華為事件啟思：美國究竟有多少高科技公司？
華為事件啟思：美國究竟有多少高科技公司？
作者：王元
根據人民日報5月28日最新消息，自美國商務部工業與安全局（BIS）將華為及其70個關聯企業列入美方“實體”黑名單以來，Micro-SD、WiFi、USB、JEDEC等國際行業標準組織迫于壓力，相繼禁止或暫停華為的合法成員資質，全球一片嘩然。
美國針對華為的禁令，將對華為及其所在的信息科技行業造成多大的影響？這涉及到軟件產品、硬件產品、制造、供應鏈、知識產權、貿易、法律、政治等多個方面，除了當事雙方，其實很難準確評估。
在此，筆者想為廣大讀者系統梳理一下我們每一個人目前所依賴和使用的信息科技里面，有哪些具有影響力的美國科技公司，以及它們在技術版圖上的分布位置。本文將從應用主線、研發主線兩個層面來展開。如下圖所示。
一、應用主線
應用主線，是以應用產品為顆粒度，主要包括硬件產品、軟件產品，以及知識產權類產品。
所謂應用產品，可以理解為其產品以直接或集成形式，服務客戶最終目標需求的產品。它往往是以成品交付，比如，用戶買電視，那么電視就是一個應用產品，因為它直接服務于用戶看電視的目標需求；再比如，電視廠商買液晶屏幕，那么液晶屏幕也是一個應用產品，因為電視廠商買了液晶屏幕，組裝到自己的產品里，然后再賣給終端用戶。
在應用主線下，我們以手機為終端產品，可以梳理出2條分支：手機端和云端。這是由于手機的工作原理所致：一個手機用戶A與另一個手機用戶B實現通信與交互，其本質是一連串0和1組成的數據流的交互，這個數據流的專業術語叫比特流。
比特流的傳輸，一般情況是雙向的，即從用戶與之交互的APP或者網頁應用起始，通過手機發送到云端，再從云端發送到用戶B的手機上的過程。
在這個過程中，2部手機之間傳輸的比特流需要分別經過手機端技術棧和云端技術棧2個部分。下面，我們先看一看手機端有哪些在行業中有影響力的美國科技公司。
1、手機端
手機端技術可粗略歸納為3個不同層次，它們是應用層、操作系統層和硬件系統層，其中，應用層和操作系統層是軟件。貫穿這3層的還有知識產權類產品，它以專利授權的形式體現，很多情況下都不涉及具體軟件和硬件實體。下面，我們具體來看一下手機端有哪些有實力的美國科技公司，以及他們所在的技術層。
（1）應用層
應用層主要指的是辦公軟件、多媒體、AI應用、VR等面向用戶的應用程序，涉及應用層的公司和產品往往是用戶最有感知的。在這之中，最具代表性的美國巨頭企業為微軟（Microsoft）、谷歌（Google）、蘋果（Apple）, 這3家美國公司市值總和接近2.6萬億美元。老牌美國科技企業IBM在應用層的知識產權領域也有布局，據映維網報道，2017年IBM在虛擬現實領域（VR）的專利申請數排名全球第二。
（2）操作系統層
手機端的操作系統被安卓和iOS壟斷。大家知道，安卓是由谷歌研發推出的開源系統，iOS則是蘋果的閉源自用系統。
其實，微軟和甲骨文（Oracle）也歸屬于該層：微軟擁有安卓核心系統的專利，而甲骨文則擁有Java語言以及數據庫系統方面的核心專利，這些專利多針對底層技術，都是安卓系統本身所依賴的。
（3）硬件系統層
手機功能的硬件實現屬于此層。手機作為集計算、存儲、傳輸和顯示的多媒體設備，擁有眾多硬件功能模塊，涉及眾多元器件供應商和技術知識產權，在此不一一贅述了。
在這些供應商中，有影響力的美國公司有高通（Qualcomm）、德州儀器（TI）、博通（Broadcom）、鎂光（Micron）、亞德諾半導體（Analog Devices），還有一些體量相對較小但在手機產業鏈十分重要的企業，如思佳訊（Skyworks）、威訊聯合半導體（Qorvo）等。
需要指出的是，著名移動處理器知識產權企業安謀科技（ARM），本身是英國公司（隸屬日本軟銀旗下），但由于其研發中心很多在美國本土，所以受到美國政府的政策影響。
2、云端
我們再來看一看云端。與手機端類似，云端技術也可大致分為4層結構：硬件層、虛擬化層、平臺層和應用層。
（1）硬件層
硬件層主要涉及2大類硬件產品，一類是射頻基站方面的硬件，另一類是網絡傳輸與數據處理方面的硬件。
