如果說找一個大科技領域裡最核心的賽道，相信很多人都會給出同一個答案：芯片。這個賽道幾乎完美的符合我們前面講的核心科技的特征，也因此被譽為現代工業“皇冠上的明珠”。為什麼芯片如此重要呢？讓我們先來講一個故事。
2019年是5G手機的元年，這一年，全球賣出瞭近1900萬部5G手機。華為和三星一馬當先，占據瞭其中的70%，緊接著是VIVO、小米，甚至連LG都賣瞭90萬部，唯獨不見一個巨頭的身影，那就是蘋果。這種罕見的缺席一直持續到瞭2020年的10月，支持5G的iPhone12才姍姍來遲，而且中間還差點難產。
不是蘋果不著急，是因為它也被別人卡瞭脖子：沒有支持5G的芯片。在我們印象中，都是國產企業被卡脖子，沒想到連全世界最不可一世的、市值10萬億+的蘋果也逃不掉，誰這麼牛呢？答案是高通，全球最領先的手機芯片供應商。
以前蘋果一直用的是高通的芯片，2017年兩傢鬧瞭別扭，原因是蘋果覺得高通的芯片太貴瞭，收費不合理，平時都是蘋果擠壓別人的利潤，它怎麼能容忍被別人坐地起價呢？一氣之下，蘋果不僅放棄瞭高通的芯片，還直接起訴瞭高通。所以2018年的iPhone XS就沒用高通的芯片，而是用的英特爾。不過，英特爾在高端芯片的性能上還是比不上高通。如果大傢細心的話，會發現XS運行並不算流暢，信號也不太好。
雙方大戰的結果大傢都知道瞭，蘋果不僅沒能勝訴，而且在5G手機上大幅落後於競爭對手，最後隻能灰溜溜回去找高通，這才有瞭搭載高通5G芯片的iPhone12。伴隨著iPhone12的上市，高通成為最大贏傢，2020年第四財季利潤暴增485%。
這就是芯片的威力，一個足以讓蘋果渾身難受的核心科技。
所謂芯片，就是用半導體材料制成的微電路的集合，所以也經常等同於“集成電路”，在中國臺灣又叫“積成電路”。這裡面有三個大傢經常聽到的概念：半導體、集成電路、芯片，很多時候他們被當做一個概念使用，但其實還是有區別的。
如果把半導體比作建房子用的鋼筋水泥，那麼集成電路就是用鋼筋水泥砌起來的不同結構的墻體組合，而最終形成的一座完整的房子就是芯片。從范圍上說，半導體＞集成電路≈芯片。半導體分為集成電路、光電器件、分立器件、傳感器等子行業。
如果說要找一個最能代表核心科技的行業，我也一定會選擇芯片。如果從我們講的核心科技篩選標準來看，芯片幾乎完美地符合核心科技的所有特征。
第一，處於產業鏈的最頂端位置，核心中的核心。大傢此時此刻就可以做個測試，看看你身邊有沒有芯片？答案一定是有，因為你正在使用手機，而手機的大腦就是靠芯片來支撐的。當然，你身邊的芯片遠不止在手機裡。如果你在路上，那坐的汽車、共享單車、高鐵或者飛機裡都有芯片。如果你在公司，你身邊的電腦、打印機裡也都有芯片。如果你在傢裡，那你傢的電視、冰箱、空調裡都有芯片。如果你在醫院，那你身邊的醫療設備裡也有芯片。
從來沒有一個行業像芯片這樣卡住如此多的下遊產業。目前按終端用途來看，通信類（含智能手機）占31.5%，PC/平板占29.5%、工業/國防占13.9%、消費電子占13.5%、汽車電子占11.6%。其中增長最快的是智能手機、工業、汽車電子。從這組數據就可以看出，如果沒有芯片，不僅我們的生活將寸步難行，國傢的戰略安全也無法得到保障。
第二，技術難度大，工程精度高，有非常深的護城河。蘋果為什麼從2017年就開始和高通撕，到2020年還沒能實現芯片的自主化？不是它不想搞，而是這事實在太難瞭，能燒錢隻是入門條件，研發周期才是繞不過去的坎。就像庫克說的，“即使現在開始投資，實現上市也要3到4年時間”。為什麼這麼難？我給大傢講三個數字。
第一個數字是118億。一個芯片隻有指甲蓋那麼大，但裡面卻有數以億計的晶體管，比如iPhone12搭載的A14芯片裡就有多達118億個晶體管，這相當於在北京五環內鋪滿iPad大小的地磚，所以有人說是“一沙一世界”。
第二個數字是5nm。這是目前量產的最精密的晶體管的寬度，正是有瞭如此精細的納米級電路，在指甲蓋上才能放下百億個晶體管。一根頭發絲的寬度是0.1毫米，5nm相當於頭發絲的兩萬分之一。5nm制程就相當於在每平方毫米放1.8億個左右的晶體管，而且這個精度還在不斷提升。
