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华为断芯三年后中国制造如何突围这款被美国卡脖子的“元宇宙守门人”?BOB半岛综合

发布日期:2023-11-30 21:29 浏览次数:

  BOB半岛综合家庭/个人成为网络用户主力后,华为与电信运营商合作推出家用调制解调器,也就是我们熟悉的“猫”(modem);

  直至2019年5月,华为遭遇美国芯片断供,却间接为一个中国光通信基础材料产业的突围拉开序幕。

  铌酸锂产业包括上游铌矿,在“猫”上用于转化光电信号的铌酸锂原材料BOB半岛综合,以及下游光通信核心元器件铌酸锂调制器等。

  今天是俄罗斯对乌克兰的特别军事行动第8天,俄罗斯的GPS——格洛纳斯卫星系统,充当着“指南针和时钟”,让分布在不同位置的军队,能在同一时间实施指令。信号从地面和太空间不断回传,需要用到铌酸锂电光调节器。

  可以说,铌酸锂是整个光通信世界的“守门人”。谁掌握了铌酸锂产业,谁就不仅能掌握整个虚拟世界的生杀大权,也掌控现实世界的话语权。

  这片市场曾落入日美的手掌,单单美企Lumentum和日企富士通两家,占据了超过9成的中国市场铌酸锂元器件份额。但华为断芯的档口,Lumentum失去了大客户,不得不将一条铌酸锂调制器产线卖给了中国企业,为中国光通信领域的发展争取到了窗口期。

  如今,我们徘徊在6G、元宇宙的门口,等候着关于未来畅想的应用落地,但这之前,需要经历一场中国铌酸锂产业的突围战。

  每当苹果、英特尔发布新一代芯片时,鼓吹性能比上一代提升20%-30%的时候,总会出现这样的评论:“好像在挤牙膏。”

  摩尔定律说好的“翻一番”,为什么会在牙膏厂的车间里失效,其中“学问”很大,原因复杂,后果严重。

  首先来说“学问”。芯片信息处理能力,取决于晶体管数量,按照这种思路,首选的解决方式肯定是增加晶体管数量。

  的确有企业这么做了:2021年,美国Cerebras就推出一块芯片,晶体管数量达到2.6万亿个;今年,英伟达鼓捣出1400亿个晶体管的新一代显卡。

  要知道,当前手机和电脑上能用到的顶级芯片,晶体管数量刚刚超过100亿——相差这么大,难道主流的牙膏厂们都在消极怠工?

  Cerebras用一整块12英寸晶圆制作的超大芯片 图片来源:Cerebras官网

  这就要说到复杂的原因。让我们先看看两块芯片的参数:Cerebras的芯片比iPad还大,英伟达的新显卡GH100——面积1平方米;功耗上,这两块芯片也是名副其实的电老虎——23kw和1kw。

  简单来说,要用这俩货组台电脑,不仅要家里有矿,估计还得自备发电机。如果考虑便携性,最好再投资一副扁担。

  芯片制造,是一种在体积、能耗、成本之间妥协的艺术。而被“妥协”掉的,自然就是性能。后果也是严重的:现行技术前提下,在手机和电脑上实现真正意义上的AI,基本不可能。

  而想要实现芯片小体积、大算力,还是得依靠戈尔定律中的互联网神话——光芯片。

  美国国防部在一份报告中这样评价:“如果电子革命的中心是以使其成为可能的硅材料命名的,那么光子学革命的发源地则很可能就是以铌酸锂命名了。”

  对于中国来说,新材料和光芯片,都是弯道超车的关键要素,铌酸锂现在和未来都被将赋予重任。

  解决的两种方式:短期依靠新材料,提升芯片性能;长期展望光芯片,开创光子时代。

  铌酸锂满足两种需求:一方面与硅芯片键合,实现新工艺;另一方面是科学界公推的光芯片理想基础材料。

  1964年,美、苏、英等国相继掌握厘米级铌酸锂晶体的合成技术。几乎同一时间,激光器和光纤实现量产了,于是用电话线上网时你经常打交道的“猫”诞生了——铌酸锂转换、还原着计算机的电信号和网路的光信号,在滴滴滴的声响中,网页缓缓显示。