基站方面，除了前文提到的企業之外，具有影響力的美國企業還有阿爾特拉（Altera，隸屬英特爾）、賽靈思（Xilinx）、賽普拉斯半導體（Cypress），以及一些特定元器件供應商如Acacia、Oclaro等。這些企業涉及射頻、數模轉換、光交換芯片、FPGA、MCU、存儲和電源管理等相關硬件領域。
網絡和數據方面，具有影響力的美國企業有英特爾（Intel）、AMD、英偉達（Nvidia）、IBM、甲骨文（Oracle）、戴爾（Dell）、EMC（隸屬Dell）、思科（Cisco）、惠普（HP），涉及網絡交換機、路由器、中央處理器芯片（CPU）、顯示處理器（GPU）、IT服務器、數據庫存儲等領域。
（2）虛擬化層
在4G/5G時代下的數據計算、交換和存儲離不開分布式集群式的服務器部署。虛擬化技術解決了硬件設備集群化部署與管理，以及單一硬件設備故障依賴的問題，屬于云端的核心技術層，已經開始大規模普及。
在虛擬化層，美國科技企業在全球具有壟斷性技術優勢，這些企業在技術版圖上呈現階梯型分布：首先，Intel、AMD、Nvidia和IBM作為芯片制造商，提供芯片架構與處理器指令集的虛擬化技術；其次，威睿（VMware）、微軟、Linux基金會（美國非盈利組織掌握Linux內核開發）提供操作系統內核虛擬化技術；在被業內稱為輕量級虛擬化技術的容器技術領域，也有Docker這樣的美國企業占據市場主導地位；最后，還有甲骨文、紅帽（Red Hat,隸屬IBM旗下）、Canonical、思杰（Citrix）、網威（Novell）提供企業級虛擬化產品。
（3）平臺層
平臺層企業提供通常意義上的云服務。云服務層根據其服務終端對象不同，可分為2類：
A.直接面向終端客戶。根據Statista統計的2018年公有云平臺使用情況來看，亞馬遜（Amazon）、微軟、谷歌、IBM、VMware、Oracle分別占據第1到第6的位置，我國企業阿里巴巴排名第7。
B.面向云服務技術提供方。云服務的核心技術特點是分布式的服務。分布式服務技術有2種途徑獲得，一個是云服務公司自研，另一個是基于開源軟件開發或集成。這里，除了前文提到的美國公司，還有2家美國機構值得重點關注，他們是Rackspace和Apache軟件基金會（Apache SoftwareFoundation，簡稱ASF）。
Rackspace是一家美國云計算公司，他們與美國航天宇航局（NASA）在2010年合作創辦了開源云平臺OpenStack框架，很多云服務企業，例如華為，其云平臺正是基于此框架開發的。
另一個機構是Apache軟件基金會。它是專門支持和研發開源軟件項目的美國非盈利組織，它所支持的很多開源項目，譬如Kafka、Spark、ActiveMQ、CouchDB、Tomcat等，在行業內已形成準行業標準（de facto），這些軟件已經被云服務廠商廣泛采用，作為基礎設施技術納入其產品中。值得關注的是，因為Apache軟件基金會是美國所屬機構，所以該基金會的開源項目受到美國出口管理條例（EAR）約束。
（4）應用層
應用層是指面向用戶的應用服務，比如國內的微信、支付寶、蘇寧易購等，又比如國外的谷歌、微軟、Twitter、Facebook、Instagram等。由于在應用層的美國企業對于國內無論是市場占有率還是影響力都較為有限，而且又非不可替代，這里就不一一列舉了。
以上是根據應用主線梳理的美國科技企業在技術版圖上的分布。可以看到，美國科技企業分布的特點是全技術版圖的覆蓋，無死角，特別是在操作系統、虛擬化和云平臺這3個特定技術點上具有行業壟斷優勢。
如果僅僅只是分析美國科技企業在應用主線方面的分布而不涵蓋研發主線，那么，對其實際分布的廣度和深度的認知，將會是不完整的。
下面，我們沿著研發主線，進一步梳理還有哪些美國科技企業，以及他們在科技版圖上的分布情況。
二、研發主線
研發主線主要分析的是產品在設計階段所需要的工具，這些工具往往是由一些專門從事工具類產品研發的科技公司和機構提供的。下面我們來梳理一下相應的研發工具所涉及的美國科技公司。
一款硬件產品的研發，例如手機，可分為硬件研發和軟件研發。具體如下圖所示。
1、硬件研發
