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美国持续打压之下,中国集成电路产业如何破局?

发布时间:2022-03-10作者来源:萨科微浏览:189


近年来,在激烈的中美科技战的背景之下,作为科技发展基础的集成电路产业首当其冲,虽然以华为海思、中芯国际等为代表的国产集成电路领域的头部企业受到了美国的压制,但是中国的集成电路产业在近两年来依旧实现了快速的发展,当然这其中也存在着一些问题,而随着美国对中国集成电路产业限制的不断加码,对于中国集成电路产业未来究竟该如何发展,也存在着众多的分歧。


 

7月15日,“2021 中国集成电路设计创新大会暨IC应用博览会”(2021 ICDIA )在苏州狮山会议中心隆重开幕。中国集成电路设计创新联盟专家组组长时龙兴教授以及中国科学院微电子研究所叶甜春教授均对中国集成电路产业发展现状进行剖析,对于国产集成电路产业未来该如何实现创新发展,也都提出了自己的看法。在会后的采访当中,众多产业界的企业负责人也分享了自己的观点。


一、国内集成电路产业现状



根据叶甜春教授在会上公布的数据显示,1999-2020年的20年间,国内集成电路设计业实现了持续的高速的增长,产值由1999年的3亿元到2020年已猛增至3778.4亿元。2008年至2020年中国集成电路设计产业销售额已增长了11倍,平均每年都保持了两位数以上的增长率。



在国内集成电路制造产业方面,2020年国内集成电路制造业销售额为2560.1亿元,同比增长19.1%。2008年至2020年间,国内的集成电路制造产业销售额增长了将近7倍。


在国内集成电路封测也方面,2008年至2020年间也保持了持续的稳定的增长,销售额由2008年的619亿元猛增至2020年的2700亿元,累计实现了4.3倍的增长。



在国内集成电路装备产业方面,2008-2020年也实现了高速的增长,12年间销售额累计增长了9.5倍。特别是自2017年开始,泛半导体领域装备装备业销售额出现了猛增,而随着2018年中兴事件的发生,以及2019年华为被禁,国内集成电路领域的装备销售额才开始出现了更为明显的增长。



叶甜春教授表示,过去多年来国内集成电路装备产业销售额一直很低,这说明我们装备很弱,前期没什么东西卖,而随着十三五(2016-2020年)规划,国家重大专项的支持,一些装备实现了突破,从进入客户端打磨,到通过客户认证,再到产品出货,这期间至少要经过一两年的时间。而近两年国内集成电路装备销售额的起来,也与国际形势变化密切相关。一开始,很多制造厂对于国产设备不放心,十台设备八台都是进口的,现在进口的难买,那么可以买八台国产的,买两台进口的。今年我们的装备销售预计可能再翻番。


△中国科学院微电子研究所叶甜春教授


在集成电路材料产业方面,2020年国内集成电路材料产业销售规模为340.1亿元,相比2008年增长了超过4.6倍。



叶甜春教授表示,近年来国内的集成电路材料对于进口材料的替代比较比较高,因为材料一旦用了之后,很少会更换。目前我们国内份额超过50%的材料品种已经有了四五十个,当然,还有上百个材料品种我们仍处于落后地位。


总结来看,过去12年来,在国家科技重大专项引领下,国内集成电路全产业链技术实现了跨越发展:在设计方面,高端芯片设计能力大幅提高,CPU、FPGA、通信SoC等取得重大突破;在制造方面,55-14nm制程和先进存储器量产,面向产品的特色工艺也在逐步丰富。7nm技术在研发,3-1nm研究取得进展;在封装集成方面,实现了从中低端进入高端,达到国际先进水平技术,种类覆盖90%;在装备和材料方面,对55-28nm技术形成整体供给支能力部分产品进入14-7nm产线,被国内外生产线采用;在企业方面,培育了一批富有创新活力,具备一定国际竞争力的骨干企业,成为产业支柱。这些

体系和能力的建立,给我们的集成电路产业的发展带来底气和信心。


虽然在一些领域我们仍被一些国家“卡脖子”,但是中国目前已经是全球集成电路产业链体系最为完整的国家,即便是美国其在众多的集成电路产业链环节仍依赖于全球其他国家和地区。


二、国内集成电路产业发展面临的问题


虽然近年来,国内的集成电路产业得到了快速的发展,部分领域也实现了突破,但是我们仍然面临着很多的问题,在一些领域我们仍是被一些国家“卡脖子”。


1、在高端芯片市场,几乎被国外厂商所垄断,国内自给率低


比如,笔记本电脑、桌面PC及服务器市场,美国的英特尔和AMD的CPU占据了全球95%以上的市场份额;在GPU市场,英特尔、AMD和英伟达则垄断了99%的市场;在内存芯片领域,三星、SK海力士和美光占据了95%左右的市场;在FPGA市场,赛灵思和英特尔也占据接近95%的市场;在通信芯片市场,高通、Broadcom、Qrovo和skyworks占据了79%的市场份额。



