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芯片产业如何突破“卡脖子”?从源头开始解决,专家们这样建言
2023-01-09 来源:网络整理
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关键词:集成电路芯片半导体

随着国产集成电路行业发展壮大,芯片设计配套生态亟待完善和升级。在日前召开的2022中国(深圳)集成电路峰会上,专家们纷纷建言献策IP、EDA软件等 “卡脖子”环节,呼吁建立专利共享池,开展IP评估验证、测试并建立国产化标准机制,推动国产IP的工程创新和IP复用。另外,云厂商在积极布局芯片设计上云。



推动国产IP工程创新

“IP与EDA都属于芯片的‘ 一砖一瓦’,是集成电路产业的支撑基础。”牛芯半导体(深圳)有限公司AE经理何鑫男表示。参考2021年数据,每1美元的IP将会带来110倍的芯片市场,主要增长动力来自先进制程的推动以及缩短开发周期等需求。

目前美国企业在全球EDA和IP市场占比达到七成,而中国企业IP占比仅接近2%。



深圳市先行示范区湾区专家、国家集成电路设计深圳产业化基地首任主任张克科指出,在半导体全产业链中,国产半导体已经覆盖了芯片制造与设计,但缺乏公共平台的IP,包括一些工艺平台和单元库和和模型。

张克科建议开展IP评估验证、测试,建立国产化标准的机制,同时通过国际合作来推动国产IP的工程创新和IP复用。具体实施路径上,对可用的、一般性IP尽快国产化,并形成联合发展再创新平台;培育和工艺优化形成国产标准化,在晶圆制造和自主研发的EDA工具之间搭设IP“桥梁”;另外长远规划一些尚未形成垄断的生态功能处理器,培育可控的核心资源。

国产半导体产商也在发力中高端核心IP领域。牛芯半导体从事接口IP相关技术的自主知识产权研发,产品包含SerDes(有线与无线通信应用中的关键互联技术)、DDR(双倍速率)等中高端接口IP。目前公司产品在32G、56G上都有最高速率达到56G,未来两年速率有望达到112G,并覆盖DDR4、DDR5以及Chiplet。

新型集成电路服务平台也在赋能芯片产业。深圳市华芯集成电路有限公司总经理张劲松介绍,公司掌握了超过700项IP,规模在国内居前,可提供IP授权以及高水平IP验证,目前已经服务国微、芯华章等EDA头部企业。另一方面,华芯联合国产晶圆厂合肥晶合解决芯片企业投片难问题,华芯与还武汉大学深圳研究院联合设立了集成电路设计与IP创新工程中心,培育产业人才。


国产EDA工具标准化

相比而言,国外EDA产品不仅矩阵更齐全,支持工艺节点更先进,而且国产EDA还面临标准和底座缺乏等问题。据了解,标准和底座是连接不同EDA工具的“纽带”,由于全球EDA产品所使用的行业标准和底座绝大多数是由国际EDA三巨头(Synopsys、Cadence、Siemens)主导定义的,很大程度上限制了国产EDA产品的开发和应用。

在本次峰会上,国微芯执行总裁兼CTO白耿博士介绍,多个EDA工具之间需要建立统一的数据底座技术,来支撑上层高速并行运算的EDA工具。另外,通过统一的物理数据库格式,不仅能支撑公司内部不同工具,也可支持其他厂商后端和制造端的EDA工具,后期公司也将会开放统一的API接口,帮助国产EDA标准建立。

去年12月底,国产EDA厂商国微芯发布了“芯天成”五大系列EDA工具。以形式验证环节为例,这项步骤占据了全球集成电路70%以上的项目周期,是确保芯片设计正确性的关键环节。国微芯的形式验证平台EsseFormal就帮助了某国内头部FPGA设计企业和AI企业发现芯片设计缺陷。

人工智能也在赋能EDA工具。白耿介绍,通过人工智能简化芯片设计流程,减少人为介入。比如在点工具的开发方面,可以结合应用AR技术,比如反演光刻的算法,来实现点工具的核心功能模块大规模加速。

整体来看,工艺设计协同优化(DTCO)正是海外EDA企业与本地企业拉开差距的重要原因。通过EDA工具、IP与设计服务、制造工艺形成闭环流程,选择最佳晶体管架构和工艺选项,可以有效优化芯片速度、功耗、面积以及设计周期。