第三個數字是99.999999999999%。小數點後面12個9，一個都不能少。芯片的基礎材料是矽，這是從沙子裡提取出來的一種物質，99.999999999999%就是英特爾、AMD等國際頂尖廠商使用的矽的純度，這相當於幾萬噸的矽裡雜質含量隻有大約幾十毫克，差不多是一根成年人頭發的重量。
其實這些誇張的數字隻是芯片技術的一個基礎，在這些數字背後還有很多更復雜的技術問題，比如光把這麼多的電路鋪出來還不行，還要考慮長時間工作的耐熱性，元件能夠承受的能量密度等等，那就更是難上加難瞭。
第三，附加值高，商業空間巨大。雖然前期投入大，但一旦獲得突破，這麼高的技術壁壘一定是賺錢的。此前蘋果之所以和高通鬧掰，就是因為高通給蘋果收的錢太多瞭，除瞭買芯片的錢，還要收技術的專利費，每賣出一部iPhone手機，高通就要收4%的專利費。蘋果手機一年賣上億部，高通光靠專利費就能收個幾十億美元，還不算賣芯片本身賺的錢。這就是典型的高附加值產業，蘋果不爽也沒辦法，就像高通老板說的，如果不是依靠高通的核心技術，蘋果的iPhone不可能如此成功，也不可能占據整個智能手機行業超過90%的利潤。
第四，技術還在不斷進步，目前還沒看到極限。核心科技一定是不斷進步的，而芯片技術完美符合。英特爾的創始人戈登·摩爾提出瞭一個著名的摩爾定律：一塊芯片中可容納的晶體管數量每隔18到24個月就會增加一倍，性能也將提升一倍，而價格將會下降一半。雖然現實沒有摩爾說的這麼快，但摩爾預判的方向是對的。自1965年摩爾定律提出以來，芯片的性能基本是每5年增長10倍，每10年增長100倍，現在依然沒有看到終點。
比如芯片制程從20年前的100nm以上已經發展到5nm，下一步就是3nm的量產。芯片每前進1nm，性能將提升30%-60%。又比如咱們平時用的U盤，二十年前U盤基本是1M十塊錢，主流的是32M以內的產品，當時就覺得很大很貴瞭，現在的U盤動輒幾十個G的存儲量，而價格還不到1G一塊錢，差不多是二十年前的萬分之一。
最後，很關鍵的一點，芯片幾乎被國外巨頭壟斷，國產化率很低，分分鐘被“卡脖子”。美國是全球芯片市場的絕對霸主，根據國際分析機構IC Insights的統計，2019年美國在全球芯片市場的份額高達55%，然後是韓國，占比21%，兩個國傢合計占據瞭全球近80%的市場份額，非常集中。然後是歐洲和中國臺灣，分別占瞭7%和6%，上世紀曾經的半導體老大日本因為美國的制裁和韓國的擠壓，也已經隻剩下6%的份額。而我們中國大陸隻有5%左右的份額，雖然提升速度很快，但絕對份額還是非常小的，基本談不上自主可控。
矛盾的是，中國的芯片需求占全球的34%，基本是全球最大的市場，供需不匹配讓我們嚴重依賴進口。2019年，這個小小的芯片讓我們花瞭超過2萬億人民幣進口，逆差1.4萬億，非常容易被別人卡脖子。
所以，未來十年芯片這塊硬骨頭是我們必須要啃的。往大瞭說，這是中國經濟往發達國傢邁進的過程中繞不過去的關鍵一戰，往小瞭說，這也是關乎中國芯片行業生死存亡的十年。有人說投資芯片在某種程度上也是在投國運，這並不誇張。
當然，對於這個賽道的公司來講，這是一場風險很大的豪賭，成敗很難說，但是可以確定的是，這個賽道一定是中國未來十年最具成長性的賽道之一。
接下來，就讓我們來一起看看，這個賽道上具體有哪些玩傢。
芯片雖小，但產業鏈極其復雜，涉及50多個行業、2000-5000道工序，大致包括設計、晶圓代工、封測三個環節。大傢可以這麼理解，芯片設計就像房地產的圖紙設計，晶圓代工就像施工建設，封測就像裝修裝飾。
在這個過程中，還需要用到專門的芯片生產制造設備和相關材料。所以，我們可以把芯片產業鏈分成五大領域：芯片設計、芯片制造、芯片封測、芯片設備和芯片材料。其中設備和材料屬於間接產業鏈，今天的課程我們先講前三個直接環節，後面的課程我們再具體分析芯片設備和芯片材料。
1.芯片設計
根據終端的需求設計芯片的電路結構，這個過程要靠EDA，也就是電子設計自動化軟件來實現，相當於給房子設計圖紙，但是這個難度比設計房子大得多，因為涉及到數以億計的線路，既要捋順前端的邏輯關系，還要做好後端的佈線設計，這也是整個產業鏈上最重要的一環，產值大概占40%。