相比之下,国内在很多领域自给率都在0.5%以下,只在嵌入式CPU、应用处理器、移动通信终端、NorFlash等方面拥有一定的自给率,但是依然偏低。


根据IC Insights的数据显示,2020年中国大陆半导体芯片市场的总量为1434亿美元,其在中国大陆生产的半导体芯片产值约为227亿美元,占比约15.9%,相比2010年(10.2%)增长了5.6个百分点。即2020年中国大陆的芯片自给率仅为15.9%。


按照IC Insights的预测,到2025年中国大陆生产的半导体芯片产值在整个中国大陆半导体芯片市场当中的占比将达到19.4%,较2020年成长了3.5个百分点。即2025年中国大陆的芯片自给率为19.4%。


 


2020年8月,国务院印发了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,明确指出中国芯片自给率要在2025年达到70%。显然,这与IC Insights的预测的中国大陆2025年不到20%的芯片自给率有着很大的差距。


这主要是因为有大量的国产芯片设计厂商设计的芯片是在大陆以外生产制造的。因为目前国内的芯片制造产能严重不足,同时制程工艺水平、良率等也与海外有着较大的差异。此外还有一些国内厂商并购的海外芯片制造企业的晶圆厂很多也是在大陆以外。


2、国内集成电路设计企业小而散,同质化竞争严重


通过前面的数据我们可以看到,相比国内的集成电路制造、封测、装备、材料等领域,国内的集成电路设计产业发展的更快、销售规模也更大。但是,如果与国际芯片设计巨头相比,仍有很大的差距。


根据IC Insight的数据显示,在全球IC市场销售额占比当中,美国占据了55%的份额,中国仅有5%;在全球IC设计业销售占比当中,美国份额达到了64%,中国则为15%;如果以IC设计公司的平均毛利率水平来看,美国企业达到了50%,中国企业则只有50%。


另外,根据中国半导体行业协会的数据显示,2020年国内的芯片设计企业达到了2218家,比2019年的1780家多了438家,数量增长了24.6%。虽然数量众多,但是大部分的体量都比较小。其中,销售收入超过1亿元的仅有289家,有高达1164家企业销售收入都在1000万元以内。



以行业划分来看,大量的芯片设计企业聚焦于消费(996家)、通信(498家)和模拟(270家)等领域,同质化竞争严重。


以研发投入来看,中国大陆的芯片设计企业的平均研发投入在营收当中的占比仅为8.3%,而美国芯片设计企业的研发投入占比则达到了16.4%,相差近一倍。


3、先进工艺制造受阻,追赶更加困难


在芯片制造领域,目前中芯国际是国内规模最大、技术最为领先的芯片制造企业,2019年中芯国际的14nm工艺已成功量产,最新的N+1工艺也已实现了量产。根据TrendForce的数据显示,在2020年全球晶圆代工市场营收排名方面,中芯国际虽然排名第五,但在全球市场的占比仅有4%。


另外,在2020年12月18日晚间,美国商务部宣布将中芯国际及其部分子公司及参股公司列入“实体清单”。这也使得美国半导体设备及材料厂商要想供货中芯国际,必须要取得美国商务部的许可证。并且,美国商务部有特别指出,对于10nm及以下先进工艺所需的物品都会直接拒绝。这也使得中芯国际发展10nm及以下先进制程受阻。


而在此之前美国已经限制了EUV光刻机对中国大陆供应,这也意味着中国发展7nm以下先进制程的陆续被阻断。



根据SIA的数据显示,在2019年全球逻辑芯片领域,台湾在10nm及以下先进制程领域占据了高达92%的市场,并且在28-45nm及28nm以上成熟制程市场也占据了最大的市场份额。相比之下,中国大陆的28-45nm产能只占到了全球19%左右,45nm以上的占比则达到了23%。


△中国集成电路设计创新联盟专家组组长时龙兴教授


中国集成电路设计创新联盟专家组组长时龙兴教授表示,目前全球75%的芯片实际上可以用28nm的工艺实现的,目前我们国内在28nm以上成熟制程领域虽然拥有一定的市场份额,但仍有很大的攻克的空间。特别是在目前国内先进制程发展受阻的背景之下,可以针对28nm的及以上成熟工艺进行强化,可以从可用到好用进行深度打磨,释放国产的产能,缓解我们现在面临的供应链供给不足的问题。