  中国对铌酸锂的研究开始于1970年,起步并不算太晚。甚至在1980年BOB半岛综合,南开大学与西南技术物理合作的研究成果掺镁铌酸锂晶体,被誉为“中国之星”。

  90年代南开大学研制出“光全息存储器”原型机BOB半岛综合,成功将存储通量提高至10T/cm²,比当时主流的软盘容量高1000倍。遗憾的是,随着新千年到来,机械硬盘存储技术和容量获得突破,这项领先世界的科技成果在实用优先级上不断下调。

  和芯片产业一样,在铌酸锂的光芯片领域中,中国遇到了熟悉的配方——“卡脖子”,甚至受掣肘的元器件也一样——高精度光刻机。

  中国的光刻机产品仍在中低端领域,高端突围,仍在路上。木桶效应之下,硅基芯片的短板,也成为中国光芯片落地的阻碍。

  铌酸锂作为材料,前景是乐观的。但是铌酸锂元器件市场BOB半岛综合,现状比较悲观,这也是中国在铌酸锂产业上被“卡脖子”最严重的一环。

  先来说市场集中度。很多人会认为,市场集中度高不正是行业成熟的表现吗?对普通的toB行业来说,的确如此,但半导体行业恰恰相反。

  以芯片行业为例,早期跑出的英特尔、AMD能文又能武——既搞设计,又搞生产,通过IDM模式(Integrated Design and Manufacture,垂直整合制造),进而垄断市场。

  如今,原本打零工的台积电,反而因为放弃设计,专注生产端,已经在资本支出和芯片制程上反超英特尔,而AMD通过将生产转交给台积电,抢占了更多市场份额。

  铌酸锂元器件市场,目前正处于经历芯片行业早期格局。高质量铌酸锂调制解调器(非薄膜)行业已被美国Lumentum公司和日本富士通公司垄断,两家的市场占有率超过90%。

  Lumentum作为文章后面的主要配角,这里要重点介绍一下:这家公司一直以来都是世界最大的光器件供应商之一,前两大客户分别是苹果和华为。2018年,Lumentum通过收购排名第三的Oclaro,成为全球铌酸锂元器件市占率第一。

  其次是企业集中度。Lumentum和富士通这种IDM模式的垄断企业,业务整合度高,技术壁垒厚,率先抢占了铌酸锂比较成熟的下游应用。其中包括光通信、光纤传感、光纤陀螺、有线电视、视频传输、光芯片。

  当前,光纤通信在超高速和超远距离的信息传输上有了新的需求,5G基站密集程度进一步提升——调制解调器也在不断迭代。原先的晶体铌酸锂,在速度、体积和功耗上已面临瓶颈,薄膜铌酸锂将成为主流,也是亟待突破的一项技术。

  然而,垄断型的IDM企业更多会从成本角度考虑问题——成熟的产线意味着消极的研发。

  比如Lumentum,在薄膜铌酸锂的大趋势下,宁愿选择另挖新坑——用未来潜力远不如铌酸锂的磷化铟作为替代品,填补高速光调制器市场。而薄膜铌酸锂产线说卖就卖(行为值得批判,结果拍手称快,下面会具体分析)。

  对于中小企业来说,在资本、技术密集型的铌酸锂元器件行业里,先发企业占据高位,后发追赶十分困难,市场份额的局促影响收益,而收益直接关联到研发。

  中国铌酸锂调制解调器市场BOB半岛综合,正是因为长期被Lumentum和富士通把持,本土企业没有生存空间,才会出现被“卡脖子”的窘境。

  铌酸锂作为小众赛道,专业人才本就稀少,而头部IDM公司通过收购、合并的方式,以及资本优势,已经“招安”了大部分的核心技术人员。

  先别急着叹息,芯片产业中有台积电超越巨头英特尔的前车之鉴,中国铌酸锂元器件企业也在美国的“友好打压”下,等来突围时机。

  2001年,华为第一次冬天,将辛苦培养的“大太子”安圣电气卖了出去,结果卖出了中国工控界的“华为系”:10家A股上市公司,市值超过1800亿。

  2019年,华为又一次冬天,却让另一家本土企业光库科技抓住机会买下Lumentum高速铌酸锂调制解调器产线月,美国将华为列入实体名单,随之而来的是芯片和各种配件的断供。但华为通过提前备货芯片、找替代供应商,成功度过危机,三大业务不减反增。