設計是我們國內廠商最大最強也是增長最快的一個環節，2019年設計銷售額為3063.5億元，同比增長21.6%。從全球來看，美國市場份額超過60%，博通、高通、英偉達排前三，華為海思目前可以排到第四，很快可能會超過英偉達，擠進前三。華為海思的麒麟芯片在通信類芯片裡算是非常領先的，不過整個高端通用芯片市場上，華為基本是孤軍奮戰，以一敵多。國內比較強的是一些專用芯片的設計公司，在各自的細分領域還算是不錯，比如設計攝像頭CIS芯片的韋爾股份、功率芯片的聞泰科技、CPU芯片的北京君正、存儲芯片的兆易創新、射頻芯片的卓勝微等。此外，還有一傢很特殊的公司，就是比特大陸，做挖礦機芯片，前幾年因為比特幣暴漲而迅速崛起，不過後來隨著比特幣的暴跌也遭遇業績大幅下滑。
2.芯片制造
把芯片設計公司設計的電路圖在晶圓上制造出來。以前設計和制造都是廠商自己做，這種叫IDM模式，意思是設計制造一體化。比如，英特爾和三星都有設計和制造能力，但由於芯片各個環節的技術要求越來越高，所以一傢公司很難在前後端都投入那麼多資金和精力來提升工藝，也就很難和專業分工的廠商競爭，所以現在設計公司一般不自己制造，而是委托外包。
上遊隻做設計的廠商就叫fabless，也就是無廠模式，而制造環節就叫晶圓代工，簡單來說就是芯片的施工隊。晶圓就是施工的地基，主要材料是矽，大名鼎鼎的“矽谷”就是因為半導體產業裡的矽而得名。又因為矽晶片是圓形，所以叫晶圓。
施工環節不比設計的難度小，大傢經常聽到的幾nm制程就是指制造環節的精度，14nm是一個分水嶺。現在全球能做到14nm以下的廠商一共就6傢，最領先的是臺積電和三星，都已經實現5nm量產，未來兩年可能會量產3nm。咱們的中芯國際也是六傢之一，但目前隻能做到14nm的量產，落後大概三代，所以還滿足不瞭華為麒麟芯片的要求。
從市場格局來看，芯片制造的市場份額非常集中。臺積電一馬當先，常年占據一半以上的份額，制程也最為領先。另一個量產5nm制程的巨頭三星排在第二，占大概20%份額。這兩傢各自形成一個梯隊，其他的廠商份額相對較小。
前10名裡除瞭臺積電，還有3傢中國臺灣的廠商，包括聯電、力晶、世界先進。而大陸的話目前就隻有兩傢，一傢是大傢熟悉的中芯國際，大概排在第5名，市場份額5%左右。另一傢是在港股上市的華虹半導體，目前市場份額1%左右，排在第9名。
整個中國大陸在這個環節還是偏弱，也是目前最卡脖子的一個環節，目前的規模和增速也都低於設計環節，2019年銷售額為2149.1億，同比增長18.2%。但往後看，最薄弱的地方也是增長空間最大的地方，中芯國際能不能成為中國大陸的臺積電？我們拭目以待。
3.芯片封測
制造環節相當於完成瞭房子的毛坯架構，接下來就是封裝，把芯片保護起來，比如我們在電腦主機裡經常見到的黑色蜈蚣一樣的小黑盒子就是用來封裝的，封裝完最後再進行測試。這是我國在芯片領域最強的環節，已掌握瞭非常領先的封裝技術。
但從整個產業鏈來看，芯片封測的技術難度和門檻要比設計和制造環節低得多，屬於勞動密集型產業，毛利率並不高。目前在國內發展相對成熟，增長速度自然也比不上設計和制造，2019年的增速僅為7.1%。
從全球來看，前10名裡有8傢中國公司，其中臺灣5傢，大陸3傢。集中度遠沒有制造環節那麼高，臺灣地區的日月光全球最大，差不多20%的份額。長電科技是大陸的第一，全球第三，全球市場占有率也超過10%，它和中芯進行瞭合資合作，形成瞭“中芯-長電”國產芯片產業鏈。通富微電國內第二、全球第六，是全球排名前十的芯片公司美國AMD的主要供應商；華天科技國內第三、全球第七，也受益於國產替代，和長電、通富並稱“封測三巨頭”。但從業績和股價表現來看，封測的這幾傢龍頭都沒有特別突出，主要還是自身業績不太紮實，營收雖然在持續增長，但行業競爭格局一般，導致毛利率低。
最後總結一下，芯片是未來十年中國最重要的核心科技之一，它完美的復合我們講的四個核心科技的篩選標準，具體來說，芯片產業鏈又分為五大環節，今天我們講瞭芯片設計、制造和封測三個細分領域，後面我會繼續講芯片設備和芯片材料。