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國內(nèi)集成電路如何創(chuàng)新發(fā)展？直道追車與超越摩爾都要抓
國內(nèi)集成電路如何創(chuàng)新發(fā)展？直道追車與超越摩爾都要抓
來源:中國電子報(bào)
EDA、IP、高端芯片等關(guān)鍵環(huán)節(jié)有待攻克
雖然國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初見端倪，但在EDA工具鏈及底層IP、尖端設(shè)備、高端芯片等環(huán)節(jié)，仍存在“卡點(diǎn)”。由于集成電路是一個(gè)鏈條長、環(huán)節(jié)多的產(chǎn)業(yè)，芯片產(chǎn)品的研制需要各環(huán)節(jié)協(xié)同配合，一旦對(duì)某一環(huán)節(jié)缺乏“know-how”的技術(shù)理解，就等同于削弱了產(chǎn)業(yè)的整體實(shí)力。因而，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的“久久為功”勢(shì)在必行。
EDA產(chǎn)業(yè)經(jīng)過國際巨頭的多輪并購和生態(tài)積累，已經(jīng)形成了CR3(前三名企業(yè)行業(yè)集中率)超過85%的市場格局。目前，EDA市場缺乏優(yōu)秀的并購標(biāo)的，后發(fā)企業(yè)要實(shí)現(xiàn)突破，仍需在“know-how”層面深度鉆研并在客戶生態(tài)方面持久滲透。
“EDA企業(yè)的看家本領(lǐng)在于對(duì)設(shè)計(jì)深入的理解和軟件算法的質(zhì)量，如何基于流程化的形式體現(xiàn)客戶的設(shè)計(jì)理念，以及在技術(shù)底層的know-how上構(gòu)建自己的先進(jìn)性與特殊性，這種先進(jìn)性與特殊性是其他企業(yè)很難獲取或替代的。除了構(gòu)建技術(shù)壁壘，還要‘滴水穿石’去構(gòu)建生態(tài)壁壘，最開始客戶只給我們觸碰石頭表面的機(jī)會(huì)，如果技術(shù)和服務(wù)能力令客戶滿意，客戶才愿意展示更多東西。”杭州行芯科技有限公司CEO賀青在接受記者采訪時(shí)表示。
作為芯片的底層及上游技術(shù)，IP對(duì)于芯片設(shè)計(jì)及制造的賦能，將實(shí)現(xiàn)對(duì)于產(chǎn)業(yè)高達(dá)600倍的撬動(dòng)作用。目前，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)在底層IP依然滯后于國際先進(jìn)水平。芯耀輝科技CTO李孟璋向記者表示，IP有兩個(gè)維度。在IP的標(biāo)準(zhǔn)上，中國往往比國外慢一代，例如DDR5的IP，國外大廠在用IP4.0，國內(nèi)還在用3.1。在生產(chǎn)制造上，國內(nèi)代工產(chǎn)業(yè)也與國際領(lǐng)先工藝存在差距。要跨越技術(shù)壁壘，不僅需要專業(yè)的人才、豐富的經(jīng)驗(yàn)、充足的資金，還需要持續(xù)的專注力。
“芯片產(chǎn)業(yè)是分工合作的產(chǎn)業(yè)鏈，我們的IP需要基于芯片制造公司的工藝來開發(fā)。因此，解決國內(nèi)半導(dǎo)體IP的‘卡脖子’問題，就要確保國內(nèi)支撐芯片設(shè)計(jì)的上游技術(shù)的IP和EDA、芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)代工的生態(tài)完整性，首先要做的是支持國內(nèi)代工發(fā)展。”李孟璋說。
“IP是提取公因式的環(huán)節(jié)，能解決很多產(chǎn)業(yè)和行業(yè)的問題，即使是一個(gè)硬骨頭，也必須啃下來。尤其是面向先進(jìn)工藝的IP，要跟上工藝的迭代速度，我們對(duì)每一個(gè)先進(jìn)工藝的節(jié)點(diǎn)都第一時(shí)間跟進(jìn)，在工藝成熟的過程中就與代工廠商一起迭代，才有可能幫助客戶實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，這是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的過程。”芯動(dòng)科技聯(lián)合創(chuàng)始人敖鋼向記者指出。
當(dāng)前，國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)在手機(jī)SoC、數(shù)字電視SoC、CMOS芯片等大宗產(chǎn)品領(lǐng)域已經(jīng)形成批量供貨能力，在關(guān)鍵產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了一定突破。但CPU、GPU、汽車半導(dǎo)體等高端芯片總體被國外壟斷，本土產(chǎn)業(yè)還未實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈安全并形成供貨能力，自給率較低。
“高性能GPU是復(fù)雜的軟硬件系統(tǒng)工程解決方案，我們稱為‘大長金’，也就是難度非常大、周期非常長、投入像吞金獸。”沐曦集成電路（上海）有限公司CEO陳維良向記者指出，“將硬件、軟件的全套解決方案做起來之后，還要兼容全球的主流生態(tài)，否則進(jìn)入市場是非常困難的。”
GPU主要有兩種分類，一種用于圖形渲染，一種用于計(jì)算。陳維良表示，前者是存量市場，后者是增量市場。
“雖然頭部企業(yè)也可以快速把增量市場的份額吃下來，但很難完全收入囊中，這也是為什么如今很熱鬧的GPU市場，新入玩家大部分先瞄準(zhǔn)計(jì)算市場。要切入用于計(jì)算的GPU賽道，要做好任務(wù)分配、計(jì)算和數(shù)據(jù)搬遷，并切入主流生態(tài)。”陳維良說。
