安筱鹏:工业互联网是通向知识分工2.0之路

【编者按】本文为工业和信息化部信息化和软件服务业司副司长安筱鹏的演讲实录整理。

关于工业互联网,业界已经从技术、产业、商业、政策等多个角度进行过探讨。今天,我们换一个新视角,从经济学的视角来看工业互联网的价值和意义。从经济学的角度来看,信息通信技术扩散对经济增长的贡献在于提高两个效率,生产效率和交易效率,交易效率的提高促进了产业分工深化,是推动经济持续增长的重要动力。

我们可以回顾一下过去几百年来产业分工深化的历史进程。概括起来人类产业分工已经历了五个阶段。第一个阶段:部门间的专业化分工,农业、手工业、工商业的分工。第二个阶段:产品的专业化分工,以完整的最终产品为对象的分工,比如汽车、机械、电器产品的生产。第三个阶段:零部件的专业化分工,你生产汽车的发动机,他生产汽车的轮胎。第四个阶段:工艺的专业化分工,同样生产一个产品,按照工艺再去分为铸造、电镀等。第五个阶段:生产服务的专业化分工,除了产品之外,服务作为一种新的分工的形态跟产品绑定在一起,给客户创造价值。

今天,随着数字经济时代的到来,我们正在进入分工的第六个阶段:知识创造、传播、服务的专业化分工阶段。无论是多年前出台的《国家信息化发展战略(2006-2020)》,还是近两年关于数字经济的定义,人们都强调了数字化转型中知识创造、传播、共享的价值和意义。今天,如果用一句话来概括工业互联网的经济学意义,那就是,工业互联网推动了产业分工从基于产品的分工向基于知识的分工演进。

一、集成电路产业分工深化:知识分工1.0时代的兴起

信息通信技术扩散重构了知识创造、传播、复用新体系,推进了知识分工的形成和发展。知识作为一种商品参与到市场交易中,形成一批基于知识创造、交易的新型企业,构建基于知识创造、传播、复用的产业体系。如果我们回头去看过去40年全球产业分工体系的演变,以及知识分工的特征和趋势,我觉得有一个产业特别需要去研究,这个产业就是集成电路产业。在过去40年,集成电路产业分工格局的变化呈现出鲜明的特征,代表了知识分工1.0。

讲集成电路产业的特殊性,需要从美国国防高级研究局讲起。2010年,美国国防高级研究计划局(DARPA)提出自适应运载器制造计划(AVM),这一计划的关键词做“重新发明制造”。DARPA调查发现,从1960年至今,随着系统复杂度增加,航空航天系统的研发成本投入复合增长率为8-12%,汽车系统研发成本投入增长率4%,但集成电路研发成本复合增长率几乎为0,复杂度增加并没有带来设计、生产周期的明显增加。这一现象形成的原因是多方面的,其重要原因在于集成电路产业分工水平明显高于其他行业,形成了基于知识的产业分工新体系。

在过去的40年,集成电路产业逐渐构建了一个基于数字模型的研发、制造、封装体系,使产品设计、仿真、试验、工艺、制造等活动,全部都在数字空间完成,待产品迭代成熟后再进入工厂一次制造完成,从而大幅度缩短研制周期、降低研制成本。AVM计划的一个重要的方向就是向集成电路产业学习,其他大型宇航设备、武器设备,要像集成电路产业那样,在数字空间重建一套新的研发生产体系。

为什么集成电路复杂度提高了但研发周期相对不变?我们可以简要地回顾一下过去的40年时间里集成电路产业分工的演进。早期集成电路产业集整机生产和芯片设计、制造、封装、测试为一体,称为综合型IDM模式。伴随信息技术的不断演进,集成电路产业中的芯片设计、代工制造、封装测试等环节不断的从早期一体化模式中分离,成为独立的产业体系。1967年美国应用材料公司成立后集成电路材料和设备制造成为独立行业,1968年Intel公司成立形成了垂直型IDM模式,1978年Fabless(IC设计独立)、1987年Foundry(台积电成立,IC制造环节独立)模式相继出现,集成电路产业分工深化经历了全产业链集成—材料设备独立—IC设计独立—IC制造独立—设计制造IP独立的演进历程。

