持续科技创新才能不被卡脖子
2019年5月15日，美国再次升级了对华为的打压。美国商务部宣称：正在修改一项出口规则，以阻止那些使用美国软件和技术的外国半导体制造商在没有获得美国许可的情况下将产品卖给华为。简单说，就是即便芯片不是美国开发设计的，任何一家外国公司只要使用了美国芯片制造设备，就不能直接向华为或其附属公司海思半导体等提供芯片，必须征得美国同意。美国的目的就是要打压中国科技产业的发展。
我今天的演讲旨在通过我个人在计算机行业多年从业经历以及对计算机行业的了解，介绍我们国家计算机产业有哪些关键核心技术被卡着脖子。卡我们脖子的地方，也就是将来我们要突破的地方。希望通过今天的讲解，能够给同学们指明计算机行业将来迫切需要突破的方向，同时也方便你们做好未来事业的发展规划。
围绕持续科技创新才能不被卡脖子主题，我主要讲以下四个方面的内容。
一、工业和信息化在国民经济中的主导作用
（一）为什么工业和信息化这么重要
党的十九大报告提出了几大发展目标：
（1）建设网络强国；
（2）加快建设制造强国；
（3）加快发展先进制造业；
（4）推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合；
（5）在中高端消费、创新引领、绿色低碳、共享经济、现代供应链、人力资本服务等领域培育新增长点、形成新动能。
我国虽然是制造大国、网络大国，但还不是制造强国、网络强国，大而不强。
制造大国主要体现在经过几十年的快速发展，我国已建立起门类齐全、独立完整的制造体系，制造业总体规模从2010年起已是世界第一。同时，通过自主创新，先进制造业发展良好，在多个领域如芯片制造领域实现了重大突破，新技术、新产品、新业态、新模式不断涌现。2018年，工业战略性新兴产业增加值同比增长8.9%，高技术制造业增加值同比增长11.7%，占规模以上工业增加值的比重为13.9%。
网络大国主要体现在2018年中国数字经济规模达31.3万亿元，占GDP比重超过34.8%，位居全球第二位。已经形成一批国际竞争力强的龙头企业，如腾讯、阿里、百度等。我国的网络能力全球领先。固定宽带用户光纤占比超过90%，位居全球第一位；移动宽带4G用户规模达11.7亿，占全球4G用户比重超1/3。根据预测，2030年，我国5G间接拉动的GDP将增长到3.6万亿元。业内认为，政府高度重视、企业积极抢滩，中国5G蓬勃发展已成必然。
但我国制造业与发达国家相比，技术创新能力、产业结构水平、资源利用效率、信息化程度、品牌影响力、企业国际竞争力等方面差距明显。到现在为止，我国依然有些人只认国外的品牌，认为国外品牌就是高端的，特别是一些奢侈品。比如买手机、笔记本，不少年轻一代首选苹果的iPhone或是Macbook。
另外，我国在工业、信息领域核心技术受制于人，对外依存度高。所以美国才能不断地卡我们的脖子，把很多企业列入实体名单。我国在战略性新兴技术和新兴产业生态方面掌控能力还远远不足，也受制于人。多数企业仍处于数字化起步阶段，信息技术服务实体经济的潜能尚未得到充分发挥。有的企业可能连自动化都未能达到，更不要谈现在实施的工业4.0了。
（二）加快工业和信息化高质量发展的迫切性
全球科技革命、产业革命、世界经济政治格局都在发生着深刻的变化。目前工业经济集中向“数字化、网络化、智能化”方向发展，科技革命和产业革命给工业和信息化高质量发展提供了新的机遇。
图1 工业经济发展趋势
我们必须把网络信息技术融合到虚拟经济、实体经济、消费领域和生产领域里去，才能促进制造业高质量发展。
通过科技推动传统产业加快转型升级。必须把互联网、大数据、人工智能与实体经济及制造业深度融合。颠覆传统的制造模式，颠覆传统的生产组织方式，颠覆传统的产业形态，以实现推动传统产业转型升级，推动新兴产业的发展，推动形成新的增长动能。
图2 科技对传统产业的作用
（三）全球制造业格局调整带来新挑战
当前，全球制造业格局发生了深刻的变化，制造业重新成为全球竞争的焦点。
