8月7日，华为消费者业务CEO余承东在中国信息化百人会中指出，由于美国制裁令，华为的芯片在今年9月15日之后将无法制造。因此，华为在今年秋天发布搭载麒麟芯片的Mate40后，这将是麒麟高端芯片系列的最后一代。
即使能够设计，仍然不能制造。华为芯片的断供，成为了高科技卡脖子的最新热点。
感叹之余，我想借着这一个话题，来回顾一下芯片行业的发展历史，看一看这其中的非连续性。
芯片是集成电路的通俗说法，英文名Integrated Circuit，因而常简称为IC。
简单来说，集成电路就是把大量的电路浓缩在半导体芯片的方寸之间。用一个形象的比喻，芯片的制造可以看作是微雕的过程，挑战着人类科学技术的极限。
从1946年人类第一台计算机诞生算起，集成电路产业经过了70年的发展。如今，笔记本电脑中2.0GHz的CPU，运算能力高达20亿次/秒，相当于人类第一台计算机5000次/秒运算速度的40万倍，然而其大小只有5平方厘米左右，仅相当于第一台计算机150平方米占地的30万分之一。
再比如，华为自主研发的麒麟980芯片，最高主频2.6GHz，仅有1平方厘米，大约为一个拇指盖大小。
时至今日，芯片已经大范围的应用于日常生活之中。比如，在我们的手机里，就有着数十颗芯片，掌管着手机性能的方方面面，诸如工作速度快不快，显示效果好不好，存储速度与容量，游戏画质高不高，无线信号稳不稳，指纹识别安不安全，等等。
与之相对，我们会经常听到，台积电/中芯国际等芯片代工企业，其先进制程工艺进入了14nm、7nm、5nm甚至3nm之类的说法。
简单来说，这些数字代表了晶体管的尺寸大小。越小的晶体管尺寸，意味着单位面积上可以容纳的晶体管数量越多，芯片的整体性能也越好。
如果我们把前后两个节点的制程尺寸相除，就会发现它们维持着0.7倍的等比关系。
随着工艺节点的不断缩小，芯片制造技术正在逐渐触及物理理论的极限。每一次工艺节点的升级，都意味着研发时间与成本的指数级提升。
先看一下投资体量：支持180nm工艺的8寸晶圆厂的投资价格大约为100亿元人民币，匹配10nm工艺的12寸晶圆厂的投资价格则达到了100亿美元，而台积电的5nm工艺的厂房投资则高达250亿美元。
再看一下生产耗电：中国最大的集成电路生产中心，上海市浦东新区张江镇，占地面积42平方公里，其年耗电量达到了6千万千瓦时，和整个上海市居民用电一个量级。
如今，伴随着集成电路产业高质量发展的摩尔定律，也慢慢变得难以匹配18-24个月的进化周期。业内普遍预计，2025年前后摩尔定律将走向终点。
1833年，英国科学家法拉第发现了一种特别的材料：硫化银。随着温度的上升，硫化银的电阻降低了。这是人类历史上，第一次发现半导体材料。
通常的晶体，随着温度的提升，晶格震动越发厉害，电阻便会增加。对半导体材料而言，温度的上升会使自由载子的浓度增加，反而有助于导电。
这就是半导体的奇妙性质之一，在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间，且其导电性可控。
随后的半个世纪里，科学家陆续发现了半导体的另外三个性质：光照下产生电压（光生伏特效应，光伏发电的原理）、光照下电导增加（光电导效应）和电导与所加电场的方向有关（整流效应）。
1911年，半导体这个名词被首次使用。直到1947年12月，贝尔实验室首次完整的总结出半导体所具有的这四个特征。
第一代半导体，又称为“元素半导体”，代表性的有硅基和锗基半导体。其中，硅基半导体技术最为成熟，应用也最为广泛。
以硅材料为代表的第一代半导体材料，取代了笨重的电子管，引发了集成电路产业的发展和整个IT 产业的飞跃，大范围的应用于信息处理和自动控制等领域。
目前，全球95%以上的半导体芯片和器件是用硅片作为基础功能材料而产出的，这也是芯片制造厂称为晶圆厂的原因。
硅片的尺寸不断变大，从1960年的0.75寸（约20mm），1965年的1.25寸，到1975年的4寸，再到2001年的12寸，直到2020年的18寸（450mm）。当前的主流，是8寸和12寸硅片。