4、研发投入差距巨大


近年来,随着国家对于集成电路产业的重视,为了加速集成电路产业的发展,国家投了很多钱,比如一系列的重大专项,但是相比国际研发投入仍相差巨大。


在企业的研发投入层面,国内企业的研发投入与国际企业的研发投入也是差距巨大。从下面这张图表上,我们可以看到,国内半导体产业链头部的55家企业的研发投入总金额为116.29亿美元,而国际上的半导体产业链上的26家头部企业研发投入总金额高达3948.81亿美元,差距巨大。



其中,在半导体装备与零部件领域,国内头部的22家企业的研发投入经费为40.68亿美元,而国际上的6家头部企业的研发投入就高达538.26亿美元;在工艺制造领域,国内8家头部企业,研发投入合计为46.7亿美元,而国际上12家企业的研发投入则高达3366.95亿美元。这样的差距确实非常巨大。


另外,来自SIA的资料也显示,美国在半导体领域长期以来都保持着高投入。1999年至2019年美国半导体公司研发费用和资本支出总额年复合平均增率达到了6.2%。2019年的美国半导体公司研发费用和资本支出总额已高达717亿美元。在半导体领域持续的高投入,也使得美国长期占据了价值链的高端。



虽然2019年中国大陆对于半导体的消耗规模已经与美国相当,但是在全球半导体价值链贡献占比当中,中国大陆仍只有9%,而美国则高达38%。


5、人才匮乏


根据《中国集成电路产业人才白皮书(2019-2020年版)》显示,2019年国内集成电路就业人数约为51.2万,尽管比两年前增长了20万,但缺口仍接近30万。预计到2022年,国内芯片专业人才缺口预计仍将超过20万人。


国内招聘网站51job的数据也显示,2021年Q1集成电路行业招聘量同比增长了65.3%,集成电路人才需求量呈现高速增长的态势。



虽然,我国每年约有20万集成电路相关专业的毕业生,然而大量的毕业生却流入了其他行业,这也加剧了国内集成电路行业人才紧缺的问题。


《中国集成电路产业人才白皮书(2019-2020年版)》显示,2019年只有约12%的集成电路相关专业毕业生进入本行业就业,60%以上的毕业生流入了其他行业。


即使留下来的这些集成电路相关专业的毕业生,很多也并不能来之即可用,需要企业的一个培养的过程。


另外,在国内集成电路产业急需加速追赶国际巨头的背景之下,众多的集成电路企业都对应聘者提出了更高的要求。


《中国集成电路产业人才白皮书》显示,要求应聘者拥有3至5年工作经验的雇主比例从2017年的21.6%上升到2020年的32%,市场对有工作经验的人才需求度逐年提高。


特别是在国内集成电路产业薄弱的环节,相关人才非常的匮乏,高端人才更是稀缺。但是高端人才成长的过程有一个非常漫长的过程。


刚刚在去年成立的国产高性能GPU企业沐曦集成电路(上海)有限公司CEO陈维良告诉芯智讯:“现在国内好的芯片项目确实很容易筹集资金,但是抢人却很难。去年人才缺口20万,即使高校扩招培养也需要周期。就我们所从事的GPU行业来看,目前国内的GPU人才非常匮乏,全球GPU人才主要聚集在GPU领域两大巨头AMD和英伟达,目前全球的GPU人才也主要是由这两家企业培养起来的。不过,英伟达的研发主要在美国,所以并没有在国内培养人才,相比之下AMD在国内有比较多的研发投入,而我们的优势就是人才,我们的核心团队主要源自AMD,大多拥有15年以上的技术经验积累。”


“集成电路行业的竞争,归根结底是人才的竞争,虽然我们目前已经有了300人左右的团队,而且大部分是研发人员,但是与国际领先巨头仍有着巨大差距,要知道AMD、英伟达都有万人以上的研发团队。”陈维良说到。


国内主攻先进工艺下芯片设计需求的EDA企业-行芯的CEO贺青也表示,现在国内集成电路相关领域好的创业项目确实都比较容易拿到投资,EDA行业更是“红红火火”,但是人才才是竞争的核心。投资款甚至当天就可以到账,但是一个经验丰富的EDA人才的培养可能需要5-10年。


目前在EDA领域,人才同样也是集中在头部的三大国外EDA企业,比如Synopsys拥有超过1万多名员工,Cadence和Siemens EDA也有六七千人。相比之下国内最大的EDA企业——华大九天也只有不到500人。


三大国际EDA巨头也是通过并购成长起来的,国外很多能被并的已经被三大巨头并了,EDA人才也主要被这三大家所垄断,这对于国内EDA行业的发展来说,是非常困难和痛苦的。因此,国内绝大多数的EDA企业都是选择做点工具。


6、为什么会存在这么多的问题?


