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原创作者:橙子不糊涂
前言
“基础研究将导致出新的知识,它将提供科学上的资本。它创造了这样一种储备,而知识的实际应用必须从中提取。今天,基础研究已经成为技术进步的带路人,这比以往任何时候都更加明确。一个在新的基础科学知识方面依靠别国的国家,其工业发展将是缓慢的。而不管他的机械技术如何,在世界贸易竞争中所处的地位将是虚弱的。”
——万尼瓦尔·布什
01
半导体产业——历久弥新的科学魔方
1947年圣诞节前两天的一个中午,物理学家肖克利和两位同事美国物理学家沃尔特·布拉顿(Walter Brattain)和约翰·巴丁(John Bardeen),一起完成了“理论家+实验家”的合作,发明了双点接触型晶体三极管。晶体管被誉为“20世纪最重要的发明”。三位科学家也共同获得了1956年的诺贝尔物理学奖。
事实上,三极管并非由上述三位发明。美国发明家德福雷斯特早在1906年就发明了热电子三极真空管。为了实现产业化,美国工业界非常渴望能用有整流作用的晶体制成三极管, 从而减小体积和功耗,同时提高可靠性, 延长寿命。
如果能够达到这个目的,将会带来一个必然结果:降低成本。这意味着巨大的经济利益。
但历时四十余年几乎毫无进展,直到物理学家巴丁出现。巴丁熟知量子理论,同时融会贯通了1930s的三项半导体理论(1931年英国威尔逊电子能带理论, 1938年英国茅特及德国肖特基金属半导体接触整流理论, 以及1935年苏联理论物理学家弗朗克尔的光致导电性理论),同时与肖克利和布拉顿完美的合作,最终才发现了晶体管效应。
这直接导致了接触型晶体三极管的诞生。然而,初始的晶体三极管依然无法工业化。如果当时没有肖克利这位“实验家”的话,半导体产业的发展可能就会延迟了。经过肖克利的改良,最终发展成面接触NPN结型晶体三极管。这里面有两种晶体可供选择:锗和硅。
这里想表达一个观点:看似“最简单”的晶体管,也需要完成理论的跨越以及多种理论的融合,同时需要达到可产业化的程度。对于人类来说,发展一门能够推动人类社会前进的工程科学技术不仅仅需要全面而广阔的研究,而且不能够依赖特定应用的技术发展,最终能够为工艺过程和产品的开发提供理论指导。
这是极为困难的过程,属于人类对于完全未知领域的探索。这意味着半导体产业从诞生伊始,就拥有着极高的知识含量。
终于在1952年,美国TI公司生产出了工业上适用的硅晶体三极管,从此美国出现了真正的半导体工业,这让电子技术小型化成为可能。五年后仙童建立,之后仙童的蒲公英(中芯国际的朋友圈和仙童的蒲公英)飘向了全世界。
到1960年,美国TI公司和费尔柴德半导体公司的工程师们创制出半导体集成电路, 为电子技术微型化开辟了道路。TI工程师基尔比因此获得了2000年诺贝尔物理学奖。这里也有仙童和IT的集成电路专利之争的故事,八仙童之一、后来Intel的创始人诺伊斯和基尔比的竞争也让美国因为拥有这么多卓越的科学家而陷入“甜蜜的烦恼”。
半导体技术正在飞跃发展。随着集成电路和微处理器带来了电子技术革命而外, 还衍生出了发光二极管、二极管激光, 功率整流器, 以及各种半导体探测器等等丰富的工业产品。我们之前文章也提到了1970s年代DRAM(【上篇】荣耀、财阀与政治:存储器战争的阳谋)等等的发展。
事实上,半导体三极管的发现是在二战后,依托于贝尔实验室的固态物理学的基本理念做出的一项研究计划。这是当时的实验室系统的主席凯利制定的,而做这计划的缘由是:
凯利认为通过对量子力学的理解,人们有可能改进一些材料的性能。1979年,贝尔公司已经拥有了一张由17个实验室组成的、遍布美国各地的庞大科研网。在19300多名工作人员中,博士2580人,硕士将近400人。
这是一种难以置信的公司科研能力,更是直接推动了美国半导体产业的飞速发展。结果是,贝尔公司使全美国用上了“十二键”的集成电路按键式电话,将转盘式电话彻底淘汰。
换句话说:如果不是形成了如此强大的基础科学研究能力,半导体产业恐怕也无法快速发展。
自从巴丁发现表面处理和接触技术在发明晶体三极管过程中的关键性后,半导体集成电路和半导体激光器技术的发展是同表面科学研究成就有密切相关性的。
如何更好地制造半导体元件材料成为极为重要的学术以及工业研究课题。而半导体材料领域的研究,又回到了基础科学研究的范畴。从某种程度上说,这又回到了人类对于未知领域的探索上了。
除此之外,美国的17个国家实验室中,有大量的关于半导体技术的研究项目。例如能源部旗下大名鼎鼎的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室、洛斯·阿拉莫斯国家实验室和美国商务部国家标准与技术研究院(NIST)。美国半导体工业协会(SIA)认为这4个实验室对美国半导体工业未来的成功发挥着至关重要的作用,例如光刻、建模和仿真,包括设备设计。1993年,这4个实验室将价值约1．2亿美元的资源用于与商业半导体行业的合作研究与开发协议。
而半导体产业发展到现在,事实上已经进入了一种更加极致的状态。2019年10月11日,位于比利时的微电子研究中心(IMEC)在东京举办的年度研究结果介绍会上,发布了新的半导体技术路线图。
图1:迈向1nm节点的技术路线图(来源:IMEC)
在1nm节点,IMEC提出了基于CMOS结构的Complementary FET(CFET)方案。同时,IMEC对材料和晶体结构进行着持续的改良,未来采用high-NA EUV光刻可能使晶体管结构继续微缩。而在全新的领域里,需要科学界、产业界以及社会各个领域更多的资源投入。
到这里有一个明显的结论:半导体是这样一个产业,它蕴含着极高的知识含量,融合着多个学科的研究成果,最终还要和工程技术实现完美的结合一起进行大规模的民用方面的生产。
同时做到这三点的产业,目前基本上只有半导体产业。这对于半导体产业的估值尤为重要。也就是说:
估值来自于对未来的认识和看法。一个可能会持续颠覆人类现有生活方式的产业,估值怎么给?IMF测算过,每1美元半导体业的产值可带动相关电子信息产业10美元的产值,并最终能带来100美元的GDP。2019年全球的GDP为87．75万亿美金,就以全球半导体销售额4121亿美金来计算,可撬动的GDP高达40万亿美金。
这种价值链的放大效应奠定了半导体行业在国民经济中的重要地位。很明显,极高的知识含量、对未来的缔造以及由此带来的巨大的经济利益形成了科学魔方的三条变量,这让半导体产业存在持续突破“估值天花板”的合理性。
我们需要做好充分的心理建设,因为这个产业的估值将会持续的让你“无法接受”。更深的含义,在这里就不展开说了。
02
美国的“全产业链”和中国的缺失
1908年7月3日,一些考古学家在对古代米诺斯文化时期的宫殿进行发掘时,无意中发现了技术史上一个最引人注目也最神秘的文物之一。
它是一个小小的、扁平的、没有色彩的圆盘,直径6．5英寸。同时这个圆盘上每一面都布满了文字,文字落在一条曲线上。这条曲线以顺时针的方向,从圆盘的边缘呈螺旋形指向圆盘中心,一共5圈。总共241个字母由刻画出来的垂直线整齐的分布。