硅片占整个半导体材料市场的32%左右，行业市场空间约76亿美元。这一领域主要由日本厂商垄断，近年来我国在硅片领域不断国产化，8寸和12寸的国产化率持续提升。
第二代半导体，是化合物半导体，代表性的有砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP），还包括许多其它III-V族化合物半导体。
20世纪90年代以来，随着移动通信的快速的提升、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的第二代半导体材料开始崭露头脚。
这些化合物中，商业半导体器件中用得最多的是砷化镓（GaAs）和磷砷化镓（GaAsP），磷化铟（InP），砷铝化镓（GaAlAs）和磷镓化铟（InGaP）。其中以砷化镓技术较成熟，应用也较广。
GaAs、InP等材料适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，大范围的应用于卫星通讯、移动通讯、光通信、GPS导航等领域。
化合物半导体不同於硅半导体的性质主要有两点：其一，电子迁移率较硅半导体快许多，因此适用于高频传输；其二，具有直接带隙，适用发光领域。
但是GaAs、InP材料资源稀缺，价格昂贵，并且还有毒性，对环境造成污染，InP甚至被认为是可疑致癌物质，这些缺点使得第二代半导体材料的应用具有很大的局限性。
目前，全球GaAs 半导体制造商市场占有率最大的五家企业分别是Skyworks、Triquint、RFMD、Avago、穏懋，约占全球总额的65%。而在GaAs 原材料领域，IQE、全新、Kopin 三家公司占据市场67.3%的份额。
第三代半导体，又称为宽禁带半导体，代表性的有碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石等，其禁带宽度（Eg）大于或等于2.3电子伏特（eV）。
当前，电子器件的使用条件越来越恶劣，要适应高频、大功率、耐高温、抗辐照等特殊环境，这成为第三代半导体材料研发的应用背景。
和第一代、第二代半导体相比，第三代半导体具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，能够完全满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，是半导体材料领域有前景的材料。
在国防、航空、航天、石油勘探、光存储等领域有着重要应用前景，在宽带通讯、太阳能、汽车制造、半导体照明、智能电网等众多战略行业能够更好的降低50%以上的能量损失，更可以使装备体积减小75%以上，对人类科技的发展具有里程碑的意义。
从目前宽禁带半导体材料和器件的研究情况去看，研究重点多集中于碳化硅（SiC） 和氮化镓（GaN）技术，其中SiC 技术最为成熟，研究进展也较快；而GaN 技术应用广泛，尤其在光电器件应用方面研究比较深入。
碳化硅器件和电路具有超强的性能和广阔的应用前景，因此一直受业界格外的重视，基本形成了美国、欧洲、日本三足鼎立的局面。
此外，GaN 光电器件和电子器件在光学存储、激光打印、高亮度LED 以及无线基站等应用领域有着非常明显的竞争优势，其中高亮度LED、蓝光激光器和功率晶体管是当前器件制造领域最为感兴趣和关注的。
举个例子，氮化镓基蓝光LED的发明使高效白光LED照明得以实现，引起了人类照明光源的又一次革命。
目前，整个GaN 功率半导体产业处于起步阶段，各国政策都在大力推进该产业的发展。国际半导体大厂也纷纷将目光投向GaN 功率半导体领域，关于GaN 器件厂商的收购、合作不断发生。
与发达国家相比，中国发展第三代半导体产业的起步较慢，但是随着政策引导效应逐步显现，中国第三代半导体产业正迎来快速地发展。值得一提的是，2017年中国第三代半导体产业取得了实质性的发展，据CASA初步统计，2017年中国第三代半导体整体产值约为6578亿(包括照明)，较2016年同比增长25.83%。