叶甜春教授认为,全球集成电路产业六十年来一直遵循“摩尔定律”持续发展,从未减缓。相比之下,中国集成电路发展则经历几个阶段,几起几落,运动式,多次另起炉灶,不持续。大约有近20年是处于停滞的状态。


之所以会出现这种情况,主要在于国内产业界“过度信任和依赖全球化,过度强调‘有所不为’,不能坚定地建立自主体系,导致‘短板问题’凸显。”


虽然过去12年来,国内一直在加大对于集成电路产业的投入,但是仍未达到需求。


“近20年停滞,12年是补不回来的,因为我们追赶的是一个快速前进的动态目标。”叶甜春说到。


三、国内集成电路产业如何破局?


对于目前国内集成电路产业面临的各种困局这个问题,芯智讯结合叶甜春教授与时龙兴教授的演讲,以及自身的理解和看法,归纳为以下应对策略:


1、中国IC产业都需要重新定位


叶甜春教授表示,中国集成电路产业经过六十年的发展,尤其是过去十二年的努力,已经进入了一个新阶段。已经建立较完整技术体系和产业实力,并非“一无所有”,妄自菲薄和盲目自大都不可取。


在当前形势下, 最需要的是保持信心和定力。要敢于坚持得到实践证明的有效做法(研发先行、产业跟进、金融支撑),在发展中去解决出现的问题。千万不能另起炉灶,重犯当年运动式、间歇式攻关的错误。这方面无论是政府还是企业都不能短视,不可侥幸,需要视野、格局、勇气和担当。


同时,产业、创新、金融“三链融合”是必由之路,中国需要更专业的投融资平台和更宽松的信贷政策扶持,并且要防止投机资本产生短视和泡沫。


中国需要保持自己的节奏和发展态势,专心做好自己的事最重要,放眼下一个15年,通过系统性的策划,通过自主研发、特色创新,才能真正解决受制于人的问题。


接下来中国还需要“升级版的发展战略”,推动解决市场产品供给问题。重点需要“以产品为中心,以行业解决方案为牵引”。系统应用、设计、制造和装备材料融合发展。需要从“追赶战略”转向“创新战略”,要更多发挥中国市场的优势,利用“双循环”开辟新的增长空间,创造合作共赢机遇,推动全球产业链发展。


2、核心领域坚持自主研发


对于集成电路产业来说,装备、材料和软件工具(EDA)是核心基础,将是国际博弈的长期焦点。叶甜春教授认为,对供应链安全不能抱有幻想,哪怕成本高一点,也必须要做。


确实,对于芯片设计来说,EDA工具是卡脖子的关键环节;对于芯片制造来说,设备和材料则是卡脖子的关键环节。此前,日本就曾依靠限制关键半导材料的出口,直接打击了韩国的半导体和面板产业。同样,目前美国正依靠限制半导体设备的出口来打压中芯国际先进制程的发展,依靠其在半导体设备和EDA领域的优势地位,直接限制了华为海思芯片的设计和委外制造。


正因为如此,在集成电路产业的这些关键环节,我们必须要坚持自主研发,哪怕付出的时间成本和资金成本更高,也是必须要去做。


3、坚持开放合作,培育“不被制约的全球合作新生态”


坚持自主研发,并不是说整个产业链所有环节都需要100%的国产化。要知道半导体产业链条非常的长,涉及数百种半导体材料、上百种半导体设备、成千上万千个半导体IP,所有的环节都要100%国产化并不现实。世界上也没有任何一个国家能够实现整个半导体产业链的100%的国产化,如果贪大而全,往往是什么都做不好。即便是美国也只是控制了部分关键环节,更多的环节也同样是高度依赖于其他国家和地区的协作。


过去,中国也一直是全球化的最大受益者之一,中国电子产业的高速发展正是受益于半导体供应链的全球化。2000年之时,中国电子产业在全球价值链当中的占比仅7%,而到了2017年这一比例已猛增至41%。



所以,我们集成电路产业的发展也依然是需要坚持开放合作,不能闭门造车,不能放弃全球化,但是我们也不能依赖全球化,需要大力培育“不被制约的全球合作新生态”。


目前中国拥有全球最大规模的电子信息制造业,全球经济贸易对于中国市场的依赖在持续加强,同时国内的市场也在持续增长,特别是智能化应用扩大、高科技产业发展、传统产业升级等方面的需求,也极大提升了国内对于集成电路的巨大的市场需求。