自出土后的110年来,这个菲斯托斯圆盘一直是个未解之谜。它的年代约在公元前1700年,这使得它成为了最早的印刷品。但是这个圆盘的作用和代表却一直困扰着技术史学家,这明显是一个“发明”,但是却不知道用在何处。
但是技术史学家们认为:菲斯托斯圆盘开启了人类印刷业的后续努力。
这个例子,是为了说明:发明和需求之间的关系。
我们通常认为,需求乃发明之母。人类的懒惰直接导致了众多发明,例如洗衣机。也比如蒸汽机这一重要发明,就是为了解决从英国煤矿里抽水的问题。这让我们误以为其他很多重要发明也是因为察觉到了人们的某种需求,从而会为了发明而发明。
事实上,也有很多重要的发明,可以说明“发明乃需求之母”。
最有代表性的例子就是爱迪生发明的留声机。留声机可以说是现代最伟大的发明家完成的最具独创性的发明之一。爱迪生于1877年发明了第一台留声机,但是现实却非常骨感。他为此发表了一篇文章,来说明留声机的作用,例如保留人的语言、录下书的内容让盲人来听、简单的报时等等。包括音乐的复制,而这并不在当时他重点推荐的应用里。
1880年后,爱迪生发现没什么人对他的留声机感兴趣。他对助手说,这是一个失败的发明,它没有商业价值。又过了几年,爱迪生还是决定销售他的留声机,主要推销用途是作为办公室口述记录机使用,就是现在录音笔的前身了。当他有一天看到一些人把他的留声机改成投币就能播放音乐的唱片机时,他其实非常反感,因为这显然“糟蹋”了他的发明…
然而我们都知道,后来关于音乐的录放,事实上正式开启了现代音乐产业。
又比如汽车。我们常说,当第一辆汽车被发明的时候,就敲响了马车产业的丧钟。但是一直到卡尔·奔驰造出第一辆汽车的二十年后,汽车依然不被认可,因为当时马匹和铁路已经足够满足当时人们的各种运输需求。直至第一次世界大战,军方开始认可卡车作为均需品的运输,以致在战后军方和汽车制造商进行了大量的游说,公众才逐渐开始接受汽车作为他们的一种需求。在美国,汽车完全替代马车也花了超过50年的时间。
因此,我们在谈论发明和需求时,常常搞反了他们的关系。
讲发明和需求的关系,看似和半导体估值无关,实则息息相关。因为最近二十年最伟大的“发明”——智能手机,这恰恰是一个现象级的产品,而这个产品是由乔布斯让我们成功的接受:我们有智能手机的需求。
在2010年6月8日,当乔布斯拿着iPhone4出现在发布会现场时,很多人感觉到,这个“发明”将开启一个全新的伟大的时代,乔布斯将会告诉我们,我们到底需要什么。
当天发布会的现场,因为iPhone4的金属边框结构导致信号不好。苹果就让工程师拿着信号发射器在台下,保证乔布斯的演示正常。
在2010年时,诺基亚其实正如日中天,我们绝大多数人都还在用全键盘或者滑盖、直板手机。诺基亚曾经公开表示:iPhone太易碎了,而诺基亚可以经受的起任何摔打,用户没有触摸屏的需求。后来,诺基亚也推出了一些触摸屏手机,但是使用的是触摸笔…
我认为:乔布斯发明了智能手机,然后我们发现我们可以用智能手机完成众多的需求。而在满足这个需求的过程中,例如信号更好,需要射频和天线企业的努力创新;搭载更大的应用,需要芯片设计公司的持续改进;智能手机轻薄的需求,需要芯片制造企业推动制程的微缩…而整个过程都离不开半导体材料和设备企业的支持。
正如此,在出现新的现象级发明以前,苹果就会是整个半导体产业的带头大哥,无论是从利润获取还是市值上。而满足苹果向前发展需求的企业,例如各种供应商都不应超越苹果的市值。
伟大的现象级发明的出现,将会带来一个产业事实:美国在解决这个发明所需要解决的问题时,就形成了全产业链。或者说,美国通过全球的产业合作,解决了全产业链的问题,例如ASML的光刻机。美国是目前全世界唯一一个不用担心半导体产业链断裂的国家。