一方面，尤其是美国总统特朗普上台以后，发达国家实施以重塑制造业优势为重点的“再工业化”战略，实施以网络信息技术为核心驱动力的先进制造，提高效率。在发达国家各项政策举措下，部分中高端产业已开始出现转移回流。
另一方面，出现一些新兴经济体，利用资源、劳动力等要素成本优势，以中低端制造业为主要方向积极承接产业转移，加快工业化。最近几年，我国有很多中低端的产业，转移到了东南亚。
所以，国家面临着双向挤压：“高端回流”到发达国家和“中低端分流”到新兴经济体，对我国制造业形成了极大的挑战。
（四）高质量发展的新要求
（1）质量第一、效益优先；
（2）以供给侧结构性改革为主线，推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革，提高全要素生产率；
（3）建设实体经济，实现科技创新、现代金融、人力资源协同发展的产业体系；
（4）推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合；
（5）支持传统产业优化升级；
（6）加快发展先进制造业和现代服务业。
为了实现推动我国产业迈向价值链的中高端，需要把以往通过投资如增加人、增加资本等要素实现经济增长的生产方式，转换成用科技创新驱动经济发展，支持传统产业优化升级，加快发展先进制造业和现代服务业。
二、缺乏核心技术就是给人做嫁衣
本部分我将通过我国计算机产业发展状况，给大家说明我国在计算机、IT等领域，严重缺乏核心关键技术及“缺芯少魂”的严峻的产业格局现状。
（一）工业计算机是工业和信息化的基础
计算机按用途可分为通用计算机和专用计算机。通用计算机是能解决多种类型问题，具有较强通用性的计算机。一般的数字式电子计算机如家庭用的计算机、办公用的计算机、手机等，多属此类。
专用计算机是为解决某些特定问题而专门设计的计算机。以工业计算机为例，它是工业等各行各业用的计算机，由软件系统和硬件系统组成。工业计算机是众多行业自动化、智能化、信息化、数字化产品的核心部件和关键设备。可以说，超过80%的涉及国计民生的关键基础设施依靠工业计算机系统实现自动化。
图3 工业计算机的应用领域
（二）计算机产业链
计算机产业上游行业是元器件、部件（CPU、内存、硬盘、电源等），下游行业是科学计算、工业过程控制、企业的信息管理、人工智能驾驶等计算机应用。
图4 计算机产业链
（三）计算机产品设计流程
计算机产品设计流程一般包括前期分析、设计、制作原型、总结反馈等环节。从概念设计到详细设计，设计完后接着做仿真及模拟分析，然后样机研制出来后做测试验证，最后检验、出厂、生产。
图5 计算机产品设计流程
（四）设计环节的自主技术
设计环节：设计计算机外壳用的结构设计Pro-Engineer工具，是PTC（美国参数技术公司）的手艺；画造型图用的AutoCAD工具，来自美国Autodesk（欧特克）；原理图设计用的美国Cadence（铿腾电子科技有限公司）的OrCAD; PCB线路设计用的美国Cadence公司的Allegro……
图6 设计环节的自主技术
整机设计：热仿真，主要指根据计算机各元器件、部件的功耗、结构、材料散热性能等确定散热器、风扇的规格、风道设计，使得整机可靠工作在设定的温度范围。热仿真软件用的是美国ANSYS公司的IcePak。电子产品在工作环境里相互会产生电磁干扰，需要确保这种干扰不影响产品的正常工作，这就需要在设计时进行电磁兼容仿真，评估其对其他产品产生的电磁干扰和抵抗其他产品对自身干扰的能力，这样可以减少因电磁兼容问题而导致的样机设计修改，节省时间，降低成本。这个电磁兼容仿真软件是美国的ANSYS HFSS。工业环境比较恶劣，或许旁边放置了震动的机器，用来评估计算机产品抗震能力的力学仿真软件Abaqus，来自法国达索公司。
（五）工业计算机元器件来源的现状
CPU、芯片组、接口IC、硬盘、内存等核心部件，基本被国外企业垄断。目前93%以上的CPU来源于Intel、AMD，国产CPU使用占比非常小；接口IC、高端连接器大多数是欧美品牌，我国大陆及台湾地区产的只占很小的部分；芯片，来自韩国、美国等国家；其他元器件如高端电容来自日本；关键的部件如硬盘来自美国或日本。我们看到，整个计算机高端的元器件，基本上被美国、日本企业承包了。