根据麦肯锡的数据显示,中国商品占全球产量比例已从1995的4%,快速增长到了目前的20%。这体现了中国制造的力量。而随着中国内需的持续扩大,未来全球更多的消费将发生在中国,中国市场的地位将变得越来越重要。麦肯锡预测到2030年中国在全球消费市场当中的占比将达到16%。在此背景之下,发达国家对于中国的出口额也在显著增长,特别是在电子和计算机领域。



美国政府对中国的遏制将是长期战略,我们当然不能保持侥幸心理,要有长期应对的准备。但是,美国的部分企业,以及欧洲、日本、韩国等美国盟国也并不是完全与美国政府一条心,能够开放合作的,我们还是应该坚持开放合作,只不过我们需要保持清晰,不能去“依赖”与他们的合作。


中国完全可以凭借自身所拥有强大的电子信息制造业优势,以及庞大的国内市场优势,进行合纵联横。


叶甜春教授也表示,开放合作必须坚持,但全球化的策略需要调整,关键是如何发挥中国市场潜力,通过创新合作,开拓新的空间,形成一个合作共赢的新生态。


4、“国产”概念要回归“Made in China”


近两年,国内集成电路产业界都在大谈国产化、国产替代,但是目前对于“国产”这个概念的解读,已经由传统的“Made in China”发生了各种不同的变化。


比如华为的麒麟处理器,是华为设计的,通常大家都认为其是国产芯片。但是其中依靠了很多全球化的技术来实现的,比如其中采用了Arm的CPU和GPU内核IP,芯片设计采用了美国的EDA工具,制造也是由台积电代工的,而台积电的代工过程中还用到了美国的半导体设备,那么华为的麒麟处理器还算是国产吗?


所以不同的标准尺度下,国产的概念已经发生了变化。甚至有极端的看法,认为所有环节100%的都是由中国制造才算是“国产”。


与此同时,对于传统的曾被划入国产概念的国外厂商在中国制造的芯片,也开始被排除到“国产”之外,成为了要被替代的“角色”。同时网络上甚至出现了将在中国设厂的国外芯片厂商赶出国内,以避免与国产芯片厂商竞争的言论。


那么到底应该怎样来定义“国产”这个概念,才更有利于国内集成电路产业的发展呢?


叶甜春教授在会上表示,我们所说的国产,需要回到“Made in China”这个定位上来。也就是说,只要是注册在中国的独立法人,在中国有独立销售权,接受中国政府管控的,不论是在中国制造的产品也好,在中国研发的知识产权也好,都可以视为国产,是中国产品,我们应该有这样的理念。



那么回归到“Made in China”这个定义之下,来发展国产半导体产业,到底有什么意义呢?


前面我们提到,按照IC Insights的预测,到2025年中国大陆生产的半导体芯片产值在整个中国大陆半导体芯片市场当中的占比将达到19.4%,也就是说这个芯片自给率只有普19.4%,远低于国家提出的70%的目标。而且这个自给率当中还包括了例如台积电、SK 海力士、三星、联电等在中国大陆的晶圆厂的贡献。


因为,自给率实际上是“国内芯片生产总值(包括国外企业在中国生产的芯片) / 国内芯片需求总值(包括进口芯片)。所以,如果将海外企业在中国制造的芯片排除在国产之外,那么这个芯片自给率达到70%的目标更是难以实现。


根据IC Insights的数据,在2020年中国大陆生产的价值227亿美元的半导体芯片产品当中,总部位于中国的企业所生产的半导体芯片产品仅价值83亿美元,占比仅36.5%。而即使未来五年国内芯片制造也加速发展,预计海外的半导体企业在中国生产的半导体芯片的产值,在2025年中国大陆半导体芯片产值(432亿美元)当中的占比仍高达50%以上。


这也意味着,到2025年,真正由中国大陆企业贡献的半导体芯片产值可能仍不到216亿美元,在整个中国大陆半导体芯片市场(2230亿美元)当中的占比不到10%。也就是说,从严格意义上来看,到2025年真正由中国大陆企业支撑的半导体芯片自给率可能还达不到10%。即使将所有在“Made in China”的芯片都算作是自主制造的,那么自给率仍是不到20%。


这也意味着,我们要提升国内的芯片自给率,不仅要大力发展以本土企业为主导的国产晶圆制造,同时也应该开放合作,吸引国外半导体厂商来中国大陆投资建设晶圆厂。当然,我们的开放也应该是有条件的,只要对国内产业发展有利的项目都应该欢迎。