集成电路产业链分工细化与产业模式变革

1991年英国ARM公司成立,同时逐渐涌现出一批专注于集成电路IP(Intellectual

property,知识产权包)

设计、研发公司,集成电路产业开始兴起架构授权的Chipless新商业模式,这标志着基于知识创造的专业化分工独立出现在集成电路产业链中,专有的工业知识通过被封装为代码化的电路,并摆脱了作为有形硬件产品的附庸,开始成为独立的产品、商品进行传播、使用和交易,随后IP包作为一种知识产品被广泛应用到了集成电路设计、仿真、试产、制造等各个环节,大幅提高了集成电路设计效率、产品性能、制造可行性及良品率,基于知识交易的新业态逐渐显现。

集成电路各环节IP应用

IP的本质是集成电路工业设计和制造过程中各种技术经验、知识的代码化、模块化、软件化封装。集成电路大量的设计、制造工业知识被封装为IP(知识产权包),固化在赛博空间,可以被重复的调用、使用和封装,并催生了IC设计、仿真、试产、制造等环节等工业知识交易市场,设计生产过程中70-80%的工作变成对现有的IP进行调用、拼接,大幅提高了芯片设计、仿真、制造、测试的效率及产品良品率。目前IP的来源于主要由大型EDA公司、制造业企业、专业IP设计公司研发提供。

我们可以从集成电路产品研发设计成本看看IP和知识的价值和重要性。以技术参数不太高的28nm的SOC芯片研发制造成本为例,设计EDA工具需要500万元,购买IP模块需500-1000万元,制造成本1000万元左右,封装成本50万元。可以看出在集成电路产业生态中,以IP核、EDA工具为代表的基于知识投入的成本已成为产业研发制造支出的重要组成部分,这是基于知识的产业分工体系形成的重要特征。

今天,我们用工业互联网的语言体系去分析这一现象,我们可以设想,集成电路的IP就是微服务组件,就是一个工业APP。集成电路IP日益成为企业竞争力的重要的组成部分,比如台积电作为全球最大的集成电路制造企业,其大概有6000到7000个制造相关的IP,比其它集成电路制造企业多很多。在集成电路设计、仿真、制造、测试等各环节存在大量各类IP,它可以优化集成电路的生产,成为我们提高良品率的重要武器。

集成电路与航空航天等复杂产品的最大不同在于产业分工深化的水平,在其产业链和产业体系中形成了基于知识的分工。集成电路产业的蓬勃发展,得益于其在产业发展初期就在赛博空间里建立起了产品设计、优化、仿真的制造体系,沉淀了大量集成电路基础通用IP核以及设计、仿真、制造等IP包,实现新产品、新工艺的快速开发、上线、迭代。基于知识创造的分工深化极大地促进了集成电路产业的快速发展。

集成电路IP本质是软件化封装的知识,相当于一个个的APP和微服务的组件。那么什么是软件?软件就是物理世界运行规律的代码化、规律模型化、模型算法化、算法代码化、代码软件化,再用软件去优化物理世界。而在数字经济时代,工业知识正通过工业APP、微服务软件等方式去呈现。所以无论是集成电路IP,还是今天讲的工业互联网APP,抑或是工业互联网云平台上各种各样微服务组件,本质上都是人们对工业知识认知的一个载体。集成电路产业代表了过去40年全球知识分工的特点,我把它称为“知识分工的1.0阶段”。