汽車半導(dǎo)體具有驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)高、驗(yàn)證周期長的特點(diǎn)，是芯片門檻最高的應(yīng)用領(lǐng)域之一，也是當(dāng)前產(chǎn)能缺口最大的芯片品類之一。琪埔維半導(dǎo)體CEO秦嶺向記者指出，汽車半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)天道酬勤的行業(yè)，過程不乏艱辛，需要潛心深耕。對(duì)此，他給出三點(diǎn)建議：一是芯片廠商應(yīng)未雨綢繆，不打無準(zhǔn)備之仗，靈活應(yīng)對(duì)汽車行業(yè)的變革趨勢(shì)；二是盡量避免芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的“良莠不齊”，企業(yè)要冷靜下來潛心耕耘，以破繭成蝶；三是芯片人應(yīng)該專注于技術(shù)沉淀，潛心磨芯。
RISC-V、Chiplet等新機(jī)遇蓄勢(shì)待發(fā)
隨著制程微縮的成本和難度指數(shù)級(jí)上升，摩爾定律腳步放緩，圍繞新材料、新器件、新工藝的后摩爾技術(shù)成為半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)性能提升的重要方向。中國集成電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新聯(lián)盟專家組組長時(shí)龍興表示，延續(xù)摩爾與拓展摩爾“兩手都要抓”。延續(xù)摩爾實(shí)際是對(duì)新材料、新器件、新工藝的突破，拓展摩爾可利用先進(jìn)封裝等技術(shù)，發(fā)揮現(xiàn)有產(chǎn)能、用足成熟工藝。
將不同工藝節(jié)點(diǎn)的小芯片封裝在一起的Chiplet（芯粒）技術(shù)，在提升計(jì)算效能的同時(shí)，能有效降低芯片設(shè)計(jì)門檻和周期，是后摩爾技術(shù)的重要方向。
芯原股份創(chuàng)始人、董事長兼總裁戴偉民指出，Chiplet為產(chǎn)業(yè)帶來了新的機(jī)會(huì)，推動(dòng)了IP芯片化、集成異構(gòu)化、集成異質(zhì)化和IO增量化。在標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)層次上，Chiplet建立了新的可互操作的組件、互連協(xié)議和軟件生態(tài)系統(tǒng)；在芯片制造與封裝上，增設(shè)了多芯片模塊業(yè)務(wù)，降低了產(chǎn)品迭代周期，可提升晶圓廠和封裝廠的產(chǎn)線利用率；對(duì)于半導(dǎo)體IP來說，升級(jí)為Chiplet供應(yīng)商，可提升IP的價(jià)值且有效降低芯片客戶的設(shè)計(jì)成本；對(duì)于芯片設(shè)計(jì)來說，降低了大規(guī)模芯片設(shè)計(jì)的門檻。
Chiplet技術(shù)將以往集成在SoC中的軟IP固化為“芯粒”，也對(duì)IP設(shè)計(jì)提出了新的需求。
“Chiplet的IP要求帶寬很大功耗小，還需要IP開放商在先進(jìn)封裝和先進(jìn)工藝有所積累，在成熟度和整體解決方案上能有自己的差異化優(yōu)勢(shì)，并不是僅僅提供一個(gè)IP接口，而是要提升整個(gè)系統(tǒng)的良率并降低系統(tǒng)成本。”芯動(dòng)科技技術(shù)總監(jiān)高專在接受記者采訪時(shí)表示。
RISC-V是繼X86、Arm、MIIPS之后又一躋身主流市場的CPU架構(gòu)。基于開源生態(tài)的RISC-V使整個(gè)產(chǎn)業(yè)獲得了以更低成本、更靈活自主的方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的路徑，是后摩爾時(shí)代被廣泛看好的新架構(gòu)之一。
目前，RISC-V處于商業(yè)化早期，但國內(nèi)已有部分企業(yè)完成了IP打磨和設(shè)計(jì)打磨，推出了基于RISC-V的CPU、MCU和DSP等產(chǎn)品，開始了市場化探索。
“DSP在工業(yè)控制、消費(fèi)電子、汽車電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但基于IP和生態(tài)等原因，DSP的主動(dòng)權(quán)一直被國際廠商掌握。RISC-V對(duì)于國內(nèi)集成電路和DSP的細(xì)分市場，都是一個(gè)突破。2019年至今，我們推動(dòng)基于RISC-V的DSP產(chǎn)品落地。在這個(gè)過程中，也得了消費(fèi)電子、工業(yè)控制等產(chǎn)業(yè)鏈的支持和關(guān)注。”中科昊芯總經(jīng)理助理&銷售總監(jiān)王鎧表示。據(jù)悉，中科昊芯已有兩個(gè)系列RISC-VDSP芯片量產(chǎn)。
作為一個(gè)年輕的指令集，RISC-V要真正在市場化進(jìn)程中站穩(wěn)腳跟，還需要在細(xì)分領(lǐng)域占有更高的市場份額，并找到提升盈利能力的高端化發(fā)展路線。
“RISC-V是‘最年輕’的指令集架構(gòu)。一個(gè)指令級(jí)架構(gòu)從到成長到穩(wěn)定再到成為市場的主流，都會(huì)經(jīng)歷10年甚至30年的周期。如果RISC-V在某個(gè)領(lǐng)域市場占有率超過20%，那么在這個(gè)領(lǐng)域就是非常有地位的指令集了。目前RISC-V在智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中已經(jīng)慢慢被廣泛采用，未來將會(huì)使用在更多高端專用和通用產(chǎn)品中。在不久的將來，RISC-V還需要更多標(biāo)志性的事件，進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)跨入成熟發(fā)展期。”芯來科技執(zhí)行總裁彭劍英向記者表示。