5、创新才是出路


对于如果突破中国集成电路产业的发展所面临的困境,叶甜春教授和时龙兴教授都认为,最终解决不能靠“大而全”,不能只是做替代者,而是要靠创新,形成特色优势,最终成为引领者。



①延续摩尔定律的同时,大力发展先进封装、特色工艺


众所周知,目前半导体制程工艺的提升,都是通过不断的缩小晶体管来实现的,但是随工艺制程的继续向着更小的5nm、3nm、2nm甚至是1nm推进,已经是越来越逼近物理极限。不仅难度越来越高,良率也越来越难保障,所需要付出的成本也是越来越高。即便是摩尔定律的发明和践行者——英特尔目前在工艺制程的推进上也遇到极大的阻力,导致其7nm制程一再跳票。这也使得外界关于“摩尔定律已死”的言论甚嚣尘上。


正由于摩尔定律发展放缓,再加上继续追随摩尔定律所能带来的经济效益越来越少,使得不少国外芯片厂商的前进脚步开始放缓,这也给了继续追随摩尔定律发展的国产芯片厂带来了进一步缩小差距的机会。


如果要延续摩尔定律,则需要依赖于新材料、新工艺和关键装备(EUV光刻机)等。目前很多国内芯片设计企业依然可以借助外部晶圆代工厂来实现先进制程芯片的追赶,因此,可以抓住机会来缩小与国外先进芯片之间的差距。


另外,近几年来,先进封装技术发展迅猛,芯片的封装开始朝着Chiplet(芯粒)、系统集成、2.5D/3D晶圆级封装等方向转变。可以在现有的制程工艺基础上,通过先进封装,实现芯片功能的丰富,性能的提升和成本的优化。因此,先进封装也已经成为了众多芯片厂商从另一个维度继续推动摩尔定律经济效益的路径。


芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民博士也表示,chiplet(芯粒)延续了摩尔定律,器件将以多种方式集成,系统空间内的功能密度将持续增长。芯粒的市场规模不断扩大,计算领域将成为其主要的应用市场。其中,异构计算驱动芯粒市场快速增长,如图形处理、安全引擎、AI加速、IoT控制器等。芯粒带来了“新四化”,即IP芯片化、 集成异构化、集成异质化和 IO增量化。他指出,芯原提出了“IP即芯粒”的理念,旨在以芯粒实现特殊功能IP的“即插即用”,解决7nm、5nm及以下工艺中,性能与成本的平衡,并降低较大规模芯片的设计时间和风险,实现从SoC中的IP到SiP中以芯粒形式呈现的IP。


虽然目前在美国的限制之下,国内芯片制造业在先进制程制造的发展上遭遇了困难,但是在先进封装领域,国内则有着不错的发展基础。


根据研究机构数据显示,在全球半导体封测领域,中国台湾地区占比最高,达到了52%。其次就是中国大陆厂商,占据了21%的份额。美国厂商只有15%份额。比如中国大陆的中芯国际、长电科技也都在大力发展先进封装技术。


除了依赖于摩尔定律来提升性能的逻辑芯片之外,还存在着大量的对于工艺制程并不敏感的半导体器件,比如MEMS传感器、射频、功率半导体、电源管理芯片等等,这些都主要依赖于成熟的特色工艺。这对于先进制程发展受阻的国产半导体制造厂商来说,特色工艺依然是可以大力发展的一个方向。目前在这块华虹半导体发展的很不错,中芯国际也在大力的推进。


值得一提的是,以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料也已成为了特色工艺市场的一个重要的爆发点。比如在新能源汽车领域,基于碳化硅的功率半导体器件可以提供更高的性能表现。比如在快充市场,基于氮化镓的充电器则能够实现更快速的充电。

时龙兴教授也认为,国内半导体产业的发展,延续摩尔定律、拓展摩尔定律(发展先进封装、特色工艺),两手都要抓。另外还可以通过各种新器件的研发(量子器件、单电子器件等)来实现超越摩尔。



叶甜春教授也认为,尺寸微缩仍将持续到2030年后,对物理极限的接近将导致技术难度剧增,不过也有新的创新机遇,比如集成方法从平面到三维将成为技术演进的新途径,功能融合趋势将拓展出新空间。架构创新、电子设计工具(EDA)智能化、硬件开源化等技术创新成为新焦点。


