脚踏实地、拾阶而上的PCB“航母”深南电路

作者:格隆汇·bishop
笔者两周前曾专门写文《乘风而起--之健体瘦身华丽蜕变的中航国际》中完整的推演了中航国际控股未来可能的发展路径。而在中航国际控股这个庞大的资产平台中,深南电路一直是其最重要的核心企业,是中航国际非航资产的旗帜。
深南电路成立于1984年,迄今已有33年的历史。1990年改制之后,深南电路正式更名为深圳中航企业集团深南电路公司,归入中航国际旗下。其主营业务的方向,也从早期的游戏机板,向中国当时开始崛起的通讯行业用板切换,直供华为、中兴,并且开始慢慢成为二者的核心pcb供应商,并在90年代后期开始逐渐成长为中国大陆pcb行业的领头羊。
1997年中航国际成功分拆旗下包括深南电路在内一批非航核心资产上市,登陆港股市场,就是现在的中航国际控股(00161)。20多年来,深南电路依托中航工业集团军工技术背景的支撑,得益于华为和中兴在国际通讯行业如日中天般的发展趋势,作为这两家国内通讯设备龙头核心供应商,也同步崛起。同样,深南电路也伴随着全球集成电路产业向中国转移的大趋势,从半导体封装基板领域迅速发力,在国内战场中脱颖而出后,迎着国际电子消费产品的快速升级浪潮,开始站上了全球高端pcb的角力场,向强劲的国际竞争对手发起了挑战和猛烈的冲击。
2017年12月13日,无论对于深南电路还是其母公司中航国际控股,都是一个值得纪念的日子。经历了近一年的ipo流程,深南电路顺利登录a股市场成功上市,正式开启了自己通向全球pcb巨头之路的万里征程;同时,也擎起中航国际控股未来业绩高速成长大旗的旗手,并已俨然成为了引领中航国际,甚至整个中航工业集团深入改革的标杆企业!
其实笔者对深南电路的兴趣还要从近两个月之前的iphonex上市说起。作为一个泡了半导体行业近二十年的硬件狗,在十一月初的某个周六早晨从手机里瞟见了一篇等待已久的图文,顿时感觉睡意全无。是的,就是那台足以开启一个新时代的iphonex的拆机详解。
phonex内部结构概览快速浏览了图文内容后,我发现深度传感、无线充电都不足以使人亢奋。真正让人回味无穷的是iphonex主板。极高密度有源芯片与无源器件摆放注定了这块pcb内层拥有超高密度走线和极窄线距线宽(30微米以内);两块陶瓷基板pcb堆叠形成三明治结构,使其电路复杂度高出同期发布的iphone8约30%,pcb面积反而减少了近30%。于是,这部分宝贵空间毫无悬念地留给了那块l形电池。
iphonex主板端详主板x光透视图足足3分钟,我尝试确认pcb内部是否采用内凹或埋入器件工艺,但是糟糕的照片像素阻碍了我的企图。不过无所谓,其超高密度布局和独特的三明治堆叠足以说明苹果将半导体sip封装技术用到了主板设计中,这种降维攻击有一个专有名词:substrate-likepcb(slp,类载板)。iphonex或许正为我们开启一扇通往摩尔定律持续发展之路的大门。
▌摩尔定律的本质
谈到摩尔定律,不少朋友的第一反应:这是一个半导体领域的技术名词。其实不然。摩尔定律是一种经济规律。其经济本质是在电子产业新技术开发和规模生产中销售收益、设备折旧与成本分摊间的巧妙平衡。如果新技术发展过速,则其规模生产效益、设备折旧尚不足以抵消初期研发成本与生产设备投入;如果新技术发展过缓,则由于批量销售价格下降因素摊薄产品毛利,最终沦为低毛利传统工业品。英特尔创始人之一,戈登·摩尔博士将其提炼总结,最终形成了这一业界公认共识的产品研发、生产周期准则。
摩尔定律示意图在公开资料中,对这一规则论述最具启发的是吴军博士所著的《浪潮之巅》。如果将其与另一定律,亦即:安迪-比尔定律,结合思考,或许会受益良多。其内涵是电子信息产业至今依旧保持高速发展的真正原因。(安迪是英特尔原ceo,安迪·格鲁夫博士,比尔则是微软创始人盖茨先生。)
或许不少人困惑于一个问题:集成电路飞速发展至今,我们的x86cpu从8086处理器发展至如今的n核64位酷睿处理器,其芯片内晶体管数量已提高数十万倍,但为何我们并不觉得自己的pc或笔记本速度提升了若干倍?同样的现象亦呈现于移动终端产品,如果有人至今依旧使用iphone4手机应付日常工作生活,那他一定是位耐心非凡的绅士或淑女。