在第三代半导体方面，国内代表性的上市公司是三安光电，氮化镓正是其豪掷330亿左右投资的七大核心项目之一。此外，扬杰科技、国民技术、海特高新等多家上市公司均开始布局第三代半导体业务。
在SiC领域，中车时代电气6英寸碳化硅(SiC)产业化基地技术调试圆满完成；全球能源互联网研究院6英寸SiC中试线进入安装调试阶段；世纪金光SiC和GaN生产线寸SiC中试线投入运行。在GaN领域，江苏能华和英诺赛科的8英寸Si基GaN生产线相继开始启用；三安集成、海威华芯、天津中环、江苏华功、大连芯冠、聚力成半导体等均在有序推进中。
早期的企业，需要自行完成从芯片设计、到芯片制造、再到芯片封装测试的全产业链过程，以元器件的形式向市场提供芯片产品，可谓大包大揽。
这种模式，也被称为IDM（Integrated Device Manufacture）模式。用现在的话来说，就是产业链垂直一体化。
IDM模式的优点主要有两方面：其一，通吃产业链各环节的利润；其二，统揽产业链各环节的技术要点（Know How）。
IDM模式的代表性企业就是英特尔（Intel）。其核心产品CPU芯片，从设计、制造、封装、测试，到器件成品，全部由公司一家完成。电脑制造商从英特尔那里直接购买CPU成品，就可以组装电脑产品了。
进入1980年代，摩尔定律推动工艺节点提升，所带来的资本开支的指数级增长，开始让IDM模式面临挑战。
产品价格的线性下跌，与产品成本的指数型增长，开始发生具有转折点意义的碰撞。
在此之前，IDM模式的芯片企业，通过销售产品赚取利润，再将利润的一部分投入到下一代制造工艺的研发之中，由此形成良性循环，支撑摩尔定律18-24个月的迭代周期。
然而，上世纪80年代中期之后，指数级增长的资本开支开始吞噬慢慢的变多的企业利润，使得大量生产规模有限的芯片企业入不敷出，逐渐陷入经营困境。
同时，由于芯片的种类非常之多，即使是大型芯片企业，也只有旗舰级产品的生产规模能够覆盖资本开支，因而只能维持部分产线年，时任德州仪器（TI）资深副总裁的张忠谋，辞去美国的高薪职位，回到台湾，着手创办全球第一家专注于芯片制造的工厂台积电，从此开创了
当时，全球的芯片企业处于百分百的IDM模式，创新的Foundry模式鲜有人看好。
事实证明，张忠谋独具眼光，凭借着对集成电路产业链的深刻洞察，台积电重新定义了芯片行业的主流商业模式。
的全新模式。Foundry模式的出现，让大量的中小型芯片公司如释重负，不再需要投入重金升级产线，而是把有限的资源投入到芯片设计之中。
而集中了全行业制造需求的Foundry公司，则可以凝聚更多的资本，与少数头部IDM公司一道，一同推动产线的升级换代。
这种模式之下，由于汇集了众多中小芯片设计企业的制造需求，Foundry企业能更大的规模进行生产，从而让飙升的资本投入通过更大的规模效应加以对冲，形成良好的商业回报。
直至今日，台积电都是芯片制造业的绝对领先者，其先进制程工艺领先对手1-2代。
“第三代半导体是后摩尔定律时代，线宽不是很小，设备不特别贵，但它的材料不容易做，设计上要有优势，投资也不需要很大。”
基于此，张博士判断第三代半导体将以IDM模式为主流。同时，Foundry模式也有机会，重点是要有长期合作的设计公司。
从张博士的这段表述来看，第三代半导体，由于资本开支有限，最适合的模式又切换回了IDM。
刚刚登陆科创板的中芯国际，在国家政策的全力支持下，以数百亿元的规模持续扩张产能，在北京、上海、深圳等地不断新建晶圆厂。
与此同时，我们正真看到芯片即将断供的华为，开始大手笔进入芯片制造领域。积极挖人，引发同行侧目的同时，甚至传出华为将自行研制光刻机的消息。
看到这一条消息，我觉得如果国内能够在高端光刻机上有所突破，华为倒确实是最合适的人选。
在Foundry模式+IDM模式的双重追赶下，假以时日，我想一定会形成新的竞争格局。
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