②聚焦设计的核心环节


虽然目前国内的先进半导体设备进口受阻、先进制程制造发展受阻,除了大力发展国产设备和材料之外,依然有很多必须突破的环节。


时龙兴教授认为,我们需要聚焦于设计的核心环节,其中,EDA是我们受制约比较严重的环节,而且它不仅对设计,同时也制造产业链的核心环节,EDA需要得到高度的关注。


目前在国EDA方面,随着近年来国内产业界的重视以及资本的热捧,国产EDA产业得到了快速的发展,数据显示,目前国产EDA厂商数量已经达到了超过六十多家。除了华大九天、概伦电子等即将在科创板IPO的头部企业之外,还有一大批新的国产EDA企业,虽然与国际巨头仍有极大差距,但是仍不乏一些有特色的企业。比如前面提到的主攻先进制程工艺的EDA厂商行芯科技。


据行芯CEO贺青介绍,目前针对先进工艺芯片设计的EDA工具主要是国际三大EDA巨头,而行芯则是国内极少数敢于在先进制程领域开发主流产品的EDA厂商。

 

“对于芯片设计公司和Fab厂而言,先进工艺遇到的问题比想象中多得多,但是它可以选的供应商很少,对他们来说也是一个很痛苦的事情。所以,当我们产品出现了之后,也让客户眼前一亮。我们的优势就是技术高端,满足客户前沿且苛刻的需求。我们和客户紧密合作,用最快的速度去迭代磨合产品,满足他们的需求,同时不断提高我们产品质量。这也使得我们在先进制程的芯片设计EDA工具领域取得了成功。更为关键的是,我们所有产品的知识产权完全都是我们自主研发出来的。”据贺青透露:“目前公司团队已有上百人,其中研发人员占比百分之九十以上,在没有专职销售团队的情况下,客户需求纷至沓来,包括国内和国际的头部客户,让我们应接不暇。”



贺青也表示,目前的国际环境虽然对国内先进制程的持续前进造成了一定影响,但对国内EDA的发展影响有限。因为对于EDA工具来说,目前继续向前推进的工艺发展对EDA的技术要求在本质上并没有革命性的变化,并且我们行芯在陪伴国际先进工艺客户的过程当中,也在持续演进,保持技术先进性。


除了EDA之外,时龙兴教授认为另一个需要聚焦核心设计环节,就是芯片设计所需的关键IP,它是提高芯片产品的竞争力,缩短开发周期,提升良率的关键环节。目前全球的十大的IP厂商当中,国内仅芯原股份进入了前十,但是份额仅不到2%。时龙兴教授表示,国内需要促进IP的平台化,扶持龙头企业推进国产IP的发展。



作为专注于高速接口IP、高性能计算IP和定制芯片领域的国产IP厂商,芯动科技技术总监高专表示:“目前全球IP市场规模才50亿美元左右,但是它撬动了5000亿美元的芯片市场,30000亿美元的终端市场,有着600倍杠杆效应。可以说,IP是信息时代的一个基石。目前国内在半导体IP这块还很薄弱,需要有更多的IP企业来做这个基石,帮助国内芯片企业做大。”


“我觉得生意的好坏不能完全靠钱的多少来看,作为一个对技术有爱好,而且对技术有底气的公司,我们首先要做难的。我们谈一个产业,产业最追求的就是生态,就像数据里面,我们要提取公因式的环节,解决很多人的问题,解决很多行业的问题,即使它是一个硬骨头,即使我们在别的产品上我们赚了钱,仍然是以我们IP的开发作为我们的第一选择,这就是我们的一个选择和追求。”芯动科技联合创始人敖钢表示:“我们从公司15年的发展历程来看,IP是需要时间来考验和打磨的,客户才能够放心使用,我们公司在国内量产方面一直做得比较好,我们从每一个工艺阶段现在做到了5nm。另一方面,我们从IP的设计到后段服务到芯片的量产,甚至一些系统的集成方面实现了跨越。不久前,我们还举办了国产IP生态大会,1000多人踊跃参会人数远超预期。我们希望把产业链的各个环节聚集在一块,看怎么能一起加强合作,实现各个环节的联合。”


“国内很多芯片公司实力还不够强,很多公司都缺乏核心竞争力,这样容易让行业陷入同质化竞争,陷入价格战。这个行业需要整合,有整合才会有提升。”芯原股份董事长兼总裁戴伟民称:“芯原股份通过多年的研发积累和并购,已经实现了一套完整的处理技术平台,包括自主可控的图形处理器 IP、神经网络处理器IP、视频处理器IP、数字信号处理器IP和图像信号处理器IP五类处理器IP,以及1400多个数模混合IP和射频IP,搭建出了比较完整的平台解决方案。