要理解安迪-比尔定律其实并不困难。很多人应该对20多年前,一家老小围坐在电视机前,用买或租来的vcd追剧的场景记忆犹新。可如今当早已习惯欣赏动辄几十gb规模全高清影片的观众回过头翻出家中尘封的vcd,那600mb存储规模带来的图像画质一定会让人们脑中闪现出:惨不忍睹四个字。如果此时观众希望能就着弹幕,顺手上网购买某件影片中出现的商品,vcd一定会被毫不留情地扔进垃圾桶。可见,人类不断提升电子产品计算能力并不是为了让视频播放得更快或弹幕飞得更快。算得更快从来不是摩尔定律持续发展的内在驱动力。
人类利用电子信息技术更真实有效地触摸、融合物理世界的不懈追求,才是摩尔定律不断发挥作用,使电子信息产业免于沦为传统工业的根本原因。而恰巧,每18个月倍增芯片单位面积内晶体管数量是曾经最有效的方式。当然,互联网信息传输效率不断提高是承载这种倍增现象的重要基础,下文会再次提到。
▌摩尔定律之变
不幸的是,一味追求单一芯片单位面积晶体管倍增正变得越来越难以满足人类对数字世界的追求(至少在智能终端产品中是如此)。这个现象大约是由四个因素协同作用的结果:
1)升级集成电路制程代价不断提高,理论极限已隐约可见。这也是公开资料论述最多的原因之一,此处不再赘述。2)电子产品日趋复杂使得单芯片soc架构设计难度增大;研发成本升高;研发周期变长。试想,我们的移动终端主芯片内已经集成了数字信号处理器(dsp)、高速协处理器、通用应用处理器(ap)等部件,如果加入ble、wifi、gnss甚至rf、gpu、fpga、pmu等,即使ic设计公司通过ip购买、企业并购等手段跨越了所有部件的技术门槛,其架构设计、团队协作、eda工具依旧是难以跨越的噩梦。因此,板级总线互联是各部件间协同工作、化繁为简的有效手段(事实上,现今绝大部分电子系统都采用这一互联方式)。3)单一制程芯片系统难以满足日趋多样的电子产品设计要求。mems器件、射频器件、存储器、ai芯片等部件正在电子产品中发挥越来越重要的作用,其规模与种类日益增多。而这些种类繁多的芯片部件生产工艺、电路特性与规模、成本要求亦不尽相同,无法将其统一归纳至单一芯片制程中,进而无法支撑单一芯片内晶体管数量倍增。4)云存储、云计算模式广泛应用使得电子产品(尤其是个人电脑与移动终端)对自身通用计算能力依赖度降低;对周遭物理世界感知需求增加。很难想象如今的智能终端app离开了远端服务器将如何工作,如何满足我们日常工作生活需求;同样也很难想象如果我们手中的智能手机离开了mems、gnss、光学图像感应及其它各种感应装置,是否依旧能称为智能手机。
行文至此,想来读者一定能与我一样明白为何苹果新一代iphone手机可以被称为划时代的创新产品,并继续引领智能终端设计趋势。超高密度sip封装主板配合各种先进制程半导体器件,可以有效克服上述各种设计难题,并使得摩尔定律在一段时间内持续发挥作用。相信不久之后,各大智能终端设计巨头将纷纷借鉴这一设计思路,继续拓展人类数字文明新疆域。
▌5g背景下的智能终端发展新趋势
随着iphonex发布,苹果公司正隐隐向市场表明一种决心,即:新的智慧终端将逐渐成形。而在智慧终端生态下,借助传感器、ai、ar等技术,人与机器的关系将更加紧密,机器将通过传感技术与先进半导体技术,更真实而全面地触摸、融合人与物理世界。随着5g技术兴起,这种感知与融合将变得触手可及。市场格局或将迎来翻天覆地的变化。可以大胆设想,未来的智能终端市场将形成高中低三个层次,而层次划分的关键则是智能终端的感知与融合能力。因此,目前我们所使用的安卓旗舰机充其量也仅仅可算作是中端产品。计算能力更强、cpu/dspcore数量更多并不是其产品等级与市场布局的评判标准,相信这种趋势在5g时代将变得更加明显。
毫不夸张地说,iphonex的发布,再一次为智能手机市场拉开了价格空间。而4000元~10000元价格区间内用什么样的产品进行填充将是各手机厂商值得好好谋划的战略命题。但无论如何,未来智能手机厂商或将采用两种显而易见的竞争策略弥补其产品线空白或拓展市场份额。一种是将产品演进重心放在紧跟苹果的脚步上,大力发展集人工智能、现实增强与先进通信技术于一体的新一代智慧终端,直接填补4000~10000元价格区间内产品空白;另一种是极力拓展中低端市场,利用现有的旗舰机技术与品质逐步扩大中低端市场份额,并基于此开拓4000~10000元市场空间。