硬件研發有2個層面：硬件設計和硬件測試。下面分別梳理一下：
（1）硬件設計
硬件設計離不開電子設計自動化（EDA）。EDA技術就是以計算機為工具，硬件設計者在其EDA軟件上完成電路設計、仿真和生成交付給制造廠商的硬件電路圖。
從目前集成電路的復雜程度和晶體管數量來看，可以不夸張地說，沒有EDA軟件就無法設計硬件電路，自然也就無法制造硬件了。需要指出的是，硬件產品的最小顆粒是芯片，下面來梳理一下芯片設計涉及到的美國EDA軟件巨頭。
在EDA領域，有3家公司幾乎把整個市場份額瓜分殆盡，僅2017年，全球EDA行業的總收入中有70%被這三家公司瓜分，他們分別是：楷登電子科技（Cadence）、新思科技（Synopsys）、明導國際（Mentor Graphics），這3家皆為美國公司（注：Mentor Graphic雖然在2016年被德國西門子并購，但是公司仍作為獨立子公司運營，且總部在美國）。因此，美國企業在EDA領域可謂具有壟斷性的市場與技術優勢。
（2）硬件測試
硬件測試,需要實驗室測試與驗證器材。在這個領域，現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，簡稱FPGA），憑借著其特有的通用性和可編程性，已經被納入到設計流程中，成為硬件原型設計的重要測試和驗證手段。
FPGA市場是一個相對小眾的市場，據Gartner預計，全球FPGA市場到2020年也就84億美元，但是，FPGA技術在短短二十多年中從電子設計的外圍器件逐漸演變為數字系統的核心，其重要性不容忽視。該市場目前被4家美國科技企業牢牢把持，他們是：賽靈思（Xilinx）、阿爾特拉（Altera，隸屬Intel）、萊迪思（Lattice）、美高森美（Microsemi）。其中，僅賽靈思和阿爾特拉2家企業，已占據了全球89%的市場份額，技術專利達到6000多項，可見，美國企業在FPGA市場同樣具有壟斷性市場和技術優勢。
2、軟件研發
軟件研發有2個層面：工具鏈和計算機編程語言。下面分別梳理一下：
（1）工具鏈
現代軟件產品的研發是研發人員通過編寫特定計算機編程語言，然后利用該語言環境下的一系列工具，手動或自動對其編寫的代碼進行編譯、執行、調試、集成和測試的過程。在這個過程中使用到的一系列工具，叫做工具鏈（tool chain）。
商業化軟件產品，因為有研發周期和市場窗口的限制，大多使用市面上成熟的工具鏈產品，從而快速完成軟件產品的研發。
在工具鏈領域，美國既有蘋果、谷歌、微軟、Facebook、亞馬遜這種廣為人知的企業，也有Eclipse Foundation和Free Software Foundation這樣大型的開源軟件社區，他們都是美國非盈利機構，還有Github（隸屬微軟）這樣的代碼托管服務公司。這些機構提供的工具鏈基本覆蓋了從嵌入系統、手機，到PC、服務器上的應用軟件研發場景。
（2）編程語言
計算機語言既是編程人員與計算機交互的入口，又是軟件生態的基石。根據TIOBE網站統計的計算機語言排名，Java、C、C++、Python、VB、C#語言位列2019年前6位，同時上榜的還有Matlab、R這樣被廣泛用于科學計算領域的語言。
在這些編程語言當中，有很多已成為國際標準。需要指出的是，雖然語言本身已成為國際標準，但其具體實現（專業術語叫編譯器）還是有版權的。以下表格匯總了上述編程語言的主要應用場景、主流編譯器、以及版權歸屬情況。從中可以看到，這些語言的主流編譯器的版權均為美國公司或美國非盈利機構所有。
三、結語
通過以上對美國科技企業在技術版圖上的分布及影響力分析，可以看到，美國作為互聯網的發源地，技術根基深厚，技術維度廣闊，實力不容小視。我們需要認識到，美國科技企業之所以能夠形成這樣體系化的分布，除了有市場化的自由引導，更離不開美國國防部高級研究計劃局（DARPA）這樣的專業政府機構的頂層設計。這次，美國政府不惜動用國家力量打擊中國一家民營科技企業，更佐證了這一點。
同時，我們還需認識到，大家熟知的開源軟件和自由軟件，其實都是受到美國出口管理條例約束的，所謂技術無國界，企業和機構有國界。如何打破技術封鎖之路，任重而道遠。