除了国内像芯原、芯动科技等老牌的IP厂商之外,由于国内在IP领域的弱势地位,最近两年国内也涌现出了很多初创的半导体IP厂商,并受到了资本的热捧。


比如国产RISC-V处理器IP供应商芯来科技,成立三年多来,以自主可控的RISC-V架构CPU内核研发技术为源,已输出了从超低功耗的200系列,面向中端市场的300、600系列,再到最新推出的最高性能的900系列处理器核心IP产品,覆盖了全部AIoT领域,成为了国内领先的RISC-V IP供应商。


芯来科技执行总裁彭剑英告诉芯智讯:“未来3年,我们将会继续往高性能的方向继续去迈进,面向数字中心以及更多的一些通用的高性能IP。我们也会往一些垂直领域,比如说像信息安全,汽车功能安全等领域发展。另一个方向是围绕RISC-V为核心,打造全矩阵的IP平台。”




值得一提的是,在此次的ICDIA会议上,成立仅两年多的国产DSP厂商中科昊芯还推出了自研的全球首款基于RISC-V架构的DSP。


据中科昊芯总经理助理&销售总监王铠介绍,中科昊芯创新性的基于开源的RISC-V指令集架构,加入了丰富的DSP指令集,形成了具有自主知识产权的H28x内核IP,不仅具有高性能体系结构和低功耗特性,并且结合目前国内最好的ADC IP,实现了相比国际大厂更高的精度。


目前中科昊芯已经量产了两款HX2000系列DSP芯片,相比国外大厂友商的产品,性能提升了50%-110%,且支持替代。据了解,自去年缺芯潮以来,中科昊芯的DSP产品由于供应链准备较为充分,在工业控制市场出货极为迅速,满足了国内市场的增长需求。


作为初创的半导体IP厂商,芯耀辉认为中国集成电路产业如果要实现破局,最核心的是要始终保持创新目标,实现面向未来的技术,所以研发团队是至关重要的。去年6月才成立的芯耀辉科技,在短短一年的时间,汇聚了近200位国内国外顶尖的EDA/IP/芯片公司人才,目前正在集中力量自主研发28/14/12nm及以下先进工艺IP研发和服务,并已陆续推出覆盖DDR、PCIe、HDMI、USB、SATA、MIPI等产品解决方案。


芯耀辉科技CTO李孟璋也表示:“对于IP厂商来说,最核心的还是在于研发团队,非常自豪,我们公司的管理团队是一支“梦之队”,核心骨干均来自国内外领先的IP厂商,兼具国际视野和强大的本地市场运营能力,拥有前瞻的技术理念和深厚的技术积累。其中包括原新思科技中国区副总裁曾克强和前新思全球研发副总裁及英特尔全球副总裁的泰斗级专家安华(Anwar Awad),以及澳门首位获得国家科技进步二等奖的集成电路专家、澳门大学集成电路国家重点实验室联合创始人、IEEE Fellow余成斌教授。我本人的话,很荣幸在公司成立之初加入,并担任CTO职务。我在半导体行业,有20多年知名大型跨国芯片设计企业研发和产品量产经历以及12年大型跨国研发团队管理经验,我们希望带领公司团队专注先进工艺半导体IP的自主研发与服务,通过硬科技源头技术创新,打造面向未来的芯片IP产品。我们相信芯耀辉的技术和产品将为国产芯片创新带来新的力量,赋能中国的数字化转型。”


对于国内的IP产业发展,戴伟民认为,国内需要重视IP保护的问题。因为一家公司往往要坚持投入数年才会发展出成熟的IP,但很容易随着人才的流失而流失。我们这个行业需要加强知识产权保护,否则产业很难健康发展。


6、人才培养是重中之重


推动国产集成电路产业的创新最为核心关键因素无疑是人才,前面我们也介绍了,国内目前在集成电路人才方面缺口非常大。


时龙兴教授也表示,“在增量的人才的供给方面,需要解决现在高校的人才培养,进入企业的最后一公里的问题。同时也得考虑存量的怎么把相关行业,相关的人才吸引到我们集成电路行业里面来,这个要靠企业的盈利能力跟企业的持续的投入。人才的问题应该是我们集成电路产业创新突破的核心要素。特别是高端人才成长的过程有一个非常漫长的过程,我们需要关注人才的持续发展。”



对于国内集成电路高端人才的培养,行芯CEO贺青认为:“首先应该把人才池子做大,把“苗”聚集起来,培养起来,这个最主要就是高校需要去做的。其次,要把人才上升的‘梯子’搭起来,才能实现高精尖人才的培养。这个要把从高校到产业间的路子打通,让高校更了解产业界需要什么样的人才,企业也能帮助高校来改进人才培养的模式。目前高校的人才培养和企业的需求是离得比较远的。”







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