不管采用何种竞争策略,这必定是一条艰辛异常的道路。若直接开拓高端市场,则厂家将面对不断演进的新兴技术带来的巨大研发成本压力,且一旦出现方向性错误,将彻底陷入财务困境;若采用降维攻击,除面临毛利下降的风险外,一旦失去追赶摩尔定律的动力,正如前文描述,厂家将陷入比拼低毛利且发展乏力的不可持续发展道路。毋庸置疑,苹果的创新基因注定了其时代开创者的地位,而三星与华为或将根据其自身所处行业地位与优劣势,分别由上述两种策略拓展各自市场。
但作为消费者,iphonex正为我们带来一次智能移动终端产品技术的全面升级。相信产业链上下游也有相当数量企业将因此受益。上游芯片厂商,市场对其提出了新型芯片产品应用需求,终端芯片产品格局或将一定程度发生改变。那些能为移动终端提供人工智能运算能力、整合新型通信技术的企业,其市场竞争力必然得以加强。同样的格局将在传感器等感知领域出现。而作为承载这些技术,具备高密度封装基板、类载板研制与生产能力的高端电路板生产制造企业亦将受益。
由于智能移动终端电路板将陆续进行高中低端产品技术升级,相关生产企业市场额分亦将获得拓展。这些新型电路技术包括了埋入式器件板、用于传感器封装的凹槽与空腔电路板、改进型半加成法(msap)制程高密度芯片封装基板以及高密度sip类载板等。而随着相关产业逐渐向中国大陆转移,我们看到具备相关生产制造实力的国内厂商屈指可数,而此刻其中的领军企业则显得蓄势待发。
▌中国人的战略机遇期
通过前文论述,我们明白了以通信网络传输效率不断提高为基础,人们利用数字信息技术不断触摸、融合真实物理世界的追求,支撑着摩尔定律持续向前发展。然而,当单纯依靠半导体制程提升电子系统性能逐渐力不从心之际,电子信息产业格局的变化,正悄然为中国人开启一段难得的战略机遇期。其特征主要有以下三方面:
1)5g通信网建设将为人们带来更大带宽、更低延时的无线互联体验,并极大促进智能驾驶、物联网、图像视频、人工智能等领域发展。电子信息产业层出不穷的新应用将使我们以更先进的电子信息技术拥抱物理世界。而以华为、中兴为代表的中国5g国家队将与美国、欧洲展开全面技术竞争。2)当5g网络研发、测试正如火如荼开展之际,以先进半导体制程升级践行摩尔定律的努力却变得越来越力不从心。中国人善于在技术停滞期利用后发优势追赶世界先进水平已是不争的事实。而以iphonex为代表的sip设计技术似乎另辟蹊径地为我们展现出一条追赶之路。soc与sip技术将合力构建未来的电子产品设计体系。3)国家集成电路大基金将启动新一轮扶持计划,重点扶持5g、智能驾驶、物联网、人工智能等领域内的设计、生产企业。中国人集中力量办大事的资源整合优势,通过合理利用市场经济规则,或将促进我国相关领域技术水平与市场占有更上一个台阶。
那么,有没有这样一家中国企业,占尽天时地利人和,通过长期战略准备已站在万事俱备的风口,静静等待起飞时刻的来临?
有的,就是那家曾经以pcb生产制造为主要业务的深南电路。
▌深南电路的雄心
提起深南电路,相信很多人会浮想起劳动密集型生产制造企业的第一印象,因为我们对电子领域最熟悉的观感可能就来自于墨绿色的pcb。人们容易对十分熟悉的事物产生吴下阿蒙式的偏见。
事实上,长期以来由于pcb在电子产品中的广泛应用,且常规多层板加工难度较低造成了其庞大市场规模下低技术含量、低毛利群雄纷争的竞争局面。从上图中我们能看到,面对全球范围540亿美元的市场规模,国内外pcb厂商间的竞争远没有形成常见的70-20-10市场格局。
然而iphonex以艺术品般的精致提醒着人们,pcb产品或将以半导体封装技术形式迎来其发展巅峰,市场占有与利润分配或将极大程度向龙头企业倾斜。而这一次,以深南电路为代表的中国企业或许将迎来触摸摩尔定律的最佳时机。
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