“国微芯的EDA产品可以联系起IC设计公司与国内制造厂,形成闭环流程,帮助真正实现国产EDA的生态核心价值,工艺设计协同优化是我们的发展愿景。”白耿表示。


3243家芯片设计企业,撑起5300亿规模

前段时间,有些媒体炒作称,国内的芯片企业在蒙眼狂奔2年后,在今年这个芯片下行周期中,迎来了倒闭潮,称今年已经减少了几千家芯片企业。

但近日的一则数据公布出来,却狠狠的打了这些媒体的脸,那就是国内的芯片企业,依然在持续高增长,欣欣向荣呢。数据显示,截止至目前,国内一共有IC设计企业3243家,比去年的2810家多了433家,数量增长了15.4%,而相比前年的2218家,增加了1025家。

而从产业规模来看,2022年全行业销售预计为5345.7亿元,比2021年的4586.9亿元增长16.5%,这个数值远超今年全球的芯片增长水平。

这说明,目前国内的芯片产业,其实一直在健康的持续的发展,不存在什么蒙眼狂奔,然后迎来倒闭潮。

此外,还有另外一个数据,也值得大家看一看,那就是年销售额过亿的企业数量,2022年是566家,占所有企业的比例是17%左右。而2021年是413家,2020年是289家,这说明什么,说明国内的芯片企业增长也非常迅速,营收过亿企业数量也是越来越多,大家的发展很顺利。

其实这几年中国芯其实是高速发展的,特别是今年,因为疫情等原因,导致全球的半导体市场都表现不佳。但这样的情况之下,国内芯片设计业居然还取得了16.5%的增长。

之所以会这样,是因为国内庞大的市场需求,毕竟中国是全球第一大消费市场,同时中国也是全球的电子产品制造中心,对芯片的需求非常大。

过去的这几年,因为被打压,所以国内的众多企业,均是进行了国产替代,在可以使用国内芯片的前提下,尽量使用国内的芯片,减少对外的依赖,所以国内半导体产业,迎来了高速发展的契机。


半导体国产化势在必行

芯片设计的国产化相对容易一些,门槛也低一些。因此,大量的资金实际上投入到芯片设计行业。不过,芯片设计真正转化为国产芯片还需要芯片制造厂的配合。如果制造厂无法提供充足的产能,设计公司还是要去找中国台湾省的台积电,韩国的三星,甚至美国的格罗方德等公司来生产。那么这样的投入并不会真正减少芯片的进口量。大量的芯片设计公司实际上增加了芯片的进口量,你能说他们对国产替代没有促进作用吗?当然不能,他们其实是为真正的国产芯片做准备。一旦国内芯片产能满足需要,将会义无反顾转到国内制造厂进行制造。

众多的国内芯片设计公司,才是中芯国际扩张的底气。

首先,我们要知道,为什么会有大量的芯片设计公司出现。根本原因在于,华为被制裁后已经没有人再天真的认为使用国外芯片很安全了。联想公司都开始做芯片了。芯片的供应的可靠性是最重要的,否则公司即便再大,可能也会因为美国的一纸禁令而面临倒闭的风险。而风险是任何企业需要规避的首要问题,优先级甚至排在利润之前。因此,芯片的国产化越高,这样的风险就越小。芯片设计国产化只是第一步,真正要解决问题需要制造环节的安全。因此,如果可以选的话,当然优先选择国内制造的芯片。

2025年芯片国产化率70%这个目标是值得期待的。你将会看到,后续的3年时间,这个比例会加速提高。与之对应的,就是以中芯国际为代表的国内芯片制造厂的产能的暴涨。这也是中芯国际大举投资的背后的逻辑。



今年的9个月的数据,芯片进口量已经有所下降,这个更多的是因为芯片需求的下降造成。芯片需求的下降,对于我们来说并非完全是坏事。这反而会加速芯片国产化率的提高。

道理很简单,芯片需求下降,其实最先受到影响的是消费类电子产品,比如手机电脑等。这类产品往往影响的是先进工艺的芯片。建先进工艺的工厂投资巨大,如果没有需求,能不裁员就已经不错了,还建什么厂?英特尔前不久还准备大举建新厂,如今却要大幅度裁员,非常讽刺。

而国内则不然,芯片需求下降正好可以通过提高国产化率来弥补。更多的将芯片的订单从不安全的受到美国控制的芯片厂转移到国内来,这样,国内制造厂的订单有了,国产化率提高了。芯片需求下降,海外的订单下降速度远比国内的订单下降速度要快得多。

半导体行业是个典型的周期性行业,当过两年下行周期结束,我们可能突然发现,芯片国产化突然提高到了非常高的地步,而美国砸钱补贴芯片厂搬迁到北美,白忙一场。简单推算,中芯国际的最新的这批产能正式上线,正好在2025年左右,这是巧合吗?



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