力壓AMD一頭。

GPU發展也不再局限於圖形處理，在浮點運算、並行計算上的發展也強於CPU數十倍甚至上百倍。

因為這種獨特的運算能力和區塊鏈的算法較為匹配，使GPU晶片的需求大增，在去年最火爆的時候造成了顯卡的價格居高不下。

高昂的價格造成了行業晶片成本急劇升高，而且效率也達到瓶頸，這時候行業研發出了兼備高性能和低功耗的一種晶片ASIC，也是目前步子邁的最遠的一步，效率呈幾何式上升。

ASIC是指一種只為專一目的而設計的集成電路。

例如最先出現的SHA256算法，整體的晶片設計只為了計算這一種算法，無法進行算法之外的工作。

摒棄了CPU和GPU上為其他功能而設計的功能，可以做到在同等計算能力下，功耗更低、體積更小、性能更高。

ASIC晶片的升級和疊代

區塊鏈行業晶片的技術發展更迅速，競爭更加激烈。

2018年8月嘉楠耘智已經宣布首批量產7nm晶片，同期日本的GMO公司也加入7nm晶片的大軍，從2013年首次量產110nm晶片，期間經歷了28nm、16nm，再到如今的7nm，乍一看用5年的時間走完了Intel、AMD、NVIDIA等國際大廠花了十多年走過的路，事實並非如此。

同樣是晶片，但是ASIC和GPU的設計難度不是同一個級別的。

ASIC用途較為單一，而GPU的用途複雜，所以其架構複雜，設計難度更是呈幾何級上升。

這也是國內廠商可以設計出7nm ASIC晶片卻無法設計出14nm GPU的最主要原因。

從2013年的110nm晶片到2018年的7nm晶片，被壓縮的技術升級周期背後離不開資本的存在，或者說是區塊鏈行業蓬勃發展所帶來的。

就在昨天31日，華為發布了新一代麒麟980手機晶片，成為了繼嘉楠耘智之後的第二家量產的7nm晶片廠家。

推動這一切的也是手機行業的激烈競爭以及華為在自主研發上的高額投入。

7nm的研發難度之大使得不少廠商改變自己的產品研發方向——從性能轉向功耗。

神馬就是一例通過降低功耗，異軍突起的廠商。

神馬晶片通過降低功耗，可以極大降低用戶的使用成本，並且在製程落後的情況下，依舊領先更高工藝的晶片的性能。

這可能是未來ASIC晶片發展的趨勢，不再追求製程的先進性而是降低用戶的使用成本，更加貼近客戶的多元化需求。

只負責加工的代工廠並不少賺

根據IC Insights的數據，2016年前十大晶片供應商分別為Intel、三星、台積電、高通、博通、SK海力士、鎂光科技、德州儀器、東芝半導體、恩智浦半導體。

根據2016年的數據，其中因特爾的收入最高達到了563億美元，三星其次，第三名被台積電牢牢掌控。

2017年，博通曾試圖1050億美元收購高通，最高報價曾達1170億美元。

如果收購成功，這兩家晶片行業合體後將會成為第三大晶片企業，可能改寫整個行業的格局。

與此同時，高通也試圖收購恩智浦半導體，恩智浦半導體是由飛利浦的半導體業務中剝離出來的獨立公司，最後也已失敗告終。

最後的原因是，博通對高通的併購被美國以「可能危害國家安全」為由給否決了，併購在獲得8個國家（總共需9個國家）同意之後，被中國一票否決。

晶片企業對於國家的重要性不言而喻。

如果以晶片代工產業來看，中國（包括台灣）占據了整個行業的74.4%的份額。

這也是半導體廠商的一種發展趨勢。

半導體廠商按照其主要職能目前分為三類:

1.負責設計並銷售自己的晶片，製造晶片外包。

2.只生產晶片。

3.負責設計並且製造自有晶片=1+2。

TokenData統計了目前市面上較為常見的半導體產品：

從晶片製造工藝上來看，7nm幾乎達到了矽材料晶片製造的物理極限，因此Canaan作為國產量產7nm晶片才會如此令人興奮。

在區塊鏈迅速發展的幾年裡，GPU廠商的收入也跟著水漲船高。

（英偉達和台積電k線圖）

NVDIA可以認為是受到區塊鏈影響最大的企業之一，伴隨著2017年的爆發和GPU晶片的供不應求，股價水漲船高。

而台積電受限於產量，並未從中獲得多大利益，同時側面也可以看出，作為產業的上游和純區塊鏈晶片製造廠商相比，NVDIA具有三大優勢:

1.受眾更廣，個人PC用戶需求量大。

2.晶片更複雜，行業壁壘更高。

純區塊鏈晶片難以進入GPU晶片行業。

3.技術積累時間長，目前為GPU市場的龍頭企業。

晶片的市場天平已被打破

台積電在獲得了7nm晶片代工技術後，拿到了眾多的訂單，其中不乏蘋果A11處理器，AMD的Vega晶片等，並宣稱7納米工藝製程以下訂單市場占有率將是「100%」，可以說供需市場的平衡被打破了。

根據台積電的財務數據，每年能以一百萬片十二寸晶圓約當片數的產能增長，據此估算，2018年台積電的產能為1200萬到1300萬十二寸晶圓約當片數之間。

從產值的增長率看，2017年的增長率同比上升5.1個百分點，產能增速穩定。

但區塊鏈行業的晶片需求卻在爆髮式增長，行業巨頭嘉楠耘智和億邦國際的礦機銷量每年都在增加。

經耳朵財經Tokendata統計，在2017年，僅嘉楠耘智、億邦國際兩家企業就銷售出超過50萬台機器，增長率都高於200%，這還不包括比特大陸、芯動科技等企業的晶片需求。

綜合來看，在保證不影響其他業務的情況下，台積電的產能分給區塊鏈的份額可能不足以滿足市場需求，這就會使得大量的晶片訂單溢出。

事實也是如此，面對其他企業的技術追逐，從台積電的財務年報卻可以看出：其統治力在流失，成長力在下滑。

2017年財報顯示，台積電從事半導體製造的積體電路製造服務業的產值為530億台幣，成長率為7%，這比2016年下降了1%。

營業收入凈額雖然逐年增加，相較前幾年的高增長率，台積電17年的增長率已經放緩至3.11%。

2018年，台積電(TSMC)公布2018年第一季度財報顯示，凈利潤為897.85億元新台幣(約合30.6億美元)，同比增長了2.5%，不及市場預期。

明顯看出，增速已經放緩，略顯疲態。

根據預估，2018年全球市場會提高5%的需求。

台積電本身卻囿於技術和產能的限制大機率無法獨霸這塊蛋糕，這就給眾多中小型半導體晶片企業的崛起創造了條件。

中國「芯」的機遇

近幾年，中芯國際、華為海思等中國企業發展迅速，已經在半導體晶片市場開始有了一席之地。

但一直以來，受制於高端晶片技術的封鎖，一直沒有找到一個突破桎梏的契機。

區塊鏈行業的泡沫逐漸回歸理性的階段，ASIC晶片在諸多大牌廠商明星產品面前顯得渺小的多，這就需要另尋他地，對於國內的諸多晶片企業來說也是一個不可多得的機遇。

從2014年到2017年，中芯國際的年營業收入從19.7億美元增長到31.01美元。

從負增長到最高30.32%的增長率，中芯國際只用了兩年。

但在2017年，中芯國際的營收增長率下滑至6.42%，這側面說明了中芯國際也存在成長力不足的情況。

圖5-1 中芯國際近期營業收入變化

步入2018年，在國家隊注資入場後，中芯國際上半年的營業收入達到17.22億美元，同比增長11.49%。

預期中芯國際的下半年營收會比上半年有更強勁的增長，大機率今年營業收入增長率會超過2017年。

晶片產業是一個長研發周期，高資本投入，低回報的一個產業，中國耗費了半個世紀的時間來追趕，但是其核心還是高端人才的需求，海歸的高端工程師是晶片發展必不可少的存在。

而區塊鏈行業的不斷增長，給晶片行業帶來了新的方向，雖然在邏輯架構上並不複雜，但是製程處於領先的水平。

在ASIC晶片領域，中國企業用5年時間走過其他企業近15年的路。

這是值得驕傲的一件事，但是這並不代表中國企業在整個晶片領域都已經傲視群雄。

中興晶片事件的出現，更是印證了在晶片行業的研發還不夠精，不夠強。

像高端的28nmCPU、GPU的量產晶片，我們只能望而卻步，在複雜晶片上，至少落後海外兩代技術。

但是，依舊有著如張汝京這樣的人、嘉楠這樣的企業，傾注精力打造國產晶片的競爭力。

在可期的未來，依稀能看到，諸多為之而努力的企業會在眾豪強中搏出一條屬於中國「芯」路。