图7 计算机元器件来源现状
（六）工业计算机国产元器件/部件构成分析
主板是整个工业计算机的核心部件：主板占工控整机成本55.67%，超过一半；CPU占整机成本的20.60%，占主板成本的37.01%；其他元器件加起来的价值，只占了24%，且都不是核心的。国产化率：主机24.07%，主板29.89%。
图8 整机主要部件成本构成和主板主要部件成本构成
工业计算机CPU:Intel x 86架构是工业计算机的主流，根据国内前5名工控品牌产品信息的统计，超过80%的工控系统采用Intel处理器。
工业计算机操作系统：现在手机两大主流操作系统分别是苹果IOS和Android系统。微软Windows操作系统是工控系统的最主要操作系统，超过80%的用户使用Windows操作系统，采用“英特尔CPU+微软的Windows操作系统”的搭配，只有少数行业如网络安全、军工等使用LINUX操作系统，航空航天等实时性强的行业使用VxWorks操作系统。
（七）工业软件产业链
工业软件各式各样，分为嵌入式软件、研发设计软件、生产控制软件、生产管理软件等。嵌入式软件是嵌入智能装备里面的，如果计算机系统需求不大，目前国产的软件有些可以满足设计、控制、管理需求。
图9 工业软件产业链
（八）生产环节的自主技术及关键设备
整个电子行业，从最底层生产所用的设备回流焊、波峰焊，到上层生产管理用的MES、企业客户管理用的CRM、供应链管理用的SRM等设备和系统，绝大部分也都是采用欧美厂商的产品。典型的生产环节采用的技术设备介绍如下。
1．智能贴片机
一块计算机主板由2000多个元器件组成，其中大部分都是非常小的贴装元器件，必须靠智能贴片机完成贴装工序。而高速高精密的贴片机，要么是日本品牌，要么是西门子等欧洲品牌。
2．全自动回流焊炉
元器件贴上PCB板以后，需要加热使锡膏熔化，这样元器件与PCB板才能焊接在一起。在焊接过程中，温度曲线是变化的，需要严格控制，最高温度有200多摄氏度。其中用到的高端设备和系统，主要是进口的。
3．选择性波峰焊
技术指标：适用有铅、无铅焊接；焊料的快速更换填充系统；焊接摄像监控系统；喷涂助焊剂（滴喷或雾化喷涂方式）；离线编程软件功能；可设置焊接角度，减少引脚区域锡桥的产生。
对采用引脚封装的元器件比如大的电容或连接器，不是表面贴的方式，而是穿孔的，要穿过PCB，需用到波峰焊设备。高端的波峰焊，可以根据孔径大小调节波峰高度，保证高可靠连接，也是采用欧洲的品牌。
（九）高端电容MLCC
接下来，我挑同学们可能非常熟悉的元器件，重点介绍一下其自主技术情况。以简单的、物理课上学过的电容为例。工业计算机主板采用了大量的电容，特别是陶瓷电容，批量及滤波用的0.1μ或者0.01μ超级电容，一块主板能用几百个。高端大容量的陶瓷电容其实是一层一层的叠片叠起来的多层结构。高端的电容依靠进口，巨头品牌排名分别是美国基美、日本村田、韩国三星。而有些国产品牌，如宇阳、风华高科等上市公司，只能做容量比较小的，大容量的做不好。
MLCC（多层片式陶瓷电容器）面临着类似中国芯片的问题。
（十）测试验证自主技术
除了设计工具、生产设备、工业软件之外，计算机产品还需要做测试、认证，要使用很多相关的设备。计算机产品最终要应用到工业领域中，前提条件是取得可靠性保证，这就要求制造商提前做性能测试，看是否达标，于是形成了各种类型的测试，依据了林林总总的国际标准（IEC-XXX）、国家标准（GBXXX），使用了各式各样的专用设备，等等。测试验证设备价格非常昂贵，产地大多为瑞士、德国等欧美国家。
图10 测试验证设备产地
三、走向价值链的高端
（一）手机利润苹果拿走66%
据Counterpoint Research（知名市场调研公司）的统计数据显示，2019年三季度，苹果拿下了整个智能手机行业利润的66%，而剩下34%的蛋糕中，三星又拿走了一半（17%），剩下17%的利润由其他手机厂商瓜分。