  比如,前面提到的铌酸锂元器件垄断企业之一,也是全球市场占有率第一的光器件企业Lumentum,其手机光器件业务总销售额的15%来自华为。

  断芯令下,华为的供应商里多了两家日企,富士通和住友,借此补上缺口。而Lumentum却失去了第二大客户,只能对着美国总统先生大叫三声“爸爸”(跌!跌!跌!)。

  2019年第二季度,Lumentum销售额比预期下调12%;股价在3个交易日内下降22.55%;2019财年,净利润下滑至亏损3640万美元。

  就在光库科技收购Lumentum产线后几个月,华为则入股一家名为德清华莹的电子公司,后者的主要研发产品,就是铌酸锂晶片。

  2. 建设薄膜铌酸锂光器件工艺产线,研制薄膜铌酸锂电光调制解调器等器件;

  再来看看接手Lumentum产线的光库科技。经过定增后,光库科技变更了控股股东,实控人成为珠海国资委——

  国资进入后,光库科技开启“铌酸锂高速调制器、芯片研发及产业化”项目,分为芯片研发设计和封装测试生产两个部分,向国际主流的IDM模式发展。

  值得一提的是,光库科技收购Lumentum产线后,需要对相关客户重新认证。目前光库科技的铌酸锂产能主要释放在非通信领域。不过,得到认证只是时间问题,国产替代已显现曙光。

  中国缺铌,铌矿主要分布在内蒙古、新疆、江西,但大多与钽矿伴生,品质不佳。因此,要保障铌矿储备,中国需要通过对外投资解决。

  巴西拥有世界最大的两个铌矿藏,总产量占世界的75%,其中位于米纳斯吉拉斯州的矿藏属于巴西矿冶公司,2013年一度控制世界85%的铌生产;另一处则属于英美资源。

  2011年,中国的中信、鞍钢、宝钢、首钢和太钢合资建成中国联合体公司,以19.5亿美元完成巴西矿冶公司15%股权的收购。但当时收购的主要目的,是用于合金生产、汽车制造、油气输送管道、大型桥梁、高层建筑及飞机引擎等领域。

  时至今日,铌酸锂、薄膜铌酸锂调制解调器,以及种种仰赖这两种材料的细分行业光器件,已经全面覆盖国土安全、医学检测、高能物理、工业探测等领域。可以说,在铌酸锂制备端,对于铌矿的需求不仅迫切,而且用量巨大。

  只是,2021年中国商用铌酸锂调制解调器的进口比例仍在90%,国内铌酸锂产业内对于铌矿稀缺的感知还不明显。但随着未来国产替代的全面铺开,头部厂商陆续出现,中国需要着眼光子时代,提前布局,打破上游矿产资源将成为光器件行业发展最大的制约魔咒。

  有日本专家预测,所需基站的数量要达到人口数量的10倍才可能完成一个国家的6G升级。在中国,部署完6G需要装载140亿台基站。

  未来你会看到基站加装在随处可见的路灯、标识、公共汽车等基础设施上。6G时代的基站尺寸也将从5G的“冰箱”缩小至“手机”大小。

  光器件的需求量和尺寸自然会因此产生质的改变,薄膜铌酸锂将成为未来6G基站的核心材料。

  除了基站应用,铌酸锂还现身在光全息存储器上。6G时代,地球上的每一粒“沙子”有属于自己的编号和信息,服务器硬盘的吞吐量则会直接在指数上增加。根据当前理论:世界上所有的网络信息的总和每两年就会翻一番。

  这让具有高带宽、大容量的铌酸锂现身6G云边端网络,成为元宇宙中处理信息的守门人。

  后发者中国依旧走在突围的道路上,被一股政策的引导、专精特新企业深耕的坚定力量推动。为的是改变卡脖子现状,实现国产替代,从而惠及全球产业链。

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