二、工业互联网:通向知识分工2.0之路

工业互联网是面对制造业数字化、网络化、智能化需求,构建基于云边协同的数据采集、汇集、分析服务体系,推动制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置。工业互联网平台有四层架构,数据采集层、IaaS层、工业PaaS层、工业APP层。工业PaaS平台的核心是将工业技术原理、行业知识、基础工艺、研发工具规则化、模块化、软件化,形成各种数字化微服务组件和模型,工业APP层将工业技术、经验、知识和最佳实践固化封装为面向特定场景应用的应用软件。无论是Paas平台的微服务组件,还是Saas平台上的面向角色的APP,都意味着基于工业知识的算法市场正在兴起,被封装的工业专业知识可以在更大的范围、更高的频次、更短的路径上创造、交易、传播,我把他定义为“知识分工的2.0阶段”。

工业互联网平台本质是重构了工业知识创造、传播、复用的新体系,促进了基于工业知识的算法市场崛起。对工业互联网而言,大量跨行业、跨领域的各类工业经验、知识、方法将以工业APP、工业微服务组件(类似集成电路IP)的形式沉淀到工业互联网平台之上。它的价值就在于,过去工业创新过程中,80%在做重复性劳动,20%在做创造性。今天当我们构建了一个工业互联网平台,我们80%在从事创造性,20%做重复性。

工业互联网平台:重构工业知识新体系

国家电网青海公司基于工业互联网平台,围绕风电设备发电功率预测,采集了大尺度、大空间、细颗粒的风电及环境数据,引进了清华大学、北京工业大数据创新中心、金风科技等8家算法服务机构,基于数据+算法的模式提供了更加精准的风电功率预测服务,大幅降低了风电弃风率、提高了风电企业的运营效率。在这一场景中,工业互联网平台不仅是一个技术、业务平台,也构造了一个算法市场,风电功率预测算法作为一种产品在平台上展示、交易、服务,推动了知识的创造、传播、交易、复用,加速了基于知识的产业分工体系的形成。

当前,传统软件正在加快向云端迁移,架构重建、代码重写成为许多工业软件企业转型的主线。传统软件在工业互联网平台上的重构,带来的一个重大变化是,工业互联网构建一个知识的交易市场。工业互联网本质是实现了从基于产品的分工到基于知识的分工,构建了新的交易市场体系。从长期来看,工业研发、设计、仿真、制造、服务及管理等全流程的工业知识、能力能够被封装成各种可交易的、组件化的知识,通过这一市场体系进行高效率交易使用。

工业互联网构建了工业知识交易的市场体系

工业互联网平台构建了一个工业技术和知识的交易体系,促进工业技术、知识、经验在更大范围、更宽领域、更深层次上呈现、交易、传播和复用。工业APP面向特定工业应用场景,通过调用微服务,推动工业技术、经验、知识和最佳实践的软件化,构建起工业知识创造、传播、复用的新体系。

一是从交易对象来看,工业互联网平台为机理模型、生产工艺、流程逻辑等各种工业知识的APP化、微服务化提供了丰富的工具和资源,创造了各种条件,实现了工业知识的产品化封装、平台化汇聚、在线化开放,被封装的工业知识能够成为一种大市场广泛交易的对象。

二是从交易主体来看,工业互联网平台构建了一个工业技术和知识的交易市场,它为工业APP、微服务组件、模型算法等交易对象的呈现、交易、传播和复用提供了统一的场所,促进了工业知识、技术的供给方(大型企业、科研院校、开发者)与使用方(大中小企业)等交易主体在线显现、需求清晰、交易激活。

三是从交易过程来看,传统的工业知识交易、变现在很多时候是一种长流程模式:一个开发者、小企业、经验丰富的老师傅的知识变现在过去机会很少、流程很长,传统方式要经过工业产品的创意-设计-研发-测试-生产-配送-交付全流程,把产品交付给最终客户之后才能变现。今天,工业互联网平台的出现推动了工业知识短流程交易模式的出现,平台降低了工业知识的客户发现、知识定价、大规模扩张、契约签订、交付监督的成本。

工业互联网平台通过构建工业知识创造、评估、交易体系,提高工业知识的复用水平和效率,不断催生新技术、新模式,基于知识的产业分工新业态不断涌现。

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