图11 部分品牌新手机的发布价格
参考图11中品牌的新手机的发布价格可以算这笔账，并思考苹果为什么能拿到这么多的利润。一个品牌的质量、性能，靠的是什么？其本质就是创新。如果没有创新，就不会给品牌带来价值，消费者便不会认可。如果没有技术创新，消费者不会愿意付更多的钱去买苹果手机。苹果靠创新，刚开始打败了手机巨头诺基亚。这几年，华为的高端机无论在工艺上还是性能上都有了很大的提升，甚至手机创新技术超过了苹果。
（二）国产化之路
我们很早就在做国产化。1984年，原电子工业部计算机管理局副局长王之组建了微机开发小分队，十几个年轻人一起，在北京马甸立交桥外租来的几间房子里，在设施简陋、空间狭小的条件下，开始研制中国第一台电脑。经过数月夜以继日的奋战，1985年4月终于成功研制出了第一台样机——长城0520CH，这也是中国第一台中文化、工业化、规模化生产的微型计算机，同年6月在全国计算机应用展览会上正式发布。长城0520CH按照兼容IBM PC的架构，采用英特尔处理器、微软DOS系统。虽然当时在国内发布了第一台国产化的PC，但CPU不自主，操作系统也不自主。
当时还没有Windows系统，现在系统支持任意一种国家的文字。当时，仅仅是把西方已有的系统汉化，通过硬件字库支持汉字显示，做成显示卡、做成汉卡，然后把显示的输入和输出实现汉化，实现输出。
这在当时算是取得了非常大的成功，后来为什么没能持续地做下去呢？核心在于缺少关键技术，缺少做CPU的核心技术，缺少做操作系统的关键技术。当Windows系统出来的时候，已经没有存在的价值了。没有核心关键技术，产品开发是不能持续的，只能受制于人，这也是美国为什么能够随时随地封杀我们的原因。
（三）科技创新是发展的硬道理
现在，手机、电脑、互联网服务，所依赖的主要有Google（谷歌）的Android（安卓系统）、微软的Windows、英特尔的x 86。手机包括安卓手机和IOS手机两大阵营；PC电脑用的核心技术体系“Windows + x 86 CPU”；移动终端绝大部分也是ARM架构的；很多软件服务，都依赖于开源了；上网、设备互联，最核心的技术是我们独创的TCP/IP协议……这些靠的都是创新，但很遗憾，我们天天在用的这些技术，几乎没有一样是原创于中国的。美国强大的原因在于其核心关键技术能自给自足，2019年5月15日美国升级对华为的打压政策——只要用了美国技术生产的芯片，要卖给华为都要经过许可，政策一出基本上可以断供所有的芯片。
（四）产业链生态是保障
如果手机用的不是Android系统、不是IOS系统，我们还会用吗？
Google断供并禁止华为使用Google服务的时候，为什么在欧洲会遇到非常大的挑战？
我国单独做成的CPU，性能相当于英特尔I 5水平的龙芯3A，为什么人们却不会买此类计算机做家庭办公用？
一个原因在于人的习惯，更关键的是产业链生态，这是问题所在，也是核心所在。我们把PC生态称作“Wintel”（Windows+Intel），这个商业联盟自20世纪80年代到现在，经过了几十年的发展。在IT产业买回来的东西不只是硬件，还包含软件，裸机是没用的。如手机里的App store（应用商店），能提供各式各样的应用程序供下载。而且不同行业，需要的是不一样的应用。所以，产业链生态极其重要。没有建立生态，应用很难推广起来；构成了生态，人们才愿意去开发许许多多的应用放在平台上。
打造生态需要花费相当长的时间。国家正在从计算机底层硬件、BIOS、中间件、操作系统等方面构建国产自主可控生态。在一些核心的领导、核心的部门（涉及安全的部门）更是试点使用国产软件、硬件，但是距离国产产品的商用化普及还很远，未来也会面临多重挑战。在这个层面上，希望我们国人支持国产，没有大量的支持，国产自主可控生态是没办法完善的。
（五）芯片突破是关键
最核心的在于芯片突破。和粗放型的、完全靠手工的普通生产制造不同，芯片是制造业的皇冠，非常精密。目前称得上商用化的中芯国际生产的芯片为14nm，台积电已经突破2nm，相差四代以上。跟不上技术的发展，市场也不会认可。每次华为新推出一个手机，苹果专挑新手机CPU性能的刺，关注能达到多少纳米的集成。