图2 全球半导体产业布局
资料来源:Source: BCG analysis, using market data from Gartner and WSTS
上面这幅图,很清晰的列出了全球几个核心的玩家,其中包括中国。美国人考虑半导体产业,思路可以说很清晰了:从宏观(经济、政治、文化)到产业逻辑,最终实现了全面的布局。
我们之前提到,韩国在存储器领域远远压制美国,然而美国对此不恐慌,因为并不会对美国构成“国家安全”威胁。美国对韩国的控制可以说是全方位的,无论是军事、科技亦或是经济上,存储器1000亿美金的市场被韩国拿走80%,美国也无须担心。美国有美光,虽然市场份额只有25%,但是这已经足够了。这仅仅是经济利益上的选择,产业链并不面临断裂的风险。
美国在几乎全产业链领域都是“最强”的,除了材料和制造。而其中只有制造,美国看起来相对比较弱,其实有Intel,这个“落后”也还好。即使是材料领域,美国也和日本、韩国相当。
欧洲没有制造和封装、日本没有制造、韩国没有Core IP,中国台湾没有设备、CoreIP。这其中一个很大的原因,就是“iPhone”没有出现在这些地方。
然而我们看到,中国什么都有,真的是全产业链,虽然每一环节都很弱,弱到近乎不存在,除了需求非常强。这是一个内涵极丰富的图。这一定程度上得益于我们之前提到的IC设计、制造和封测、材料和设备全产业链布局。但是我们事实上,是以美国成型的IC设计、制造和封装、材料和设备三大环节去发展的,我们没有美国产业发展之初的积累,在面临冲突的时候产业链断裂几乎是必然。
悲剧的是,我们也没有美国的金融、军事实力,无法对全球产业链施加压力,最终产生了如今的产业被动的结果。如果当年我们有一项“现象级”的发明,或者更直接的说:iPhone出现在中国,也许中国的半导体产业又全又强…然而这不太可能,目前看起来,AI时代中国有点可能有伟大的发明,希望如此。
至此,我们需要厘清估值的逻辑:
美国的全产业链构建了合理的估值体系,至少是目前华尔街以及各种金融资本认可的合理估值体系,包括产业链不同环节的市值分布和PE、PB倍数。中国半导体产业估值不应超过美国,因为我们面临着产业断裂的风险,理论上某一环节的某一公司可能瞬间休克。
03
政治、经济与估值的螺旋
然而,上面说的情况,仅仅是“截止目前”以及“理论上”。最后一部分,简单谈一点基于以上两点的全新的变化。
中芯国际的上市,可以将“截止目前”转化为“从此以后”。中芯国际作为整个半导体产业的锚,中芯国际的市值为中国半导体产业打开了估值和市值空间。
中国作为占全球半导体需求23%的庞大市场,理应在半导体产业中划分出一块巨大的财富和市值。但是因为技术原因、政治原因、产业缺失等原因,中国半导体产业过去一直陷入偏见之中。然而中国经济的快速发展,又必然的会推升半导体产业的市值与估值。
假如中芯国际的市值,在一定程度上逼近了台积电,而且市值和营收、净利润极度不匹配,我们如何处理?
只能说:也许是台积电被低估了。因为台积电本身就拥有颠覆人们认知的能力,估值被压制更重要是因为和大陆同样的原因——政治因素。
中芯国际 vs 台积电,市值的交替拉升也许是一个权力和财富重新分布的过程。而这个过程,又将影响到政治格局,至少中国台湾拥有一个市值更加庞大的台积电会让美国更加的不安。
最后一部分的介绍,就到这里。
这是一个拥有极高知识含量的产业,这也是一个拥有创造未来的能力的产业,这还是一个对政治、经济格局产生巨大影响的产业。
至于估值,可以乐观一点。
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