图12 集成电路生产工艺流程
资料来源：招商证券、晶方科技
集成电路遵循摩尔定律。集成是不断缩小的，集成越小，功耗越低，性能越高。同样的性能，发热量下降，制造的成本也会下降。当然摩尔定律也存在某些失效，业界都说已经达到了极限，但其实还在往前推进，只是不是以前的18个月了。Intel一直沿用14nm制成的CPU，作为成熟的技术，它的集成放缓了而已。要突破得依靠芯片这类技术，然后把相关生态体系建立起来，即使在短期内看不到希望。芯片是否先进，与光刻的密度有关。荷兰ISM卖给中国制造芯片的机器设备光刻机，国际上也未必会出现“中国不行”论。
（六）把握弯道超车的机会
机会一：5G全球领先。华为遭美国打压多半因为5G。因为5G领先下去，会影响到很多很多的产业。
机会二：电子商务发达。淘宝、京东、拼多多等电商发展迅速。
机会三：工业互联网加速发展。国务院《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，工信部《工业互联网网络建设及推广指南》等，支持通过工业互联网技术推动制造业转型升级，提高效能，提高产品质量。
机会四：8K超高清。深圳市正在部署这个产业，随着未来人们对视听品质要求的提高，8K超高清的蛋糕很大。
机会五：人工智能。我国将在AI领域与美国齐头并进。
机会六：量子通信。潘建伟院士领衔团队研发的量子科学实验卫星“墨子号”。
其他机会：经过多年技术创新发展，在航空航天领域、高铁、民用无人机、超级计算机等取得的科技成果。
四、走向成功
（一）把握中国机会
到目前为止，中国仍然是世界上发展最快的国家。国家在进行经济结构调整和转型升级，在一些核心领域，加大投入，开展技术创新，一个个地补短板，短哪里补哪里。
中国人口基数庞大，有着庞大的市场。由于工业互联网渗透到各个领域，带来新技术、新产业、新业态、新模式的迭代更新。如外卖、自动智能驾驶，通过智能制造向生产企业实现服务化延伸……其中，很多来自你们年轻一代的发明创造。
（二）抓住深圳建设先行示范区的七大机会
（1）建设5G、人工智能等创新载体；
（2）境外人才引进和出入境管理制度，为南方科技大学港澳台人员提供便利；
（3）资本市场在完善创业板，推动注册制改革；
（4）利用蓝海资源，建设全球海洋中心城市；
（5）国资国企综合改革试验；
（6）粤港澳大湾区合作；
（7）支撑教育体制改革先行先试，南方科技大学就是教育体制改革的产物。
寄语
结合我们企业发展过程中积累的关于科技创新的经验，给大家提几点建议：
（1）要脚踏实地，不好高骛远。进入社会后，不管是进企业、科研机构或留在大学发展，都要做到脚踏实地。
（2）要有科学奉献精神，坚守对真理的执着追求和对科学的虔诚信仰，投身科学研究、技术创新，激发创造活力，为加快建设创新型国家添砖加瓦。
（3）要有求真精神，高度的专注。华为发展到今天的成就，是因为它专注做通信这件事，任正非曾明确表示：“华为只做实业，不做房地产！”
（4）选择好的平台，用好平台资源。个人其实是非常渺小的，能做的事情也很小。平台很重要，当同学们到了企业、机构后，会有一个专属平台，平台上有很多资源，要充分利用。
（5）从产业需求出发，产学研用相结合。
不管你们将来是做发明创造，做科研，还是做产品研发，最重要的就是要从产业需求出发。华为反复宣传提倡：“我只要以客户为中心，我只要服务好我的客户，我就能活！”同样的，我希望你们的发明创造能够创造价值，从小方面写完一篇论文开始，论文发表后不要存起来、束之高阁，那样没有发挥任何的社会作用。
从我本身来讲，我们企业经常跟高校、科研院所进行多元化的技术交流与合作，企业在生产研发过程中会遇到很多的问题、困难甚至瓶颈，要突破，需借助高校、科研院所等单位的优势，产学研用相结合，强强联合，发挥出更大的创造力，多方一起取得成功。
祝愿同学们今后在各自的工作岗位求是创新，攻坚克难，事业成功。祝愿我们国家的科技产业在不久的将来不再被人卡脖子。